《防风雨自动窗户设计》

1、b3.申报作品情况（科技发明制作）说明：1.必须由申报者本人填写；2.本部分中的科研管理部门签章视为对申报者 所填内容的确认；3.本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原 理结构图、外观图（照片），也可附鉴定证书和应用证书；4.作品分类请按照作 品发明点或创新点所在类别填报。作品全称作品分类（a） a.机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等）b. 信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）c. 数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）d. 生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等）e. 能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、

2、环保等）作品设计、发明的 目的和基本思路， 创新点，技术关键 和主要技术指标（-）.产品设计与发明目的：一般的阳台都有防盗铁罩，所以通常情况下外出时，特别是夜间睡觉时，阳台窗户也是打开的。 但是天有不测风云，特别是夏天，大风大雨会经常 发生，为此，如果有遇到风或雨就自动关的窗就显 得很方便，而设计这个风雨自动门窗就是要达到这样的一个目的。（=）.作品的基本思路是：当刮大风或下雨或风雨交加时，风传感器对大 风做出感应，雨水传感器对雨做出感应，（两部分电 路用“或”电路连接）发出相应的电信号，经放大， 带动电动机，电动机工作带动窗户运动，实现关窗。 为了让在窗户刚好关紧时电动机停止工作，窗户框 架

3、上装有行程开关，窗户运动到达位置后会压下按 钮，实现断路。当没风或没雨时（刚停），原来风雨 传感器没有输出信号，电动机反转电路接通，实现 开窗。同样，当窗户运动到所设置的开度时，压下开窗行程开关，实现开窗控制断路，电机停止工作。 之后窗户就会停在某一开度上。为使窗户的开度能 得到控制，系统设置开度行程开关的位置可调，如 将电源拔掉，则可实现手动控制。(h).创新点： 实现无人值守，当有风雨时自动开关； 可根据个人喜好调节临界风雨大小，即可设 定当风雨多大时再关闭窗户； 控制电路较之于现在市场上的产品更为简洁 有效，以简单的电路实现智能自动关闭跟打 开窗户，大大减低成本，使普通家庭也能消费。卿.

4、技术关键与指标. 风、雨传感器能精确的反映风雨的有无和大小； 机械制动部分传动良好，电机能精确控制窗户； “或”电路正常工作并输出相应的电信号。作品的科学性先 进性(必须说明与 现有技术相比、该 作品是否具有突 出的实质性技术 特点和显著进步。 请提供技术性分 析说明和参考文 献资料)经过我们团队的认真查阅资料，发现查找的资 料只是单独的风或雨报警器，而且没有用到实现窗 户的自动开关功能上。本作品就是从实际生活出发， 实现了这样一个突破。在大风和下雨的情况下能实 现窗户的自动开关。另外风和雨这两部分传感器还 可以调节，反映到现实中就是使用者能自己确定风、 雨多大时再去关窗。该功能是目前为止几乎

5、没被应用的。当调节雨传感器电路中的可调电阻的大小就可 以实现雨的大小程度才输出需要的电信号。也可以 在电路中的电压比较器电路中调节，或是选择恰当 的型号的电压比较器，来控制在想要的输入电压值才偷出相应的电压值实现电路的控制。整个系统实 现的功能比较完善、专一。且造价较低，能够普及。 这也是其先进性所在。参考资料：1. 电工实用线路范例，李耀南，p260,下雨报警器， 华南理工大学出版，19952. 新编传感器电路设计手册，赵家贵付小美董平， 中国计量出版社20023. （图解）继电器与可编程控制器，冈本裕生著吕 砚山译，科学出版社20074. 21世纪电子网：http: /www. 21eic

6、. com/index, asp5. 中国机械网：http: /www. jx. cn/6. cnki中国知网：http: /lsk. cnki. net/kns50/scdbsearch/cdbindex. aspx作品在何时、何 地、何种机构举行 的评审、鉴定、评 比、展示等活动中 获奖及鉴定结果作品于2009年3月在华南农业大学“挑战杯”校内选拨赛中，经校内外专家评审，获得校二等奖。作品所处(d ) a实验室阶段b中试阶段c生产阶段阶段d计算机模拟仿真(自填)技术转让方式作品可展示的实物、产品模型图纸磁盘现形式场演示图片录像样品(-).使用说明：该作品是全自动的，在专业人士安装后，使用

7、者只要控制简单的工作电源就可以非常方便使用 了。当按下电源开关即可实现自动防风雨，再按下 开关就和普通窗户一样。(=).技术特点和优势：品作和作推性析测 该点该及术分预 及特供围技场益 明术费范的市效 说技，应景及济 用的势适前明经 使品优的广说和该作品的整个系统有几个部分组成，即感应部 分，控制部分和动力部分。感应部分是由热线式的 风传感器和湿敏传感器组成，通过电路的控制使得 在下雨和刮风的情况下得到原始信号，这两个信号 也将作为控制电路的输入信号。控制部分主要是与 门电路和继电器构成，对信号进行分析处理并且控 制电机。最后是动力部分，动力部分由电机、传动 部件传动主件构成，根据控制部分发出

8、的指令带动 窗体运动。该作品采用机电一体化，集传感技术，电子控 制和机械控制于一体，是拥有智能判断的窗体系统。 由于自动控制的逻辑结构比较复杂，普通电路使得 作品的灵敏度和稳定性面临着很大的挑战。为此， 需要对传感器进行优化选择，合理的设计电路，精 确地设定元件的参数，同时要经过一系列的调试， 解决以上的技术问题。相信只要有了良好的技术保 障，将非常有利于推广。现在很多家庭使用的都是普通的门窗，还没有 实现自动化，而当出现风雨天气而家里有没有人的 时候，就会因为不能及时关好窗户，给生活造成很 大麻烦。有了该作品这样的问题就可以得到和好的 解决。此外，该产品成本较低，因此该产品使用范 s)就比较

9、广泛了，可以遍及千家万户。同时，它能 调节电路工作的上下限，使用更加人性化。(h).使用范围：作品适用于无人值守的地方，比如普通家庭、 工厂、仓库、企业办公楼等，使用范围广阔。推广前景、市场分析及经济效益:本作品的设计贴近生活实际，具有很强的使用价值 和推广前景。当前，我国的窗户制造业存在规模大、 品级低、功能差、无高档、低水平等一系列问题， 提高窗体的质量和技术含量是主要发展趋势，防风 雨自动窗体作为一种代表新兴技术，与电子，机械， 传感技术结合，能够彳m居天气的变化形成自动开启 和自动关闭的新型产品，将成为窗体产品中最具竞 争力的新星。而目前国内外的自动防风雨窗体没有 得到推广的主要原因是

10、价格原因，但是我们设计的 作品的成本相对比较低廉，功能比较完善，可以满 足普通家庭的需要，也可以用于工厂仓库的地方的 无人值守。如果可以提供良好的技术保障，相信会 有非常巨大的市场前景，经济效益也会非常可观。提出专利申报申报号专利申报情况申报曰期年 月 曰已获专利权批准批准号批准曰期年 月 曰未提出专利申请科研管理部门签章年 月曰c.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于 评审。目前市场上自动防风雨窗户并没有得到彳艮好推广，经过调查发现该 类型产品过于昂贵，让不少家庭望而却步。在欧美国家，许多产品集现代声、光、机、电、通讯技术为一体， 通过风

11、雨传感电路，当有风雨时感应电路就向控制中枢传送信号，再由 中枢控制窗户上的微型电机，实现窗户机械运作。虽然比较精确，但是 它一般和其它设备相结合，一起通过中枢智能控制系统，达到控制整个 房屋的作用。因为单独由中枢控制一个电路比较浪费。也就是说，它是 与其它设备相结合的，不可分割的，所以很少有单独的防风雨自动门窗 产品。这种集合产品对于绝大多数家庭而言是没必要的也是购买不起的。目前防风雨自动窗户应用最成熟的是在汽车领域，国外汽车的挡风 玻璃的最下边一般有一片湿度传感器，经过加工，它制作成玻璃形状， 与整块挡风玻璃融为一体。它接通一个连接到制动车窗的精密机械控制 电路上，通过感应器的输出实现下雨时

12、关车窗。但它的制作工艺要求非 常高，因此价格不菲。显然，将它移植到一般家庭的窗户是不经济的， 也是不理想的在国内，该类型产品的市场就更少了，而单独的防风雨自动窗户 的产品很多都是手动控制的，并不能实现无人值守。下图是一种类型的 产品，有风雨时，它的感应器向可移动控制端1传送信号，控制器就发出声音并亮起，当按下按钮时，通过发射端发射信号到墙壁上的接收端2、 3,再控制电机运转，实现关窗。控制端1接2接收端（签章）情阐 报出 申作 者性 报实 申真对的 请况d.推荐者情况及对作品的说明说明：1.由推荐者本人填写；2.推荐者必须具有高级专业技术职称，并是 与申报作品相同或相关领域的专家学者或专业技术

13、人员（教研组集体推荐亦可）; 3.推荐者填写此部分，即视为同意推荐；4.推荐者所在单位签章仅被视为对推 荐者身份的确认。推荐者情况姓名性别年龄职称工作单位通讯地址邮政编码单位电话住宅电话推荐者所在单位签章请对作品的意义、技 术水平、适用范围及 推广前景作出您的 评价其它说明姓名性别年龄职称推荐者工作单位情况通讯地址邮政编码单位电话住宅电话推荐者所在 单位签章（签章） 年 月 曰去目阐报出申作者性报实申真对的请况述请对作品的意义、技 术水平、适用范围及 推广前景作出您的 评价其它说明学校组织协调机构确认并盖章校主管领导或校主 管部门确认盖章年 月曰e.大赛组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会

14、秘书处资格审查意见审查人（签名）年 月曰组委会秘书处形式审查意见审查人（签名）年 月曰组委会秘书处审查结果合格不合格负责人（签名）年 月曰f.参赛作品打印处防风雨自动窗户指导老师：李明热线式风传感器比较器v02l=a+bv03 rv多1（图1）总电路图比于气体流速。该电路由主控快速自动平衡电桥、线性电路和供桥电voi路三部分组成。在无风时，调节电位器见使桥路平衡，则va=vb，桥 路输出电压ve不变，加热电阻rw恒定加热时，其温度k保持在设 定的控制点上。风速加大时，加热电阻rw的温度降低，阻值减小， vb发生变化，桥路不平衡，a、b两点之间产生电位差，差压经差动 放大器放大，经调整管调整，使

15、rw的电流增大，直到rw的温度tw 回到原来的控制点上，电桥重新平衡为止。此过程，桥路输出电压经 线性处理电路处理后，输出反映风速变化的电压vg1。这样，我们可 以通过输出电压voi知道风速的大小，通过与电压比较器的连接可以 设置风速大过设定值时电动机工作。线性电路可采用精密的对数和反对数放大电路构成。通过线性电路我们可以控制voi的大小，然后作 为电压比较器的输入端电压和vref作比较.（图3）电压比较器如图3所示电压比较器，输入端vi和热线式风速传感器的输出端连 接，输入电压vi和参考电压vref比较，当vi大过vref时，电压比较 器输出高电平。在图2中，可以通过测试风速，然后再调整vr

16、ef的大 小，通过按照人们的意愿自行设置临界风速，使风速大过临界值时，自动关闭门窗。电压比较器用lm339。vcc5v ，vref 待测，电阻3到 5千欧。（四）r3330k湿敏传感器r210kr110kviv2rp100kvd v3vdd1c0/pvss triosc856clc2 _220u51pr410k（图4）下雨报警电器如图4所示为下雨报警电路，如图所示，该报警器由湿敏传感器，延 迟放大电路，输出报警电路及电源电路等组成。延迟放大电路由晶体管vi到v3,半导体二极管vd，充电电容器c1， 电位器rp1和有关外围元器件组成 输出报警电路由集成电路1c，放大管v4，电阻r和外围阻容元件

17、组成。电源电路由电源开关s，电源gb和滤波电容器c3组成。接通电源开关s后，电源gb为整机各电路提供工作电压。无雨时，湿敏传感器两端的电阻值几乎无穷大，晶体管vi截止，v2 导通，二极管vd和晶体管v3均截止，集成电路1c因触发端（tri） 始终为低电平而不工作，输出低电压。经过或门电路不作用。一旦下雨，湿敏传感器两端因水液导电而由高电阻状态变为低电阻状 态，使vi正偏导通，v2截止，电源电压经rp对电容c1充电，当c1 充电结束后（1到2分钟，这样可防止一些非下雨因素，如楼上不小 心的流水），vd和v3相继导通，v3发射极输出的高电平使1c受触发 而工作，从1c的输出端（0/p）输出电信号，

18、该信号经v4放大后，再 输出高电压，作用于或门电路。调节rp的电阻值，可改变报警电路动作的延迟时间，改变r3的电阻 值，可改变输出电压的大小，即可适应或门电路的门限打压。元器件的选择：r1-r4均选用1/4w或1/8w碳膜电阻器c1和c3均选用耐压值为6v以上的电解电容器; c2选用高频瓷介电容器。rp选用卧式微调电阻器或贴片式电位器。湿敏传感器采用20mm x 20mm的敷铜板刻制。 v1_v3均采用s9014或3dg6硅npn型晶体管;v4采用s9013或c8050硅npn型晶体管。vd采用1n4148硅开关二极管。（五）a,v02v03、 l=a+b 彡1 b1（图5）或门电路如图5所示

19、，为或门逻辑电路，输入端a、b分别与下雨报警电路输 出端和电压比较器输出端连接，当有风大过设定值或有雨时，或门电 路输出端输出电压，再通过功率放大电路带动发动机工作。*直>接功流kmi率放大输出端电器u 220v1.上铜导轨；2右限位开关s2;3.电动机；4.下铜导轨；5. 直流电源负极接线头；6. 左限位开关s1;7. 直流电源正极接线头；a（不动），b（可动）分别为窗户两扇（图6）电动机工作电路如图6所示，为电动机工作电路，上边电路是用来控制下边窗上电动机的电路图，主要是要实现在有信号源的情况下（出现大风或下 雨），窗能实现自动关闭，且关闭完成后电动机立即停止工作。当没 有信号源输入情况下（没风没雨），窗就自动打开并最终停在最右端， 以等待新的信号。下面是对左边的电路原理作分析：电路中主要有1个具有四套触 点的继电器（欧姆龙制my4），1个交流接触器，2个限位开关，12v 直流电源，220v交流电源，电动机等。原来没有信号源输入时，由 于窗处于窗框的最右边，s2处于断开状态，电