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Android背景下交互式健康型智能窗研究

2020-12-05 385 上传者：管理员

摘要：设计了一款可根据环境变化自动开关以及用户根据自己需求进行控制的智能窗。采用了STM32单片机开发技术、安卓APP开发技术、WIFI通信技术及传感器相关技术。系统通过单片机将各类传感器采集到的数据进行分析判断,实现智能窗户的打开与关闭,如：当室内烟雾浓度超过预设值时,智能窗可自动开窗,进行通风。采用WIFI模块实现单片机与WIFI网络互联。利用手机端APP,用户可通过手机控制窗户的开关。

关键词：
APP开发
STM32
WIFI通信
传感器
智能窗户
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现如今，随着智能家居的概念逐步深入人心，以及人们的生活水平飞速提高，或许传统的窗户已经无法满足人们的需求。例如，在南方的雨季，天气预报有时都无法预知暴雨的来临，往往是早上出门时还是艳阳高照，但是到了中午或下午，就下起了瓢泼大雨，这时，打开的窗户就有可能对房屋和室内的家具造成一定的伤害。生活中存在着许多不确定因素和很多意想不到的事情会给人们带来很多不利影响[2,3]。因此，设计一款智能窗户是非常有必要的，拥有非常好的产业前景。

为满足人们对生活环境便利、安全、健康的需求，设计了一款具有远程控制功能的健康型智能窗，该智能窗采用了STM32单片机与安卓APP开发方案兼WIFI通信技术,三位一体，设计一款可根据环境变化自动开关以及用户根据自己需求进行控制的智能窗。该智能窗可应用于大型的商业建筑、家庭住宅，即使窗户数量庞大，只需利用手机APP轻轻一点就可实现窗户的开闭并可进行统一化管理，人们再也无需担心降雨、火灾等突发状况，更符合现代化社会的需求。不仅如此，该智能窗还可应用于实验室中，实验室器材和药品对环境要求较高，使用改智能窗就可让实验室得到更好的管理与维护。

1、工作原理

利用STM32单片机与安卓app开发、无线通信技术,设计一款可根据环境变化自动开关以及用户根据自己需求利用手机进行控制的智能窗户。系统通过单片机将各类传感器采集到的数据进行分析判断，智能窗户的打开与关闭，如：当室外刮风下雨时，该智能窗户可自动关窗；当室内烟雾浓度超标时，智能窗户也可自动开启；检测到室外空气质量较差时，关闭智能窗户，防止室内空气被污染；白天，室外光照强度过强时，调光膜产生雾化效果，阻挡部分过强光照；夜晚时，可根据个人需要设置调光膜工作模式，也可利用互联网进行远程交互式操作。系统原理框图如图1所示。

2、系统硬件设计

2.1传感器技术

2.1.1DHT12温湿度传感器

温湿度检测采用DHT12,DHT12具有单总线和标准I2C两种通讯，且单总线通讯方式完全兼容DHT11。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。具有超小的体积、较低的功耗，适合多种多样的应用场合。I2C通信方式采用标准的通信时序，用户可直接挂在I2C通信总线上，无需额外布线，使用简单。传感器检测到的温湿度，通过通信协议传输到单片机，显示在屏幕上。

2.1.2风速传感电路

风速检测采用采用风动开关传感器模块，如图2所示。该模块在一定时间内通过探头检测，若环境中的风力达到预设值，在他的输出端口将会输出12V电压，若未达到预设值，输出端口无输出。通过检测模块的输出端口的电压参数，来检测风速是否达到设定值，从而进行相应的控制。当检测到风速达到预设值后，窗户将会自动关闭。

图1系统原理框图

图2风速传感器

2.1.3烟雾传感器

烟雾浓度检测风速检测采用MQ-2，如图3所示。通过Rp构成比较器的门槛电压，当烟雾浓度发生变化时，模拟电压输出端的电压值也会发生改变。通过AD口检测模拟电压输出端的电压值，当烟雾浓度超过设定值后，窗户将关闭，防止室内空气质量被污染。

2.1.4雨滴传感器

接上3.3V电源，电源指示灯亮，感应板上没有水滴时，D0输出为高电平，开关指示灯灭，滴上一滴水，D0输出为低电平，开关指示灯亮，刷掉上面的水滴，又恢复到，输出高电平状态。A0模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的雨量大小。。

图3烟雾传感器

2.1.5光照传感器模块

采用BH1750FVI数字光照传感器模块，是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定。

2.2主控系统分析

主控系统采用STM32F103芯片作为控制器。其时钟频率可以达到72MHz，芯片内部还集成了定时器、UART、SPI、I2C、USB等多种功能。

2.3WIFI通信技术

系统采用ESP8266-WIFI模块作为连接单片机与智能手机的桥梁，WIFI模块有8个引脚，如图4所示。该模块有串口无线AP(COM-AP）、串口无线STA(COM-STA）和串口无线AP+STA(COM-AP+STA）这3个模式的测试，本次使用到的是AP模式。。模块中CH-PD处于低电平使得供电模块关闭，处于高电平是正常工作状态，因此需将模块的CH-PD引脚和VCC相连。这里的串口RXD、TXD与WiFi模块直接相连，不需要进行电平转换。

图4WiFi模块

2.4手机端AndroidAPP开发技术

AndroidAPP开发使用的是最新版AndroidStudio，该APP能够兼容Android5.0以上的版本，能够满足现如今大部分用户的要求。

3、系统软件部分设计

通过实物测试发现，智能窗通过单片机和各类传感器可实现对雨滴、温度、湿度、风速、烟雾和光照的检测，软硬件各部分能够较好地配合，并且实现理想的功能。系统的软件流程如图5所示。

4、实物模型（图6)

5、结论与展望

该智能窗有四种工作模式可根据不同需求选择传统手动推动、开关按钮手动控制、手机APP控制、自动控制。智能窗通过单片机和各类传感器可实现对雨滴、温度、湿度、风速、烟雾和光照的检测，当室内外环境发生改变时，窗户会自动做出判断，进行打开或闭合。如：当室外刮风下雨时，智能窗可实现自动关闭；当室内烟雾浓度超过预设值时，智能窗可实现自动开启；当室外光照过强时，智能窗可实现自动调光功能。并且可使用手机APP可以在一定局域范围内，对智能窗进行远程遥控，并且手机界面可实时显示当下环境的温湿度值。该智能窗成本较低，性价比高可实现量产并投入市场，可以大量使用在商业建筑中，可实现智能窗的统一化的管理。

图5程序流程图

图6智能窗模型

参考文献：

[1]宰文姣,汪华章.基于步进电动机的智能窗户控制系统设计[J].微特电机,2015,83-86.

[2]范文良,李兵尚.基于物联网信息平台的智能窗户设计[J].微型机与应用,2015,58-59,63.

[3]章煜佳,金航,杨钦洋,陈祥军,陈超娣.专用于学生公寓阳台的智能防护装置研制[J].科学技术创新,2020(02):188-190.

章煜佳,李晓茜,金航,郭辰,祝佳欣.基于Android的交互式健康型智能窗[J].科学技术创新,2020(35):88-89.