龍華金，石淼

（珠海科技學(xué)院，廣東珠海，519000）

0 引言

本文以基于micro:bit智能門窗系統(tǒng)為研究，分析國(guó)內(nèi)外智能門窗現(xiàn)狀，突出本系統(tǒng)具有噪聲分貝檢測(cè)提醒、入侵提醒、防盜報(bào)警等特色功能,通過(guò)紅外探測(cè)技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)和警報(bào)提醒技術(shù)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種信息處理和預(yù)判，讓人們享受科技帶來(lái)方便的同時(shí)，又給人營(yíng)造安全、溫馨與幸福的環(huán)境。

1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1.1 硬件電路概述

智能門窗系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，采用基于micro:bit主控板的參數(shù)化設(shè)計(jì)，主要由主控板、各種傳感器、報(bào)警器設(shè)備，以及傳動(dòng)裝置組成，主控板、報(bào)警器和傳感器直接固定在門窗上面。并且在設(shè)計(jì)模型上采用分級(jí)設(shè)計(jì)，在保證門窗的美觀的前提下又不會(huì)丟掉實(shí)用性。各層傳感器逐級(jí)排布，直到下一級(jí)裝置模型及零件組成，直到最后一個(gè)傳感器的安排完成。

主控板主采用micro：bit板，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能，具有速度快,密度高,體積小，穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

傳感器主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)傳感器技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，完成對(duì)聲音，人體等信號(hào)的采樣，最后發(fā)送到主控板，交由主控板處理分析得到噪聲大小、檢測(cè)人員是否靠近等信息。

報(bào)警設(shè)備是將聲音傳感器、彩虹LED燈、OLED屏有機(jī)結(jié)合，檢測(cè)門窗外附件是否有陌生人員，對(duì)門窗有不正當(dāng)行為的人員檢測(cè)報(bào)警。

1.2 模塊工作原理與設(shè)計(jì)

（1）智能門窗遙控器

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

遙控器在設(shè)計(jì)界面方面選擇簡(jiǎn)單大氣的頁(yè)面布局，主要包括：門窗的開(kāi)關(guān)和OLED屏幕的開(kāi)關(guān)。通過(guò)觸碰傳感器接收人體觸摸信息，發(fā)送數(shù)據(jù)到micro:bit主板，主板CPU控制舵機(jī)將門窗打開(kāi)或者關(guān)閉，同時(shí)OLDE顯示器可顯示相關(guān)信息。通過(guò)遙控器可遠(yuǎn)程遙控門窗開(kāi)關(guān)，滿足人們舒適、方便、快捷和高校的生活需求。

圖2 遙控器接線圖

（2）智能分貝檢測(cè)器

通過(guò)模擬噪音聲敏傳感器電子積木檢測(cè)并接收聲音，所接接收到的聲音與預(yù)設(shè)的彩虹LED燈相結(jié)合，將該信息數(shù)據(jù)到micro:bit主控板，主控板判斷信號(hào)強(qiáng)弱即外界的噪音分貝值。按照國(guó)家住宅區(qū)的噪音標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，日間噪音不可高于50分貝，夜間噪音應(yīng)低于45分貝。當(dāng)傳感器檢測(cè)到噪聲達(dá)到25分貝及以上時(shí)發(fā)出燈光提醒，該燈光提醒是指彩虹LED電子積木發(fā)出不同的色彩，隨聲音分貝等級(jí)不同，分別顯示紅、橙、黃、綠、藍(lán)四種顏色。當(dāng)噪音等級(jí)已經(jīng)對(duì)人體休息及健康產(chǎn)生相應(yīng)的危害，彩虹燈顯示橙及以上顏色警報(bào)，同時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，以此來(lái)提醒及發(fā)送相關(guān)信息給主人應(yīng)該關(guān)閉門窗隔絕噪音若是主人在30秒內(nèi)未能及時(shí)響應(yīng)，則系統(tǒng)控制的防噪音門窗會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，為房間內(nèi)保持舒適的聲音環(huán)境；或者是否有陌生人想要強(qiáng)行開(kāi)門窗，此時(shí)可提醒及輔助主人報(bào)警。

表1 噪音等級(jí)及門窗狀態(tài)關(guān)系

圖3 聲音傳感器及LED彩燈接線圖

（3）入侵檢測(cè)器

通過(guò)觸碰傳感器模塊和紅外探測(cè)模塊相結(jié)合檢是否有入侵信號(hào)。當(dāng)房間沒(méi)有人時(shí)或者根據(jù)預(yù)設(shè)定的時(shí)間段，開(kāi)啟防止入侵系統(tǒng)，若是有人靠近等，就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)后向主控板發(fā)送警報(bào)信號(hào)，主控板根據(jù)信號(hào)判斷以及分析入侵的情況，蜂鳴器可發(fā)出警報(bào)聲，并在OLED顯示器顯示入侵信號(hào)，且向主人發(fā)送房間入侵及報(bào)警信息。其中蜂鳴器是利用振蕩器發(fā)出聲響的裝置，可以根據(jù)用戶定義的頻率發(fā)出聲響。

圖4 觸碰、人體紅外傳感器接線圖

（4）報(bào)警探測(cè)器

圖5 報(bào)警器任務(wù)流程圖

該系統(tǒng)是將碰撞電子積木是一個(gè)能傳遞碰撞信號(hào)的模塊，當(dāng)彈片被觸碰釋放，發(fā)出釋放信號(hào)。該彈片安裝在門與窗戶上，當(dāng)有陌生人想要強(qiáng)行開(kāi)門或者從房間外強(qiáng)行開(kāi)窗的時(shí)候，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，而此時(shí)門、窗被強(qiáng)行制動(dòng)的狀態(tài)，也會(huì)顯示在OLED屏幕上，可以人房間主人能及時(shí)掌握家中的安全信息。碰撞傳感器模塊接收碰撞信號(hào)，向micro:bit發(fā)送警報(bào)信號(hào)，micro:bit根據(jù)信號(hào)，使用蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，并在OLED顯示器顯示入侵信號(hào)。

2 系統(tǒng)工作過(guò)程

通過(guò)智能遙控系統(tǒng)、控噪系統(tǒng)、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)四大系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，形成智能門窗特色功能系統(tǒng)。

圖6 系統(tǒng)框圖

將主控板、聲音傳感器、紅外傳感器，固定在門窗框上，通過(guò)智能門窗遙控器對(duì)主控板調(diào)節(jié)，完成遠(yuǎn)距離開(kāi)開(kāi)關(guān)操作，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)門窗的智能化控制。首先，按下智能門窗遙控器按鈕，控制舵機(jī)將門窗打開(kāi)或者關(guān)閉，也可以選擇將OLED屏關(guān)閉。其次，模擬噪聲，分別嘗試大于25分貝和小于等于25分貝噪聲，看LED彩虹燈和OLED屏的變化，測(cè)試智能分貝檢測(cè)器的工作狀況。接著，模擬入侵碰撞電子積木，碰撞傳感器發(fā)送警報(bào)信號(hào)，操控蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)在OLED顯示器顯示入侵信號(hào)。等待設(shè)定實(shí)踐內(nèi)不給予系統(tǒng)回復(fù)，會(huì)自動(dòng)撥打應(yīng)急聯(lián)系人電話如父母親人，或者撥打報(bào)警電話。最后，檢查系統(tǒng)的延遲模塊，調(diào)整每個(gè)模塊的延遲的時(shí)間。防止誤觸而引發(fā)后續(xù)的警報(bào)顯示及提醒。

3 應(yīng)用前景與展望

現(xiàn)階段，我們的智能門窗系統(tǒng)已經(jīng)完成理論驗(yàn)證，并且已經(jīng)完成初步模擬系統(tǒng)搭建，之后將進(jìn)一步搭建整個(gè)模擬系統(tǒng)，并參與初步測(cè)試。同時(shí)該智能門窗系統(tǒng)主要采用microbit主控板及傳感器，與傳統(tǒng)門、窗體的架構(gòu)并沒(méi)有發(fā)送較大的變化，所以用戶在使用安裝時(shí)也不必?fù)p壞原有的窗體架構(gòu)，對(duì)房屋設(shè)計(jì)不會(huì)造成困難及用戶不會(huì)造成太大的經(jīng)濟(jì)損失。