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1、自动窗的设计学 生 姓 名： 指导教师： 合作指导教师： 专业名称： 机械设计制造及其自动化 所在学院： 机械与动力工程学院 2013 年 6 月目 录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 自动窗设计背景11.2 自动窗的工作原理11.3 自动窗的发展现状11.4 自动窗的发展趋势21.5 主要研究内容2第二章 总体设计方案的选择与论证32.1 控制系统设计方案的选择与论证32.2 系统方案52.3 机械传动系统方案的选择5第三章 控制系统详细设计73.1 硬件介绍73.2 单片机控制电路163.3 直流电机的接口电路设计163.4 光电耦合电路18第四章 机械部分具体设计194.1
2、 直流电机的选择194.2 主动轴的设计194.3 部分零部件件的二维及三维图21第五章 结论与建议245.1 结论245.2 建议24致谢25参考文献26附录27摘要随着科技的不断发展，自动窗在人们日常生活中越来越得到了广泛的应用，同时人们对其安全性及各方面的性能的要求也越来越高。自动窗是随着人们对生活条件的不断追求，科技的不断发展应运而生的高科技产品。本设计中机械系统部分，采用直流电机驱动带转动，窗体体挂接在同步带上。当带转动时，带动窗体动作，实现开关。控制系统部分使用光敏电阻和雨水传感器作为感应器，检测到光线强弱及雨水变化时，将其转化为电信号，传给单片机。通过单片机控制直流电机，驱动传动
3、机构,实现窗的自动开关。关键词: 自动窗，单片机，传感器。AbstractWith the continuous development of science and technology, automatic window in Peoples Daily life interrupts a wide range of applications, its security and the properties of the demand is higher and higher. The automatic window is with people living conditions fo
4、r the pursuit of science and technology, the development of high-tech products. This design use dc motor drive the ribbon running, by joining on the synchronous belt, the window can open and close automatically.In the control system, the inductor that this design using are photoresistance and rain s
5、ensor, when light and rainwater change, detection to human radiation of the infrared ray energy change turn it into electrical signals, to micro controller. DC motor as the window drive device. By the single-chip microcomputer controlling DC motor, and the DC motor driving transmission machine. the
6、window open and close automatically.Key words: automatic window, microcomputer ,sensor.第一章 绪论1.1 自动窗设计背景窗户是我们生活中必不可少的房屋设计,他不仅能够采光而且可以使室内空气流通，如果室内的通风条件不好，空气流通不顺畅，不但会影响我们的心情，更容易滋生病菌，危害人类的健康，可见窗户可以给人类的生活带来了极大的方便与好处。随着科技及电子技术的发展，光控及湿度控制系统设计可以给人们的生活带来了很大的方便。为了保证日常生活环境的舒适，关键就是解决室内的通风问题。但通常的方法就是通过人工的去实现开关，
7、然而问题就是人不是时时刻刻都能记得窗户的开关，自动窗却可以。不仅这样本设计还能自动改善室内空气。因此，本设计物美价廉、方便快捷。1.2 自动窗的工作原理自动窗的控制由驱动部分和传感器两部分组成，城市里大楼的窗户之多有成百上千个，如果在窗户上添加一个雨水传感器和光敏电阻，用于检测外界的天气状况，并在每个窗户旁安装上直流电机与滑轮皮带机构，传感器将检测到的光强度及天气的湿度状况信息传送到单片机上，通过单片机向直流电机发送信号，电机得电后转动，带动电机上的皮带，再通过皮带拉动窗户从而带动窗户的关闭与开启，就可自动保证室内良好的通风和防潮。1.3 自动窗的发展现状随着国民经济的不断增长与生活水平的 不
8、断提高，我国对建筑节能的需求和认识在逐步提高，并已从无认识无法规的阶段逐步进入了高度重视与分布明确实施的法规化阶段，1996年颁布的民用建筑 节能设计标准要求建筑节能指标提高50%，1997年颁布的国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年规划纲要规定新建节能建筑和既有住宅节能 改造工程必须使用节能窗，优先使用塑料窗，建设部、国家经贸委、质量技监局、建材局文件，建住房1999295号关于在住宅建设中淘汰落后产品的通 知中明确指出“积极开发生产、推广应用木塑复合窗、钢塑复合共挤节能保温窗及隔热保温型铝合金窗等新型节能窗”。以及其它建筑节能法规的颁布实施，表明 建筑节能的更进一步发展，已经成为我
9、国经济技术发展中的一项重大举措。 在我国的建筑门窗产品市场上，铝门窗产品占的比例最大，为55%;其次是塑料门窗，占的比例为35%;钢门窗产品有6%的份额;其它材料的产品占了剩余的4%。我国金属门窗拥有巨大的市场和广阔的发展空间。建设情况通报建设部办公厅2000年2月18日第四期有数字显示：从1996年到1998年，每年分别建成城乡住宅12.22亿、12.75亿平方米，我们在2001年2010年间，按全国新建住宅及旧房改造每年需要12亿平米的建筑面积，建筑门窗量按20%计算，每年需要的门窗总量约为2.4亿平米，铝合金门窗量约9000万-1.3亿平米，塑料门窗量约3600万-7200万平米，其他为
10、铝木复合窗，木窗，钢窗等。隐形纱窗约占门窗总量的41左右，约为6000万平米，可见需求之大。在近年的几年来，欧洲、北美、日、韩地区，住宅窗体产品启闭方式已开始向自动化方向发展。如德国的诺托、意大利的图兰朵、韩国的LG等，均有自动化窗体生产。在中国，自动窗正在逐步为人们所重视，不仅各种进口的自动窗和自动开窗器出现在中国的市场上，而且以天韵自动窗为代表的具备完全的自主知识产权，技术先进，功能完善的国产自动窗逐步成为国内市场的主体，越来越多的自动窗体被应用到各种建筑当中。由于自动窗是刚刚发展起来的新产品，还没有形成成熟、稳定的行业，尚未形成统一的行业标准和规范，因此目前市场上的自动窗产品在各个方面的
11、差异非常大，多数产品还不能算是成熟、完善的自动窗。1.4 自动窗的发展趋势进入21世纪以来，人类在不断的通过自动化来代替人工操作,而自动窗就是其中之一,对于高楼而言,自动窗不仅解决了自然因素对室内的影响,而且省时省力,最主要的是安全,。人有疏忽大意的时候，可是机器不会，一个很好的机器可以保证在合适的时候为我们做出正确的选择，自动窗可以根据天气状况为我们营造舒适的室内环境，对我们的身心健康有积极的帮助。因此自动窗将越来越多的被人们所接受，而自动窗系统也将越来越多的应用于其他的领域，使得它有一个良好的发展前景。在不久的将来,自动窗控制室内环境也许已经不能让人满足,将集结合美观,安全等于一体,在众多
12、的盗窃案件中,有很多就是通过窗户进入的,那么完全可以设计一个自动防盗装置,报警装置,那时自动窗将欲来越多的走进人们的生活,种种优势注定自动窗越来越智能。1.5 主要研究内容 本设计的主要是针对窗户的安全性、以及窗户的人性化进行研究，通过充分利用传感器与单片机结合，设计一个自动检测天气并自动开关窗实现保持室内环境舒适的功能。第二章 总体设计方案的选择与论证2.1 控制系统设计方案的选择与论证自动窗控制系统有许多特点： 总体上可以分为价格和结构两方面，自动窗不但结构简单，更是价格低廉。一般情况下，自动窗是以直流电机作为动力的，其它类型的自动窗和这种自动窗相比结构都比较复杂，价格也相对较高。本设计的
13、一个主要优点就是可靠性较高，应用了光敏传感器与雨水传感器，在+12V电压下便可以工作，所以完全可以用蓄能电池作为其备用电源，进一步的提高了其可靠性，对于那些位置较高、不方便手动开关的外窗来说，实用性更好。但是因监测系统会受到外界各种因素的干扰所以会产生较大的偏差；又由于检测环境的复杂、以及各种干扰的影响，检测系统的稳定性和可靠性均会有不同程度的下降。2.1.1 光强传感器选择方案一：采用光敏电阻。光敏电阻为了能更好地吸收光一般情况下制成薄片状结构。光线的强弱与电阻的大小相关联。当光线较强时，半导体内原来处于稳态的电子因吸收了能量而被激发为自由电子。光照的强度越大电阻值就越小是总所周知的；相反，
14、光照的强度越弱电阻值越大。光敏电阻是人类充分利用内光电效应的原理研制出来的一种电子器件。一般情况下，都是将光敏电阻的电极做成梳妆图案似的以提高其灵敏度。光敏电阻除了具有灵敏度高、反应快等优点外，在高温、多湿等等的恶劣环境下，依然能够稳定、可靠的工作。方案二：HA2003光照传感器。HA2003是一种把光信号转化为电信号然后再经调理电路的调节将该电压值转化为02V或420mA的光电转换模块。HA2003传感器不但具有耐腐蚀，响应速度快（1s的优点），而且还可以选用电压或电流作为输出。长距离传输时具有较强的抗干扰能力，量程为20020万lx 误差为7%但是价格昂贵。综上可知：由于光敏电阻随光照强度
15、的变化其阻值随之而改变，又因它响应速度较快，灵敏度高，价格低廉而得到广泛的应用。所以，选用方案一较好。2.1.2 湿度传感器的选择方案一：采用HOS-201湿敏传感器。0100%RH是它所能够测量的范围的宽度， 050也就是要求他的工作温度范围是在这个区间的，一旦超过了这个区间，那么他的性能就有可能发生很大的变化，阻抗在75%RH（25）时的阻值为1M的高湿度开关传感器。传感器是用于控制开关的传感器，但它不能检测宽带带宽范围内的湿度，因此，它主要用于判断规定值以下或以上的湿度电平。方案二：采用HS1100/HS1101湿度传感器。这种传感器跟一个电容的性能差不多它的值都会因为一些因素的变化而发生变化，随空气湿度的增大其所测量的值随之而增大。1%100%RH
