基于物联网的智能窗户系统设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

人们对物质生活水平的追求，促成了智能家居行业的产生和发展，日常生活用品、家用电器的人性化和智能化是目前家居行业的发展趋势。近年来，智能家居的普及，让智能化装饰逐渐成为家居装修中的标配，尤其是在一些一线城市，智能家居普及的趋势正进一步加速和扩大。作为智能家居组成的一部分，智能窗户在智能家居行业的发展中逐渐扮演越来越重要的角色。智能窗户作为家中与外界环境最大的交互窗口，其功能可以延展的地方太多。在今后，随着智能设备需求量的增加以及物联网技术的快速普及，智能家居设备行业开始进入发展的快车道。在未来，我们家中的智能窗户不仅可以被远程控制，还能充当室内家居的卫士,更可能通过一扇智窗就可以改善室内空气质量和光照环境，从而提升人们的居住体验和生活品质。目前，智能家居设备的大致分类可以分为智能照明、智能影音、智能家电、智能传感、可视对讲、智能网络等，而在智能窗户系统研究领域留有很大空白，其市场也留有很大的缺口。当前市面上许多的“智慧窗户”产品，其研究创新的重点还在改进窗户材料和窗体结构方面，物联网技术应用不多，不够“智能”，没有系统的设计，且生产成本高，价格高昂，不利于智能窗户的普及和发展。因此，研究一种低成本高效的智能窗户，将现代物联网技术充分应用到其中，进行技术革新，可以节省成本、提高效率、改善用户体验，对智能家居行业发展将会很有意义。先进成熟的智能窗户将充分体现绿色、低碳、环保、节能、高效的生活理念，为人们带来良好的居住体验，也将填补智能家居行业中这一缺口。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：本课题旨在基于单片机开发、安卓开发、传感器开发等物联网技术，设计并制作一套智能窗户系统。本课题研究的系统包括智能窗户和远程控制手机app两个部分。首先，本课题将研究美观的智慧窗户结构模型和合理的机械设计。其二，通过单片机技术开发出窗户的自动控制系统，在其基础上连接相应的传感器，从而赋予窗户“感官”，使其能够实现自锁、防雨、火灾报警的功能。其三，开发出能为用户带来良好交互体验的app，使得用户能实时监测家居环境，并为用户提供可选择的决策方案（远程控制开窗通风或关窗防护），或设置成自动开关窗户，节省人力。最后，设计出合理的通信协议，来窗户端和app端的远程数据通信和交互。拟解决的关键问题：一、窗户模型的搭建，利用运动学、结构力学等物理学和结构学知识搭建一个窗户模型。二、选用低成本、高效率、易开发的单片机进行单片机程序开发（控制窗户）。三、利用andriod studio进行手机app的开发。四、设计易懂、高效的通信协议，使得手机app和窗户系统能够稳定、高效传输数据。五、撰写论文

写作提纲：

3. 国内外研究现状

国内研究现状：

在我国，智能家居行业整体起步较晚，但是却发展迅猛，许多企业纷纷投身于发展智能家居业务，同时也逐渐有各种研究相继展开。国内智能家居产业的主要平台，以小米，华为，长虹，美的等公司为主体，虽然各自推出自己的平台，但是产品主体大同小异，由于为了快速占领市场，对系统的设计往往采用通用式的添加办法，来添加控制的硬件产品，而控制命令又都是采用工厂化的统一指令，这种设计往往不够人性化，因此使得用户使用体验大打折扣。左自磊在《基于基于情境感知的智能家居系统设计研究—小米智能家居为例》中提出将情境感知理论与用户体验设计结合，主张在人-机-环境系统下探索用户的交互体验，并阐释了在用户需求动态化的家庭场景下，根据情境为用户提供服务。刑斌在《基于 android 的高可信物联网智能家居开发》中围绕着智能家居体系中每一个小的细节来实现一个高可信高安全的智能家居产品，从通信到认证，以订制化区分每一位用户的家庭配置。杨峰在《基于用户情感体验的智能家居软件交互设计》中提出依据情感化设计理论指导智能家居软件的交互设计，并指出通过交互界面的整体风格、图形和色彩来提升用户本能层的感受。因此，研究具有智能化、人性化并且带给用户良好体验的智慧窗户系统，不仅能弥补国内智能家居产业的技术不足，也为后续国内智能家居行业的发展方向提供借鉴。

国外研究现状：

4. 计划与进度安排

第 01-04 周：了解课题、收集资料等准备工作，毕业设计开题，准备开题报告， 制定详细毕业设计基本方案，完成开题报告。 第 05-06 周：学习运动学、传动学和结构静力学知识，搭建窗户模型；选取合适的单片机，尝试单片机开发，进行实验。 第 07-08 周：学习安卓开发，掌握kotlin语言，完成app开发；设计通信协议，进行窗户系统和app的连接测试。第 09-10 周：完成整体程序设计，并且对系统整体进行最终调试。 第 11-12 周：调试过程分析，调试总结，主要分析程序调试过程中出现的问题， 开始整理资料，撰写论文。第 13-14 周：撰写、修改论文，准备答辩。

5. 参考文献

[1]李翰林.基于用户体验的智能家居APP移动端交互设计及研究[D]，2021(6) .[2]寇丽杰.微型智能关窗系统的设计研究[J].数字技术与应用，2017 (5) ,[3]姜丽贤.门厅智能控制器情感化交互设计研究,2021(5).[4]卫东,郎加云.基于51单片机智能阳台窗控制系统的研究[J].电子质量,2021(5)[5]詹国锋.物联网技术用于智能家居中的应用和开发探 讨[J].电子质量,2019,(12):40-42.[6]浦灵敏,季爱明.基于 STC89C52 单片机智能窗户控制[7]系统的设计[J].中国科技信息,2011,(10):150-151.[8]谢亚明,马浩伦.智能家用窗户窗帘控制及物联网系统[J].物联网技术,2020,10(11):78-80.[9]莫金霖.基于物联网的温室盆栽自动浇灌系统的设计[10]与实现[D].武汉:华中师范大学,2020.[11]吴克,徐千栋,刘昊.新型智能晾晒装置的研究与设 计[J].中国集体经济,2021,(12):165-166.[12]陈鹏.电致变色玻璃用 PEO/PVDF/LICLO4 基凝胶聚 合物电解质膜的制备及性能[D].天津工业大学,2017.[13]姚思宇.物联网无线智能健康服务终端系统的设计与实现 [D]. 长 春：吉林大学，2019.[14] 白金婷,潘存云,吴懋亮.三自由度智能零售柜的传动设计与力学分析[J].机电工程,2019,36(11):1208-1211.[15]马爱霞.基于物联网与云平台的多功能智能家居系统设计[J].电子世界,2020(12):6-7.