【正文】 力，摩擦力的方向為垂直和水平兩個方向，查《機械設計課程設計手冊》表 1— 10，鋼與鑄鐵之間的摩擦因素為 ?? ，查《機械設計 課程設計手冊》表 1— 11，推力球軸承之間的摩擦因素 ?? ，簡化模型后，轉(zhuǎn)動窗扇所需力矩cmNRFrFM ?????????????????? 2y41x3 ?? 其中 r 為合頁內(nèi)孔半徑， R 為合頁外圓半徑。 表 1 減速電機參數(shù) Gear motor parameters 參數(shù) 電機的直徑 20mm 出軸直徑 3mm 額定電壓 6V 減速比 1/1100 齒輪箱長度 24mm 空載轉(zhuǎn)速 4r/min 額定轉(zhuǎn)速 額定力矩 齒輪設計 如圖 2 所示，一個齒輪安裝在減速電機上，另一個齒輪焊接在合頁上，兩嚙合齒輪將電機的動力傳遞給窗扇，使窗扇能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)參數(shù) 按照本次設計的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。材料選擇 45 鋼，硬度為 240HBS。 齒根彎曲疲勞強度校核 根據(jù)《機械設計》式（ 10— 5a）： ? ?Fd SaFaF zm YYKT ??? ?? 2312 （ 31） （ 1）確定公式內(nèi)的各計算值 1)由《機械設計》圖 10— 20c 查的齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE 450?? 。 3)由《機械設計》表 10— 7 選取齒寬系數(shù) ?d? 。 smdn / ?? ???? ?? ； 5） 由《機械設計》式 10— 13 計算應力循環(huán)次數(shù)。 取彎曲疲勞安全系數(shù) ?S ，由《機械設計》式（ 10— 12）得 ? ? MPaMPaSK FEFNF 3 4 5 ???? ?? 7）計算載荷系數(shù)。 由 5 ??hb ， ??HK 查《機械設 計》圖 10— 13 得 ??FK ； 故載荷系數(shù) ?????? ??? FFA KKKKK 8)查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)。 ? ?FF M P aM P a ?? ???? ????? 23 符合要求。 NNdTF t 8 7 9522 ???? 2） 由《機械設計》表 10— 6 查得材料的彈性影響系數(shù) MPaZE ? 。 4） 由《機械設計》圖 10— 19 取接觸疲勞壽命系數(shù) ?HNK 。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) 1?S ,由《機械設計》式 10— 12 得 ? ? M P aM P aSK HNH i m ???? ?? 6） 計算載荷系數(shù) K。 ? ?HH M P a ?? ???????? 9 41 11516 8 7 0 8 符合要求。 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 16 軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。而球軸承中則主要為點接觸，宜用承受較輕的或者中等的載荷。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時，對于純軸向載荷，一般選用推力軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或者滾針軸承。而由圖 3 可知，軸承主要承受軸向的重力，載荷較輕，因此選推力球軸承。窗扇的轉(zhuǎn)速 v=，轉(zhuǎn)速不大，不影響類型的選擇。這些信號將以電平的方式傳遞給核心處理器單片機，單片機根據(jù)設定的程序處理來自傳感器的信號，然后輸出信號給電機正反轉(zhuǎn)控制器，控制窗戶的打開關閉。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 89C51是一種高效微控制器， 89C2051 是它的一種精簡版本。 圖 6 單片機引腳圖 MCU pin diagram 電源系統(tǒng) 單片機需要 5V 的穩(wěn)壓電源，因此用采用 7805 三端穩(wěn)壓電路，將 12V 的電壓降到穩(wěn)定的 5V，如圖 7 所示。 CD1 和 CD2 為電路的濾波電容，大小為 。 圖 8 單片 機時鐘電路 MCU clock circuit diagram 電源信號燈 對于單片機電源是否有電我們需要一個指示的信號，如圖 9 所示，通過一個 LED燈和保護電路就可以檢測單片機是否有電。 圖 9 電源指示燈電路 Power Indicator circuit Diagram 調(diào)試燈 調(diào)試燈等用來檢測單片機的某個引腳是否能夠正常的輸出電平信號。 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 19 圖 10 調(diào)試燈電路圖 Debugging lamp circuit diagram 電機正反轉(zhuǎn)電路 電機的正反轉(zhuǎn)通過 L298N 驅(qū)動板實現(xiàn)。例如： IN1 輸入高電平 1,IN2 輸入低電平 0，對應電機 M1 正轉(zhuǎn)； IN1 輸入低電平 0,IN2 輸入高電平 1，對應電機 M1 反轉(zhuǎn)。同理， M2 控制電機的反轉(zhuǎn)，回路中的 K2 是窗戶完全打開時會觸碰到的常閉行程開關。如圖 12 所示，手動控制電路分別介入單片機的兩個引腳，按動 K1 或者 K2 可以向單片機輸入一個低電平或者下降沿信號。 K1K2GND10KRK1VCC10KRK2VCCP22P23 圖 12 手動控制電路圖 Manual control circuit diagrams 顯示器 顯示器用來顯示單片機的工作狀態(tài)、窗戶的開關狀態(tài)、環(huán)境溫度、時間等信息。 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P171 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20LCD12864GND VCC GNDLCD12864 液晶顯示GNDVCCGND502GND123PL112PL2 圖 13 顯示器電路圖 display circuit diagram 顯示器顯示的類容如圖 14。雨水傳感器是將雨量的大小通過物理的方法，將雨水信號轉(zhuǎn)換為電信號。 第一類是電容式的雨水傳感器，主要是利用水和電容的材料之介電常數(shù)的巨大差異設計的。 第二類是電阻式的雨水傳感器，它由兩條互相平行的螺旋形的回字形的金屬條組成，相當于一個電阻串聯(lián)在回路中，當有雨水變化時，回形電阻也隨著改變，從而改變電壓或者是電阻的大小。它光發(fā)射二極管、光接受二極管、周圍環(huán)境傳感器、電控制單元（ ECU）和幾個鏡頭組成。（玻璃 空氣）和63176。如果在擋風玻璃上有水，一些光會雙倍射出，且這會引起從LRD 出來的電流減少，電流以電子來評測，從 LED 發(fā)出的光反射到 LRD 的擋風玻璃區(qū)域被稱之為傳感器的“敏感區(qū)域”。為了由一個靈敏可靠的系統(tǒng)，擋風玻璃區(qū)域和靈敏區(qū)域之間必須要有一個較好的比例。電路的原理圖如圖 14，形電阻檢測板和比較電路組成。端口 2 的電壓可以通過 Rp1 可調(diào)電阻來改變電壓值，從而實現(xiàn)對判斷是否有雨水的比較值進行精度調(diào)整。有些成人喜歡吸煙，這會造成室內(nèi)空氣污濁，二手煙會嚴重傷害家人特別是小孩的 身體健康。我們給智能窗戶設計一種煙霧傳感器，讓它能及時發(fā)現(xiàn)災情預警災情，能夠及時打開窗戶給我們帶來一個空氣清新的環(huán)境。 第一類是半導體煙霧傳感器，它的代表是 MQ2 氣體傳感器。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。 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。 第二類是離子型煙霧傳感器，以 KG8005 型煙霧傳感器為例。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（設計） 23 環(huán)、中隔板等組件。整機電路設計有就地聲、光報警，信號遠傳，自檢等多種功能。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? ”。 第三類是光電式煙霧傳感器。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。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。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。 通過比較分析以上三類傳感器，決定選用 MQ2 氣體傳感器。電路原理圖如圖 15 由探測頭和比較電路組成。該電路也可以輸出電壓模擬量信號?？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。 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。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。通過計算即可得到精確的風速和風向。 通過壓差變化原理 在流動方向上設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。 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。 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。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。若天色已黑，則窗戶關閉。此次設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。 西南大學本科畢業(yè)論文（設計） 26 圖 18 光照傳感器的電路原理圖 Light sensor circuit schematics 5 結(jié)論 本次課題設計了智能窗戶，包括機械結(jié)構和控制部分。上下兩個合頁能順利的開閉，且用力 不大。 、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。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。并且能夠自動控制和手動控制。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。 Zeitschrift f252。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窗裝置改進一下，變成電動窗戶。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。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。 可是，現(xiàn)實總是沒有理想那么美好。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。懷著僅剩下的熱情，在路上，在教室，在寢室都在尋找著關于窗戶的靈 感。每一次靈感的閃現(xiàn)，到了蔣老師那里去都是被否。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。 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。 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