人工智能时代基于物联网的智能窗户系统的设计与实现

刘治国 张人娄

摘要：科学技术的不断提升，优化了人类的居住环境，迫切需要智能控制开关的窗户来满足实际的需要。本文基于智能时代背景下，充分利用物联网技术，打造全自动化智能窗户系统。该系统属于机电一体化的控制系统，采用了传感、机械传动、智能控制等先进的技术，打造出了全自动化的系统，从而给用户带来了更好的体验。

关键词：人工智能;物联网;智能窗户系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0109-02

随着科学技术的飞速发展，人工智能越来越普及，被应用于智能家居等诸多领域。近年来，智能家居的应用非常广泛，而智能窗户的使用也成为其中的一种，也出现了诸多的研究。一直以来，窗户在房屋中是非常重要的存在。将智能家居控制系统应用到这种场所，能营造出更舒适、安全的生活环境，也使得家居生活更贴合人性的需要。在快节奏的生活环境里，忘记关窗是一件很普遍的事情。但是忘记关窗会引发诸多的事件，像下雨雨水会进入房间，造成财务的损失。尤其是近几年经常听到因为窗户没关而致使孩子丧生的事件，虽然不少家居环境都安装了防盗窗，但是如果出现了火灾等情况，就会降低逃生的可能性[1]。

鉴于此，本文以人工智能时代为背景，在物联网技术的基础上设计出了全自动化智能窗户系统，这样就能更好的做好家居环境保护工作，该系统还能控制好室内的温度，根据检测到室内温度和高度来运行窗户，以此实现室内恒温的效果，因此这种系统的应用将会给人们带来更舒适的家居环境。

1 智能窗户概述

智能窗户是自动化运行的模式，所具备的功能有防雨、防尘、防盗等。这种窗户最初是在高档住宅区和商场中使用，但是随着生活水平的提高，人们对生活的要求也更高，在一些住宅小区也出现了智能窗户系统，不仅改善了生活环境，而且也呈现出了更安全的形式。智能窗户具备安全性、自动防护性、人性化等诸多功能。未来，智能窗户的使用也将成为一种潮流，为人们打造了高质量的生活环境[2]。

2 智能窗户系统的总体架构

想要实现智能开关窗户就要利用相关的系统，尤其是在自动控制系统和机械传动系统的运用上非常重要。在完成窗户开关控制的时候充分利用了中控系统，这种系统的运用也是通过检测外部数据进而传递信息。该系统由诸多系统组合而成，中央控制系统采用了AT89C51单片机，同步响应系统由同步电机、同步带轮窗框等，外部信息采集系统有诸多传感器类型。

3 智能窗户系统机械结构设计

3.1 自动窗户机械传动设计

想要完成智能窗户自动开关的工作，就要将电机和带轮窗框实现同步驱动，实现准确的开关。为了确保窗户自动开关的准确性，就要做好窗框能完成齿轮带动的过程。在齿轮和轮条的传动性能上非常可靠，并且所承受力较小，得以能正确的完成这个工作。

3.2 窗框結构的设计

这种窗户也要符合常规的使用，尤其是在窗框的设计上要符合窗户开关的需要，所以设计时就要按照正常的窗户来进行，窗宽上下安装滑槽，让窗户的开关能顺利的运行。在常见的窗户上安装窗扇时还需加上旋转轴，且还需滑动轮，将利用滑动轮来带动窗户开关，完成自动开关的过程[3]。

3.3 步进电机的设计

想要驱动窗户开关就要利用步进电机，在设计的时候需移动的方式，因此可将步进电机安装在窗户的卡座上，然后在滑槽上移动，以此来带动窗户能自动开关。

4 智能窗户系统硬件电路设计

4.1 单片机系统模块

智能窗户系统运用诸多的技术，高密度非易失存储器技术是其中一种，该技术兼容性很强，属于高效微控制器，这种控制器更加灵活，且价格实惠。将单片机、电源、复位电路和振荡电路共同构成控制系统，单片机和振荡电路能实现单片机系统的时钟服务。服务电路作用很大，能完成电路复位，可手动也可自动复位。其根源就是单片机有电容，电源接入情况下会形成短路，因此，只要能让单片机复位，就可以顺利的实现智能窗户开关的控制系统[4]。

4.2 光度传感器

光度传感器是比较常见的传感器，其类型较多，比较多见的类型有光电管、红外线传感器、光敏电阻等。该传感器敏感波长由可见光波长来决定，在红、紫外线变化会直观反应。利用好光敏电阻，就能实现光线感应，利用电路对电平的传输，引入单片机中完成处理过程，从而也能实现窗户开关的需要。

4.3 温度传感器

温度传感器至关重要，其运行的过程是收集外界的温度，然后转换成数字信号，借助电路传递到单片机中。如果接收到的温度高于检测的范围，那么将会向单片机发送信号，单片机会根据这个信号来同步到电机中，继而实现开窗;如果接收到的温度低于检测，单片机将会同步电机发出关窗的信号。

4.4 湿度传感器

湿度传感器有感应板，并且这个感应板还能感应到湿度，如果湿度过高，那么单片机会传达指令给低电平，从而同步电机发出关上窗户的指令。相反，则会不会有指令发出。

4.5 烟尘传感器

烟尘传感器可检测空气中灰尘的浓度，浓度过高窗户会自动关闭上，以确保室内空气的清洁。这种传感器的原理也是非常直观的，利用平行光线进入测试区域来完成，采用灰尘颗粒对光的散射所造成的光度强度降低，所行程单光线强弱程度来反应出灰尘的浓度。当传感器感应到灰尘以后，还会根据设定值对比，完成电机开窗的指令[5]。

4.6 电机驱动电路

步进电机作用到驱动装置中非常理想，在输入端上利用单片机，可利用这种单片机进行操作。在实际运行中就需要通过单片机同步电机发出命令，就会让电机动起来，带动窗户上的齿轮，实现开关窗户的需要。想要实现窗户开关就需要通过同步电机和单片机来共同作用，同步电机能实行正转和反转，这就可以完成窗户的开和关，而且这个过程也需要单片机来变动输入端口的逻辑电平。电机能影响到单片机，因此在设置的时候可以加入光耦，能够有效的形成光电隔离，从而也确保系统的稳定。

本文以人工智能为背景，以物联网技术为设计基础，实现了机电一体智能窗户控制系统，为用户带来了更舒适的生活方式。相对于以往的智能窗户，这种系统的应用更具优势，结构简单、价格实惠，并且在使用的时候也非常便利，特别适合在家居环境中使用，其各种技术的应用，也给用户提供了更好的体验感受，并呈现出了安全、高效等效果。

参考文献

[1] 段玉戈.基于AT89C2051智能窗户控制装置的设计[J].电气技术，2020，21（5）：58-62.

[2] 杨锦辉，王开心，黄艾璇，等.基于物联网的智能窗户系统设计实现[J].物联网技术，2020，10（4）：76-79.

[3] 周子川，付浩东，符裕亮，等.基于物联网的智能教室管理系统[J].数字通信世界，2019（4）：125+140.

[4] 朱天艺，王浩.基于STC51的智能窗户系统研究[J].信息通信，2019（1）：152-153+155.

[5] 郝思思，张倩，张慧，等.一种基于环境因子变化的可自动控制智能窗户的设计[J].科技与创新，2018（23）：117-118.