基于自動控制系統(tǒng)的窗戶洗刷器設(shè)計(jì)

劉 鑫 張新和 何靜杰 吳 進(jìn) 葛文康 胡明亮 燕夢浩 黃思遠(yuǎn) 王 馮 鄭倩茹

（安徽新華學(xué)院，安徽 合肥 230000）

1 窗戶洗刷器研究背景

在新時代背景下，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，人工智能也開始走進(jìn)人們的生活。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高，對于家居的智能化要求也越來越高。在人們忙碌的生活中，更希望能有智能家居來分擔(dān)家務(wù)的繁雜。智能家居也可以提升幸福感，提高人們的生活質(zhì)量。而人們對于窗戶的要求也越來越高，對窗戶的功能上也進(jìn)行了關(guān)注，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們對窗戶的研究也在不斷的加強(qiáng)，其收到的效果顯著，主要是在清潔方面有著重要的作用，同時，在自動關(guān)窗上，也有著很多科研成果。自動清潔方面，市場上的相關(guān)產(chǎn)品并不少見，對于玻璃的擦拭往往是重視在外部的擦拭，但都存在著擦不干凈的現(xiàn)象，并且也有著清潔的死角，對水資源也有著浪費(fèi)的情況出現(xiàn)，所以，對于窗戶智能化清潔來說，需要一種智能清潔系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高窗戶清潔能力的提升。

針對當(dāng)前出現(xiàn)的問題，本文通過對窗戶自動清洗裝置進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，進(jìn)行智能系統(tǒng)的升級，提高人們的生活質(zhì)量。整個的系統(tǒng)由兩部分組成，其中重要的組成部分是在大樓外部的垂吊的清洗裝置，需要和內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行配合。而其另一部分是在大樓頂部的輔助裝置，其整個的系統(tǒng)是包括供水和供電功能，同時其操作臺也是在這部分系統(tǒng)中的，來保證整體裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這種系統(tǒng)的設(shè)置很好的保證了各種清洗狀況的出現(xiàn)，不會留下死角，和傳統(tǒng)的清洗裝置進(jìn)行對比，危險性大大降低，不再會有工人進(jìn)行，也就不存在高?，F(xiàn)象，大幅度的提升了效率，節(jié)約了清洗成本。

2 工作原理

團(tuán)隊(duì)深入分析用戶對窗戶的多種需求，根據(jù)安全、智能、靈活的產(chǎn)品理念，綜合機(jī)械、環(huán)境、互聯(lián)網(wǎng)等多學(xué)科的優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)出一種自動清洗、除霾、開關(guān)的智能窗戶。

2.1 懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)的組成及原理

其全自動窗戶清洗器由步進(jìn)電機(jī)、滑輪、繩索、清洗模塊，控制元件等幾個基本部件。本清洗裝置由主體清洗裝置、輔助設(shè)施、PLC控制系統(tǒng)組成。其中，主體清洗裝置設(shè)計(jì)有垂直于清洗面的可伸縮、易更換的旋轉(zhuǎn)刷盤、涵道風(fēng)扇、緩沖輔助越障導(dǎo)向輪。輔助設(shè)施包括供電電源、供水水泵、以及操控臺等。緩沖輔助越障的導(dǎo)向輪組成十分復(fù)雜，可以很好的保證遇到障礙可以越過，其主要的組成部分由輪子還有進(jìn)行支撐功能的杠桿組成，其通過上下進(jìn)行限位，來保證其導(dǎo)向作用的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時，其主體的清洗部分是通過垂放的裝置進(jìn)行上下運(yùn)動，通過重力的輔助作用進(jìn)行，其輪子遇到障礙也會碰到上位桿，這也就會輕松越過障礙，保證其穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行更好的操作。

2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體由懸掛運(yùn)動系統(tǒng)和清洗模塊兩部分組成。兩大模塊采用一定一動式，在獨(dú)立完成各自工作的同時，在其旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，其通過旋轉(zhuǎn)刷盤的方式，進(jìn)行清洗，這種設(shè)計(jì)不僅可以保證在清洗時減少死角，痛死在垂直清洗的時候，對于復(fù)雜的外墻整體環(huán)境情況可以更好地適應(yīng)，對于一些瓷磚類的，甚至是有凸起的外墻設(shè)計(jì)，都可以很好的進(jìn)行清洗。同時，其在設(shè)計(jì)中，刷盤的組成不僅有波紋管組成還有可以選裝的上下軸承，保證其可以進(jìn)行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)很好的解決了傳統(tǒng)窗戶洗刷器中存在的問題，保證其可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗，這種結(jié)構(gòu)相對較為結(jié)實(shí)，也比較實(shí)用。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2

窗戶的清洗裝置有很多功能，其中重要的是清洗功能和移動功能，同時輔助其清洗的還有越障功能和風(fēng)干功能，這些功能都能很好的保證其清洗裝置的整體穩(wěn)定運(yùn)行，做到清潔玻璃的效果。清洗的功能可以很好的保證其創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過更換刷盤，來進(jìn)行反復(fù)的利用，實(shí)現(xiàn)其清潔多次的功能，而其越障功能也可以很好的發(fā)揮作用，通過重力的作用，進(jìn)行輔助越障，對主體清潔系統(tǒng)進(jìn)行一個很好的配合，而很多清潔系統(tǒng)都裝有風(fēng)干功能，也就是說，清潔過后，為了避免因?yàn)樗侄慈净覊m，導(dǎo)致玻璃并不干凈，而通過通風(fēng)管道進(jìn)行一個快速的風(fēng)干，保證玻璃的干燥，同時，實(shí)現(xiàn)玻璃的整體清潔，對其效果做到一個長久保持的效果，這樣也就進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了窗戶洗刷器的整體效果，保證玻璃的干凈明亮。

2.3 硬件設(shè)計(jì)方面

在步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器方面，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器運(yùn)動系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)采用42步進(jìn)電機(jī)，42步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號變?yōu)檗D(zhuǎn)子角位移的控制元件。該裝置分為兩部分：一是垂吊在大樓玻璃幕墻外部的清洗裝置，為該裝置主體部分；二是位于建筑物頂端的輔助設(shè)施，包括供電電源、供水水泵、以及操控臺。當(dāng)窗戶得到清洗指令，電機(jī)通電進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并帶動與其連接的絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使絲杠上的滑塊在豎直方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，使玻璃得到清潔，保證工作的高效完成。

2.4 除霾功能

窗框上設(shè)置防霾過濾網(wǎng)，由大數(shù)據(jù)將霧霾天氣的信號傳給單片機(jī)，對控制防霾過濾網(wǎng)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，防霾過濾網(wǎng)降下。防霾過濾網(wǎng)由復(fù)合碳纖維制成，質(zhì)地柔軟，易于清洗，其上通有對人無害的微小電流，可吸附通過空氣中的PM2.5 顆粒，導(dǎo)電的同時可在一定程度上降塵。而其整體的除霾功能上，其主要的組成部分也并不復(fù)雜，重要的核心部分就是電機(jī)和滑塊，然后水管輔助進(jìn)行清潔，同時棉塊的滑動來達(dá)到除霾的效果。當(dāng)窗戶得到清洗指令，電機(jī)通電進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并帶動與其連接的絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而使絲杠上的滑塊在豎直方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動；通過桿件與其滑塊相連的清潔海綿一方面隨著滑塊，做豎直方向的移動，另一方面進(jìn)行清洗旋轉(zhuǎn)并與水管相連通，從而為清洗轉(zhuǎn)刷提供清潔用水，實(shí)現(xiàn)自動清洗的功能。

3 程序設(shè)計(jì)

在其玻璃整體操作上，可以通過軟件的設(shè)計(jì)，進(jìn)行對玻璃清洗器的整體操作，這樣的操作之下，可以有效的保證其工作的高效性，同時其也十分的可靠，保證其可以穩(wěn)定的運(yùn)行，在其整個清潔系統(tǒng)安裝時，不必再考慮安裝軌道問題，其整個的清潔裝置安裝十分簡便，也不需要進(jìn)行定向的軌道。同時，其具有越障功能，這個功能之下，對于大樓外部的環(huán)境適應(yīng)能力就會相對較強(qiáng)，也就不用考慮外部的墻體因素，風(fēng)干功能的設(shè)置也會對外部的整體環(huán)境和墻面適應(yīng)能力較強(qiáng)，并且由于系統(tǒng)的整體體積較小，安裝來說相對方面，維修上也相對容易。而通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，來進(jìn)行輔助操作的軟件研發(fā)，大幅度的提升了其系統(tǒng)的整體效率，真正的做到了智能操作。通過設(shè)計(jì)智能家居APP進(jìn)行操作，可以對窗戶做到及時的清潔，對外部墻體的整體情況進(jìn)行一個了解，能夠?qū)崿F(xiàn)一個實(shí)時的播報和監(jiān)控。真正的做到智能操作，給人們的生活帶來巨大的便利，在享受其智能家居帶來的便捷的同時，其也可以實(shí)現(xiàn)很好地售后服務(wù)，定期的為用戶進(jìn)行保養(yǎng)和維修，通過APP的監(jiān)控，對其裝置的整體情況進(jìn)行了解，一旦出現(xiàn)問題及時的進(jìn)行自動報修。只有做好售后服務(wù)，保證其裝置的長久使用，才能獲得人們的好評，在其智能行業(yè)打開市場，提高市場競爭力，定期的推出優(yōu)惠活動，在APP進(jìn)行播報，來提高人們對窗戶洗刷器的興趣程度。因此，本設(shè)計(jì)的高層玻璃幕墻自動清洗裝置具有廣闊應(yīng)用前景，市場競爭力較強(qiáng)。

4 結(jié)論

隨著建造技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們的生活水平也在不斷的提高，對于家居的智能化要求也越來越高。在人們忙碌的生活中，更希望能有智能家居來分擔(dān)家務(wù)的繁雜。智能家居也可以提升幸福感，提高人們的生活質(zhì)量。一般的清洗方式是人工用吊索懸掛在空中，費(fèi)時費(fèi)力還存在一定的風(fēng)險，而且高層建筑在霧霾環(huán)境下極易變臟。在新時代背景下，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，人工智能也開始走進(jìn)人們的生活。而窗戶洗刷器其整個的系統(tǒng)由兩部分組成，其中重要的組成部分是在大樓外部的垂吊的清洗裝置，需要和內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行配合。這種系統(tǒng)的設(shè)置很好的保證了各種清洗狀況的出現(xiàn)，不會留下死角，和傳統(tǒng)的清洗裝置進(jìn)行對比，危險性大大降低，不再會有工人進(jìn)行，也就不存在高?，F(xiàn)象，大幅度的提升了擦玻璃的效率。