【正文】 ................ 18 調(diào)試燈 ....................................................................................................... 18 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 ....................................................................................... 19 手動(dòng)控制電路 ........................................................................................... 19 顯示器 ....................................................................................................... 20 雨水傳感器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 21 煙霧傳感器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 22 風(fēng)速傳感器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 24 光照傳感器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 25 5 結(jié)論 ................................................................................................................................. 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 26 致謝 ..................................................................................................................................... 28 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基金項(xiàng)目：西南大學(xué)“國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目（ 20xx10635115） 1 智能窗戶裝置的研制 摘要： 本課題設(shè)計(jì)是一種智能窗戶，包括機(jī)械部分和控制部分。控制部分包括單片機(jī)、雨水傳感器、風(fēng)速傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、煤氣傳感器、蜂鳴器、行程開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、蓄 電池。該窗戶功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、占據(jù)空間小，為了人們提供便利的生活，也保證了人們的安全。s safety. Keywords: Smart windows。 gear motor。 SCM sensor。自從人類(lèi)發(fā)明遮風(fēng)避雨的避難場(chǎng)所以來(lái)，人類(lèi)就迫切的需要對(duì)光線和空氣進(jìn)行有效的控制和管理。窗戶起源于人類(lèi)社會(huì)進(jìn)化之后的早期社會(huì)，那時(shí)的自然條件異常的苛刻，人類(lèi)的居住環(huán)境從半穴居演變成原始地面建筑時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)分化成墻體與屋蓋兩大部分時(shí)，為了排除住宅內(nèi)部篝火產(chǎn)生的大量煙氣，出現(xiàn)了在固定的屋頂上開(kāi)口用以通風(fēng)排煙和采光的結(jié)構(gòu)式樣，古代稱之為“囪”。 囪雖然解 決了室內(nèi)通風(fēng)、排煙和采光的基本要求 ,但很難避免雨雪的侵襲。牖即“側(cè)窗” ,是開(kāi)在墻壁上的洞口。 早期的窗功能原始 ,造型簡(jiǎn)單 ,甚至毫無(wú)裝飾 ,，窗從西安半坡時(shí)代那種僅僅起排煙、通氣作用的屋蓋通孔發(fā)展到了兼具采光功能的建筑構(gòu)件。大約在漢代 ,建筑上開(kāi)始出現(xiàn)直欞窗 ,這只能從出土的明器中得到證實(shí)。直欞窗有版欞窗和破子欞窗兩種 ,版欞木條橫斷面為扁方形或方形 。另外 ,《營(yíng)造法式》里還有 電窗和闌檻鉤窗形式的記載。 及至明清 ,檻窗、支摘窗成為時(shí)代主流。另外 ,此時(shí)園林空前發(fā)展 ,漏窗隨之發(fā)展起來(lái)。 建國(guó)以后 ,百?gòu)U待興 ,舉國(guó)上下掀起了一場(chǎng)轟轟烈烈的大建設(shè) ,由于現(xiàn)代建筑的技術(shù)、形式等更適合于時(shí)代的要求得到了廣泛的推廣 ,窗作為建筑的主要配件勢(shì)必要同建筑主體的結(jié)構(gòu)、形式等相結(jié)合 ,由此窗的設(shè)計(jì)開(kāi)始了西方式的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 窗戶的種類(lèi) 窗戶發(fā)展至今，已有幾千年的歷史，幾乎每幢房子都會(huì)有窗。目前窗戶主要有以下幾個(gè)類(lèi)型。這種窗的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，整扇窗可以 100%打開(kāi)，關(guān)閉時(shí)氣密性好，建筑熱工性能高，在建筑節(jié)能要求越來(lái)越高的今天，平開(kāi)窗將成為市場(chǎng)的主流。 推拉窗 推拉窗采用裝有滑輪的窗扇在窗框上的軌道滑行，這種窗的優(yōu) 點(diǎn)是窗無(wú)論在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下均不占用額外的空間，構(gòu)造也較為簡(jiǎn)單。近年來(lái)有采用新技術(shù)的改進(jìn)型推拉窗，可以將多個(gè)窗扇推至一側(cè)折疊。 百葉窗 百葉窗是采用數(shù)片條形材料平行排列，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)百葉的角度來(lái)控制光線的窗。 天窗 天窗采光天窗由于其特殊的位置，一般為不可開(kāi)啟的玻璃窗，如采光罩，但也有某些建筑由于設(shè)計(jì)需要，采用特殊的機(jī)械開(kāi)窗器控制其開(kāi)關(guān)。三者各有所長(zhǎng)。因?yàn)榻?jīng)常要面對(duì)風(fēng)吹雨打太陽(yáng)曬，所以最讓人關(guān)心的是塑鋼窗的防老化問(wèn)題。 鋁合金 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 因?yàn)槭墙饘俨馁|(zhì)，所以不會(huì)存在老化問(wèn)題，而且堅(jiān)固，耐撞擊， 強(qiáng)度大。 木質(zhì) 相對(duì)來(lái)說(shuō)，木質(zhì)應(yīng)該是最為完美的窗體框架材質(zhì)，無(wú)論從隔熱、隔音等角度來(lái)說(shuō)都有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且與生俱來(lái)的質(zhì)感和自然花紋更為讓人心動(dòng)。 窗戶目前的發(fā)展?fàn)顩r 目前的窗戶結(jié)構(gòu)和功能都比較單一，為人們的生活帶來(lái)了許多的不便。 現(xiàn)在也出現(xiàn)了一些新型的窗戶，他們從窗戶的結(jié)構(gòu)和功能上做了一些改進(jìn)。但這也是手動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉的，不能根本的解決問(wèn)題。這些窗戶有電動(dòng)窗戶、彈簧窗戶、液壓窗戶。彈簧窗戶則是通過(guò)拉伸彈簧帶動(dòng)推拉窗戶開(kāi)閉，扭轉(zhuǎn)彈簧帶動(dòng)平開(kāi)窗花運(yùn)動(dòng)，但是彈簧窗戶需要人為的去給他蓄力。這些窗戶的動(dòng)力裝置大多 都比較復(fù)雜，往往要破壞窗戶本身的結(jié)構(gòu)，或者是在簡(jiǎn)單的窗戶結(jié)構(gòu)上附加上很大的機(jī)構(gòu)。智能窗戶自身攜帶有各種傳感器，能夠感知環(huán)境參數(shù)的變化，比如溫度、濕度、光照、風(fēng)速、空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，將這些數(shù)據(jù)通過(guò)西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 芯片處理，來(lái)給電動(dòng)機(jī)發(fā)出指令，能夠隨開(kāi)隨關(guān)。 窗戶未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 總之，未來(lái)窗戶的發(fā)展更趨于智能型。智能窗戶作為智能家居的重要組成部分，將與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，隨時(shí)向人們通知窗戶的開(kāi)關(guān)以及室內(nèi)外的狀態(tài)，人們也可以通過(guò)電腦甚至手機(jī)來(lái)操控窗戶。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 1 引言 隨著人們生活質(zhì)量的提高，智能家居將成為家庭家具的發(fā)展趨勢(shì)。夜晚睡覺(jué)或者是外出，人們都會(huì)擔(dān)心窗戶是否關(guān)好，以防有盜 賊的入侵。因此，本設(shè)計(jì)是一個(gè)智能窗戶，它將分為兩個(gè)部分進(jìn)行介紹，一個(gè)是機(jī)械部分，它窗戶的主要物理結(jié)構(gòu)，承擔(dān)著窗戶的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。另一個(gè)是控制部分，它窗戶的神經(jīng)系統(tǒng)，處理各種信息，對(duì)窗戶發(fā)出開(kāi)閉的指令?？傊悄艽盎梢愿鶕?jù)環(huán)境和時(shí)間的變化，正確的幫助人們?nèi)タ刂拼皯舻拈_(kāi)閉，方便人們的生活。一種是外掛式的裝置，就是將各種動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng)安裝窗臺(tái)上和窗戶周?chē)膬?nèi)外兩面墻上，或者是安裝在窗框和窗扇上，這種方式，不僅占據(jù)了建筑的空間，容易受到雨雪的侵蝕和外界的干擾，而且看起來(lái)非常的 亂，并不美觀。針對(duì)以上問(wèn)題，我設(shè)計(jì)出一種智能窗戶，用簡(jiǎn)單很小的動(dòng)力裝置來(lái)帶動(dòng)窗戶的運(yùn)動(dòng)，把控制裝置內(nèi)嵌在窗戶內(nèi)，這樣就可以避免破壞窗戶的結(jié)構(gòu)，而且看起來(lái)比較美觀。 機(jī)械部分方案設(shè)計(jì) 目前大多數(shù)的窗戶都使用的是推拉窗和平開(kāi)窗兩種類(lèi)型?？紤]到推拉窗的通風(fēng)率只有平開(kāi)窗的一般，而且動(dòng)力裝置需要轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，我決定設(shè)計(jì)平開(kāi)窗。于是我采用電機(jī)直接帶動(dòng)。 圖 1 方案三維示意圖 Schematic threedimensional program 圖 2 方案局部三維示意圖 Threedimensional schematic partial plan 圖 2 說(shuō)明： 1— 固定架， 2— 鉚釘， 3— 減速電機(jī)， 4— 齒輪 1， 5— 窗框， 6— 窗扇，西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 7— 齒輪 2， 8— 上合頁(yè)右片， 9— 上合頁(yè)左片， 10— 推力球軸承 該方案的具體結(jié)構(gòu)是：窗框和窗扇通過(guò)上下兩片合頁(yè)連接。合頁(yè)中間有兩個(gè)止推球軸承，目的是為了減少合頁(yè)之間的摩擦。上合頁(yè)右片鉚接在窗扇上。下合頁(yè)與窗框 連接之間有一片墊片，目的是為了抵消上合頁(yè)與窗框連接之間的固定架的厚度差。該窗戶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力可靠。 控制部分方案設(shè)計(jì) 智能窗戶的智能，就體現(xiàn)在能夠根據(jù)環(huán)境的變化開(kāi)自動(dòng)控制窗戶的開(kāi)閉。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的控制部分包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、雨水傳感器、風(fēng)速傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、蜂鳴器、顯示器、行 程開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、蓄電池等裝置。 圖 3 控制電路邏輯示意圖 Circuit diagram of the control logic 通過(guò)這個(gè)控制電路，智能窗戶將實(shí)現(xiàn)一以下功能： ，智能控制窗戶關(guān)閉。 ，智能控制窗戶關(guān)閉。 、時(shí)間、溫度 等信息。 。 3 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 窗框和窗扇設(shè)計(jì) 窗框和窗扇是本設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，承載著各個(gè)零部件，也是控制部分裝置的放置地方。 窗戶材料的選擇 窗戶的材料主要有三種，木材、鋁合金和塑鋼。木窗的歷史悠久，保溫效果也比較好，但是木頭的來(lái)源是樹(shù)木，不利于大范圍使用。窗戶材料選擇鋁合金。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 4 窗框受力分析圖 Figure sash stress analysis 窗扇的質(zhì)量 m 約為 Kg3 ， NG ??? ； 那么 22 GFy?， ?tan22 yx FF ?；根據(jù)幾何關(guān)系算的 ??? ； 因此 NFx ? ， NF y ? ，因?yàn)榇皯羰菍?duì)稱的，所以 21 FF? ； 根據(jù)力的相互作用，可得 4231 , FFFF ?? ，所以 NFF xx ?? ，NFF yy ?? ； 合頁(yè)設(shè)計(jì) 合頁(yè)連接著窗扇和窗框，使窗扇能夠自由的旋轉(zhuǎn)。材質(zhì)有鐵質(zhì)、銅質(zhì)和不銹鋼質(zhì)。 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 煙斗合頁(yè)：也叫彈簧鉸鏈。材質(zhì)有鍍鋅鐵、鋅合金。它的一個(gè)特點(diǎn)是可根據(jù)空間，配合柜門(mén)開(kāi)啟角度。 大門(mén)合頁(yè)：它又分普通型和軸承型，普通型前面已講過(guò)。從目前消費(fèi)情況來(lái)看，選用銅質(zhì)軸承合頁(yè)的較多，因?yàn)槠涫綐用烙^、亮麗，價(jià)格適中，并配備螺釘。玻璃合頁(yè)用于安裝無(wú)框玻璃櫥門(mén)上，要求玻璃厚度不大于 5~6 毫米。兩塊板料各自均有 3 個(gè)直徑3mm 的孔，已便于鉚接在窗框個(gè)窗扇上，如圖 5 所示 圖 5 合頁(yè)三維示意圖 HingeD representation 西南大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 電機(jī)選擇 如圖 2 所示，減速電機(jī)通過(guò)固定架安裝在窗框上，它是窗扇能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，窗戶的應(yīng)在 4 秒左右完成一個(gè) 90 度的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此窗扇的轉(zhuǎn)速為min/ rv? ，窗扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力主要來(lái)自于上下兩個(gè)合頁(yè)之間的摩擦