王叢叢

（山東工程職業(yè)技術大學 山東 濟南 250200）

1 引言

目前，智能建筑、智能豪宅、智能家電、智能機器人和智能家居，涵蓋了生活的方方面面[1]。據(jù)調(diào)查，大部分人都希望窗戶的采光性好，在天氣晴朗時，能夠及時打開窗戶通風，保持室內(nèi)空氣新鮮。但對于大部分家庭來說，特別是上班族，沒有時間讓我們根據(jù)天氣變換隨時開關窗戶，打開窗戶后出門又存在一定的安全隱患，基于這種情況，本文研究了升降式智能窗系統(tǒng)。

2 智能家居介紹

當今社會競爭激烈，生活節(jié)奏比較快，人們的生活條件也在不斷提高，人們不想花過多的時間在生活瑣事上，而是依賴自動化、智能化的家居產(chǎn)品，擁有它們，可以讓我們有更多的時間去休息，去休閑，智能家居應運而生。智能家居（Smart Home）具有安全可靠、方便快捷、時尚美觀的功能[2]。家居具備智能化、自動化功能，將被賦予生命，不再是單純的房子，它能夠幫助我們節(jié)約時間，幫助我們來管理家用電器，實現(xiàn)節(jié)能、安全、高效和舒適的功能，讓我們的生活變得更幸福。

如今，智能家居是人們比較關注的話題，許多智能家居公司崛地而起，智能家居的發(fā)展方向就是利用網(wǎng)絡等信息通信手段來實現(xiàn)對家具、電器，如空調(diào)、熱水器、窗戶等家具設備的智能化控制[3]。不管我們在哪里，他們能夠根據(jù)我們的意愿，按照設定的程序進行工作。智能家居受到大眾認可和好評的重要原因就是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化和遠程控制功能。在科技飛速發(fā)展的今天，有好多公司和機構看到了智能家具的市場前景，紛紛對其進行研究。

近幾年，無論城市還是農(nóng)村，都被網(wǎng)絡覆蓋，網(wǎng)絡發(fā)展速度很快，尤其是無線網(wǎng)絡。智能家居如果實現(xiàn)網(wǎng)絡化，就能夠?qū)崿F(xiàn)遠程遙控，可以隨時通過網(wǎng)絡打開或者關閉家居中的電視、熱水器、空調(diào)、燈具、窗戶窗簾等。也可提前編制程序，對家居實行定時控制?？傊糜嬎銠C多種功能和手段來對家居進行控制，會使我們的生活更加舒適、方便和安全。

市場上很多電器設備，如熱水器、空調(diào)、電視都叫做智能家電，為了提供給人們舒適幸福的生活作出了貢獻。但在我們的家居中，窗戶卻沒有實現(xiàn)智能化。在我們城市里，高檔小區(qū)和智能化小區(qū)處處可見，但我們發(fā)現(xiàn)幾乎所有的窗戶都是普通手拉式或者滑輪式，與自動化沒有一點關系，更別說是智能化了。這給我們的生活帶來很多不便，比如上班出門時天氣晴朗，打開窗戶通風，如果天氣突變，有風或者下雨，我們卻不能及時趕回家去關閉窗戶，將會給我們的家?guī)砥茐?。如果我們安裝了升降式智能窗，這些問題就會迎刃而解。

3 智能窗研究的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，有智能窗的設計和研究，實現(xiàn)了窗戶的智能化控制、防盜、防雨等功能。浙江師范大學的莊淵昭采用AT89C2051 單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)了窗戶機的半自動控制、自動控制、紅外線遙控控制功能；四川理工學院的高峰用S3C2440 處理器為主控制芯片和在實時操作系統(tǒng)u C／OS-Ⅱ下通過多路傳感器進行各種信號采集，結(jié)合GSM 和電動開窗器，實現(xiàn)了多功能智能防盜門窗系統(tǒng)；嘉興學院機電工程學院的馬澤文設計了一種具備濕度感應自動升降功能的智能防雨簾控制系統(tǒng)。目前，智能窗的研究主要集中在某一功能上，很少有關于防盜、防雨、防煤氣，自動、手動控制的綜合研究。因此，研究一種集成多種功能的智能窗戶為人們創(chuàng)造一個安全、方便、舒適的智能居家環(huán)境具有重要意義。

預期的成果是一臺靈敏度高、穩(wěn)定性強、應用領域廣的集成多功能的智能窗戶，主要實現(xiàn)防盜控制、防雨控制、防煤氣控制、紅外遙控、數(shù)碼顯示等功能。

4 研究的目的意義

現(xiàn)在的年輕人生活節(jié)湊快，假期和周末以休閑和娛樂為主，生活水平的提高對智能家居的要求也越高，家居智能化是家具發(fā)展的必然趨勢[4]。

門窗作為我們家居的“眼睛”和“呼吸系統(tǒng)”，可以讓我們室內(nèi)的采光更好、空氣更新鮮。如果能實現(xiàn)智能控制，不管人們是否在家，都可以根據(jù)天氣情況，快捷方便地打開或者關閉門窗，讓我們擁有一個舒適、健康的生活環(huán)境。

5 主要研究內(nèi)容

本文采用單片機實現(xiàn)窗戶的智能升降功能，選用的單片機為P89LPC935。用不同功能的傳感器采集環(huán)境信息，將紅外遙控和GSM 通信應用到升降式智能窗中，實現(xiàn)了智能窗的環(huán)境信息檢測、防盜報警、窗戶開關的自動和遠程控制。

本研究的主要內(nèi)容包括：

（1）介紹了智能窗現(xiàn)在的實際情況（功能和缺點），為什么要研究本課題的原因和意義，預期達到的研究效果。

（2）智能窗系統(tǒng)整體方案的研究與設計，在明確了智能窗的功能需求和設計原則，分別給出了機械傳動系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)的設計方案。

（3）完成機械傳動系統(tǒng)的設計。

（4）完成智能窗系統(tǒng)中自動控制部分的硬件設計。

（5）智能窗系統(tǒng)中自動控制部分的軟件設計，包括系統(tǒng)總體軟件和各模塊實現(xiàn)的軟件設計。

6 智能門窗控制系統(tǒng)組成

以人性化為核心是智能家居的發(fā)展目標。智能門窗作為智能家居的一部分，具備智能、環(huán)保、節(jié)能、便捷等功能，深受人們的喜愛。

智能門窗控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

主機：主機作為智能控制中心，主要元件是微控制器為核心的電氣測控單元。

傳感器：該系統(tǒng)具備防雨、防盜等功能，應用的傳感器是紅外傳感器、濕度傳感器等。

報警裝置：有燈光示警等不同形式。

遙控器：選用的是紅外遙控器。

機械傳動裝置：電機、螺桿、螺母、曲柄連桿機構。

本次課題研究的智能門窗屬于高科技產(chǎn)品，在設計中應用到了聲、光、機、電、通訊等各方面的技術，具有安防系統(tǒng)和建材完美結(jié)合的特點。本系統(tǒng)智能、安全、方便，價格適中，很多平民家庭也可以接受，使用升降式智能窗會讓我們的家更上檔次，更舒適。

智能門窗控制系統(tǒng)主要有以下特點：

（l）遙控開關窗。

無線遙控器可開關窗門。天氣晴朗時，打開窗戶，讓窗戶停在所需位置，陽光進來，可以讓室內(nèi)空氣新鮮，為我們的生活帶來方便、時尚和健康。

（2）自動防風、防雨。

家中沒有人，大風忽然來襲，傳感器能夠察覺到，可以把信息傳給智能主控制器，智能主控制器自動發(fā)出控制指令給伺服電機，電機帶到機械機構，把窗戶關閉，防止風沙、塵埃、輕浮雜物等物質(zhì)進入室內(nèi)。

下雨時，若窗戶是打開狀態(tài)，家中的墻、地面有可能會因為雨水的侵襲而造成破壞和損失，有了濕度傳感器，在下雨時，它將自動檢測該信息并傳遞給微電腦，發(fā)出控制命令，關閉窗戶。有了升降式智能窗，不管我們在不在家，家居都不會因為風雨而損壞，可以解決出門不關窗的后顧之憂，讓你擁有一個衛(wèi)生、美好的家。

（3）人性化防盜。

家中無人，有小偷“光顧”時，傳感器只要檢測到有人靠近，窗門就會自動關閉，為了避免發(fā)生誤會，窗戶關閉但不報警，只是以某種形式示警，如紅色警燈閃爍[5]。警示若不能引起小偷重視，繼續(xù)行竊，智能門窗就會發(fā)出高分貝聲音或者其他形式的示警，同時并把情報通過電話或者無線網(wǎng)絡告知主人和安保人員，情報還會顯示警情發(fā)生的具體位置。

（4）遠程與定時控制。

利用智能升降窗遠程控制功能，人們可以在有電話的任何地方，對其進行控制，如上班時可以在單位用電話遠程控制窗戶的開關。我們也可以對窗戶系統(tǒng)進行定時設置，按照設置時間自動打開或者關閉。

（5）可燃氣體泄漏報警。

若家中廚房煤氣、天然氣發(fā)生泄漏時，升降智能窗會自動打開，將可燃氣體排到室外，并通過聲音報警告訴主人，這樣房間里的人就不會因氣體泄漏而中毒，也不會發(fā)生火災、爆炸之類的事情。

7 系統(tǒng)功能需求和設計原則

在社會信息化，科學技術突飛猛進的今天，人們的生活習慣、生活方式都發(fā)生了很大的變化，對居家用品的要求也越來越高。追求的是家具的科技化、智能化、節(jié)能化和環(huán)?；约笆孢m性。窗戶作為家具中的重要一員，在滿足美觀性、光亮性、舒適性的基礎上，對窗戶的功能要求也逐漸提高[4]。

本課題主要研究升降式智能窗的設計與實現(xiàn)，智能窗戶要實現(xiàn)的功能主要包括：

（1）遠程控制功能。我們通過手機、電腦直接查看窗戶的開關，并可以隨時改變其開關的狀態(tài)。

（2）監(jiān)控操縱功能。能通過計算機顯示當前窗戶狀態(tài)，控制窗戶的升降速度。

（3）窗戶玻璃的升降功能。自動、手動控制窗戶玻璃的升降，手動控制可以通過遙控、按鍵、人工手搖的方式實現(xiàn)。

（4）防雨功能。具有雨水檢測功能，下雨時會自動關閉窗戶。

（5）防盜功能。有小偷要進入居室盜竊時自動關閉窗戶的防盜、報警功能。

（6）防中毒、爆炸功能。煤氣泄漏會自動打開窗戶的預警功能。

綜上所述，智能家居系統(tǒng)可以大大提高人們的生活質(zhì)量。智能家居、智能門窗的觀念被更多的小區(qū)和更多的人接受，智能家居會有很大的市場，因此智能家居系統(tǒng)的研究和改進是非常有必要的。本文設計了一種基于單片機的升降式智能窗控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了窗戶的遙控開關、防雨、防盜、遠程控制等功能，使人們的生活更加靈活便利，安全、舒適。