基于环境检测的自动控制窗户系统研究

陈骏

摘要：室内环境的调节、通风等都需要依靠窗户来实现，窗户对室内环境的质量也有着直接的影响。完全依靠人工对窗户进行控制，可能会由于人的遗忘而导致窗户没有及时被关闭或者打开，很容易导致一些突发情况的出现，而随着科技的不断发展，基于环境检测的自动控制窗户系统被发明了出来，极大的方便了人们的生活，提高了人们生活的自动化、智能化水平。本文分析了自动控制系统、自动控制窗户系统的设计背景以及自动控制窗户系统在总体、硬件、软件方面的設计，重点分析了系统的硬件设计，硬件包括窗框、窗扇、监控部、关窗开关和限位关窗部，系统能够使关窗户更为简单，防盗更有效。

关键词：环境检测 自动控制窗户

引言

随着我国人民生活质量的不断提高以及家居行业的不断发展，智能家居这一概念被提了出来，并受到了极为广泛的关注。提高人们家居生活的智能化、自动化水平，能够为人们提供更加舒适、方便、安全的生活。因此，各种各样的智能化、自动化设备、系统在人们的生活中得到了应用，比如自动控制窗户系统。应用自动控制窗户系统，能够有效改善室内的环境，并提高房屋的防盗能力，对人们生活水平的提高有着重要作用。

一、自动控制系统概述

随着科学技术的不断发展，越来越多的科技产物被研发了出来。其中就有自动控制系统。自动控制系统也被称作是自控系统。通过运用自动控制系统，能够在无人参与的情况下，按照事先设定好的程序或期望规律来对生产过程或者其他过程进行控制。要想在工业生产中实现生产过程的自动化，就必须大力应用自动控制系统进行生产。对于人们的日常生活来说，要想提高生活的自动化水平，让生活变得更加简单、方便，也需要大力应用自动控制系统。自动控制系统主要由控制器、变送器、执行机构和被控对象这四部分组成。其中的控制器顾名思义，就是对整个自动控制系统进行控制、对信号进行识别的部分，执行机构是按照事先设计好的程序和期望规律执行工作的部分，变送器是将信号进行转换、输送的设备，能够将自动控制系统传感器中输出的信号转换成能够被控制器准确识别的信号，而被控对象就是被自动控制系统所操控的物体。我国重视对自动控制系统的研究和发展，一直推动各行各业在生产工作过程中应用自动控制系统。通过在工业生产中应用自动控制系统，能够减少工作量，提高生产效率。随着我国科学技术水平的不断提高，各种科技产物也进入到了人们的日常生活中，比如自动控制窗户系统、通过电脑控制的冰箱和微波炉等等，这些自动化水平高的科技产物为人们的日常生活提供了极大的便利，极大的提高了人们的生活质量、生活水平。

二、自动控制窗户系统的设计背景

窗户是建筑中必不可少的一个组成部分，窗户有着许多的作用，比如说可以通过窗户来将建筑室内和外界环境连接起来，让室内的空气和外界的空气相流通，让建筑室内也有着新鲜的空气。在炎热的夏天打开窗户，能够促进室内的空气流通，外界的风能够进入到室内，从而让室内的住户感到凉爽。透过窗户，室内的住户还能看到外界的环境，可以感受到阳光的照射，居住的舒适感能够大大提高。窗户在有着这些积极作用的同时，也存在着一定的缺陷，比如说窗户通常是由玻璃制作的，坚固程度并不是很高，很容易受到外界环境、人为因素的破坏，特别是在我国城市化建设的初期阶段，楼房的窗户往往厚度很小，甚至能够被一块小小的石头打碎，在20世纪90年代至21世纪初这一阶段，监控系统还没有在我国的城市当中得到普及，防盗窗也没有得到普及，这使得一些居民住所的窗户很容易被不法分子撬开、打碎，不法分子通过窗户进入到室内，将住所中的物品盗窃一空，使居民承受巨大的经济损失。而随着我国科学技术水平的不断提高以及社会、经济的不断发展，自动化技术在我国的各个领域中得到了广泛应用，通过在生产中应用自动控制系统，能够提高生产工作的效率，提高产品的质量，在日常生活中应用自动控制系统，能够帮人们分担一些事情，一些工作、活动能够通过自动控制系统进行，人们不必每一件事都亲自动手，生活变得极为方便。在这种背景下，自动控制窗户系统就被研发了出来，并得到了应用。人们通过在房屋中应用自动窗户系统，推动了家居生活智能化、自动化水平的提高，为人们带来了更加安全、舒适、便捷的生活体验。

三、基于环境检测的自动控制窗户系统总体设计

在对自动控制窗户系统进行设计时，需要将自动控制窗户系统划分为机械部分、硬件部分、软件部分这三个部分进行设计，对于机械部分的设计需要根据实际需求来开展，对于硬件部分的设计主要是设计变送器、传感器、控制器、执行部分、辅助电路等，对于软件系统的设计需要依靠c语言来对程序进行编制，根据设计的自动控制窗户系统功能来进行相关编程。设计自动控制窗户系统主要是为了实现建筑窗户的机电一体化，实现对窗户的自动化控制。在自动控制窗户系统中主要运用了传感器、电路设计和软件编程技术来确保设计的自动控制窗户系统能够具有以下几点功能：第一，如果出现暴雨，或者室外在刮大风等天气，窗户系统的风雨传感器在检测到暴雨、大风信号后，就会将检测的暴雨、大风信号传递给控制器，控制器根据反馈来的信号做出自动判断，控制电机将窗户关闭，并向住户端进行报警，防止雨水通过窗户进入室内，造成室内的物品受潮，防止持续的大风通过窗户刮入室内。在这种情况下，自动控制窗户系统还需要每隔一段时间对外界环境进行检测，如果暴雨、大风已经停止了，那么自动控制窗户系统可以重新打开窗户，恢复室内的通风，如果暴雨、大风还没有停止，那么自动控制窗户系统就继续控制窗户的关闭。第二，自动控制窗户系统还需要具有自动检测室内烟雾、可燃性气体浓度的功能。如果室内的可燃性气体和烟雾的浓度过高，自动控制窗户系统应当及时打开窗户、排气扇进行通风换气，并向住户端进行报警，让住户意识到现在家里的可燃性气体和烟雾的浓度已经过高，从而及时采取措施，避免出现煤气中毒、火灾等问题。第三，自动控制窗户系统还需要具有自动检测窗外行人、防盗的功能。实现这一功能需要为自动控制窗户系统设置红外线探测器，如果有人长时间的停留在窗户外，自动控制窗户系统的红外线探测器的发射、接收通路就会被阻断，这时候自动控制窗户系统就会将窗户关闭，并发出报警声音，提醒住户的同时也警告了窗外长时间停留的行人，起到很好的防盗作用。第四，住户在家里时，也不需要手动控制窗户的开关、不需要手动调整窗户的打开程度，可以通过人机操作界面来进行操作，下达开、关窗的指令，控制窗户的开关，并根据自己的需要来控制窗户的打开程度，生活变得十分方便，家居生活的智能化水平也大大提高。

四、基于环境检测的自动控制窗户系统硬件设计

基于环境检测的自动控制窗户系统硬件部分如下面4个图所示。图1自动控制窗户系统的机构示意图包括1-窗框、2窗扇、3限位关窗部、4监控部和5关窗开关。如图2所示：卜窗框上安装铰接有2窗扇;3限位关窗部的一端安装铰接在2窗扇上，3限位关窗部的另一端安装铰接在卜窗框上，卜窗框上设置有41检测开关，4监控部与41检测开关通过导线相接。3限位关窗部的主视剖面和A部的放大部分如图3和图4所示。工作过程中，2-窗扇打开后由于32-气筒左侧的空气只能进不能出，所以2-窗扇会被固定在特定的位置，需要关闭窗户时，通过5-关窗开关控制37-电磁阀，32-气简左侧与大气连通，在33关窗弹簧的弹力作用下，会带动2-窗扇闭合，2-窗扇上设置有锁栓，l-窗框上设置有锁栓槽，锁栓可以收缩，类似于门上用的暗锁，锁栓通过上面的斜面使其收缩进入锁栓槽，从外部无法打开，只能通过房间内的把手打开，若房主忘记关窗户，物业值班人员可以通过4-监控部检测，2窗扇的开和闭状态分别对应41-检测开关的接通和断开，4-监控部通过检测41-检测开关的闭合情况判断2-窗扇是否关闭，物业值班人员可以通过4-监控部控制37电磁阀，使2窗扇关闭。

图中：1-窗框、2-窗扇、3限位关窗部、3l-气压平衡孔、32-气筒、321-限位孔、322-进气孔、33-关窗弹簧、34-执行杆、35-限位环、36-活塞、37-电磁阀、38-单向阀、381-压紧弹簧、382-导向杆、383-密封锥、4-监控部、41-检测开关、5-关窗开关。

（一）对烟雾、可燃性气体检测电路的设计

开展基于环境检测的自动控制窗户系统硬件设计需要对烟雾、可燃性气体的检测电路进行设计，确保自动控制窗户系统能够自动检测室内烟雾、可燃性气体的浓度，自动开窗通风、报警。设计烟雾、可燃性气体检测电路时主要用到的是旁热式烟雾传感器Mo-2，如果室内没有烟雾、可燃性气体的话，这种传感器的阻值很高，自动控制窗户系统不会做出反应。如果室内充斥着烟雾、可燃性气体的话，这种传感器的阻值就会急剧下降，传感器阻值的下降会引起两端电压的下降，从而导致信号发生改变，信号传输到控制器后，控制器就会根据接收的信号做出判断，控制窗户的自动打开，并向住户报警。

（二）对红外防盗检测电路的设计

在自动控制窗户系统的硬件设计中设计红外防盗检测电路，主要是为了提高自动控制窗户系统的防盗能力，保障住户的财产、人身安全。在自动控制窗户系统中设计红外防盗检测电路，主要是应用主动式的红外探测器，这种红外探测器由接收端、发射端、处理电路等部分组成，在工作状态下，红外探测器的发射端会发射红外线，并从接收端进行接收，如果接收端接收到了红外线信号，那么自动控制窗户系统不会有动作，如果有人挡住了发射端发射的红外线使得接收端接收不到红外线，那么红外防盗检测电路中的电信号就会发生改变，自动控制窗户系统就会自动关闭窗户，并向住户报警。

（三）对风、雨检测电路的设计

在基于环境检测的自动控制窗户系统硬件设计中设计风、雨检测电路，主要是实现自动防雨、防风的功能，让窗户在暴雨、大风天气中能够自动关闭、雨水、大风不会进入到室内对室内物品造成破坏。设计这种检测电路主要是对降雨和风速进行检测，如果自动控制窗户系统的检测电路检测到了雨水，那么就证明雨水会通过窗户进入室内，在这时候就需要将检测结果转化成电信号，传递给控制器，控制器做出相应的操作来控制窗户的关闭。自动控制窗户系统的检测电路还能够通过风轮来对风速进行检测，如果风轮在风的带动下转动的过快，就证明外界的风速过大，这时侯检测电路就会向控制器中传递信号，控制器控制电机转动来关闭窗户。

五、基于环境检测的自动控制窗户系统软件设计

基于环境检测的自动控制窗户系统软件设计，系统软件设计工作人员需要利用c语言来进行编程，编写出系统的总体界面，并划分好各种功能分区。确保设计出的自动控制窗户系统能够通过传感器来对外界环境的信息进行采集，并将采集到的外界环境信息传递到控制器当中，通过事先设计好的软件功能来判断外界环境状态是否达到了关窗的要求，并对室内环境信息进行采集，通过事先设计好的软件功能来判断室内环境状态是否达到了开窗的要求，并根据判断来执行相应的操作。在自动控制窗户系统正常运行的过程中，软件需要对采集到的环境信息进行自动分析，并对自动控制窗户系统的执行部分进行控制，确保能够有效控制窗户的开关状态，实现对窗户的自动化控制。用户在安装好自动控制窗户系统后，在第一次打开系统时需要对系统进行初始化，对系统的各项功能进行试用，并依靠自己的实际需求来对自动控制窗户系统进行设置。

六、结论

综上所述，基于环境检测的自动控制窗户系统需要从总体、硬件、软件这三个方面进行设计，大力应用红外防盗检测电路，应用烟雾、可燃性气体检测电路以及风、雨检测电路，让自动控制窗户系统能够对室内环境进行检测，对室外环境进行检测，真正实现窗户开关的自动化控制，提高家居生活的自动化、智能化水平。

参考文献

[1]程良燕.基于环境检测的自动控制窗户系统研究[J]，数字技术与用.2013（01）：19

[2]陳骏，一种智能楼宇窗户自动关闭及检测系统.发明专利.ZL201410268918.4

[3]常淑英，基于单片机的自动控制窗户系统设计[J].中国科技信息.2014.10

[4]王林军.基于环境因素与模糊识别的太阳自动跟踪控制策略[J].农业工程学报.2014.11

[5]黄梅玲.复杂自然场景中文本检测技术的研究[J].南京邮电大学.2018.02