摘要：設(shè)計(jì)了一款可根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)開關(guān)以及用戶根據(jù)自己需求進(jìn)行控制的智能窗。采用了STM32單片機(jī)開發(fā)技術(shù)、安卓APP開發(fā)技術(shù)、WIFI通信技術(shù)及傳感器相關(guān)技術(shù)。系統(tǒng)通過單片機(jī)將各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，實(shí)現(xiàn)智能窗戶的打開與關(guān)閉，如：當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，智能窗可自動(dòng)開窗，進(jìn)行通風(fēng)。采用WIFI模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與WIFI網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。利用手機(jī)端APP，用戶可通過手機(jī)控制窗戶的開關(guān)。

　　關(guān)鍵詞：智能窗戶;WIFI通信;STM32;APP開發(fā);傳感器

　　現(xiàn)如今，隨著智能家居的概念逐步深入人心，以及人們的生活水平飛速提高，或許傳統(tǒng)的窗戶已經(jīng)無法滿足人們的需求。例如，在南方的雨季，天氣預(yù)報(bào)有時(shí)都無法預(yù)知暴雨的來臨，往往是早上出門時(shí)還是艷陽高照，但是到了中午或下午，就下起了瓢潑大雨，這時(shí)，打開的窗戶就有可能對(duì)房屋和室內(nèi)的家具造成一定的傷害。生活中存在著許多不確定因素和很多意想不到的事情會(huì)給人們帶來很多不利影響[2-3]。

　　電力論文投稿刊物：微特電機(jī)是由中國電子科技集團(tuán)公司主管，中國電子科技集團(tuán)公司第21研究所主辦的綜合性專業(yè)期刊。刊登科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的學(xué)術(shù)論文，生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)報(bào)告、技術(shù)革新中的技術(shù)總結(jié)、教學(xué)活動(dòng)中的實(shí)用教材以及商貿(mào)活動(dòng)中的行業(yè)信息等。

　　因此，設(shè)計(jì)一款智能窗戶是非常有必要的，擁有非常好的產(chǎn)業(yè)前景。為滿足人們對(duì)生活環(huán)境便利、安全、健康的需求，設(shè)計(jì)了一款具有遠(yuǎn)程控制功能的健康型智能窗，該智能窗采用了STM32單片機(jī)與安卓APP開發(fā)方案兼WIFI通信技術(shù),三位一體，設(shè)計(jì)一款可根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)開關(guān)以及用戶根據(jù)自己需求進(jìn)行控制的智能窗。該智能窗可應(yīng)用于大型的商業(yè)建筑、家庭住宅，即使窗戶數(shù)量龐大，只需利用手機(jī)APP輕輕一點(diǎn)就可實(shí)現(xiàn)窗戶的開閉并可進(jìn)行統(tǒng)一化管理，人們?cè)僖矡o需擔(dān)心降雨、火災(zāi)等突發(fā)狀況，更符合現(xiàn)代化社會(huì)的需求。不僅如此，該智能窗還可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)室器材和藥品對(duì)環(huán)境要求較高，使用改智能窗就可讓實(shí)驗(yàn)室得到更好的管理與維護(hù)。

　　1工作原理

　　利用STM32單片機(jī)與安卓app開發(fā)、無線通信技術(shù),設(shè)計(jì)一款可根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)開關(guān)以及用戶根據(jù)自己需求利用手機(jī)進(jìn)行控制的智能窗戶。系統(tǒng)通過單片機(jī)將各類傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，智能窗戶的打開與關(guān)閉，如：當(dāng)室外刮風(fēng)下雨時(shí)，該智能窗戶可自動(dòng)關(guān)窗;當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度超標(biāo)時(shí)，智能窗戶也可自動(dòng)開啟;檢測(cè)到室外空氣質(zhì)量較差時(shí)，關(guān)閉智能窗戶，防止室內(nèi)空氣被污染;白天，室外光照強(qiáng)度過強(qiáng)時(shí)，調(diào)光膜產(chǎn)生霧化效果，阻擋部分過強(qiáng)光照;夜晚時(shí)，可根據(jù)個(gè)人需要設(shè)置調(diào)光膜工作模式，也可利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程交互式操作。

　　2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1傳感器技術(shù)

　　2.1.1DHT12溫濕度傳感器

　　溫濕度檢測(cè)采用DHT12，DHT12具有單總線和標(biāo)準(zhǔn)I2C兩種通訊，且單總線通訊方式完全兼容DHT11。標(biāo)準(zhǔn)單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。具有超小的體積、較低的功耗，適合多種多樣的應(yīng)用場(chǎng)合。I2C通信方式采用標(biāo)準(zhǔn)的通信時(shí)序，用戶可直接掛在I2C通信總線上，無需額外布線，使用簡(jiǎn)單。傳感器檢測(cè)到的溫濕度，通過通信協(xié)議傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，顯示在屏幕上。

　　2.1.2風(fēng)速傳感電路

　　風(fēng)速檢測(cè)采用采用風(fēng)動(dòng)開關(guān)傳感器模塊。該模塊在一定時(shí)間內(nèi)通過探頭檢測(cè)，若環(huán)境中的風(fēng)力達(dá)到預(yù)設(shè)值，在他的輸出端口將會(huì)輸出12V電壓，若未達(dá)到預(yù)設(shè)值，輸出端口無輸出。通過檢測(cè)模塊的輸出端口的電壓參數(shù)，來檢測(cè)風(fēng)速是否達(dá)到設(shè)定值，從而進(jìn)行相應(yīng)的控制。當(dāng)檢測(cè)到風(fēng)速達(dá)到預(yù)設(shè)值后，窗戶將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

　　2.1.3煙霧傳感器

　　煙霧濃度檢測(cè)風(fēng)速檢測(cè)采用MQ-2。通過Rp構(gòu)成比較器的門檻電壓，當(dāng)煙霧濃度發(fā)生變化時(shí)，模擬電壓輸出端的電壓值也會(huì)發(fā)生改變。通過AD口檢測(cè)模擬電壓輸出端的電壓值，當(dāng)煙霧濃度超過設(shè)定值后，窗戶將關(guān)閉，防止室內(nèi)空氣質(zhì)量被污染。

　　2.1.4雨滴傳感器

　　接上3.3V電源，電源指示燈亮，感應(yīng)板上沒有水滴時(shí)，D0輸出為高電平，開關(guān)指示燈滅，滴上一滴水，D0輸出為低電平，開關(guān)指示燈亮，刷掉上面的水滴，又恢復(fù)到，輸出高電平狀態(tài)。A0模擬輸出，可以連接單片機(jī)的AD口檢測(cè)滴在上面的雨量大小。

　　2.1.5光照傳感器模塊

　　采用BH1750FVI數(shù)字光照傳感器模塊，是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性，可對(duì)廣泛的亮度進(jìn)行1勒克斯的高精度測(cè)定。

　　2.2主控系統(tǒng)分析

　　主控系統(tǒng)采用STM32F103芯片作為控制器。其時(shí)鐘頻率可以達(dá)到72MHz，芯片內(nèi)部還集成了定時(shí)器、UART、SPI、I2C、USB等多種功能。

　　2.3WIFI通信技術(shù)

　　系統(tǒng)采用ESP8266-WIFI模塊作為連接單片機(jī)與智能手機(jī)的橋梁，WIFI模塊有8個(gè)引腳。該模塊有串口無線AP(COM-AP)、串口無線STA(COM-STA)和串口無線AP+STA(COM-AP+STA)這3個(gè)模式的測(cè)試，本次使用到的是AP模式。模塊中CH-PD處于低電平使得供電模塊關(guān)閉，處于高電平是正常工作狀態(tài)，因此需將模塊的CH-PD引腳和VCC相連。這里的串口RXD、TXD與WiFi模塊直接相連，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

　　2.4手機(jī)端AndroidAPP開發(fā)技術(shù)

　　AndroidAPP開發(fā)使用的是最新版AndroidStudio，該APP能夠兼容Android5.0以上的版本，能夠滿足現(xiàn)如今大部分用戶的要求。

　　3系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

　　通過實(shí)物測(cè)試發(fā)現(xiàn)，智能窗通過單片機(jī)和各類傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)雨滴、溫度、濕度、風(fēng)速、煙霧和光照的檢測(cè)，軟硬件各部分能夠較好地配合，并且實(shí)現(xiàn)理想的功能。

　　4實(shí)物模型

　　5結(jié)論與展望

　　該智能窗有四種工作模式可根據(jù)不同需求選擇傳統(tǒng)手動(dòng)推動(dòng)、開關(guān)按鈕手動(dòng)控制、手機(jī)APP控制、自動(dòng)控制。智能窗通過單片機(jī)和各類傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)雨滴、溫度、濕度、風(fēng)速、煙霧和光照的檢測(cè)，當(dāng)室內(nèi)外環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，窗戶會(huì)自動(dòng)做出判斷，進(jìn)行打開或閉合。如：當(dāng)室外刮風(fēng)下雨時(shí)，智能窗可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉;當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，智能窗可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟;當(dāng)室外光照過強(qiáng)時(shí)，智能窗可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光功能。并且可使用手機(jī)APP可以在一定局域范圍內(nèi)，對(duì)智能窗進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，并且手機(jī)界面可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)下環(huán)境的溫濕度值。該智能窗成本較低，性價(jià)比高可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并投入市場(chǎng)，可以大量使用在商業(yè)建筑中，可實(shí)現(xiàn)智能窗的統(tǒng)一化的管理。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：章煜佳李曉茜金航郭辰祝佳欣