基于嵌入式的智能門窗系統(tǒng)

侯夢晗 李晴

1 綜述

生活方式的改變提高了人們對現(xiàn)代化、智能化居住環(huán)境的期望，為滿足人們對居住環(huán)境智能化的需求，智能化家居系統(tǒng)越來越受到重視。智能家居系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種家用設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)連接在一起，為人們提供智能化的生活。其中嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展催生了智能家居的出現(xiàn)，由于嵌入式操作系統(tǒng)種類多，應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，嵌入式系統(tǒng)在家居領(lǐng)域已得到廣泛運(yùn)用。同時(shí)，嵌入式微控制器中單片機(jī)具有體積小、內(nèi)存大、性能高的特點(diǎn)，在智能家居市場所占份額較大，應(yīng)用也比較廣泛。

2 設(shè)計(jì)原理

本文中的智能門窗應(yīng)用系統(tǒng)主要由前端和后端兩部分組成，前端負(fù)責(zé)信號處理，后端是中央處理器。前端由傳感器檢測模塊、信號處理模塊和控制模塊組成;后端由ARM中央處理器、外圍電路和網(wǎng)絡(luò)接口模塊等組成。前后端通過電力線載波技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。

該門窗系統(tǒng)中每個(gè)傳感器檢測到的物理量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后由STC89C52作為微處理器結(jié)合HLPLCS520F作為電力線通訊單元將信號傳給ARM主控單元，主機(jī)根據(jù)地址判斷信號來自哪個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過軟件判斷出現(xiàn)哪種情況，接著做出相應(yīng)的操作和啟動攝像頭進(jìn)行抓拍。此外，用戶還可以通過手機(jī)APP對門窗進(jìn)行控制。

智能模塊工作原理：

1. 防盜主要是門窗防盜，將震動傳感器和人體接近傳感器安裝在相應(yīng)的門窗位置上，其中人體接近傳感器探測是否有人體接近，如果震動傳感器連續(xù)震動超過三分鐘且人體接近傳感器一直能感應(yīng)到有人體接近，那么這兩個(gè)傳感器相結(jié)合判斷是否有人動門窗。

2. 煤氣泄漏檢測采用MQ-6傳感器，它對液化氣、天然氣以及城市煤氣有較好的靈敏度，而對乙醇、煙霧幾乎不響應(yīng)。

3. 火災(zāi)檢測由煙霧傳感器和溫度傳感器組成，當(dāng)兩個(gè)傳感器都檢測到信號時(shí)才發(fā)生火災(zāi)報(bào)警。

4. 檢測小孩子靠近窗戶的辦法是根據(jù)孩子的身高在特定的區(qū)域安裝人體接近傳感器，一旦檢測到可能有孩子的接近，控制系統(tǒng)就立刻控制將窗戶關(guān)閉。

3 功能

1. 防小孩墜樓：當(dāng)傳感器檢測到人體信息時(shí)，窗戶會自動關(guān)閉，將小孩關(guān)在室內(nèi)，可以有效的保護(hù)小孩的安全;

2. 自動檢控燃?xì)猓寒?dāng)檢測到煤氣時(shí)，智能控制器內(nèi)微電腦自動發(fā)出相應(yīng)的指令，將窗戶、排氣扇自動開啟，同時(shí)發(fā)出警聲并將警情傳遞給主人手機(jī)和保衛(wèi)處;

3. 自動檢控火災(zāi)：一旦有火災(zāi)發(fā)生，傳感器會第一時(shí)間檢測到煙霧信號，智能控制器發(fā)出指令 ，將門窗打開，同時(shí)發(fā)出警聲并將警情傳給主人手機(jī)上;

4. 對現(xiàn)場圖像進(jìn)行抓拍;

5. 防盜。

4 軟硬件配置

4.1 硬件配置

主控制模塊主要包括電力線通信模塊 HLPLCS52F及其外圍電路、S3C2440的ARM處理器、存儲器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊DM9000、液晶顯示模塊等。各從模塊主要由電力線通信HLPLS520F模塊、STC89C52單片機(jī)、FLASH存儲器、A/D模擬量采集電路、輸入輸出模塊和繼電器執(zhí)行模塊和傳感器模塊組成。

傳感器種類很多，包括人體接近傳感器、震動傳感器、溫度傳感器、MQ-6傳感器、煙霧傳感器。

4.2 軟件配置

軟件設(shè)計(jì)主要包括Linux平臺和手機(jī)APP以及服務(wù)器的搭建，電力線載波通信程序設(shè)計(jì)等部分，軟件設(shè)計(jì)還要包含各個(gè)傳感器的程序設(shè)計(jì)。

5 應(yīng)用場景

該智能門窗系統(tǒng)應(yīng)用的場景有學(xué)校、醫(yī)院、樓閣和普通住宅。

比如，當(dāng)我們每天離開家時(shí)，我們的家立即成為一個(gè)安全的堡壘。無論誰試圖闖入，防盜裝置將立即啟動，門窗將處于高度戒備狀態(tài)。當(dāng)傳感器檢測到陌生人的身體信息時(shí)，它會向主控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉指令，門窗將自動關(guān)閉，如果陌生人繼續(xù)移動，智能報(bào)警系統(tǒng)會發(fā)出響亮的警報(bào)，同時(shí)將情況報(bào)告給主人的手機(jī)應(yīng)用程序。我們還可以使用攝像機(jī)拍攝嫌疑人，以保留證據(jù)。

6 發(fā)展趨勢

1.市場需求變大

隨著中國城市化進(jìn)程的加速和消費(fèi)升級時(shí)代的到來，消費(fèi)者對智能門窗產(chǎn)品的性能需求和檔次需求愈加細(xì)致化，這讓智能門窗行業(yè)迎來持續(xù)高速增長期。

2.提供人們更健康、智能、安全的生活

智能門窗能讓居家環(huán)境更健康，如利用門窗自動換氣保持空氣清新，根據(jù)紫外線強(qiáng)度、室內(nèi)亮度等因素自動調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的光線，這些功能為我們家居生活的安全、健康提供了保障。

3.減少更多的能源消耗

節(jié)能減排是永恒的主題，利用傳感器監(jiān)控室內(nèi)外的熱傳導(dǎo)狀況，在室外過熱時(shí)可調(diào)節(jié)從室外進(jìn)入室內(nèi)的光線、能提醒主人控制空調(diào)溫度，以達(dá)到節(jié)的目的。

4.操作難度降低

目前的智能門窗大部分都基于遙控，以后的智能門窗可能都是隨時(shí)隨地在房間中操作顯示屏，這樣會使得操作更加方便。

5.更加便宜

隨著科技的發(fā)展，智能門窗所使用的技術(shù)可能就比較常見于日常生活中，因此智能門窗的價(jià)格也會大幅度下降，這樣就可以使大部分人都能夠使用上智能門窗。

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