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新型智能防盗窗研究与设计

设计者：班级：学号：

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指导教师：

（德州学院，山东德州，253023）

摘要：〈300-400字

目前，市场占有率最高的钢筋栅栏式防盗窗虽然具有良好的防盗作用，但对钢铁资源的消耗极大、不

美观、影响视野、住户仿佛置身牢笼，并且当发生火灾等紧急事故时，给消防救援带来巨大困难。为了解

决这些问题，采用物联网技术、太阳能技术以及不锈钢丝材料设计了新型智能防盗窗。防盗窗由直径为

1.5mm的不锈钢丝拉紧缠绕于窗户外端的铝钛合金固定型材之间，单根钢丝可以承受100kg以上的拉力，

钢丝间距固定为5cm。当盗贼剪断钢丝后，系统在发出尖锐的报警声的同时，会向预先设置好的电话号码

发送报警信息，并且利用摄像头进行实时监控。当房屋内发生火灾时，消防员或主人可以用剪刀等普通工

具剪断钢丝，迅速由窗户逃生。采用太阳能、蓄电池、市电三种供电方式，能够保证系统不间断工作。新

型智能防盗窗集安全、智能、节能于一体，具有防盗、防坠落、便于逃生、采光通风好、美观、视野好、

降低钢铁资源消耗等诸多优点，实现了“物防+技防+人防”的多功能防护，实践了绿色环保的理念，具有

很高的应用推广价值。

关键词：新型智能防盗窗；防盗；物联网；节能环保〈4个

1研制背景及意义

现有的窗户防盗产品大致可分为两类，一类是软性(非实体)防护产品，如红外线防盗系统；另一类是

硬性(实体)防护产品，如钢筋栅栏式防盗窗、百页安全卷帘窗等，这些产品有着各自特点和局限性，性能

对比结果如表1所示。

表1几种典型窗户防盗产品的性能对比

性能

种类

防盗防坠落逃生通风采光视野美观

消耗

金属

市场

比例

红外线防盗系统一般无好好好好低低

百页安全卷帘窗

开启：无

锁闭：好

开启：无

锁闭：有

一般

开启：有

锁闭：无

开启：好

锁闭：差

一般高一般

钢筋栅栏式防盗窗好好差一般一般差高高

红外线防盗系统的工作原理是在需要设防的区域安装红外线发射器及感应器，当有物体阻断红外线后

感应器能及时侦测出来并发出警报。该装置的优点是体积小，对视线、采光、通风不会有遮挡，但防盗装

置只能起吓阻警示作用，并不能阻止外人进入，必须与保安系统结合才能充分发挥作用。此外，该类产品

无法防止高空坠物，不能保证老人、小孩在窗口活动的安全性。

百页安全卷帘窗的帘片为双层铝合金，中空部分填充有聚氨脂等保温材料，帘片相互勾连，能够收卷

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隐藏在窗帘盒内。该产品有开启和锁闭两种工作状态，开启后无防盗功能，无法防止高空坠物，不能保证

老人、小孩在阳台窗口活动的安全性；锁闭后防盗性能良好，但无法采光通风。此外，由于帘片为双层铝

合金结构，所以消耗金属资源较多，不利于节能环保。

钢筋栅栏式防盗窗具有良好的防盗作用，但同时也存在着诸多不足，如小偷利用攀爬和容易破坏；住

户也感到压抑，仿佛置身牢笼。更为重要的是，当火灾等紧急事故发生时，若门或楼道不能通行时，防盗

窗阻挡了逃生和救灾通道，因此每年都有发生因防盗窗阻隔而影响逃生和救灾的事故，造成巨大的财产损

失，甚至付出生命代价。此外，钢质栅栏式防盗窗是目前市场占有率最高的一类产品，整体结构均由钢铁

材料制成，对金属资源消耗极大。

通过分析可以看出，现有的防盗窗总是存在防盗需求与消防安全、防坠落、通风采光等方面的冲突。

为消除现有防盗窗存在的这些问题，我们设计了一种新型智能防盗窗，并且具有以下优点：①在防盗

功能上与应用最广的钢筋栅栏式防盗窗相当；②对逃生疏散无阻碍；③可以防止高空坠物，能保证老人、

小孩在窗口活动的安全性；④不影响建筑正常的通风和采光；⑤视野良好，建筑风格不受影响；⑥对金属

资源的消耗极低，极大减少金属能源的浪费，绿色环保；⑦智能化防盗设计，真正实现“物防+技防+人防”；

⑧成本低，有利于市场推广。

2总体设计方案

本防盗窗采用外包透明绝缘层的不锈钢丝作为主要材料，以低功耗MSP430单片机为核心控制器，配

合外围检测、GSM、摄像头等模块电路，完成检测与报警等功能，总体总体结构如图1所示。

检测器

控

制

器

室内报警模块

摄像头模块

远程报警模块

太阳能

蓄电池

市电电源控制器

图1系统总体结构框图

防盗窗主窗体由直径为1.5mm的不锈钢丝拉紧缠绕于窗户外端的铝钛合金固定型材之间，单根钢丝可

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以承受100kg以上的拉力，可以保证无法被人扯断。钢丝间距固定为5cm，人无法从缝隙中钻入，因此可

有效起到防盗、防坠落等作用。当盗贼剪断钢丝后，室内安装的报警器会发出尖锐的报警声，能够引起周

围人员的注意，有效吓退盗贼；同时，报警主机会启动自动报警功能，向预先设置好的电话号码（如110、

保安、主人或邻居的电话）发送报警信息，并且安置的摄像头可以实时监控，便于警方调查取证。当房屋

内发生火灾时，消防员或主人可以用剪刀等普通工具剪断钢丝，迅速由窗户逃生。

系统采用太阳能、蓄电池、市电三种供电方式，其优点在于：①采用太阳能供电可以节约电能，清洁

无污染，有利于节能环保；②如果窃贼切断市电开关，则太阳能和蓄电池能够保证系统正常工作，起到安

全防盗的作用。

3防盗窗电路控制部分

3.1核心控制模块设计

方案一：采用8位STC89C52单片机作为核心控制芯片，使用简单，价格低，但功率损耗较大。

方案二：采用16位低功耗MSP430单片机作为核心控制器，功能强，运行的速度快，功耗低。

智能防盗窗需要长期运行，功耗问题一直是衡量系统性能的一个重要方面，只有将系统功耗降至一个

合理的范围内，该智能防盗窗才会具有大范围推广的价值；此外，综合考虑运行速度、综合性能等方面的

因素，决定采用低功耗的MSP430单片机作为核心控制器。设计电路如图2所示。

图2核心控制模块电路示意图

3.2电源模块设计

方案一：采用蓄电池供电，价格便宜，但使用寿命较短，电量过低会影响电路的正常工作，且回收利

用率低，会对环境造成污染。

方案二：采用市电作为电源，通过变压器给系统供电，来源方便、稳定，但会出现断电情况，且浪费

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电能。

方案三：利用清洁无污染的太阳能作为能源，经过升压稳压DC-DC电路后给蓄电池充电，然后稳压到

从而为整个系统供电，但来源不稳定，受光照影响变化较大。

综合考虑以上三种方案，将三种方案综合利用，白天有光照时采用太阳能供电，当太阳能供电不足时，

采用市电或蓄电池供电，电路设计如图3所示。

图3电源电路

3.3远程报警模块设计

方案一：射频发射接收，距离较远时，需要功率较大，易受外界干扰，受频率的限制。

方案二：GSM发射接收，其优点：(1)GSM网覆盖面广，系统可实现大范围、远距离的数据传输；(2)

采用无线方式传输，因此无需架线，投资少，施工快、维护量小；(3)数据传送准确，抗干扰能力强；(4)GSM

通讯模块技术先进，工作可靠，易于同监控单元集成构成监测终端。

GSM通讯的特点适合对分散设备的远程监测要求，性价比最好。GSM通讯模块电路设计如图4所示。

图4GSM通讯模块电路设计

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3.4摄像头模块设计

方案一：采用CCD摄像头，电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice）使用一种高感光

度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，控制较为复杂，价格

昂贵。

方案二：采用JPEG300CMOS摄像头，JPEG300是一个具备视频捕捉和压缩功能的摄像机，功能类似于

数码像机。JPEG300将摄像机、视频捕捉、视频压缩、8位数据接口等功能集成在一块电路板上，简化了

应用系统的设计。广泛适用于各种嵌入式图像采集处理系统，如远程监控、安防、留像门铃、网络图像服

务器、远程抄表、可视电话、工业控制、医疗仪器等领域。特别适用于图像存储、以及基于低速信道(如

电话线、GPRS)的远程图像传输。

综上所述，考虑到摄像头的清晰程度及价格因素，采用方案二，JPEG300CMOS摄像头如图5所示。

图5JPEG300CMOS数码摄像头模块

3.5室内报警模块设计

方案一：采用蜂鸣器，蜂鸣器驱动电压较小，价格便宜，但声音较小，不适于做防盗报警器使用。

方案二：采用超响度报警器，它可达到120分贝响度，能够满足防盗报警的功能。

综上所述，考虑到报警器需要的声音响度，采用第二种方案，驱动电路及报警器图片如图6所示：

图6超响度报警器

4防盗窗机械结构设计

框架是防盗窗的最重要的部分，厚度是承重的保证。采用优质连体铝钛合金晾杆作为主要框架，超大

承重量，不弯曲、不变形、不退色、不生锈。防盗窗主窗体由一根直径为1.5mm的不锈钢丝拉紧缠绕于窗

户外端的固定型材之间，单根钢丝可以承受100Kg以上的拉力，可以保证无法被人扯断。钢丝间距固定为

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5cm，人无法从缝隙中钻入，因此可有效起到防盗、防坠落等作用。并且，这种材料强度极高，不易生锈，

抗腐蚀，在一定范围内近似隐形，极大的开阔了人们远望的视野，可替代当今防盗窗的金属材料，解决了

当今金属材料使用紧张，金属能源短缺的情况。防盗窗结构如图7所示。

图7防盗窗结构示意图

必须是效果图（专用软件渲染）

5应用效益分析

5.1应用优势

与现有防盗窗相比，新型智能防盗窗具有以下优点：

①在防盗功能上与应用最广的钢筋栅栏式防盗窗相当；

②对逃生疏散无阻碍；

③可以防止高空坠物，能保证老人、小孩在窗口活动的安全性；

④不影响建筑正常的通风和采光；

⑤视野良好，建筑风格不受影响；

⑥对金属资源的消耗极低，极大减少金属能源的浪费，绿色环保；

⑦智能化防盗设计，真正实现“物防+技防+人防”；

⑧成本低，有利于市场推广。

5.2效益分析

由于当今钢铁等金属矿产资源日益匮乏，节约资源已成为刻不容缓的问题。在我国大多居民家中，普

遍安装的是由普通钢铁做成的钢筋栅栏式防盗窗，对钢铁资源的消耗极大，并且存在消防隐患、不美观等

诸多问题。新型智能防盗窗相对于应用最广的钢筋栅栏式防盗窗，每平米可以节约4kg钢铁，每户按20

平米计算，则可以节约80kg钢铁；按一个中等小区1000户居民计算，则可以节约8吨钢铁；如果我国居

民都使用新型智能防盗窗，则节约的钢铁数量将非常可观。

以“中国太阳城”德州为例，平均每天光照时长约为10小时，系统选用的太阳能电池板为15V、50W，

蓄电池为15Ah、12V，系统功耗小于3W。这样算来平均一天太阳能电池板能够发电约为480W，在光照充足

的情况下，实际测量中蓄电池在15V、3A充电条件下需要6小时便可以充满。在晚上无光时，蓄电池电量

能够完全满足系统工作要求。遇到连续阴雨天，采用市电供电时，按系统功耗最大值3W计算，则大约14

天消耗1度电，因此，系统消耗的电能可以忽略不计。

从以上分析可以看出，新型智能防盗窗的推广将节约大量资源。在当今资源短缺、能源匮乏的时代，

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新型智能防盗窗的应用推广对于节能减排具有重大意义。

6结束语

运用现代物联网技术、太阳能技术以及不锈钢丝材料设计的新型智能防盗窗，集安全、智能、节能于

一体，具有防盗、防坠落、便于逃生、采光通风好、美观、视野好、降低钢铁资源消耗等诸多优点，让住

户的生活更加舒服、惬意，真正实现了“物防+技防+人防”的多功能防护，实践了节能环保的理念，具有

很高的应用推广价值。

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