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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1、通过阅读有关资料对当前机电技术的发展有进一步的了解。2、融汇、贯通所学习的专业基础知识和专业理论知识。3、综合运用所学专业理论知识和技能提高独立分析问题和解决实际问题的能力。 4、结合PLC、传感器及机电控制技术等课程完成一个具体的项目，通过毕业设计达到学以致用的目的，了解控制系统设计的一般方法和步骤。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 要求能够实现以下要求： 1天黑自动关窗 2刮风自动关窗3下雨自动关窗4自动通风5空调开启提示6. 技术参数符合实际要求7. 窗户尺寸设计符合规范8. 窗户材质环保且实用 要求：论文的格式要规范：需要有中英文摘要、关键词，图文并茂。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1、画出实物模型与PLC的硬件连接图，按图接线，编制控制程序，并画出梯形逻辑图。（图层、符号、标题栏等要符合制图相应规范要求）2、完成元器件的选型和材质的选择3、完成系统调试，实现控制要求(尽可能完成）4、完成毕业设计说明书和相关设计图纸4主要参考文献： 1 梁森, 自动检测与转换技术M . 北京:机械工业出版社, 20012 邓松等, 电气控制与PLC实训教程M . 北京:人民邮电出版社, 20063郭宗仁、吴亦锋、郭永.可编程控制器应用系统设计及通信网络技术M .北京：人民邮电出版社4 向忠宏，智能家居人民邮电出版社，20025 杨存智，PLC在自动化生产机械手中的应用J，机床电器，20066 阮友德，电气控制与PLC实训教程M，北京：人民邮电出版社，20097 周洪、胡文山、张立明、 卢亦焱, 智能家居控制系统，中国电力出版社, 20068 张凯，可编程控制器教程M南京：东南大学出版社，20059顾牧君, 智能家居设计与施工, 同济大学出版社 200410贺道坤，GE PAC技术快速入门,南京信息职业技术学院，200811谢文和，传感技术及其应用M:高等技术出版社，2003.12方强，李娜.可编程控制器技术开发与应用实践.电子出版社，200913郁汉琪，王华.可编程自动化控制器（PAC）技术及应用基础篇M.北京：机械工业出版社，201114向忠宏，智能家居.人民邮电出版社.200215常晓玲，电气控制系统与可编程控制器M.北京：机械工业出版社，200416张建民，机电一体化系统设计M北京：高等教育出版社，2001)毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.12.16-2016.1.10 完成开题2016.2.25- 毕业实习调研，完成开题报告、中英文翻译、论文大纲2016.3.19-2016.4.25 提交论文草稿，4月中旬中期检查2016.4.26-2016.5.6 提交论文定稿2016.5.6-2016.5.13 准备答辩2016.5.13-2016.5.26 答辩，成绩评定，修改完成最终稿所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月23 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 在如今的信息化时代，科学技术的发展使得人们能够追求更加舒适，便捷，安全的生存环境。因此，人们对其主要的生活、工作环境-楼房提出了更高的智能要求。现在智能楼房技术成为了建筑领域的研究热点。该技术的产生、发展是建立在现代计算机技术、控制技术、网络技术等基础上，本文献重点讲述窗户的智能化设计。本设计主要设计用于家居及宾馆安装智能控制的窗户，实现在日常生活中的操作简便，智能化控制的窗户系统具有防风，防雨、天黑关窗等自动保护功能，所有控制功能都具有高稳定高可靠高灵敏度高人性化等的自动检测控制。可真正的具有任意遥控控制窗的开、关、停。目前，我国的智能家居生活用品的发展也受到一定的阻碍。这种“未来之家”家庭智能化窗户系统市场真正启用尚需时日。由于智能化的诱人前景和巨大市场，尽管对于国内外市场来说真正启动尚需时日，但未能阻止人们去研究智能化控制的系统，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。为了人们的生活更加简便，实用和人性化的智能概念，真正提高人们的生活品质，真正体现其价值，这也是现代技术的核心所在。本论文在设计中查找了很多相关资料其中很多内容对本课题研究非常有帮助。文献【2】邓松 电气控制与PLC实训教程本书内容取材广泛，集实验、工程实训、设计和调试于一体，强调应用能力、工程设计能力和创新开发能力的培养。内容包括电气图的阅读、绘制与故障检修方法，PLC的接线方法，变频器、触摸屏的原理及其应用，电气控制线路的设计与调试，三菱GX Developer和西门子STEP 7编程软件的用法，三菱GX Simulator和西门子S7 PLCSIM仿真软件的用法，各种典型PLC控制系统的工程实训，电气控制与PLC综合应用典型案例的设计与实现等，附录中列出了三菱FX、PLC的指令一览表。 本书还强调理论与实践结合，各章所附参考程序均经过联机调试或仿真调试，语言通俗易懂。本书可为自动化、测控技术与仪器、电气自动化、机电一体化等相关专业的电气控制与PLC课程的实训使用，也可作为相关工程技术人员的参考用书。文献【4】 向忠宏 智能家居本书介绍智能家居的知识性读物，教你如何安装智能家居的书籍介绍了智能家居的概念、涉及的技术及主流产品，主要为使普通家庭用户能够自己动手（DIY）安装智能家居系统提供具体建议和实施方案。读者只要按照智能家居编写的自然顺序逐节阅读，就可基本了解和掌握智能家居的技术和安装方法。本书内容详实、图文并茂、设计方案多样，可供中等收入以上的家庭、智能家居和智能小区相关行业从业人员及其爱好者阅读。文献【6】阮友德 电气控制与PLC实训教程本书介绍常用的低压电器、电路分析方法、基本控制电路及典型电路分析，PLC的特点、结构、工作原理，基本指令、步进顺控指令和常用的功能指令以及它们的应用，模拟量控制、联网通信等特殊功能模块及其应用。实践教学方面，介绍电力拖动、PLC硬件、PLC程序设计、Fx-20P-E编程器和最新编程软件GX，PLC与变频器综合应用，PLC、变频器、触摸屏、特殊模块的综合应用。 本书集理论与实践于一体，集实验、实训、实习于一体，集技术应用能力、工程设计能力和创新能力的培养于一体，可作为高职高专院校电子类、机电类等相关专业的理论与实训教材，也可以作为技能鉴定的培训教材，还可供相关工程技术人员参考。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 解决的问题：（1）自 动 防 风：刮风时，传感器会检测到大风信息，窗门会自动关闭，风沙、尘埃、轻浮杂物尽挡窗外。即使主人不在家，照样将其看管得无微不至，可以营造一个干干净净的家。 （2）自 动 防 雨：出门在外总有忘记关窗的时候，天气突变，当传感器检测到下雨信息，窗门会自动关闭，使您的家免遭雨水侵挠，解除后顾之忧。 （3）智能遥控开关窗门：无线遥控器可以在室内任意位置遥控开、关窗门，且可随心所欲控制其停留在任何位置，居家更显时尚与豪华，带给您方便、时尚和健康。（4）自动通风：每天夜里，室内空气不能及时换气，室内二氧化碳较多，所以需要及时通风换气，但早晨起来时不一定能及时开窗，可以设计一个感受天气良好时，自行开窗装置，方便又实用。（5）空调开启提示：当室内温度高于或低于一定程度时，空调开启自启提示，提示人员是否需要开启，当超过一定时间时，提示关闭。 路径：由于是智能家居，那么不可或缺的就是传感器。由于窗户的功能较多，需要用到较多的传感器，不同的传感器由于性能不同、采集信号不同、对环境的要求不同。使用PLC可以使功能更加完善，主要从这些方面入手。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：文献综述写的较好。比较贴近设计内容。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本设计是一智能化产品，希望能可行、有创新。 3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 02 月 29 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 09 日译文题目： 智能窗户设计 Control Engineering Practice1.Abstract In todays information age, the development of science and technology enables people to pursue more comfortable, convenient, safe living environment. As a result, people living and working environment of its main - building higher intelligence requirements are put forward. Now intelligent building technology has become a hot research topic in the field of architecture. Generation and development of the technology is based on modern computer technology, control technology, network technology, etc, on the basis of the literature focuses on the intelligent window design.Intelligent home has become a trend, in view of the traditional manual switch window cannot be achieved for convenient, wisdom can change the status quo of life, by single-chip computer technology and sensor technology, the combination of design based on wet sensor, microcontroller, PM2.5 sensor and infrared sensor intelligent digital control opening and closing the window. The window is a kind of intelligent control mechanical and electrical integration of smart window control system, using the intelligent control technology, sensor technology, mechanical technology and other advanced technology, main function is to realize the automatic control for all the Windows in the house, can automatically open and close in order to realize the indoor environment control and anti-theft alarm function.This design is mainly designed for home and hotel to install the Windows of the intelligent control, implement in daily life is simple, the Windows of the intelligent control system has the wind and rain, the dark Windows automatic protection function, such as all control functions with high stability high reliable and high sensitivity to human nature, such as automatic detection control. But real with arbitrary remote control window open, close, stop. At present, the development of intelligent household articles for daily use in China has also been a certain obstacles. This home of the future home intelligent Windows system market really enabled will take time. Due to intelligent attractive prospect and huge market, although really start will take time for domestic and foreign markets, but failed to stop people to study the intelligent control system, automation control, information home appliances, household security equipment and entertainment and information center, the four part of the integration of a comprehensive, home control network for broadband Internet. To peoples life more convenient, practical and personalized intelligent concept, really improve peoples quality of life, truly reflect its value, which is the core of the modern technology. In this paper to find a lot of related materials in the design of many of the content of this research is very helpful.Keywords: intelligent window automation PLC intelligent control2 Brief introductionThe good development trend in recent years, Chinas construction industry has greatly promoted the intelligent doors and Windows the all-round development of the industry, our country is the industry of building door window to a new stage of development, in technology and management are formalization, mature and intelligent. Domestic multifunctional doors and Windows industry in order to obtain more profits, on the scale of production and product quality enhances unceasingly, but because of the influence of the international financial crisis, multi-functional intelligent window industry market conditions and price movements in the coming years.This topic for the intelligent household security system requirements, design a set by the touch screen, PLC, the main equipment such as Windows forms fully automatic intelligent window, mainly USES the Windows automation control, to realize automatic windproof, rainproof, dark Windows, air conditioning open tips, etc., complete the programming of PLC system, implement the design of each part of the action. This system has the following features, USES the high reliability, simple to use, flexible programming of the industrial control equipment, through the manual and automatic control device, as well as the analog input module acquisition analog signal accurately, ensure security system running safely and reliably, the Ethernet module at the same time, the system has realized the combination of computer, touch screen and PLC, can remote control, easy to manage.Working principle of the intelligent control of nature cannot leave the operation, and the control unit in the design of this system USES PLC control device, is the collection of operation and control unit. This window control system not only has the advantages of acquisition control convenient, simple, flexible, and can be greatly improved by coordination of each module and the chip so as to greatly improve the availability of the system. The system design is the use of the advantages of PLC, successfully completed the design requirements. And implement the function of the learning time and automatic control, to control household devices provides a good foundation.It is because the communication technology, computer technology and the rapid development of network technology, control technology and the enhancement, prompted the family to realize the modernization of life, safe and comfortable living environment. These high-tech has affected every aspect of peoples life, has changed peoples life habit, improve the quality of peoples life and intelligent household is in this situation arises at the historic moment. The main function of smart home control system including communications, automatic control equipment, security from three aspects. With the development of new technology and automation, the use of the sensor number is more and more big, the function is becoming more and more strong, various sensors have been standardized, modular, it gives the design of smart home control system greatly. Intelligent curtain control system mainly consists of two parts, hardware and software as a whole. Hardware part by PLC extension of peripheral circuit and a variety of realizing the function of PLC system control interface circuit; The software part is mainly composed of single chip microcomputer system to achieve its specific control functions of various programs. This intelligent curtain control system are introduced in the design of the hardware composition and software design process, as much as possible to meet the different needs of different people on the curtains open and close. At the same time, the system in the general requirements of the design and development, people have put forward many solutions, on the premise of considering the efficiency and convenience, can be used to expand the function of control system in the future. To promote the intelligent building, designed a new type of intelligent window, discussed the hardware and software system design scheme of intelligent window. Application of pressure sensor, humidity sensors, light sensors, infrared remote control module to realize the environment data acquisition, signal processing, with PLC to and control stepping motor to adjust the intelligent casement opening Angle. Induced by experimental tests, wind speed and control precision is better than that of 0.1 m/s, the humidity sensing accuracy 5% RH, 5 lux light intensity sensor precision. Implements the measurement display information such as strong wind, humidity, light intensity and adjust the window opening degree, adjusting the indoor environment. Can be set by an embedded system control quantity, suitable for the environmental requirements of different users Commonly used low voltage electrical appliances, circuit analysis methods, basic control circuit and a typical circuit analysis, the characteristics of PLC, the structure, working principle, basic instruction, stepping sequence control instructions and commonly used functions and their applications, analog control, network communication and other special function modules and their applications. Practice teaching, this paper introduces electric drive, PLC hardware and PLC program design, Fx - 20 p - E programmer and the latest programming software GX, integrated application of PLC and frequency converter, PLC, inverter, touch screen, a special module integrated application.智能窗户设计1摘要在如今的信息化时代，科学技术的发展使得人们能够追求更加舒适，便捷，安全的生存环境。因此，人们对其主要的生活、工作环境-楼房提出了更高的智能要求。现在智能楼房技术成为了建筑领域的研究热点。该技术的产生、发展是建立在现代计算机技术、控制技术、网络技术等基础上，本文献重点讲述窗户的智能化设计。家居智能化已成趋势,针对传统手动开关窗无法实现人们对便捷、智 能化生活的现状,通过单片机技术和传感器技术相结合,设计一款基于湿敏传感器、PM2.5传感器和红外传感器的单片机智能数字控制开合的窗户.该智能控制 窗是一种机电一体化的智能窗户控制系统,采用了智能控制技术、传感技术、机械传动技术等先进技术,主要功能是实现对房子内所有窗户的自动控制,可自动打开 或者关闭以实现对室内环境的调节和防盗报警功能.本设计主要设计用于家居及宾馆安装智能控制的窗户，实现在日常生活中的操作简便，智能化控制的窗户系统具有防风，防雨、天黑关窗等自动保护功能，所有控制功能都具有高稳定高可靠高灵敏度高人性化等的自动检测控制。可真正的具有任意遥控控制窗的开、关、停。目前，我国的智能家居生活用品的发展也受到一定的阻碍。这种“未来之家”家庭智能化窗户系统市场真正启用尚需时日。由于智能化的诱人前景和巨大市场，尽管对于国内外市场来说真正启动尚需时日，但未能阻止人们去研究智能化控制的系统，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。为了人们的生活更加简便，实用和人性化的智能概念，真正提高人们的生活品质，真正体现其价值，这也是现代技术的核心所在。关键词：智能窗户 自动化 PLC控制 智能窗户2简介近年来，我国建筑业的良好发展趋势极大地促进了智能门窗行业的全面发展，我国的建筑门窗行业正在进行一个崭新的发展阶段，在技术和管理方面正在走向正规化、成熟化和智能化。国内多功能门窗行业为了获得更大的收益，在生产规模和产品质量上不断提高，但是受国际金融危机的影响，多功能智能窗行业在未来几年的市场状况及价格走势备受关注。本课题针对智能家居安防系统要求，设计了一套由触摸屏，PLC，窗户等主要设备构成的全自动智能窗户，主要采用窗户的自动化控制，实现防风、防雨、天黑自动关窗，空调开启提示等，完成PLC的系统编程，实现所设计的各部分动作。本系统具有以下特点，采用可靠性高，使用简单，编程灵活的工控设备，通过手动和自动控制装置，以及模拟量输入模块准确采集模拟量信号，确保安防系统安全可靠地运行，同时采用以太网模块，系统实现了计算机、触摸屏和PLC的结合，可以远程控制，管理方便。智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元，在设计本系统时采用的主控器件PLC，正是运算与控制单元的集合体。本窗户控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计系统正是利用PLC的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化，这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。智能窗帘控制装置系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由PLC扩展的外围电路以及各种实现PLC系统控制功能的接口电路组成；软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。本设计中介绍了智能窗帘控制装置系统的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。同时，系统在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控制系统的功能进行扩展。为促进建筑智能化,设计了一种 新型智能窗,讨论了智能窗的软硬件系统设计方案。应用压力传感器,湿度传感器,光强传感器,红外遥控模块等实现环境数据采集,选用PLC进行 信号处理,并控制步进电机调整智能窗扇叶张角。经实验测试,风速感应和控制精度优于0.1 m/s,湿度感应精度5%RH,光强感应精度5 lux。实现了测量显示风强、湿度、光强等信息并调整扇窗开合程度,从而调节室内环境。可以通过嵌入式系统设定控制量值,适合对环境要求不同的用户使用常用的低压电器、电路分析方法、基本控制电路及典型电路分析，PLC的特点、结构、工作原理，基本指令、步进顺控指令和常用的功能指令以及它们的应用，模拟量控制、联网通信等特殊功能模块及其应用。实践教学方面，介绍电力拖动、PLC硬件、PLC程序设计、Fx-20P-E编程器和最新编程软件GX，PLC与变频器综合应用，PLC、变频器、触摸屏、特殊模块的综合应用。目录摘要IIIAbstractIV1 绪论1.智能窗户研究的背景及意义1.智能窗户的发展现状及趋势1.智能窗户的的研究内容1 智能窗户总体结构设计1.智能窗户的控制要求1. 确定智能窗户执行方案1. 控制系统总体设计2智能窗户硬件设计与选型计算4. 智能窗户的组成参数4. 滚珠丝杠副的尺寸选择计算4.联轴器选型6.电动机选型与校核6.传感元件选型9.按钮及指示灯、蜂鸣器的选择11智能窗户控制系统硬件设计13. PLC的选择13.I/O端口的分配13.外部接线图14.系统的元器件清单17软件实现18.系统程序流程图18编程19 结论24参考文献25致谢26III智能窗户的设计摘要我们现在使用的设备在家大部分关闭人工方式，不具有自动防风防雨防盗功能，和防止陌生人进入。为了实现智能控制，本设计采用可编程控制器和传感器，采用可编程控制器，将脉冲信号发送给家庭，构成一个家庭的智能控制和管理，实现智能家庭。窗户的智能化控制是以检测传感技术为基础，将可编程控制器作为控制单元，使窗体在面临不同的外界环境实现自动化控制。将智能化控制应用于家居窗户保证了家居的安防工作，提高上班族的生活质量，具有高敏度，安全可靠，应用广泛的特点。本文设计一套由步进电机、滚珠丝杠、温湿度传感器、风速传感器等主要设备构成的全自动化智能窗户。本设计研究的主要内容是通过数据检测电路连续检测室外温度和湿度，当外界湿度达到一定时间（下雨）时，窗户将自动关闭，以防止空气或水的水分进入房间；此外，使用可编程控制器自动控制、大风、暗、报警自动关闭窗口编程完成。随着各种便于生活的自动控制系统逐渐渗透人们的生活，未来家居的智能化必然是一种新的发展趋势，市面上能提高生活舒适性、便捷性的产品需求量将会愈来愈大。因而，本文的设计研究有其重要的实用价值。关键词：智能窗户；滚珠丝杠；步进电机；PLC 传感器The design of intelligent windowAbstractWe now use the equipment in the home most close artificial way, does not have the automatic windproof, rainproof and theftproof function, and prevent access to the stranger. In order to realize the intelligent control. The design using programmable controller and sensors, programmable controller with pulse signal is sent to the family, constitute a family of intelligent control and management, realize intelligent home. Intelligent control of windows is based on the detection of sensing technology, the programmable controller as a control unit, so that the form in the face of different external environment to achieve automatic control. The application of intelligent control in home windows to ensure the security of home work, improve the quality of life of office workers, with Gao Min, safe, reliable, widely used features.In this paper, we design a set of automatic intelligent windows, which is composed of a stepper motor, ball screw, temperature and humidity sensors, wind speed sensors and other main equipment. Through data detection circuit continuous detection of outdoor temperature and humidity is the main content of the design of the study, when the outside humidity to a certain period of time (rain), windows will automatically shut down, to prevent moisture from the air or water enters the room. In addition, the use of PLC automatic control system, wind, and dark, and alarm automatically shut the windows programming to complete.With the automatic control system to make it easier for life gradually infiltration of peoples lives and the future home of the intelligent must be a new development trend, the market can improve the comfort of living and more convenient products demand will become larger and larger. Therefore, the design and research of this paper has important practical value.Keywords：Intelligent windows ball screw a stepper motor PLC1 绪论.智能窗户研究的背景及意义社会在进步，人们生活水平在迅速提高，各种生活便利的自动控制系统，在人们的生活中扎根，智能建筑已深入到多个领域，未来的智能家居必然是一个发展趋势。要求以生活方便及提高舒适性为目的，进行智能窗户的设计，以此为题进行毕业设计具有较高的实际意义和经济价值；同时也有助于学生实现控制器、执行器和传感器等知识的实际应用，提高了知识和技能理论的综合应用能力，提高了数据检索的能力和解决实际问题的能力。因此，我们设计的智能窗是以智能家居为背景，采用可编程控制器技术、自动控制技术、系统设计和安全技术和应用的传感器技术实现智能窗系统，窗口切换动作可以是一个可靠和环境中的异常情况，如风、雨、天黑、陌生人自动识别等。以便人们能够更安心的工作，同时也保证居民生活的舒适以及生命财产不受威胁。.智能窗户的发展现状及趋势现在的智能窗户系统一般由控制器、传感器以及驱动元器件等组成，主要包含了声、光、电、机、通讯等设备，同时也是未来智能窗户设计的理想选择，这也是本设计的主要研究方向和目标。主要利用PLC的智能化控制，以传感器为中间传输器件，奖信号传给PLC，通过控制电机来控制窗户开合。PLC作为控制核心，智能性高，逻辑控制能力强，还具有通讯功能，并且体积与功耗较小，利用率较高。通过它控制窗户的开合，实现通风或者封闭功能，从而实现各种保护功能。.智能窗户的的研究内容本设计的主要内容是采用PLC智能控制，风、雨、天黑均能自动关闭窗户和防止盗情出现等功能，PLC完成编程并实现各种操作。设计过程中，调研现有智能窗户的市场现状并进行分析；智能窗户的机械结构设计，包括总体方案，各功能元的安装方案；结合西门子PLC、传感器及机电控制技术方面的知识进行智能窗户控制系统的设计，包括主控制端程序设计、辅助功能单元程序设计；根据所设定的数据进行选择检测传感电路以及各传感元件；用可编程控制器（PLC）输入程序实现风大自动关窗、下雨天自动关窗、天黑自动关窗、防盗以及煤烟报警等一系列功能。 拟解决的问题主要包括：对现有的智能窗户及相关产品进行市场调研；智能窗户总体方案及其程序设计，包括窗体开合的执行结构设计，主控系统及各功能控制系统的设计，确保其便捷性及舒适性；步进电动机的选型；轴承的选择；滚珠丝杠的选择、检测传感器设计以及各传感元件的选择等。0 智能窗户总体结构设计.智能窗户的控制要求本设计系统主要是基于PLC的控制，根据外界的空气状况、室内情况以及陌生人的接近控制窗户的开合。本设计主要有以下几个控制要求：1）当室内温度超过30度时可以自动开窗换气，保证室内空气的清新（此时指在没有风雨天气和盗情的基础上）；2）若室内的湿度达到一定的数值时（此时数值可以自己设定），窗户可以自动开启以通风换气；3）若室外风力超过一定等级时（风级自己设定），由传感器检测到信号，并传给PLC，控制窗户的关闭；4）若外界有雨时，湿度传感器感应到信号，并将其传给PLC，由其控制窗户的关闭；5）当有人驻留在窗口时，将阻止红外探测器发射和接收路径，设置一定时间后窗户将被关闭，并发出报警信号；6）若天气由白到黑时，光控传感器会接收到信号，并将其传给PLC，控制窗户的关闭。. 确定智能窗户执行方案智能窗户的结构设计多种多样，现在对其执行机构的三种设计方案进行比较，最后确定最优的设计方案。方案一：设计为齿轮齿条结构，其主要部分是齿轮传动马达，齿条和小齿轮，将窗框的底部机架被固定在墙壁上，将主动齿轮与电动机同轴连接并装入窗体内，放置在固定窗一侧（右侧），窗体内同时安装有与主动轮相同尺寸的从动齿轮，主动齿轮在上，从动齿轮在下，从动齿轮与齿条啮合，电动机驱动主动齿轮转动，进而主动齿轮带动从动齿轮旋转，通过齿轮齿条的旋转运动转换为窗体的直线运动，从而实现窗户的开启和关闭。方案二：设计绕线轮和定滑轮复合结构，其主要组成部分为步进电动机、减速器、绕线轮、牵引绳、定滑轮和系绳桩。电机固定在窗户底架上，输出端通过绕线轮和另一端的定滑轮收放使用，拉伸桩固定在窗扇上，通过移动拉伸桩的位置从而实现窗户的开启与关闭。方案三：利用滚珠丝杠，其主要组成部分有步进电动机、联轴器、轴承、滚珠丝杠和滚珠螺母等。把滚珠丝杠副放置在窗框的底部并固定在墙体内，两端用轴承联接，其中一端安装联轴器，使之与步进电机相连，而PLC作为核心部分，通过接收传感器的信号，并用其控制电机，以此来达到控制窗户的开启和关闭。比较三个方案，分析优缺点：方案一：本方案中使用了齿轮齿条结构，性能稳定，传动效率高，便于实现自动控制；但齿轮齿条结构存在齿侧间隙。方案二：本方案中采用了定滑轮机构，窗扇在绕线轮和定滑轮的搭配使用下能实现自动开合，并且机构简单，但不适用于多次启停场合，磨损较大。方案三：结构紧凑，运动平稳，传动精度高，且不易磨损，并且使用寿命长，能完成窗户操作的制定动作。 综上所述，本设计选择方案三进行设计。 可设计出窗体模型如图2.2.1所示。 智能窗户的动力源为的步进电机，以此实现自动开启和关闭。2.2.1智能窗户模型. 控制系统总体设计.智能窗户控制原理智能窗户目的是为用户提供优质便捷的家居环境，该装置是采用步进电机和丝杠的传动机构控制窗体的开合，再结合温湿度传感器、风速传感器、红外探测器等多种传感元器件实现面对不同的外部条件自动控制窗户。若室外风力超过一定等级时（设置为5级），由风速传感器检测到信号，并传给PLC，PLC控制电机转动，电机通过联轴器带动轴承旋转，轴承上装有滚珠丝杠（滚珠丝杠是一种机械传动装置，主要功能是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动，并且运行精度较高），通过滚珠丝杠带动活动窗体来控制窗户的关闭；若外界有雨时，湿度传感器感应到信号，并将其传给PLC，由其控制窗户的关闭；若天气由白到黑时，光控传感器会接收到信号，并将其传给PLC，控制窗户的关闭；若有陌生人驻留在窗口时，将阻止红外探测器发射和接收路径，窗户将被关闭，并发出报警信号，以上窗户可以关闭的前提条件是室内的煤气与烟雾的含量未超标，否则，将不能关闭窗户，直至室内检测正常才执行窗户。若检测元件某部分失灵，无法接收信号，则发出报警信号，提示主人手动关闭窗户。系统原理框图如图2.3.1所示. 系统组成在智能化控制系统中一般采用单片机或是PLC作为核心控制元件。本设计采用PLC编程软件运行的形式，可大大提高系统运行的可靠性，避免使用过多的继电器，复杂系统，简化了整个控制系统的设计；可以实现故障检测与报警指示，确保运行安全和监测；能够复杂系统的控制，便于添加子功能或是更换功能控制单元，中间操作无需承担较多的费用。25智能窗户硬件设计与选型计算. 智能窗户的组成参数根据载荷重量及智能窗户的开合状态，本次设计选择的执行机构组成如图3.1.1所示。窗体移动速度为4m/min，重w=10kg，尺寸1500mm600mm，定位精度20um，重复定位精度15um，摩擦因数u=0.2。步进电机机联轴器轴承（固定端）轴承（支撑端）滚珠丝杠滚珠螺旋副图3.1.1 窗户的执行机构组成. 滚珠丝杠副的尺寸选择计算.初算导程：其中，Vmax：滚珠丝杠副最大移动速度；nmax：滚珠丝杠最大相对转速；查表5.2-617标准值得，Ph=10mm，d0=16mm Ph：滚珠丝杠的导程；：滚珠丝杠公称直径.额定动载荷Cam：其中，fw：载荷性质原数，表5.2-1917，取1.2；Ls：预期工作距离，取400mm；Fa：精度系数，表5.1-117，取0.8；Fc：可靠性系数，表5.1-217，取1；Fm：最大轴向载荷，约为1000N。.估算丝杠允许最大轴向变形：空载时影响最大的轴向作用载荷是静摩擦力，当移动部件在刚度处启动和反向时，由于方向变化将产生误差2/（又称摩擦死区误差），它是影响重复定位精度的最主要因素= 则取两者中较小值，即m= 5 m.估算滚珠丝杠最小螺纹底径dzm:其中， ； L：丝杠两轴承支撑之间的距离，取+（1014）Ph=460mm； 其中行程取值320mm a:支承方式系数，两端固定时，取0.039； ：滚珠丝杠允许的最大轴向变形； ：导轨静摩擦力； ：静摩擦系数。 .确定丝杠的规格型号：查表5.2-317选定外循环螺旋槽式L型；又根据表5.2-1317按上述估算的Ph、Cam及dzm的值，选出合适的规格：CMF1204-2.5。.计算预紧力Fp：Fp=bCa=0.052500=125N 其中，系数b:对一般载荷取0.05； Ca:丝杠尺寸系列及性能参数表中的额定动载荷。.计算行程补偿值C:其中，lu：滚珠丝杠的当前有效行程，取行程+（814）Ph=320+80=400mm； ：温度变化值，取。.预拉伸力Ft：其中，dz：丝杠螺纹底径。.滚动轴承型号选择：选型原因：除了滚珠丝杠副要求精度高，还要求支撑的设计要满足高精度、高刚度。注意对于轴向刚度，摩擦力矩，高精度运动轴承等的选择。螺钉主要承受轴向载荷（径向载荷除外）。在一般情况下，主轴承螺钉无外部负载时，需要更高的精度和轴向刚度，摩擦力矩要尽可能小。组配方式：背靠背组配，此类组配方式，力的作用线相外侧发散，使得轴承有效支点距离增大，这种组配方式可以同时承受轴向载荷和径向载荷，并且承受倾斜力矩的能力较高。因此，选择600接触角推力角接触球轴承，查表选定7602012TN。.联轴器选型选定金属滑块联轴器，查表3-14-817，取D=70mm，m=0.45kg.电动机选型与校核 .电动机选择计算（1)电动机转速： （2）加在电动轴上的负载惯量Jd： 滑动部分转动惯量： 滚珠丝杠转动惯量： 设滚珠丝杠的材料为铁，其密度为 联轴器转动惯量： 则加载在电动机轴上的负载惯量为： （3)加载在轴上的负载转矩TL： (4)电动机轴上的加速转矩Ta: ：加速时间常数取0.1s ：电机惯量（kgCmS2） :负载惯量（kgCmS2） （5）加载在电动机轴上的总转矩Teq： （6）电动机选型： 取电动机的安全系数K=2，则必需转矩（）： 查表25-2-3017，初定型号为ZS56Q-02741，其转子惯量则有：而ZS56Q-02741的保持扭矩为0.50.353，步距角=。 （7）电动机验算： 窗体最大运行速度对应的电动机转速为,则对应的运行频率为：由图25-2-1017中距频曲线可得出，此脉冲频率情况下，电动机的输出转矩大于Teq，即电动机满足要求。 图25-2-10 距频曲线图步进电机ZS56Q-02741的具体参数：表3.4.1 步进电机数据表步进角 电压 电流 相数最大转矩 重量 转速1.8度3.6V3A2 0.5N.m 1.1Kg360r/min. 压杆稳定性计算 临界载荷: 查表3-7-4618得f1=4.0，Dw=4； d2=d0-1.2Dw=11.2； 查表3-7-4618取L0=500。d0n校核：d0nmax=16400=640070000mm.r/min,符合要求。.系统刚度的计算（*）其中，Rs：滚珠丝杠轴的刚度； ：系统刚度； dc=d0-1.2Dw=11mm， E:弹性模数，取； Ru：滚道与钢珠轴向的接触刚度，查标准得113N/m。将数据代入式（*），解出：Rt=32N/m，符合标准。.传感元件选型.风速检测装置的选择监测刮风状态时，可利用风压设计，采用电阻应变片式压力传感器进行信号采集11，灵敏度较高，相较于电容式传感器而言，电阻式压力传感器具有高稳定性，高寿命，对环境要求低等特点1。如图所示，将四个相同的电阻应变片分别贴在双孔梁的四处，目的是感受试件形变。在一侧装上小圆盘，主要用来感受风的压力，为了使锋利只作用于小圆盘上，应在外层装上铝合金外罩，并且平行安装在窗户上。图 风力检测元件电路图如图所示，由于四个应变片连成全差动电桥，灵敏度高，线性度好1，当受力点位置发生变化时，桥内能自动补偿，从而提高传感器的精度，此外，当有风时，R1和R4上升，电阻增大，R2和R3压缩，电阻减小，电桥失去平衡，输出电压Uo11。即有：（）由应变于压力F成正比，可得输出电压与风压成线性关系，输出电压经差分放大4可得输出电压Um，经模数转换可测出风级数。（）比较Um与预设电压，调节预设电压设置风力级数（根据情况自己设定），用电压比较器输出电压触发中断，进行自动关窗。图电路差分放大RT和R5组成温度补偿电路，完成温度补偿（主要控制外加在桥路上的输入电压）15。. 温度传感器热敏电阻是最常用的温度检测元件，具有成本较低，灵敏性高 ，且体积小，响应时间快的特点。因其低廉的价格而被应用于许多家用电器上。如图所示。图 热敏电阻测温电路 .雨滴传感器的选择 下雨监测采用Y G - 0 0 2 型雨滴传感器，是一种采用特殊电子浆料和先进的厚膜技术的新型传感器件，检测元件与5 5 5 定时器构成单稳态电路，如图 所示，为了能较敏感的感受到雨滴，应将传感器放在适当的位置。接收到雨滴后，线路便接通，并且由稳态转换到暂稳态，其中3脚输出的信号用来触发中断。图 下雨检测电路图 下雨检测电路.烟雾传感器此类传感器的检测元件采用旁热式烟雾传感器MQS2B。无烟雾时，传感器阻值较高(10K左右)，传感器检测到烟雾时其阻值急剧降低，A、B两端的电压下降，使得B处电压上升，经R1和可调电阻RP分压、R2限流并加到开关集成电路，TWH8778选通端脚，通过调节RP改变5脚的电压预定值，使得脚电压达到预定值。1、2 两脚导通。继电器通电（加上+12V电压），常开触点闭合，并将信号传递给 PLC 。为了防止继电器的电动势将开关集成器件TWH8778击穿，所以在电路中加上二极管（起保护作用）.按钮及指示灯、蜂鸣器的选择.1指示灯的选择 选择绿色指示灯一只，用于反应正常工作中的工作状态。 型号：红绿指示灯LD11-22B 24V.报警器的选择 该报警器主要用于检测到声音后的报警，所以选择24V的声控报警器。.按钮开关（SB） 本设计按钮结合其作用选择点触式开关（无需自锁）。智能窗户控制系统硬件设计. PLC的选择综合考虑后，本设计选择德国西门子公司生产的PLC，它具有以下几方面的优点：、数模转