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基于物联网的小区天气反馈调节智能窗户系统设计 　　摘 要：基于物联网技术设计了一个小区天气反馈调节智能窗户系统，该系统通过小区天气监测传感器获取小区内的实时天气数据，并针对突发灾害性恶劣天气如沙尘、大风、暴雨、重霾等为用户提供报警提示和小区窗户的开关控制。与以往的智能窗户相比，该系统支持小区范围的感知、共享和连片控制，可大大降低建设成本和维护难度，使智能窗户系统感知更全面，简洁美观，经济可行。 　　关键词：智能窗户；天气监测；物联网；ZigBee 　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）12-00-03 　　0 引 言 　　随着传感器技术、网络传输技术和信息处理技术的飞跃发展，物联网时代悄然来临，智慧家居理念开始走进人们的日常生产与生活。智能窗户系统应运而生，作为一种典型的智慧家居应用，智慧窗户目前只针对高档业主进行单门独户式设计和部署，造价高昂，维护不易，难以大面积推广应用。本文设计了一种基于物联网的小区天气反馈调节智能窗户系统，结合物联网、智能控制、移动服务等多项先进技术，将传感器应用范围区域化，针对突发灾害性恶劣天气如沙尘、大风、暴雨、重霾等可为业主提供报警提示和智能控制，自主关闭区域内受控窗户，在成本大幅下降的同时也使得智能窗户变得更加简洁美观且易于维护，满足了现代家居追求的安全、舒适和便捷等特点。 　　1 系统总体设计 　　基于物联网的小区天气反馈调节智能窗户系统包括小区天气监测子系统、楼宇窗户控制子系统、信息处理子系统和客户端App四部分。其中小区天气监测子系统以多种高精度气象仪器（如大风、雨雪、温度、湿度、沙尘、雾霾等各种大气环境监测器）为感知节点，获取区域天气数据并汇聚到信息处理中心，经快速在线计算分析后，实时判定天气状况，生成智能窗户控制指令，同时通过客户端App向用户推送天气预警信息。系统总体架构如图1所示。 　　小区天气监测子系统是智能窗户系统进行大气环境感知的基础。在小区合适位置设置高精度气象传感器对雨、雪、沙尘、雾霾、大风等影响人们生活的天气现象进行实时高精度监测，再通过网络将这些感应器获得的气象数据传送给信息处理子系统。 　　信息处理子系统是智能窗户系统的核心，由信息处理服务器对小区天气感知数据进行实时分析与处理，判明当时的天气状况，针对突发性、灾害性恶劣天气，实时生成小区窗户的控制指令，并通过客户端App向用户推送报警提示。信息处理子系统同时还提供整个系统的运行管理功能，如系统用户的注册与验证，客户端App动态升级，全系统状态监控和日志等。 　　楼宇窗户控制子系统是智能窗户系统的控制对象和价值体现。该子系统由小区内带有开关驱动装置的受控窗户和连接驱动装置的控制网络组成。对于新建建筑物可统一安装带有驱动装置的受控窗户；对于已有建筑物可进行适当改造加入窗户驱动装置。该驱动装置既可以直接人工开关，也可以通过信息处理子系统发出的指令进行开关，还可利用客户端App进行远程开关。控制网络通过无线网关利用ZigBee协议把小区所属楼栋的窗户开关驱动装置连接起来，负责控制指令的传输和开关状态的采集。 　　客户端App是基于智能终端的简洁的用户使用界面。它可满足用户关于目标小区的天气查询需要和目标住宅窗户的开关状态查询需要，接收来自信息处理子系统的恶劣天气预警提示，可以方便快捷地提供防范措施，远程控制目标住宅窗户的开关。 　　2 子系统设计 　　按照物联网三层（感知与控制层、网络传输层和应用层）技术架构划分，小区天气监测子系统和楼宇窗户控制子系统同属于感知与控制层，本系统为了满足小区天气一体感知和楼宇窗户按户授权控制的技术要求，将两者独立设计。 　　2.1 小区天气监测子系统 　　使用灵敏度较高的专业气象仪器作为小区天气监测子系统的主要监测仪器，以提高监测的精确性与实时性。同时，根据一些典型恶劣天气的出现范围、发生情况、形成原因，将相关监测仪器安置于小区上风口建筑顶部或小区四周建筑物顶部。这些天气监测仪器采用主动探测和被动读数两种工作方式： 　　（1）主动探测方式主要针对事件驱动的传感器，它在探测到异常事件发生时，主动向传感器网络发送事件告警数据包，如雨滴传感器探测到下雨事件，雾霾传感器探测到重度雾霾发生等； 　　（2）被动读数方式主要针对如温度、湿度、风速等连续测量型传感器，它在收到传感器网络发来的读数指令后返回当时仪表的测量值。 　　这些布设在小区各地方的气象仪器选型自带射频（RF）模块，它们可将监测到的异常事件或仪表读数采用ZigBee协议传送给临近的无线路由器，再经其中继转发到传感器网络协调器，经汇聚处理后上传数据处理服务器。小区天气监测子系统组成如图2所示。 　　在图2所示的基于ZigBee协议构建的小区天气监测感知