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        基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)研究

        2019-09-09 13:33:49陳駿
        數(shù)碼世界 2019年6期
        關(guān)鍵詞:窗扇關(guān)窗自動控制

        陳駿

        摘要:室內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)、通風(fēng)等都需要依靠窗戶來實現(xiàn),窗戶對室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量也有著直接的影響。完全依靠人工對窗戶進行控制,可能會由于人的遺忘而導(dǎo)致窗戶沒有及時被關(guān)閉或者打開,很容易導(dǎo)致一些突發(fā)情況的出現(xiàn),而隨著科技的不斷發(fā)展,基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)被發(fā)明了出來,極大的方便了人們的生活,提高了人們生活的自動化、智能化水平。本文分析了自動控制系統(tǒng)、自動控制窗戶系統(tǒng)的設(shè)計背景以及自動控制窗戶系統(tǒng)在總體、硬件、軟件方面的設(shè)計,重點分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計,硬件包括窗框、窗扇、監(jiān)控部、關(guān)窗開關(guān)和限位關(guān)窗部,系統(tǒng)能夠使關(guān)窗戶更為簡單,防盜更有效。

        關(guān)鍵詞:環(huán)境檢測 自動控制窗戶

        引言

        隨著我國人民生活質(zhì)量的不斷提高以及家居行業(yè)的不斷發(fā)展,智能家居這一概念被提了出來,并受到了極為廣泛的關(guān)注。提高人們家居生活的智能化、自動化水平,能夠為人們提供更加舒適、方便、安全的生活。因此,各種各樣的智能化、自動化設(shè)備、系統(tǒng)在人們的生活中得到了應(yīng)用,比如自動控制窗戶系統(tǒng)。應(yīng)用自動控制窗戶系統(tǒng),能夠有效改善室內(nèi)的環(huán)境,并提高房屋的防盜能力,對人們生活水平的提高有著重要作用。

        一、自動控制系統(tǒng)概述

        隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的科技產(chǎn)物被研發(fā)了出來。其中就有自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)也被稱作是自控系統(tǒng)。通過運用自動控制系統(tǒng),能夠在無人參與的情況下,按照事先設(shè)定好的程序或期望規(guī)律來對生產(chǎn)過程或者其他過程進行控制。要想在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化,就必須大力應(yīng)用自動控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)。對于人們的日常生活來說,要想提高生活的自動化水平,讓生活變得更加簡單、方便,也需要大力應(yīng)用自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)主要由控制器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)和被控對象這四部分組成。其中的控制器顧名思義,就是對整個自動控制系統(tǒng)進行控制、對信號進行識別的部分,執(zhí)行機構(gòu)是按照事先設(shè)計好的程序和期望規(guī)律執(zhí)行工作的部分,變送器是將信號進行轉(zhuǎn)換、輸送的設(shè)備,能夠?qū)⒆詣涌刂葡到y(tǒng)傳感器中輸出的信號轉(zhuǎn)換成能夠被控制器準(zhǔn)確識別的信號,而被控對象就是被自動控制系統(tǒng)所操控的物體。我國重視對自動控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展,一直推動各行各業(yè)在生產(chǎn)工作過程中應(yīng)用自動控制系統(tǒng)。通過在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動控制系統(tǒng),能夠減少工作量,提高生產(chǎn)效率。隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,各種科技產(chǎn)物也進入到了人們的日常生活中,比如自動控制窗戶系統(tǒng)、通過電腦控制的冰箱和微波爐等等,這些自動化水平高的科技產(chǎn)物為人們的日常生活提供了極大的便利,極大的提高了人們的生活質(zhì)量、生活水平。

        二、自動控制窗戶系統(tǒng)的設(shè)計背景

        窗戶是建筑中必不可少的一個組成部分,窗戶有著許多的作用,比如說可以通過窗戶來將建筑室內(nèi)和外界環(huán)境連接起來,讓室內(nèi)的空氣和外界的空氣相流通,讓建筑室內(nèi)也有著新鮮的空氣。在炎熱的夏天打開窗戶,能夠促進室內(nèi)的空氣流通,外界的風(fēng)能夠進入到室內(nèi),從而讓室內(nèi)的住戶感到?jīng)鏊M高^窗戶,室內(nèi)的住戶還能看到外界的環(huán)境,可以感受到陽光的照射,居住的舒適感能夠大大提高。窗戶在有著這些積極作用的同時,也存在著一定的缺陷,比如說窗戶通常是由玻璃制作的,堅固程度并不是很高,很容易受到外界環(huán)境、人為因素的破壞,特別是在我國城市化建設(shè)的初期階段,樓房的窗戶往往厚度很小,甚至能夠被一塊小小的石頭打碎,在20世紀90年代至21世紀初這一階段,監(jiān)控系統(tǒng)還沒有在我國的城市當(dāng)中得到普及,防盜窗也沒有得到普及,這使得一些居民住所的窗戶很容易被不法分子撬開、打碎,不法分子通過窗戶進入到室內(nèi),將住所中的物品盜竊一空,使居民承受巨大的經(jīng)濟損失。而隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及社會、經(jīng)濟的不斷發(fā)展,自動化技術(shù)在我國的各個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,通過在生產(chǎn)中應(yīng)用自動控制系統(tǒng),能夠提高生產(chǎn)工作的效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量,在日常生活中應(yīng)用自動控制系統(tǒng),能夠幫人們分擔(dān)一些事情,一些工作、活動能夠通過自動控制系統(tǒng)進行,人們不必每一件事都親自動手,生活變得極為方便。在這種背景下,自動控制窗戶系統(tǒng)就被研發(fā)了出來,并得到了應(yīng)用。人們通過在房屋中應(yīng)用自動窗戶系統(tǒng),推動了家居生活智能化、自動化水平的提高,為人們帶來了更加安全、舒適、便捷的生活體驗。

        三、基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)總體設(shè)計

        在對自動控制窗戶系統(tǒng)進行設(shè)計時,需要將自動控制窗戶系統(tǒng)劃分為機械部分、硬件部分、軟件部分這三個部分進行設(shè)計,對于機械部分的設(shè)計需要根據(jù)實際需求來開展,對于硬件部分的設(shè)計主要是設(shè)計變送器、傳感器、控制器、執(zhí)行部分、輔助電路等,對于軟件系統(tǒng)的設(shè)計需要依靠c語言來對程序進行編制,根據(jù)設(shè)計的自動控制窗戶系統(tǒng)功能來進行相關(guān)編程。設(shè)計自動控制窗戶系統(tǒng)主要是為了實現(xiàn)建筑窗戶的機電一體化,實現(xiàn)對窗戶的自動化控制。在自動控制窗戶系統(tǒng)中主要運用了傳感器、電路設(shè)計和軟件編程技術(shù)來確保設(shè)計的自動控制窗戶系統(tǒng)能夠具有以下幾點功能:第一,如果出現(xiàn)暴雨,或者室外在刮大風(fēng)等天氣,窗戶系統(tǒng)的風(fēng)雨傳感器在檢測到暴雨、大風(fēng)信號后,就會將檢測的暴雨、大風(fēng)信號傳遞給控制器,控制器根據(jù)反饋來的信號做出自動判斷,控制電機將窗戶關(guān)閉,并向住戶端進行報警,防止雨水通過窗戶進入室內(nèi),造成室內(nèi)的物品受潮,防止持續(xù)的大風(fēng)通過窗戶刮入室內(nèi)。在這種情況下,自動控制窗戶系統(tǒng)還需要每隔一段時間對外界環(huán)境進行檢測,如果暴雨、大風(fēng)已經(jīng)停止了,那么自動控制窗戶系統(tǒng)可以重新打開窗戶,恢復(fù)室內(nèi)的通風(fēng),如果暴雨、大風(fēng)還沒有停止,那么自動控制窗戶系統(tǒng)就繼續(xù)控制窗戶的關(guān)閉。第二,自動控制窗戶系統(tǒng)還需要具有自動檢測室內(nèi)煙霧、可燃性氣體濃度的功能。如果室內(nèi)的可燃性氣體和煙霧的濃度過高,自動控制窗戶系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)及時打開窗戶、排氣扇進行通風(fēng)換氣,并向住戶端進行報警,讓住戶意識到現(xiàn)在家里的可燃性氣體和煙霧的濃度已經(jīng)過高,從而及時采取措施,避免出現(xiàn)煤氣中毒、火災(zāi)等問題。第三,自動控制窗戶系統(tǒng)還需要具有自動檢測窗外行人、防盜的功能。實現(xiàn)這一功能需要為自動控制窗戶系統(tǒng)設(shè)置紅外線探測器,如果有人長時間的停留在窗戶外,自動控制窗戶系統(tǒng)的紅外線探測器的發(fā)射、接收通路就會被阻斷,這時候自動控制窗戶系統(tǒng)就會將窗戶關(guān)閉,并發(fā)出報警聲音,提醒住戶的同時也警告了窗外長時間停留的行人,起到很好的防盜作用。第四,住戶在家里時,也不需要手動控制窗戶的開關(guān)、不需要手動調(diào)整窗戶的打開程度,可以通過人機操作界面來進行操作,下達開、關(guān)窗的指令,控制窗戶的開關(guān),并根據(jù)自己的需要來控制窗戶的打開程度,生活變得十分方便,家居生活的智能化水平也大大提高。

        四、基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計

        基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)硬件部分如下面4個圖所示。圖1自動控制窗戶系統(tǒng)的機構(gòu)示意圖包括1-窗框、2窗扇、3限位關(guān)窗部、4監(jiān)控部和5關(guān)窗開關(guān)。如圖2所示:卜窗框上安裝鉸接有2窗扇;3限位關(guān)窗部的一端安裝鉸接在2窗扇上,3限位關(guān)窗部的另一端安裝鉸接在卜窗框上,卜窗框上設(shè)置有41檢測開關(guān),4監(jiān)控部與41檢測開關(guān)通過導(dǎo)線相接。3限位關(guān)窗部的主視剖面和A部的放大部分如圖3和圖4所示。工作過程中,2-窗扇打開后由于32-氣筒左側(cè)的空氣只能進不能出,所以2-窗扇會被固定在特定的位置,需要關(guān)閉窗戶時,通過5-關(guān)窗開關(guān)控制37-電磁閥,32-氣簡左側(cè)與大氣連通,在33關(guān)窗彈簧的彈力作用下,會帶動2-窗扇閉合,2-窗扇上設(shè)置有鎖栓,l-窗框上設(shè)置有鎖栓槽,鎖栓可以收縮,類似于門上用的暗鎖,鎖栓通過上面的斜面使其收縮進入鎖栓槽,從外部無法打開,只能通過房間內(nèi)的把手打開,若房主忘記關(guān)窗戶,物業(yè)值班人員可以通過4-監(jiān)控部檢測,2窗扇的開和閉狀態(tài)分別對應(yīng)41-檢測開關(guān)的接通和斷開,4-監(jiān)控部通過檢測41-檢測開關(guān)的閉合情況判斷2-窗扇是否關(guān)閉,物業(yè)值班人員可以通過4-監(jiān)控部控制37電磁閥,使2窗扇關(guān)閉。

        圖中:1-窗框、2-窗扇、3限位關(guān)窗部、3l-氣壓平衡孔、32-氣筒、321-限位孔、322-進氣孔、33-關(guān)窗彈簧、34-執(zhí)行桿、35-限位環(huán)、36-活塞、37-電磁閥、38-單向閥、381-壓緊彈簧、382-導(dǎo)向桿、383-密封錐、4-監(jiān)控部、41-檢測開關(guān)、5-關(guān)窗開關(guān)。

        (一)對煙霧、可燃性氣體檢測電路的設(shè)計

        開展基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計需要對煙霧、可燃性氣體的檢測電路進行設(shè)計,確保自動控制窗戶系統(tǒng)能夠自動檢測室內(nèi)煙霧、可燃性氣體的濃度,自動開窗通風(fēng)、報警。設(shè)計煙霧、可燃性氣體檢測電路時主要用到的是旁熱式煙霧傳感器Mo-2,如果室內(nèi)沒有煙霧、可燃性氣體的話,這種傳感器的阻值很高,自動控制窗戶系統(tǒng)不會做出反應(yīng)。如果室內(nèi)充斥著煙霧、可燃性氣體的話,這種傳感器的阻值就會急劇下降,傳感器阻值的下降會引起兩端電壓的下降,從而導(dǎo)致信號發(fā)生改變,信號傳輸?shù)娇刂破骱?,控制器就會根?jù)接收的信號做出判斷,控制窗戶的自動打開,并向住戶報警。

        (二)對紅外防盜檢測電路的設(shè)計

        在自動控制窗戶系統(tǒng)的硬件設(shè)計中設(shè)計紅外防盜檢測電路,主要是為了提高自動控制窗戶系統(tǒng)的防盜能力,保障住戶的財產(chǎn)、人身安全。在自動控制窗戶系統(tǒng)中設(shè)計紅外防盜檢測電路,主要是應(yīng)用主動式的紅外探測器,這種紅外探測器由接收端、發(fā)射端、處理電路等部分組成,在工作狀態(tài)下,紅外探測器的發(fā)射端會發(fā)射紅外線,并從接收端進行接收,如果接收端接收到了紅外線信號,那么自動控制窗戶系統(tǒng)不會有動作,如果有人擋住了發(fā)射端發(fā)射的紅外線使得接收端接收不到紅外線,那么紅外防盜檢測電路中的電信號就會發(fā)生改變,自動控制窗戶系統(tǒng)就會自動關(guān)閉窗戶,并向住戶報警。

        (三)對風(fēng)、雨檢測電路的設(shè)計

        在基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計中設(shè)計風(fēng)、雨檢測電路,主要是實現(xiàn)自動防雨、防風(fēng)的功能,讓窗戶在暴雨、大風(fēng)天氣中能夠自動關(guān)閉、雨水、大風(fēng)不會進入到室內(nèi)對室內(nèi)物品造成破壞。設(shè)計這種檢測電路主要是對降雨和風(fēng)速進行檢測,如果自動控制窗戶系統(tǒng)的檢測電路檢測到了雨水,那么就證明雨水會通過窗戶進入室內(nèi),在這時候就需要將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化成電信號,傳遞給控制器,控制器做出相應(yīng)的操作來控制窗戶的關(guān)閉。自動控制窗戶系統(tǒng)的檢測電路還能夠通過風(fēng)輪來對風(fēng)速進行檢測,如果風(fēng)輪在風(fēng)的帶動下轉(zhuǎn)動的過快,就證明外界的風(fēng)速過大,這時侯檢測電路就會向控制器中傳遞信號,控制器控制電機轉(zhuǎn)動來關(guān)閉窗戶。

        五、基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)軟件設(shè)計

        基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)軟件設(shè)計,系統(tǒng)軟件設(shè)計工作人員需要利用c語言來進行編程,編寫出系統(tǒng)的總體界面,并劃分好各種功能分區(qū)。確保設(shè)計出的自動控制窗戶系統(tǒng)能夠通過傳感器來對外界環(huán)境的信息進行采集,并將采集到的外界環(huán)境信息傳遞到控制器當(dāng)中,通過事先設(shè)計好的軟件功能來判斷外界環(huán)境狀態(tài)是否達到了關(guān)窗的要求,并對室內(nèi)環(huán)境信息進行采集,通過事先設(shè)計好的軟件功能來判斷室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)是否達到了開窗的要求,并根據(jù)判斷來執(zhí)行相應(yīng)的操作。在自動控制窗戶系統(tǒng)正常運行的過程中,軟件需要對采集到的環(huán)境信息進行自動分析,并對自動控制窗戶系統(tǒng)的執(zhí)行部分進行控制,確保能夠有效控制窗戶的開關(guān)狀態(tài),實現(xiàn)對窗戶的自動化控制。用戶在安裝好自動控制窗戶系統(tǒng)后,在第一次打開系統(tǒng)時需要對系統(tǒng)進行初始化,對系統(tǒng)的各項功能進行試用,并依靠自己的實際需求來對自動控制窗戶系統(tǒng)進行設(shè)置。

        六、結(jié)論

        綜上所述,基于環(huán)境檢測的自動控制窗戶系統(tǒng)需要從總體、硬件、軟件這三個方面進行設(shè)計,大力應(yīng)用紅外防盜檢測電路,應(yīng)用煙霧、可燃性氣體檢測電路以及風(fēng)、雨檢測電路,讓自動控制窗戶系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境進行檢測,對室外環(huán)境進行檢測,真正實現(xiàn)窗戶開關(guān)的自動化控制,提高家居生活的自動化、智能化水平。

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