黃禮萬

（陽江職業(yè)技術學院機電系，廣東陽江 529500）

0 引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展與智能家居的理念提出，很多樣板工程及高檔住宅，采用了智能控制系統(tǒng)[1]，雨天自動關窗是其中常見且重要的功能之一，其功能為通過程序的預設，隨時監(jiān)測天氣的變化，當下雨時會自動關閉門窗[2]。目前智能家居引入了物聯(lián)網(wǎng)控制技術，通過計算機或者手機APP可以隨時監(jiān)測、控制與管理家里的事物，這也是未來的發(fā)展方向[3]。但是目前該技術還沒有得到廣泛應用，主要是因為這是一項系統(tǒng)裝修工程，在做基礎裝修的時候，同步開展對各類設備進行智能化管理系統(tǒng)建設，具有工程大、成本高與維護難等特點。因此，普通家庭一般不會采用這種高檔次的裝修方式。

門窗是家居中重要的一個部分，具有采光通風等作用，也是與外面連接的通道。在生活當中，門窗經(jīng)常會被打開，讓室內(nèi)保持空氣流通，維持好的空氣質(zhì)量。因此，外出時不關門窗也變成了日常當中的常態(tài)，隨之而來的問題就是常說的“下雨了回家關窗”，給人們外出帶來了極大的困擾和不便。窗門最常用的是鋁合金框架內(nèi)嵌玻璃的結構，有較好的透光性能，門窗的開關一般采用軌道式拖拉結構，操作比較簡單，安全耐用。對于已經(jīng)裝修好的家居，想要在門窗上增加一個下雨自動關窗裝置，一般都是通過對門窗主體進行改造，加裝軌道、電機及控制系統(tǒng)，該做法有以下缺點：（1）改造原有的所有門窗，需要每個窗配一個，工程量大，材料成本與人工成本高；（2）常年處于工作狀態(tài)容易損壞，電能損耗大，存在觸電的安全隱患；（3）設備位置安裝固定，維護與維修難度大；（4）改造后，推拉門窗的阻力增大，影響日常使用。

1 設計思路

為了解決上述問題，本文提出一種移動式濕感控制關窗裝置的研究與設計思路。該設計為獨立移動式的控制裝置，吸附固定裝置采用強力吸盤作為固定連接點，一端吸附在墻壁上，另一端吸附在門窗的玻璃上，吸盤間通過牽引鋼絲連接，可以隨拆隨裝且不影響原有門窗結構，當有需要的時候才把該控制裝置安裝到需要監(jiān)控的門窗上。控制裝置內(nèi)的電源、電動機、卷揚機構、濕度傳感器、行程開關、控制器等器件，選擇體積小重量輕的電器元件，外殼與機械結構采用重量輕的塑料件，設計成體積小重量輕的控制裝置。該裝置安裝調(diào)試好后，當門窗打開時遇到下雨，濕度傳感器輸出濕感信息，通過控制器對比識別并發(fā)出關窗指令，電動機驅(qū)動卷揚機構收緊鋼絲，門窗關閉嚴實后，通過行程開關限位結束關窗驅(qū)動，實現(xiàn)下雨自動關窗的功能[4]。整體效果如圖1所示。

圖1 整體效果圖

該裝置體積小重量輕，使用時不需要改變原有門窗的結構，可以根據(jù)天氣情況與生活需要靈活使用，具有方便節(jié)能、易維護、成本低等優(yōu)點，解決了上述改裝措施中存在的缺點。

2 設計方案與特點

根據(jù)設計思路制定以下設計實施方案，所用電器元件均為小巧輕便型，機械部件與外殼采用輕質(zhì)塑料件，控制裝置的整體尺寸約為10 cm×5 cm×4 cm，質(zhì)量約為200 g，適用于所有的拖拉式門窗。整體結構如圖2所示[5]。

圖2 整體結構圖

2.1 吸附固定裝置

吸附固定裝置主要由具有松緊功能的強力真空吸盤a與吸盤b組成?？梢晕皆诠饣矫嫖矬w上起位置固定作用，左邊吸盤a上面附加一個扣環(huán)，當左邊不是玻璃或者光滑瓷磚時，可以通過墻體安裝鉤釘，用扣環(huán)套上固定，適應不同的環(huán)境要求，右邊吸盤b與控制裝置連接在一起，一般吸緊固定在所需關閉的玻璃窗上。該吸附固定裝置的設計，達到了在使用時不受環(huán)境限制，也不會破壞原有的門窗結構。

2.2 濕度傳感裝置

濕度傳感裝置由濕度傳感器模塊HR202和伸縮桿組成。當控制裝置安裝完畢后，根據(jù)門窗的位置大小，調(diào)節(jié)伸縮桿的長度，可調(diào)節(jié)濕度傳感器所處的位置，便于檢測外面是否下雨。當雨點滴在濕度傳感器上時，模塊檢測輸出的濕感信息送入控制器對比識別，控制器發(fā)出關窗指令，驅(qū)動電機及卷揚機構執(zhí)行關窗動作[6]。該裝置性能穩(wěn)定，便捷可靠。

2.3 卷揚裝置與行程控制裝置

卷揚裝置由牽引鋼絲、卷揚機構、直流電動機3部分組成。電動機采用GA12-N20（3 V）直流減速電動機，牽引鋼絲為柔軟的鋼絲，連接吸盤a與控制裝置中的卷揚機構，通過直流電動機與帶有變速齒輪的卷揚機構收卷鋼絲，產(chǎn)生拉力完成下雨關窗的功能，相比軌道驅(qū)動方式更加簡易和便捷，且不需要對門窗進行結構改造。

行程控制裝置由行程定位裝置、定位器、行程開關3部分組成。定位器采用按壓式卡線結構，其結構如圖3所示，定位器安裝于牽引鋼絲上，按下按鈕時定位器內(nèi)外環(huán)同軸，定位器可以在牽引鋼絲上移動，移到合適位置放手，在彈簧彈力作用下，定位器的內(nèi)外環(huán)錯位夾緊牽引鋼絲，用于設置下雨自動關窗裝置的門窗關緊定位。行程開關采用OV-154-1C25微動開關，安裝于定位板的下方，并與定位板屬聯(lián)動關系。行程定位裝置采用彈壓式結構，其結構如圖4所示，定位行程裝置為安裝于卷揚機構前端的行程裝置，下雨執(zhí)行鋼絲收緊使門窗關閉嚴實時，定位器剛好壓下定位板，同時也觸動行程開關，控制電動機斷電停止。該裝置結構簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定可靠。

圖3 定位器內(nèi)結構意圖

圖4 行程定位裝置內(nèi)部結構圖

2.4 控制器

控制器為移動式濕感控制關窗裝置的核心控制單元，控制電路主要使用STC89C51單片機為控制芯片，通過IO端口及外圍接口電路，實現(xiàn)與濕度傳感器、行程開關、直流電動機的電路連接[7]，并設置有停止復位開關與啟動開關，根據(jù)使用要求編寫好程序后對單片機進行燒錄，完成控制器的功能預設與調(diào)試。供電電源采用手機通用的鋰電池，參數(shù)為：電壓3.8 V、額定容量5 000 mA·h，并設有兼容的移動電話充電端口，為使用與充電提供便利。在使用時，當雨點滴落在濕度傳感器上，檢測到的濕度數(shù)據(jù)送入控制器識別，確認外界下雨后，突出指令給電源驅(qū)動電路，輸出電能給直流電動機供電，并驅(qū)動卷揚收緊機構關閉門窗，門窗關閉嚴實后，定位器剛好觸動行程開關，STC89C51單片機發(fā)出斷電指令，電動機斷電停止。電路原理如圖5所示[8]。

圖5 電路原理圖

3 應用功能

3.1 安裝優(yōu)勢

安裝步驟：（1）把需要監(jiān)控的門窗關閉嚴實；（2）將a、b兩個吸盤分別吸附安裝于墻壁和門窗上；（3）鋼絲處于拉緊狀態(tài)，把定位器移到控制器的定位點，剛好壓下定位行程裝置前定位板；（4）推開門窗，鋼絲由卷揚機構當中釋放拉出，拉出的長度與門窗開啟寬度相等；（5）調(diào)整濕度傳感器伸縮桿，使其處于門窗開啟位置，按一下控制器上的啟動按鈕,即可使該裝置處于監(jiān)控狀態(tài)。

3.2 監(jiān)控優(yōu)勢

沒有下雨，該裝置處于監(jiān)控狀態(tài)，電動機不工作，門窗處于打開狀態(tài)；當下雨時，雨點滴在濕度傳感器上，檢測到數(shù)據(jù)送入控制器識別，確認外界下雨后，啟動電動機驅(qū)動卷揚機構收緊鋼絲關閉門窗，門窗關閉嚴實后，定位器剛好壓下定位行程裝置前定位板，觸動行程開關，電動機斷電停止。

3.3 收納與維修優(yōu)勢

使用完畢，撥動吸盤松緊開關拆卸裝置，把定位器移到吸盤a末端，按一下停止復位按鈕，鋼絲收回卷揚機構中。裝置小巧輕便，如發(fā)生故障，可以直接送維修點進行維修。

4 結束語

本文提出一種移動式濕感控制關窗裝置的設計思路，該設計為獨立可移動的設備，不需要改裝原來的門窗，也不需要每個門窗配一個，成本低作用大。國內(nèi)很多地方下雨天氣不多，可以按需使用，達到最佳的節(jié)能效果。采用了強力真空吸盤為吸附固定工具，在使用時不會破壞原有門窗結構，可安裝到需要監(jiān)控的任意推拉式門窗上，操作靈活方便，適用范圍廣，當設備損壞時，可以帶到外面維修，不用維修人員上門維修，維修成本低。該裝置較好地解決了在門窗上增加下雨自動關窗裝置遇到的常見難題，有較大的推廣價值和較高的經(jīng)濟效益。