基于多传感器融合的智能窗控制系统设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

窗户是室内环境调节的重要途径之一,传统生活中，人们完全依靠手动对窗户进行开合控制，缺乏自动化控制结构。随着现在生活节奏的加快，大家的居家时间越来越宝贵，不能随时调节窗户的开关程度。目前市面上已经出现了以天猫精灵、米家等为代表的智能家居系统，也可以实现窗户开合的自动控制。但是这些系统普遍采用人工设定的方式来进行控制，不能随着天气的变化进行自动控制，存在控制效果不佳、场景不匹配等问题。因此我们有必要对智能窗控系统进行研究。

本设计主要内容是实现一种基于多传感器组合的智能窗控制系统，该智系统具有自动控制、手动控制、常闭三种模式。在自动控制状态下，系统可根据室外的湿度、温度、光照强度、风速和空气质量等参数决定窗户是否开启与开启程度。通过此项设计，复习并掌握相关传感器的数据采集与处理等相关知识，为今后的学习与工作打下基础。

2. 课题关键问题和重难点

本文将研究一种基于单片机的智能窗系统，该系统由单片机控制电路、外界环境监测模块、伺服动作模块和电源模块等五部分构成。在设计中，自动模式下以单片机为控制核心，接收外界环境监测模块中的温湿度传感器、光传感器、风速传感器等提供的信号，与系统设定的参数进行对照，驱动电机控制窗户的开合；手动模式下通过按键控制窗户的开合；常闭模式下控制系统处于休眠状态，窗户的开合需要手动推拉来实现。

课题难点：

（1）检测与控制电路的设计。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着科技的高速发展，人们生活水平的提升，智能家居出现在人们的视野中。智能家居具有便利、高效、安全、智能化的特点，对创造舒适惬意的生活空间有深远意义^[10]。窗户作为家居的一部分，是调节室内环境的重要途径，是与外界进行温度、湿度和空气交换的通道。根据相关研究表明，室内空气质量的好坏直接影响人们的身体健康，当室外空气质量良好的情况下，开窗通风保持室内空气流通可以减少室内空气污染，保障人们的身体健康，降低呼吸道疾病发生的概率。窗户是室内外空气流通的桥梁，智能窗在未来有着开阔的市场前景^[2]。

目前市场上出现的智能窗户以自动开窗器为主，其功能单一，只能实现控制窗户的自动开关，没有与其他传感器融合的控制系统，无法对温度、湿度、光强等外界数据监测^[5]。20世纪80年代末，美国出现了一种通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安保设备进行监视、控制与管理的商用系统^[8]，这个商用系统就是智能家居最早的原型。随着生活节奏的加快，人们在上班或者外出经常会忘记关闭窗户，如果遇到天气突变下雨或空气污染，外界环境会对室内产生较大影响。设计并实现根据外界环境变化智能关窗的装置，可以给人们生活带来便利^[9]。

东北林业大学工程技术学院的吴哲、刘星雨等人设计了一款采用at89c51单片机进行控制的智能窗控制系统^[7]。该系统利用防盗传感器、雨滴传感器和粉尘传感器三者对环境进行实时监测，对采集的信号进行判断处理，从而驱动步进电机控制窗扇的开合。具有防盗，防雨水和粉尘等功能，具有结构简单效果可靠的特点。实际使用过程中，系统只能简单的控制窗扇打开或者关闭，无法对开合程度进行精确控制，且电机驱动电路未设置反馈信号，系统无法判断窗扇开合到位的程度，驱动电机存在大电流过载的风险。

4. 研究方案

根据任务的实际要求，该系统方案由单片机、外界环境监测模块、电路模块、伺服控制模块和电源模块等五部分构成。系统构成框图4-1所示。

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料；

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；

第 3 周 确定传感器、无线传输电路，参阅有关资料，分析调理电路工作原理；