基于環(huán)境檢測(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)研究

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(lái)實(shí)現(xiàn)，窗戶對(duì)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(duì)窗戶進(jìn)行控制，可能會(huì)由于人的遺忘而導(dǎo)致窗戶沒(méi)有及時(shí)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(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)被發(fā)明了出來(lái)，極大的方便了人們的生活，提高了人們生活的自動(dòng)化、智能化水平。本文分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景以及自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)在總體、硬件、軟件方面的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，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(jiǎn)單，防盜更有效。

關(guān)鍵詞：環(huán)境檢測(cè) 自動(dòng)控制窗戶

引言

隨著我國(guó)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(lái)，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(dòng)化水平，能夠?yàn)槿藗兲峁└邮孢m、方便、安全的生活。因此，各種各樣的智能化、自動(dòng)化設(shè)備、系統(tǒng)在人們的生活中得到了應(yīng)用，比如自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)。應(yīng)用自動(dòng)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(duì)人們生活水平的提高有著重要作用。

一、自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的科技產(chǎn)物被研發(fā)了出來(lái)。其中就有自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)也被稱作是自控系統(tǒng)。通過(guò)運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠在無(wú)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(lái)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或者其他過(guò)程進(jìn)行控制。要想在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，就必須大力應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)于人們的日常生活來(lái)說(shuō)，要想提高生活的自動(dòng)化水平，讓生活變得更加簡(jiǎn)單、方便，也需要大力應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由控制器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象這四部分組成。其中的控制器顧名思義，就是對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制、對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的部分，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是按照事先設(shè)計(jì)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(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、輸送的設(shè)備，能夠?qū)⒆詣?dòng)控制系統(tǒng)傳感器中輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成能夠被控制器準(zhǔn)確識(shí)別的信號(hào)，而被控對(duì)象就是被自動(dòng)控制系統(tǒng)所操控的物體。我國(guó)重視對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和發(fā)展，一直推動(dòng)各行各業(yè)在生產(chǎn)工作過(guò)程中應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠減少工作量，提高生產(chǎn)效率。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各種科技產(chǎn)物也進(jìn)入到了人們的日常生活中，比如自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)、通過(guò)電腦控制的冰箱和微波爐等等，這些自動(dòng)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(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景

窗戶是建筑中必不可少的一個(gè)組成部分，窗戶有著許多的作用，比如說(shuō)可以通過(guò)窗戶來(lái)將建筑室內(nèi)和外界環(huán)境連接起來(lái)，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(jìn)室內(nèi)的空氣流通，外界的風(fēng)能夠進(jìn)入到室內(nèi)，從而讓室內(nèi)的住戶感到?jīng)鏊?。透過(guò)窗戶，室內(nèi)的住戶還能看到外界的環(huán)境，可以感受到陽(yáng)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(shí)，也存在著一定的缺陷，比如說(shuō)窗戶通常是由玻璃制作的，堅(jiān)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(guó)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(jì)90年代至21世紀(jì)初這一階段，監(jiān)控系統(tǒng)還沒(méi)有在我國(guó)的城市當(dāng)中得到普及，防盜窗也沒(méi)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(guò)窗戶進(jìn)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(jì)損失。而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，通過(guò)在生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)，能夠幫人們分擔(dān)一些事情，一些工作、活動(dòng)能夠通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行，人們不必每一件事都親自動(dòng)手，生活變得極為方便。在這種背景下，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)就被研發(fā)了出來(lái)，并得到了應(yīng)用。人們通過(guò)在房屋中應(yīng)用自動(dòng)窗戶系統(tǒng)，推動(dòng)了家居生活智能化、自動(dòng)化水平的提高，為人們帶來(lái)了更加安全、舒適、便捷的生活體驗(yàn)。

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

在對(duì)自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要將自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)劃分為機(jī)械部分、硬件部分、軟件部分這三個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)開展，對(duì)于硬件部分的設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)變送器、傳感器、控制器、執(zhí)行部分、輔助電路等，對(duì)于軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要依靠c語(yǔ)言來(lái)對(duì)程序進(jìn)行編制，根據(jù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)功能來(lái)進(jìn)行相關(guān)編程。設(shè)計(jì)自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)建筑窗戶的機(jī)電一體化，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗戶的自動(dòng)化控制。在自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)中主要運(yùn)用了傳感器、電路設(shè)計(jì)和軟件編程技術(shù)來(lái)確保設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)能夠具有以下幾點(diǎn)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(cè)到暴雨、大風(fēng)信號(hào)后，就會(huì)將檢測(cè)的暴雨、大風(fēng)信號(hào)傳遞給控制器，控制器根據(jù)反饋來(lái)的信號(hào)做出自動(dòng)判斷，控制電機(jī)將窗戶關(guān)閉，并向住戶端進(jìn)行報(bào)警，防止雨水通過(guò)窗戶進(jìn)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(guò)窗戶刮入室內(nèi)。在這種情況下，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)還需要每隔一段時(shí)間對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，如果暴雨、大風(fēng)已經(jīng)停止了，那么自動(dòng)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(méi)有停止，那么自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)就繼續(xù)控制窗戶的關(guān)閉。第二，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)還需要具有自動(dòng)檢測(cè)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(guò)高，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)及時(shí)打開窗戶、排氣扇進(jìn)行通風(fēng)換氣，并向住戶端進(jìn)行報(bào)警，讓住戶意識(shí)到現(xiàn)在家里的可燃性氣體和煙霧的濃度已經(jīng)過(guò)高，從而及時(shí)采取措施，避免出現(xiàn)煤氣中毒、火災(zāi)等問(wèn)題。第三，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)還需要具有自動(dòng)檢測(cè)窗外行人、防盜的功能。實(shí)現(xiàn)這一功能需要為自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)設(shè)置紅外線探測(cè)器，如果有人長(zhǎng)時(shí)間的停留在窗戶外，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的紅外線探測(cè)器的發(fā)射、接收通路就會(huì)被阻斷，這時(shí)候自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)就會(huì)將窗戶關(guān)閉，并發(fā)出報(bào)警聲音，提醒住戶的同時(shí)也警告了窗外長(zhǎng)時(shí)間停留的行人，起到很好的防盜作用。第四，住戶在家里時(shí)，也不需要手動(dòng)控制窗戶的開關(guān)、不需要手動(dòng)調(diào)整窗戶的打開程度，可以通過(guò)人機(jī)操作界面來(lái)進(jìn)行操作，下達(dá)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(lái)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(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于環(huán)境檢測(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)硬件部分如下面4個(gè)圖所示。圖1自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的機(jī)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(cè)開關(guān)，4監(jiān)控部與41檢測(cè)開關(guān)通過(guò)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(guò)程中，2-窗扇打開后由于32-氣筒左側(cè)的空氣只能進(jìn)不能出，所以2-窗扇會(huì)被固定在特定的位置，需要關(guān)閉窗戶時(shí)，通過(guò)5-關(guān)窗開關(guān)控制37-電磁閥，32-氣簡(jiǎn)左側(cè)與大氣連通，在33關(guān)窗彈簧的彈力作用下，會(huì)帶動(dòng)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(guò)上面的斜面使其收縮進(jìn)入鎖栓槽，從外部無(wú)法打開，只能通過(guò)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(guò)4-監(jiān)控部檢測(cè)，2窗扇的開和閉狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)41-檢測(cè)開關(guān)的接通和斷開，4-監(jiān)控部通過(guò)檢測(cè)41-檢測(cè)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(guò)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(jìn)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(cè)開關(guān)、5-關(guān)窗開關(guān)。

（一）對(duì)煙霧、可燃性氣體檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

開展基于環(huán)境檢測(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)需要對(duì)煙霧、可燃性氣體的檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)煙霧、可燃性氣體的濃度，自動(dòng)開窗通風(fēng)、報(bào)警。設(shè)計(jì)煙霧、可燃性氣體檢測(cè)電路時(shí)主要用到的是旁熱式煙霧傳感器Mo-2，如果室內(nèi)沒(méi)有煙霧、可燃性氣體的話，這種傳感器的阻值很高，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)不會(huì)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(huì)急劇下降，傳感器阻值的下降會(huì)引起兩端電壓的下降，從而導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生改變，信號(hào)傳輸?shù)娇刂破骱?，控制器就?huì)根據(jù)接收的信號(hào)做出判斷，控制窗戶的自動(dòng)打開，并向住戶報(bào)警。

（二）對(duì)紅外防盜檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

在自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)紅外防盜檢測(cè)電路，主要是為了提高自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的防盜能力，保障住戶的財(cái)產(chǎn)、人身安全。在自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)中設(shè)計(jì)紅外防盜檢測(cè)電路，主要是應(yīng)用主動(dòng)式的紅外探測(cè)器，這種紅外探測(cè)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(cè)器的發(fā)射端會(huì)發(fā)射紅外線，并從接收端進(jìn)行接收，如果接收端接收到了紅外線信號(hào)，那么自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)不會(huì)有動(dòng)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(cè)電路中的電信號(hào)就會(huì)發(fā)生改變，自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉窗戶，并向住戶報(bào)警。

（三）對(duì)風(fēng)、雨檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

在基于環(huán)境檢測(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)風(fēng)、雨檢測(cè)電路，主要是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防雨、防風(fēng)的功能，讓窗戶在暴雨、大風(fēng)天氣中能夠自動(dòng)關(guān)閉、雨水、大風(fēng)不會(huì)進(jìn)入到室內(nèi)對(duì)室內(nèi)物品造成破壞。設(shè)計(jì)這種檢測(cè)電路主要是對(duì)降雨和風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，如果自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的檢測(cè)電路檢測(cè)到了雨水，那么就證明雨水會(huì)通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)，在這時(shí)候就需要將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，傳遞給控制器，控制器做出相應(yīng)的操作來(lái)控制窗戶的關(guān)閉。自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的檢測(cè)電路還能夠通過(guò)風(fēng)輪來(lái)對(duì)風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)，如果風(fēng)輪在風(fēng)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)快，就證明外界的風(fēng)速過(guò)大，這時(shí)侯檢測(cè)電路就會(huì)向控制器中傳遞信號(hào)，控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)關(guān)閉窗戶。

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

基于環(huán)境檢測(cè)的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作人員需要利用c語(yǔ)言來(lái)進(jìn)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(jì)出的自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)能夠通過(guò)傳感器來(lái)對(duì)外界環(huán)境的信息進(jìn)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(guò)事先設(shè)計(jì)好的軟件功能來(lái)判斷外界環(huán)境狀態(tài)是否達(dá)到了關(guān)窗的要求，并對(duì)室內(nèi)環(huán)境信息進(jìn)行采集，通過(guò)事先設(shè)計(jì)好的軟件功能來(lái)判斷室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)是否達(dá)到了開窗的要求，并根據(jù)判斷來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。在自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，軟件需要對(duì)采集到的環(huán)境信息進(jìn)行自動(dòng)分析，并對(duì)自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)的執(zhí)行部分進(jìn)行控制，確保能夠有效控制窗戶的開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗戶的自動(dòng)化控制。用戶在安裝好自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)后，在第一次打開系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行試用，并依靠自己的實(shí)際需求來(lái)對(duì)自動(dòng)控制窗戶系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

六、結(jié)論

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

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