智能窗系统的设计与实现(附件)【字数：9730】
摘 要家是人们每天最温馨的港湾，而窗户是人们日常生活中接触最频繁的生活家居之一。通过对传统的窗户观察与分析，发现其存在很多弊端。例如1.窗户的开关需要人们自己到窗边去执行，这无疑给人们带来很多不便；2.窗户的设计无法完全保证室内环境、室内安全的功能，无法感应外界环境的变换。特别的，人在熟睡时因煤气的泄露而导致生命危险；当室内无人时，无法因外面突发的下雨天气而紧急关闭窗户，会因雨导致室内物品损坏；同时，在防盗，防人员坠落等方面并没有实际作用，使其存在很大的安全隐患。针对上述问题，为了营造更好的生活环境，保障人身与财产安全，开发了一套基于嵌入式的智能窗系统。本系统基于树莓派开发平台设计实现，包括温湿度检测模块、雨滴感应模块、烟雾检测模块、红外检测模块、监控模块等。1.下雨时，窗户会自动关闭。2.室内温湿度高时，自动开窗换气，优化室内空气。3.当室内关窗气流封闭且煤气泄漏时，能够自动识别后报警并开启窗户，减少室内煤气的浓度。4.当发现盗情时，窗户自动关闭，并进行拍照。经过实验测试，本系统可以实现具体的主要功能，从而减少了意外发生和不必要的损失，使得居住环境更智能化、人性化。
目 录
第1章 前言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究目的和意义 3
1.3.1研究目的 3
1.3.2研究意义 3
1.4全文组织结构 4
第2章智能窗系统分析 5
2.1智能窗系统需求分析 5
2.1.1 系统功能需求分析 5
2.1.2系统性能需求分析 6
2.2智能窗系统硬件需求 6
2.2.1嵌入式系统 6
2.2.2烟雾传感器 7
2.2.3红外传感器 7
2.2.4雨滴传感器 8
2.2.5监控探头 8
2.2.6温湿度传感器 8
2.2.7步进电机 9
2.3智能窗系统软件需求 9
第3章 智能窗系统设计 10
3.1智能窗系统架构 10
3.2智能窗系统硬件设计 10
3.2.1烟雾感应模块设计 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2.2温湿度检测模块设计 11
3.2.3雨滴感应模块设计 11
3.2.4人体红外感应模块设计 12
3.2.5监控模块设计 12
3.2.6控制模块设计 13
3.2.7外围模块总体设计 13
3.3智能窗系统软件设计 15
3.3.1树莓派系统的安装 15
3.3.2 人脸识别模块设计 16
第4章 系统实现与测试 19
4.1树莓派系统的调试 19
4.2主要问题分析 20
4.3系统联调联试 21
第5章 总结与展望 22
附录 23
参考文献 24
致谢 25
第1章 前言
1.1研究背景
家庭可以说是人们每天生活的温馨场所，而窗户无疑是人们日常生活中接触最频繁的生活家居之一。但是，意外往往就会发生，例如：
（1）2018年10月28日，潍坊高密发生煤气泄漏事故，导致2死5伤。
（2）2017年11月18日，青岛李沧区发生一起坠楼事件，一名独自在家的6岁男孩。从11楼窗户坠落，当场身亡。
（3）2017年5月11日，胡城多个小区发生爬窗入室盗窃案。
通过对传统的窗户调查分析，发现其存在较多的弊端。例如，1.窗户的开关需要使用者自己到窗边执行动作；2.窗户的设计无法完全保证室内环境以及室内安全的功能，无法响应外界的环境变换而做出相应的控制。特别的，人在熟睡时因煤气的泄露而导致生命危险；当室内无人时，无法因外面突发的下雨天气而紧急关闭窗户，会因突降大雨导致室内物品损坏；同时，在防盗，防室内人员坠落等方面并没有实际作用。本设计考虑一般住宅建筑的窗户特点，利用树莓派设计开发一套智能窗系统。该系统可实时检测室内的温湿度，控制窗户的自动开关，以达到自动通风透气的效果；通过雨滴传感器检测是否下雨，控制窗户的开合；通过红外系统和监控系统，来避免小孩在窗边玩耍时发生不必要的危险和实现防盗，提供可靠确凿的犯罪证据；系统同时还搭配了烟雾传感器，检测室内是否有有毒气体，减少对人身体的危害。设计一个这样的窗户系统，解除用户的后顾之忧，给用户提供一个舒适、安全的室内环境，同时提高了人们的生活品质。
1.2国内外研究现状
21世纪是信息化时代，电信和互联网交织的新技术推动了人类社会文明的巨大进步。近几年来,智能家居[1]概念也逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。因此，很多高档的小区、别墅已经开始使用智能家居系统，并体验智能化产品带给家居生活的安全、舒适和便捷。
多功能窗户是家庭智能化安全防范系统[2]的一个重要组成部分。多功能窗户是一种智能化的控制系统，它由现代微型机、各类传感器及机械传动装置组成，使其具有智能化、人性化、网络化的高科技产品，使人们的家居环境得到改善。目前智能家居市场存在如下特点[3]：
1.消费者对于智能化产品的消费意识增强，从而使得智能化产品的用户也随之增多。
2.不同厂家生产的产品互不兼容，没有形成统一的行业标准。
3.现实生活中家居产品的智能化与理想中的差距较大。
4.智能化家居产品市场分布不均。沿海经济发达地区与内地大众城市市场活跃。
树莓派 [4]是一款基于ARM的微型电脑主板，用SD卡为内存硬盘，卡片主板周围有4个USB接口和一个10/100以太网接口，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。
传感器[5]是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。传感器由敏感器件、转换元件和基本转换电路组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并把检测到的信号输出。
国外传感器技术的发展方向[6]为：微型化、智能化和可移动化。传感器技术主要发展趋势为：
1. 无线网络化技术的运用。
2. 应用新原理、新结构、新材料，来实现微功耗、低成本、高可靠性等参数指标的提升。
3. 研发创新类产品，并注重将其产业化的技术。如地震、飓风等自然灾害预报与监测类传感器产品。
目 录
第1章 前言 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究目的和意义 3
1.3.1研究目的 3
1.3.2研究意义 3
1.4全文组织结构 4
第2章智能窗系统分析 5
2.1智能窗系统需求分析 5
2.1.1 系统功能需求分析 5
2.1.2系统性能需求分析 6
2.2智能窗系统硬件需求 6
2.2.1嵌入式系统 6
2.2.2烟雾传感器 7
2.2.3红外传感器 7
2.2.4雨滴传感器 8
2.2.5监控探头 8
2.2.6温湿度传感器 8
2.2.7步进电机 9
2.3智能窗系统软件需求 9
第3章 智能窗系统设计 10
3.1智能窗系统架构 10
3.2智能窗系统硬件设计 10
3.2.1烟雾感应模块设计 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2.2温湿度检测模块设计 11
3.2.3雨滴感应模块设计 11
3.2.4人体红外感应模块设计 12
3.2.5监控模块设计 12
3.2.6控制模块设计 13
3.2.7外围模块总体设计 13
3.3智能窗系统软件设计 15
3.3.1树莓派系统的安装 15
3.3.2 人脸识别模块设计 16
第4章 系统实现与测试 19
4.1树莓派系统的调试 19
4.2主要问题分析 20
4.3系统联调联试 21
第5章 总结与展望 22
附录 23
参考文献 24
致谢 25
第1章 前言
1.1研究背景
家庭可以说是人们每天生活的温馨场所，而窗户无疑是人们日常生活中接触最频繁的生活家居之一。但是，意外往往就会发生，例如：
（1）2018年10月28日，潍坊高密发生煤气泄漏事故，导致2死5伤。
（2）2017年11月18日，青岛李沧区发生一起坠楼事件，一名独自在家的6岁男孩。从11楼窗户坠落，当场身亡。
（3）2017年5月11日，胡城多个小区发生爬窗入室盗窃案。
通过对传统的窗户调查分析，发现其存在较多的弊端。例如，1.窗户的开关需要使用者自己到窗边执行动作；2.窗户的设计无法完全保证室内环境以及室内安全的功能，无法响应外界的环境变换而做出相应的控制。特别的，人在熟睡时因煤气的泄露而导致生命危险；当室内无人时，无法因外面突发的下雨天气而紧急关闭窗户，会因突降大雨导致室内物品损坏；同时，在防盗，防室内人员坠落等方面并没有实际作用。本设计考虑一般住宅建筑的窗户特点，利用树莓派设计开发一套智能窗系统。该系统可实时检测室内的温湿度，控制窗户的自动开关，以达到自动通风透气的效果；通过雨滴传感器检测是否下雨，控制窗户的开合；通过红外系统和监控系统，来避免小孩在窗边玩耍时发生不必要的危险和实现防盗，提供可靠确凿的犯罪证据；系统同时还搭配了烟雾传感器，检测室内是否有有毒气体，减少对人身体的危害。设计一个这样的窗户系统，解除用户的后顾之忧，给用户提供一个舒适、安全的室内环境，同时提高了人们的生活品质。
1.2国内外研究现状
21世纪是信息化时代，电信和互联网交织的新技术推动了人类社会文明的巨大进步。近几年来,智能家居[1]概念也逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。因此，很多高档的小区、别墅已经开始使用智能家居系统，并体验智能化产品带给家居生活的安全、舒适和便捷。
多功能窗户是家庭智能化安全防范系统[2]的一个重要组成部分。多功能窗户是一种智能化的控制系统，它由现代微型机、各类传感器及机械传动装置组成，使其具有智能化、人性化、网络化的高科技产品，使人们的家居环境得到改善。目前智能家居市场存在如下特点[3]：
1.消费者对于智能化产品的消费意识增强，从而使得智能化产品的用户也随之增多。
2.不同厂家生产的产品互不兼容，没有形成统一的行业标准。
3.现实生活中家居产品的智能化与理想中的差距较大。
4.智能化家居产品市场分布不均。沿海经济发达地区与内地大众城市市场活跃。
树莓派 [4]是一款基于ARM的微型电脑主板，用SD卡为内存硬盘，卡片主板周围有4个USB接口和一个10/100以太网接口，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。
传感器[5]是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。传感器由敏感器件、转换元件和基本转换电路组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并把检测到的信号输出。
国外传感器技术的发展方向[6]为：微型化、智能化和可移动化。传感器技术主要发展趋势为：
1. 无线网络化技术的运用。
2. 应用新原理、新结构、新材料，来实现微功耗、低成本、高可靠性等参数指标的提升。
3. 研发创新类产品，并注重将其产业化的技术。如地震、飓风等自然灾害预报与监测类传感器产品。
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