鄧艷菲 ，萬宏鋼

（江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013）

0 引言

德國發(fā)明家Arthur Fischer博士于1964年在其“工業(yè)燕尾槽及六面可拼接”專利技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)明了慧魚創(chuàng)意組合模型，其涵蓋了機(jī)械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、控制構(gòu)件、氣動構(gòu)件、微型電機(jī)、計算機(jī)編程以及機(jī)器人設(shè)計等內(nèi)容[1]，也是一款可編程的機(jī)電一體化教學(xué)裝置[2]。結(jié)合ROBO TXT控制器，可以輕松通過彩色觸屏控制，其包含多種接口，擁有強(qiáng)大的處理器，保證了控制板極高的性能，用以控制各種慧魚模型，并進(jìn)行各類專用機(jī)器人的制作與控制。

隨著建筑技術(shù)以及人們生活水平的提高，人們對窗戶功能的需求越來越高，窗戶設(shè)計研究工作也不斷取得新的成果[3]，切實解決了日常生活的難題：如在外出時經(jīng)常忘記關(guān)閉窗戶，遇上天氣突變，經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)淋雨，或是大風(fēng)把室內(nèi)物品吹亂，帶入灰塵雜物。若此時窗戶關(guān)閉，則可以避免這些情況造成的損失。正因為窗戶的開、關(guān)對室內(nèi)環(huán)境有很大影響，而人們不可能時刻、細(xì)致地關(guān)注這些事情，故本課題組設(shè)計了一款機(jī)電一體化推拉窗，能智能化解決以上難題，極大地滿足人們的需求。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 智能控制部分

智能控制部分由2塊TXT控制器級聯(lián)，如圖1所示，利用感應(yīng)器與限位開關(guān)協(xié)同工作，實現(xiàn)精確控制窗戶開閉。

圖1 智能控制裝置

1.2 機(jī)械部分

1）傳動部分。如圖2所示，主電機(jī)通過齒輪1、2、3傳動帶動蝸桿螺旋傳動，從而控制螺母左右移動，而螺母帶動螺母上的副電機(jī)定塊運動，進(jìn)而實現(xiàn)窗戶的左右移動[4]。

圖2 傳動裝置和動力裝置

2）自動/手動切換部分。按下開關(guān)后，如圖3、圖4所示，副電機(jī)帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動和螺桿螺旋傳動，從而使螺母上下移動，進(jìn)而控制定塊1和窗戶上定塊2之間的連接或斷開，實現(xiàn)窗戶開關(guān)手動自動的切換。自動狀態(tài)，由傳感器檢測外部條件，智能控制系統(tǒng)接收信息并進(jìn)行判斷，來決定窗戶的開關(guān)；手動狀態(tài)，可以手動自由地開關(guān)窗戶。

圖3 切換裝置（全面圖）

圖4 切換裝置（部分圖）

1.3 傳感器部分

1）光照強(qiáng)度傳感器。由光敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換模塊組成的光照強(qiáng)度傳感器如圖5所示。當(dāng)光照強(qiáng)度傳感器感應(yīng)到光照強(qiáng)度不足后，自動關(guān)窗。當(dāng)外界光照充足時，光照強(qiáng)度檢測器檢測到后，自動開窗[5]。

圖5 光照強(qiáng)度傳感器

2）空氣質(zhì)量檢測器。圖6中的傳感器由一個灰塵傳感器和一個顯示評估板組成。評估板上的七段數(shù)碼管若顯示P50則代表PM2.5數(shù)值為50，若顯示則C20代表溫度20 ℃。每9秒一輪循環(huán)往復(fù)，PM2.5每輪顯示8 s，溫度每輪顯示1 s。開始運行時PM2.5顯示從0往上漲（空氣越差數(shù)字上漲越快，反之越慢）直到最終數(shù)字穩(wěn)定時為當(dāng)前空氣的質(zhì)量，溫度顯示與之相同，值板上2個LED每2秒快閃一次。

圖6 空氣質(zhì)量檢測器

PM2.5顯示數(shù)值在0～50之間，則空氣質(zhì)量為優(yōu)；顯示數(shù)值在50～100之間則空氣質(zhì)量為良；顯示數(shù)值在100～130之間，空氣質(zhì)量為輕度污染；顯示數(shù)值在130～170之間，則屬于中度污染；顯示數(shù)值在170～250之間，則空氣質(zhì)量為重度污染；顯示數(shù)值若大于250，則空氣質(zhì)量為嚴(yán)重污染。

當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量較差時，空氣檢測器檢測數(shù)值大于100后，將自動開窗通風(fēng)，疏散有害物質(zhì)。

3）雨滴傳感器。圖7是雨滴傳感器，下雨時，雨滴傳感器感應(yīng)到有雨水降落便會自動關(guān)窗，以免雨水進(jìn)入屋內(nèi)，淋濕屋內(nèi)物品。

圖7 雨滴傳感器

4）風(fēng)力傳感器。圖8中的風(fēng)力傳感器由麥克風(fēng)傳感器代替，麥克風(fēng)傳感器可檢測周圍聲音強(qiáng)度，識別聲音有無（根據(jù)振動原理）。因為真正的風(fēng)力傳感器過大，而風(fēng)吹物體，物體會振動，所以用麥克風(fēng)傳感器代替，此傳感器可調(diào)節(jié)其靈敏程度，即調(diào)節(jié)感應(yīng)風(fēng)力臨界點。

圖8 風(fēng)力傳感器

風(fēng)力傳感器的作用是當(dāng)窗外風(fēng)力超過3級，模擬風(fēng)力傳感器將感應(yīng)到，窗戶將會自動關(guān)閉，以免吹亂屋內(nèi)物品或?qū)⑵渌覊m雜物帶入室內(nèi)。

5）超聲波傳感器。圖9中紅框框出的部分是超聲波傳感器，接到ROBO TXT Controller輸入端I1，并將I1端口設(shè)置為Ultrasonic模式，觀察信號端輸出，即可測出傳感器與障礙物的距離[6]。通過設(shè)置相應(yīng)的閾值，窗戶將自動關(guān)閉，阻止其他物體進(jìn)入室內(nèi)。

圖9 超聲波傳感器

2 工作流程

本課題組設(shè)計的這款機(jī)電一體化智能推拉窗的工作流程如圖10所示。

圖10 工作流程圖

智能推拉窗的工作流程：下雨或者刮大風(fēng)時自動關(guān)窗，當(dāng)外界下雨時雨滴檢測器能夠有效及時地檢測出下雨情況并立即關(guān)閉窗戶；當(dāng)外界出現(xiàn)大風(fēng)天氣時，風(fēng)力傳感器能夠迅速測出風(fēng)力大小并判斷是否要關(guān)閉窗戶[7]。

光照強(qiáng)時自動開窗，當(dāng)外界陽光照射到光照強(qiáng)度檢測器上時，檢測器能及時判斷外界光照強(qiáng)度大小并在光照強(qiáng)烈時打開窗戶，而當(dāng)光照強(qiáng)度下降時又能夠及時關(guān)閉窗戶。

室內(nèi)空氣質(zhì)量差時自動開窗，當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測器檢測到室內(nèi)空氣環(huán)境較差時，能夠迅速打開窗戶方便與外界空氣進(jìn)行交換，或者室內(nèi)檢測出有毒氣體例如煤氣則可以迅速開窗通風(fēng)防止出現(xiàn)意外[8]。

窗外有物體靠近時自動關(guān)窗，當(dāng)超聲波傳感器檢測到外界有物體靠近時，可以迅速關(guān) 閉窗戶防止出現(xiàn)意外。

3 推廣應(yīng)用價值

本產(chǎn)品有以下創(chuàng)新點：

1）窗戶自動開與關(guān)是由主電機(jī)通過齒輪傳動和螺旋傳動實現(xiàn)的，具有傳動平穩(wěn)、傳動效率高、使用壽命長、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點[9]。

2）手動/自動切換是由副電機(jī)通過錐齒輪轉(zhuǎn)動和螺旋來控制的，具有傳動平穩(wěn)、維護(hù)簡便、自動鎖定等優(yōu)點。

3）窗戶兩側(cè)設(shè)計了固定插銷，在暴雨或臺風(fēng)等惡劣天氣時，窗戶可鎖緊，使裝置更加安全可靠。4）本作品屬于外加裝置，不會破壞窗戶整體結(jié)構(gòu)。5）此推拉窗可在高層住宅中廣泛推廣使用，可作為預(yù)防高空拋物行為的有效裝置[10]。

4 小結(jié)

現(xiàn)在商品房出售均為精裝修房，而家居裝修中，窗戶不可或缺，比起一般家居，智能家居更受歡迎，而智能窗就是其中之一。對于外出忙碌的人們，更愿意、更需要智能家居來提高生活質(zhì)量，而智能機(jī)電一體化推拉窗就是一個很好的選擇，其使用靈活，安全可靠，市場前景廣闊。未來，智能窗可以采用更加先進(jìn)的通信技術(shù)，與其他智能化建筑設(shè)備緊密結(jié)合，形成更加智能化的建筑智能控制系統(tǒng)。