基于單片機(jī)智能化窗戶清潔及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎姜皓銘 李玉麗 陳喬 黎青霖

引言：隨著國(guó)家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn),各類城市高層建筑不斷挺拔而出。隨之而來(lái)的是一系列的問(wèn)題,如外窗清潔維護(hù)。采用人工方式,由于清潔行業(yè)起步較晚,"蜘蛛人"多是外來(lái)務(wù)工人員,流動(dòng)性大,沒(méi)有細(xì)致的行業(yè)細(xì)分且存在安全隱患。為了保障人員安全以及提高服務(wù)效率, 本項(xiàng)目提出了相關(guān)的的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要由傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，無(wú)線傳輸模塊系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，智能警報(bào)系統(tǒng)、電力系統(tǒng)六部分組成。項(xiàng)目設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用人工智能技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及無(wú)線傳輸技術(shù)，通過(guò)在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中加入所需的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的清洗、監(jiān)測(cè)、關(guān)閉等功，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋和檢測(cè)傳輸，精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能，也滿足用戶可以在手機(jī)上控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

一、窗戶自動(dòng)清洗劑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文將以窗戶智能清洗及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理及工作方式進(jìn)行研究。在如今市面上的窗戶智能清洗設(shè)備有人工手動(dòng)清洗和窗戶清潔機(jī)器人自動(dòng)清洗兩種，而本次設(shè)計(jì)將用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備自動(dòng)清洗來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工手動(dòng)清洗，省時(shí)省力，免去了高空作業(yè)的危險(xiǎn)，減少了人員傷亡。本系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)到空氣污染較大時(shí)可自動(dòng)開(kāi)啟清洗功能，監(jiān)測(cè)的更加精確，也可以在用戶有清洗需求時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程控制來(lái)進(jìn)行自動(dòng)清洗。采用Zig-Bee 等無(wú)線通信技術(shù)，在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋和檢測(cè)傳輸，精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的功能。也滿足用戶可以在手機(jī)上控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，更智能、更準(zhǔn)確、更高效，節(jié)省時(shí)間、節(jié)約資源、降低成本。

二、窗戶自動(dòng)清洗及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

1. 清洗系統(tǒng)概況。本系統(tǒng)通過(guò)安裝清潔式長(zhǎng)桿刷頭進(jìn)行清潔，刷頭使用時(shí)從窗框兩側(cè)的收納盒中伸出并通過(guò)陀螺儀傳感器和壓力傳感器來(lái)控制刷頭的方位和力度，在清洗功能結(jié)束后自潔完成后收回收納盒中，方便下次使用，收納盒采用防水防塵材料，以達(dá)到耐用的目的，系統(tǒng)達(dá)到方便美觀的作用。

2.電力系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用正常供電和自帶蓄電池供電兩種方式進(jìn)行供電，當(dāng)供電回路正常時(shí)，采用供電回路供電，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)的自帶蓄電池進(jìn)行緊急臨時(shí)供電，保障系統(tǒng)不受斷電影響，防止系統(tǒng)因斷電而造成故障。雙供電模式更加確保了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.自動(dòng)清洗和用戶遠(yuǎn)程控制清洗功能。本系統(tǒng)采用雙模式控制，自動(dòng)清洗模式是當(dāng)系統(tǒng)的傳感器自動(dòng)檢測(cè)到空氣中的污染源濃度過(guò)高需要進(jìn)行清洗操作時(shí)，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)傳輸至單片機(jī)控制系統(tǒng)以及云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及相關(guān)的清洗操作，更加方便快捷。用戶遠(yuǎn)程控制模式是云平臺(tái)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)值反饋到用戶的手機(jī)上，用戶通過(guò)手機(jī)上顯示的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程的相關(guān)清洗操作，更加方便用戶了解空氣質(zhì)量以及清洗狀態(tài)等。

4.存在的問(wèn)題及完善措施。

（1）傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能要確保準(zhǔn)確，所選用的傳感器要能在天氣條件惡劣的情況下依然能進(jìn)行工作，所以就要選擇能耐高溫、耐低溫、防風(fēng)、防雷、防塵、防水等惡劣情況的相應(yīng)傳感器，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)還要能實(shí)時(shí)的傳輸發(fā)送到后臺(tái)和用戶手機(jī)中，方便信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）清洗裝置要確保清潔度，所以我們?cè)趯?shí)際過(guò)程中還要選用選對(duì)清潔能力較強(qiáng)的刷頭和質(zhì)量較好的清潔劑，清潔過(guò)后刷頭的自潔也要確保能正常進(jìn)行后再送回到收納盒中。所以本設(shè)計(jì)還要進(jìn)行多次相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來(lái)選定刷頭和清潔劑，并針對(duì)窗戶的多角度無(wú)死角清洗進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（3）設(shè)計(jì)相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集傳輸、后臺(tái)運(yùn)算、反饋用戶等相關(guān)操作，確保將監(jiān)測(cè)到的數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳送，并設(shè)置及相關(guān)的預(yù)報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)值達(dá)到設(shè)定值則進(jìn)行相關(guān)的功能操作。

三、系統(tǒng)原理框圖及功能流程圖

圖1 系統(tǒng)功能流程圖

四、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，在人群密度大、工作繁忙的城市，人們?cè)谟龅奖┯?，沙塵暴，霧霾等惡劣天氣時(shí)可能無(wú)法在第一時(shí)間關(guān)閉已打開(kāi)窗戶，這樣就會(huì)發(fā)生雨水滲入、沙塵、霧霾進(jìn)入室內(nèi)，影響居住環(huán)境和空氣質(zhì)量。而室內(nèi)環(huán)境的污染會(huì)使室內(nèi)環(huán)境舒適性變差，對(duì)人體有害的污染物、漂浮在空氣中的微粒、病毒、細(xì)菌、顆粒物及其他有害物質(zhì)也無(wú)時(shí)無(wú)刻地?fù)p害著人們的身體健康，隨著二氧化碳濃度的增加，導(dǎo)致可吸入顆粒物和二氧化碳不斷流動(dòng)，加重空氣的污染。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口開(kāi)始出現(xiàn)集中密集化，各種高層建筑不斷涌現(xiàn)。高層住宅、高層寫字樓、大型商場(chǎng)等各類型民用商用建筑的窗戶外側(cè)清洗也給我們帶來(lái)了不同程度的困擾。近年來(lái)，高層建筑的外側(cè)窗戶清洗還依舊要靠人力來(lái)解決，但隨著各種清洗外側(cè)窗戶而發(fā)生的高空墜樓事件。目前，由于高層式住宅采用框架式結(jié)構(gòu)，為了采光效果和減輕負(fù)重，很多的高層住宅大多數(shù)采用了落地式窗戶設(shè)計(jì)，窗戶的高度大約在兩米左右。面積大的玻璃清洗任務(wù)比較繁重，且高層作業(yè)十分危險(xiǎn)，一些死角就很難清潔，那么高層建筑的外側(cè)窗戶的清洗到底怎樣才能安全有效是我們亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)本次設(shè)計(jì)解決了生活中的部分難題，也讓自動(dòng)化清潔監(jiān)測(cè)相結(jié)合，提高了安全性，方便性，快捷性，讓人們的生活更加智能。