Weadow智能窗户系统

卢钢+郭梦岑+鹿雨亭+刘云珊

摘 要：文中针对现阶段污染严重的情况，结合消费者自身需求设计了一款Weadow智能窗户系统，该系统由飞思卡尔单片机MC9S08JM60、PM2.5传感器、雨水传感器和蓝牙模块等组成，可针对户外天气及时开闭窗户，无需人工干预，具有良好的社会效益与经济效益。

关键词：Weadow；智能化；自动化

1 作品简介

系统实物图如图1所示。

Weadow智能窗户系统是一款智能化、自动化的窗户系统。

当代社会人们对生活质量的要求越来越高，普通窗户已无法满足人们的智能家居要求。家居除了讲究自然环境、人文环境、生态环境，还追求舒适环境和智能环境。

该项目旨在建立一个基于单片机和传感器的智能窗户控制系统，通过检测单元检测室外PM2.5浓度、雨水等信息，并将信息传送给中央处理器，由中央处理器将信息处理后，转变成为要执行的指令传送给控制单元，通过控制单元来控制窗户开关。同时还可以用手机控制窗户开关，实现智能生活的目的。文中已实现的具体功能如下所示：

（1）当室外PM2.5浓度大于预设值时，窗户会自动关闭以保证室内空气质量；

（2）下雨时，窗户会自动关闭以保证室内干净整洁；

（3）使用者可以通过手机App控制窗户的开关。

2 工作原理

本装置采用飛思卡尔单片机MC9S08JM60，外设PM2.5传感器、雨水传感器和蓝牙模块。我们将分别在机械实现和软件编程方面进行原理阐述。首先，为实现窗户的机械动作，即开和关，我们采用齿轮加齿条的传动形式：电机的转动带动齿轮旋转，齿轮又与安装在窗户上的齿条啮合传动，进而将电机的转动转换为窗户的直线运动。其次，在软件方面，PM2.5浓度传感器将实时检测PM2.5浓度，单片机每半秒进一次中断发送指令读取浓度。查阅资料可知，当PM2.5浓度大于95μg/m3时空气质量属于轻度污染，会对人体产生不良影响，所以我们将阈值设为95，即每半秒将室外空气值与阈值比较，当大于该值时单片机通过I/O口驱动电机，关闭窗户。为防止浓度值在95上下波动造成窗户不停开关，我们设定了一个范围，即PM2.5浓度值大于95，且波动时不低于75，则窗户保持关闭状态，加之PM2.5浓度值不会突变，由此保证了窗户开关次数不会过多。雨水传感器会持续监测是否降雨，将其连接至单片机的I/O口并设为输入，当没有降雨时，管脚为高电平，一旦降雨，管脚被拉低，此时会驱动电机转动，关闭窗户。我们用蓝牙模块来实现手机App的控制，将其设为从机模式，用以接收手机传来的命令。该App有三个按钮，分别为打开（open）、关闭（close）和停止（stop），按下对应的按钮可实现窗户对应的状态。软件、机械装置配合即可实现窗户的打开、关闭和停止。电路原理图如图2所示。

3 创新点

目前来说，智能窗户的概念得到了大力普及，许多生产企业都在不断创新和发展智能窗户，但现阶段仍存在诸多不足，产生不利影响。我们在此基础上加入了很多创新功能，比如通过对雨、室外气体浓度等环境因素的检测和采集，由中央处理器对窗户进行相应的开关动作。通过智能系统更可靠地控制窗户开关，提高人们的生活质量。

4 市场前景

在日常生活中，人们大部分时间都忙于工作或学业，家里是否能在正确的时间段里通风换气就成了问题。如果窗户一直关闭，室外天气状况良好且空气质量达标时家里不能及时开窗换气，当使用者回到家里想要开窗换气时很有可能此时的空气质量较差不适合开窗，这样家里的空气就一直得不到更新。而如果窗户一直开启，会面临两个问题：一是天气状况较差如刮风下雨时，会破坏室内环境的整洁；二是室外空气质量不达标时会影响室内空气质量，损害身体健康。

当代社会对生活质量的要求越来越高，针对这些问题，如何将开关窗这件事由人工化转向自动化、智能化，便成了具有极大市场潜力的项目。

众所周知，雾霾是当前许多城市所面临的严重问题。在雾霾严重时大家会选择戴口罩出行，然而虽然外部环境差，空气质量差，但人们仍希望家中有清新干净的空气。但如果忘记关窗，那么室外污浊的空气将会污染室内环境；如果一整天都关着窗，那么就会错过空气转好的时刻，错过对室内进行换气的机会。因此，实现窗户的智能化，对室外空气进行实时监测，当空气质量达标时，第一时间开窗换气，空气质量不达标时则自动关窗，可以满足人们对健康品质生活的要求。

相信大多数人曾经都遇到过这样的问题：出门时没有关窗，出门后却下起了雨，回家后发现屋里已经被风雨“洗礼”了一番。Weadow智能窗户可以监测降雨，如果降雨时窗户处在打开状态，那么通过中央处理器可以自动关闭；雨停后，空气最清新的时刻Weadow会立刻开窗换气，无需人工干预。

以上两项满足了人们对智能生活的期许，因此我们相信，Weadow智能窗户将是引领健康生活的旗舰型产品。

估计目前的市场主要集中在大中城市，尤其是雾霾较严重的城市，例如京津冀一带，以及部分重工业城市。

该产品的风险在于未来城市环境治理也更加重视，如果出现了治理雾霾的方法，并在法律上予以保护和支持，那么该项目就需要从新的角度进行改革和创新，否则使用力将下降导致市场危机。但就目前城市污染治理情况来看，空气污染是治理难度最高、所需时间最长的一类污染，尤其中国目前是发展中国家，重工业的发展是经济支柱不能怠慢，由此而来的环境问题也会成为一个长期存在的问题。

针对现阶段存在的问题，我们将着重以改善、提高生活质量入手，普及空气污染对人体的危害，以智能化、自动化为关键字眼，从消费者出发，实现消费者利益最大化，配合完善的售后来吸引消费人群。

该智能窗户换气系统性价比高、操作简单，在市场竞争中具有广阔的前景。