【正文】 分危險的情況。我們給智能窗戶設(shè)計一種煙霧傳感器，讓它能及時發(fā)現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警災(zāi)情，能夠及時打開窗戶給我們帶來一個空氣清新的環(huán)境。 查閱相關(guān)資料，煙霧傳感器有三種類型。 第一類是半導體煙霧傳感器，它的代表是 MQ2 氣體傳感器。 MQ2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫 (SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ2 氣體傳感器對液化氣、 丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本長壽命的傳感器。 第二類是離子型煙霧傳感器，以 KG8005 型煙霧傳感器為例。 KG8005 型煙霧傳感器的主體結(jié)構(gòu)由采樣系統(tǒng)、檢測及補償電離室、敏感元件、整機電路等 5 部分組成。采樣系統(tǒng)包括：開有螺線型百葉窗式擴散槽及對流孔的采樣罩、不銹鋼過濾網(wǎng)、集煙西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 環(huán)、中隔板等組件。采樣罩和過濾網(wǎng)采用不銹鋼材料制作；中隔板為高阻燃材料，下部設(shè)有報警指示燈、自檢開關(guān)、復(fù)位按鈕及電源和信號輸出接口。整機電路設(shè)計有就地聲、光報警，信號遠傳，自檢等多種功能?；馂?zāi)發(fā)生初期，燃燒物先期釋放出大量的氣溶膠顆粒，在燃燒物四周聚集成可見煙霧后隨自然風流沿傳感器采樣罩的螺線型百葉窗擴散入傳感器。在過濾網(wǎng)的阻隔下，煙霧中粒徑較大的粉塵顆粒和雜質(zhì)沿采樣罩的光滑內(nèi)表面滑落至采樣罩底部，細微的煙塵顆粒則隨螺旋上升的氣流進入檢測電離室，與室內(nèi)的正負離子中和，在中間電極產(chǎn)生一個與被測煙霧濃度呈正比的電壓變化增量“ V? ”。此增量經(jīng)傳感器電路分析、處理后轉(zhuǎn)換成就地聲、光 報警信號，同時以開關(guān)量的形式送往與之相連的井下監(jiān)控分站，實現(xiàn)井下火災(zāi)的遠程集中監(jiān)控。 第三類是光電式煙霧傳感器。 光電煙霧傳感器器內(nèi)有一個光學迷宮，安裝有紅外對管，無煙時紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當煙塵進入光學迷宮時，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報。光電感煙探測器可分為減光式和散射光式，分述如下： 減光式光電煙霧探測器。該探測器的檢測室內(nèi)裝有發(fā)光器件及受光器件。在正常情況下，受光器件接收到發(fā)光器件發(fā)出的一定光量；而在有煙霧時，發(fā)光器件的發(fā)射光 到受到煙霧的遮擋，使受光器件接收的光量減少，光電流降低，探測器發(fā)出報警信號。 散射光式光電探測器該探測器的檢測室內(nèi)也裝有發(fā)光器件和受光器件。在正常情況下，受光器件是接收不到發(fā)光器件發(fā)出的光的，因而不產(chǎn)生光電流。在發(fā)生火災(zāi)時，當煙霧進入檢測室時，由于煙粒子的作用，使發(fā)光器件發(fā)射的光產(chǎn)生漫射，這種漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生光電流，從而實現(xiàn)了煙霧信號轉(zhuǎn)煙霧變?yōu)殡娦盘柕墓δ埽綔y器收到信號然后判斷是否需要發(fā)出報警信號。 通過比較分析以上三類傳感器，決定選用 MQ2 氣體傳感器。 MQ2 氣體傳 感器功成本低，可探測液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等多種氣體。電路原理圖如圖 15 由探測頭和比較電路組成。當探測頭檢測到有可燃氣體或是煙霧時，探測頭里的半導體電阻增大，使電路中的端口 2 的電壓增大，端口 2 處的電壓通過電壓比較器與端口 3 處的電壓進行比較，若端口 2 電壓低于端口 3 的電壓，則端口 1輸出低電平信號，反之輸出高電平信號。該電路也可以輸出電壓模擬量信號。 西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 24 圖 16 MQ2 氣體傳感器電路原理圖 Gas sensor circuit schematics 風速傳感器的設(shè)計 風速傳感器立足于煤礦用戶，主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險的各礦井通風總回風巷、風口、井下主要測風站、扇風機井口、掘進工作面、采煤工作面等處，以及相應(yīng)的礦產(chǎn)企業(yè)?？蛇B續(xù)監(jiān)測上述地點的風速、風量（風量 =風速 x 橫截面積）大小，能夠?qū)λ幭锏赖娘L速風量進行實時顯示，是礦井通風安全參數(shù)測量的重要儀表。 風速傳感器的原理主要有一下四種。 超聲波渦接測量原理 超聲波風速傳感器是利用超聲波時差法來實現(xiàn)風速的量。聲音在空氣中的傳播速度，會和風向上的氣流速度疊加。若超聲波的傳播方向與風向相同，它的速度會加快；反之，若超聲 波的傳播方向若與風向相反，它的速度會變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風速函數(shù)對應(yīng)。通過計算即可得到精確的風速和風向。 由于聲波在空氣中傳播時，它的速度受溫度的影響很大；本風速儀檢測兩個通道上的兩個相反方向，因此溫度對聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計。 通過壓差變化原理 在流動方向上設(shè)置一個固定的障礙物（孔板、噴嘴等），這樣根據(jù)流速不同便會產(chǎn)生一個壓差。通過測量壓差，可以轉(zhuǎn)換成流速的測量。 熱量轉(zhuǎn)移原理 根據(jù)卡曼渦街理論（見圖一），在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體 （即旋渦發(fā)生體 C，風速傳感器的探頭橫桿），當風流流經(jīng)旋渦發(fā)生體 C 時，在漩渦發(fā)生體邊緣下游側(cè)會產(chǎn)生兩排交替的、內(nèi)旋的旋渦列（即氣流旋渦），而旋渦的產(chǎn)生頻率 f正比于流速 V。 西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 因此超聲波風速傳感器就是利用超聲波旋渦調(diào)制的原理來測定旋渦頻率的 。 電流電壓原理 風速傳感器相當于一個小的發(fā)電機，可以輸出電流和電壓信號。 我設(shè)計的風速傳感器采用的是電流電壓原理，如圖 16 所示，有風時，檢測頭相當于一個發(fā)電機轉(zhuǎn)動，使端口 3 處的電壓升高，端口 3 的電壓通過電壓比較器與端口2 的電壓就行比較，若端口 3 處的電壓高于端口 2 處的電壓， 則端口 1 輸出低電平信號，反之輸出高電平信號。該電路也可以通過 R3 來調(diào)節(jié)端口 2 處的電壓界定值的大小。 圖 17 風速傳感器電路原理圖 Wind speed sensor circuit schematics 光照傳感器的設(shè)計 光照傳感器用于檢測天色是否已黑，及時的反饋給單片機信號。若天色已黑，則窗戶關(guān)閉。 光照傳感器的原理一般都是采用光敏二極管或者光敏三極管等光電轉(zhuǎn)換模塊，將光照強度轉(zhuǎn)換為電壓值。此次設(shè)計的光照傳感器的電路原理圖如圖 17，當光敏器件檢測到天色變黑時，光敏器件電阻變大 ，使端口 3 處的電壓升高，端口 3 的電壓通過電壓比較器與端口 2 的電壓就行比較，若端口 3 處的電壓高于端口 2 處的電壓，則端口 1 輸出低電平信號，反之輸出高電平信號。該電路也可以通過 R3 來調(diào)節(jié)端口 2 處的電壓界定值的大小。 西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 26 圖 18 光照傳感器的電路原理圖 Light sensor circuit schematics 5 結(jié)論 本次課題設(shè)計了智能窗戶，包括機械結(jié)構(gòu)和控制部分。主要有以下幾方面的成果： ，電機上的齒輪和合頁上的齒輪能良好的嚙合。上下兩個合頁能順利的開閉，且用力 不大。窗戶能夠在電機的轉(zhuǎn)動下以適合的轉(zhuǎn)速的打開或者關(guān)閉。 、風速傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器能夠成功的檢測到各自的信號，并輸出給單片機低電平信號。 ，并能輸出信號給電機正反轉(zhuǎn)控制器。顯示器能正確顯示單片機工作狀態(tài)、窗戶開閉狀態(tài)、環(huán)境溫度和時間。 ，待窗戶轉(zhuǎn)動到極限位置，碰到形成開關(guān)后回路斷開停止轉(zhuǎn)動。并且能夠自動控制和手動控制。 智能窗戶可加上更多的傳感器，能夠應(yīng)對更多的狀況，比如防盜、空調(diào)的開啟、保溫散熱等功能。未來可以接入物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程操 控和實時信息的掌控。 參考文獻 [1]浦靈敏，季愛明 . 基于 STC89C52 單片機智能窗戶控制系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 中國科技信息， 20xx （ 10）： 150151. [2]王圳 . 遙控自動窗戶 [J]. 科學大眾， 20xx（ 10）： 3435. 西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 [3]何剛，馮啟明 . 一種智能平移式窗戶啟閉器的設(shè)計 [J]. 機電技術(shù)， 20xx（ 6）： 8586. [4]婁銀霞 . 基于電容式雨水傳感器的智能雨刷控制系統(tǒng)研究 [J]. 河南科學， 20xx， 14（ 04）： 453455. [5]趙 巖 . 汽車智能雨刷系統(tǒng)的設(shè)計 [J]. 電子科技， 20xx（ 2）： 7072. [6]徐曉明 . 新型光電式煙霧傳感器及其應(yīng)用 [J]. 儀器儀表學報， 20xx（ 3）： 117118. [7]王衛(wèi)軍 . 離子型煙霧傳感器的研制 [J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保， 20xx（ 6）： 1517. [8]Reinhard Niessner,Gudrun Walendzik. The photoelectric aerosol sensor as a fastresponding and sensitive detection system for cigarette smoke analysis[J]. Fresenius39。 Zeitschrift f252。r analytische Chemie， 1989， 333(2) :129133. [9]JeongYeol Yoon. Light Sensors[J]. Introduction to Biosensors， 20xx:103119. [10]張 艷，孫銘岳 . 窗在中國的發(fā)展歷史 [EB/OL]. 20xx. [11]百度百科 . 風速傳感器 [EB/OL]. 20xx. [12]GB/T 6892— 20xx. 一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材 [S]. [13]GB/T 6820xx. 開槽沉頭螺釘 [S]. [14]蘭州交通大學 . 智能型全開式窗戶 [P]. 中國 20xx20563374， . [15]王靜凱 . 智能型太陽能發(fā)電窗戶 [P]. 中國 ， . [16]西南大學 . 一種滑窗自動控制外掛裝置 [P]. 中國 ， . [17]濮良 貴，紀名剛 . 機械設(shè)計 [M]. 北京：高等教育出版社， . 西南大學本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 28 致謝 回想起 20xx 年的此刻，我還在和我的搭檔卞行健正在申請國創(chuàng)項目。那時，我們發(fā)揮自己的想象力，想出了一個方案，就是將我們以前做過的太陽能自動關(guān)窗裝置改進一下，變成電動窗戶。 就這樣，我們成功申請了國創(chuàng)項目。欣喜若狂的我們，暑假也沒有回去，就在宿舍想著各種具體的方案。其中一個方案就是在推拉窗的兩側(cè)安裝一對皮帶輪，皮帶輪上面有個能帶著窗戶移動的裝置，再用電動機帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，以此來打開關(guān)閉窗。我們利用專 業(yè)所學知識，還算出了皮帶輪大小、轉(zhuǎn)速，電機的功率等等。緊接著我還興致勃勃的提前單片機的相關(guān)知識，感覺成功就在眼前。 可是，現(xiàn)實總是沒有理想那么美好。在大三的上學期，我拿著我們的方案去找蔣老師指導一下，蔣老師認為我們的方案完全沒有創(chuàng)新的地方，只是為了完成任務(wù)而去完成任務(wù)，他讓我們?nèi)ゲ橘Y料要看看別人是怎么做的，看能不能找到靈感。這一次對我的打擊不小，前面一段時間的付出都是白忙活，對項目的熱情已經(jīng)退卻了三分。 想來想去，最后的目標還是必須要把項目做好。懷著僅剩下的熱情，在路上，在教室，在寢室都在尋找著關(guān)于窗戶的靈 感。 每天看專利、查資料、看視頻，都是比不可少的事。每一次靈感的閃現(xiàn)，到了蔣老師那里去都是被否。就這樣前前后后，都有七、八方案被槍斃。就要快放棄的我想著項目規(guī)定的時限已經(jīng)過去了一半多，可自己什么成果也沒有，又再次為自己鼓了把勁，一定要堅持下去，絕不能退縮。終于，功夫不負有心人，我想出了一個好的方案，經(jīng)過蔣老師的指導，改了好幾次就成了本次設(shè)計的內(nèi)容。 在項目實施的過程中，要特別感謝奉緯同學和我一起去了北碚市場幾趟選購窗戶，萬磊同學幫我加工窗戶合頁上的套筒，鄧瑩同學和我一起做電子控制部分。最后要特別感謝蔣老師， 每一次都很耐煩的聽我的方案，并提出意見，還幫我焊接合頁。 在此過程中，不僅學到了更多的知識，也讓我學到了不管做什么事都要充分的準備和考慮，才能把事情做好。