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摘 要：随着互联网和我国经济的快速发展，智能家居慢慢进入了人们的生活。设计了一套基于WiFi的手机监控智能窗户开窗器。整体设计方案需要解决的技术问题是机械执行机构的设计和加工，用于控制机械执行机构运动的电路和电动机、控制元器件的选型等问题。设计整套设备的最终目的是实现使用手机APP即可对窗户进行开关动作控制。

关键词：开窗器；远程监视；自动化技术；传动机构

中图分类号：TU855 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.073

在未来的几年中，智能窗市将进入新的产业整合阶段，可能会出现部分规模较大、口碑较好的厂家。从生产的角度上看，窗户会不断智能化、模块化，用户可依据自身的需求任意选择产品，从而满足不同层次用户的需求。目前，很多智能窗户采用一体化设计，更换窗框的概率较低。部分高端智能窗的价格昂贵、控制算法复杂，需要频繁地修改设计，且功耗较大；部分智能窗的功能简单，无法进行远程监视，难以推广和应用。因此，本文提出了将自动化技术与WiFi技术有效结合的手机监控智能窗户开窗器。

1 整体结构设计

该开窗器主要由机械和电气两大部分组成。

1.1 开窗器机械部分的整体设计方案

开窗器的机械部分主要由窗户、传动机构、减速器、电动机等部件组成。

1.2 开窗器电气部分的整体设计方案

开窗器的电气部分主要由智能插座和控制电路部分所组成。控制电路主要由熔断器、接触器、热继电器、行程开关和传感器等电器元件组成。整体结构如图1所示。

智能开窗器的工作步骤分为以下6步：①使用手机上的APP，并连接WiFi向智能插座发出指令；②智能插座接收指令后由插座引入电源（控制电源的接通或断开）传送至控制电路部分，从而实现控制；③控制电路部分，即通过控制电路中的各种元器件来实现电路的控制功能，使电动机正、反转，从而使得滑块做往复运动；④由于滑块是固定在窗户上的，因此，滑块也会带动窗户做往复运动，从而实现窗户的打开和关闭；⑤窗户上的玻璃使用了变色系统，通过光线的强弱可自动变色，

从而起到保护家居产品的作用；⑥监控设备具有摄像功能和环境检测功能，可通过摄像头监控外界环境，并将得到的数据反馈至手机，从而实现人工实时控制。开窗器如图2所示。

图4为智能插座的手机APP界面。设计步骤完成后，需要进行选型工作。对于电机的选型而言，需考虑电机的类型、功率、电压、转速、外形结构和安装方式等；减速器的选型需要考虑其所适用的速度、载荷以及传动比等；传动机构的选择需要考虑传动方式、扭矩大小、传动精度、传动的平稳性、载荷的大小和刚性强度等。此外，考虑到产品可行性的同时，也要考虑到产品的经济性。

2 智能开窗器可解决的问题及应用

通过本项目的研究，可以使人们的生活进一步走向智能化，解决窗户与智能插座相互独立无法相连的问题。同时，本项目的成功研发也是对人们家庭财产安全的进一步保障。此外，由于玻璃的变色功能可对家具和地板进行有效的保护，避免了阳光的直接照射，从而延长其寿命，且对于上班族而言，可更加灵活地控制窗户的打开和关闭，使室内的通风问题得到更好的解决。

21世纪，计算机网络发展的总体目标就是在各个国家，进而在全球建立完善的信息基础设施。信息基础设施将改变人们的生活、学习、工作等，减轻人们的工作负担，提高人们的生活水平，最终推动社会的进步。

在WiFi技术概论中，无线局域网以射频无线电波代替有线局域网中的部分和全部传输介质，并使用了相应的数据传输技术。当WiFi发出载波信号时，接收端通过信号处理电路对信号进行采集、放大、转换等，进而控制产品作出相应的动作。决定局域网特性的主要技术由3个，即用以传输数据的传输介质、连接各种设备的拓扑结构和共享资源的介质访问控制方法。局域网的特点包括覆盖范围比较小、信息传输速率比较高等。由此可见，无线局域网是很有应用前景的一种局域网。

一般WiFi产品的射频电路设计如图5所示。

发送信号时，收发器本身会直接输出小功率的微弱的射频信号至功率放大器进行功率放大，然后通过收发转换器，并经由天线辐射至空间；接收信号时，天线会感应到空间的电磁信号，信号通过转换器后，会送至噪声放大器放大，放大后的信号可直接送至收发器解调。

在整个电路中，无线收发器起到了核心作用——进行信号的调制和解调，即数模与模数的转换。数模转换的原理为：数字系统中的数字量大多采用二进制数码，因此，DAC输入的是数字量，输出的是模拟量。输出电压模拟量的大小与输入数字量成正比。

由于模拟信号在时间上和量值上是连续的，而数字信号在时间上和量值上都是离散的。因此，在进行模数转换时，需要先按一定的时间间隔对模拟电压值取样，从而使其变成时间上的离散信号。此外，还需要保持取样电压值，并在这段时间内对取样值进行量化，使取样值变成离散的量值，最后通过编码将量化后的离散量值转换成数字量输出。在此情况下，经过量化、编码后的信号会变为时间和量值都离散的数字信号。本项目适用的对象包括以下11个：①窗户的安装位置较高或过远，仅依靠人力触及不到的窗户；②楼层有消防联动通风要求的消防排烟窗；③有气象开/关窗要求的，比如下雨时需自动关闭的窗户；④对室内有恒温要求的，比如蔬菜或花卉温室的窗户；⑤对室内温度有要求的，温度过高自动打开的窗户；⑥对空气指数要求较为严格的，需及时定时通风换气的窗户；⑦室内需要一定的亮度，并且需要调节百叶窗的角度；⑧需要密封的窗户，比如防雨天窗；⑨其他场合，比如化工、粉尘等工厂车间；⑩绿色、智能、节能现代高层建筑，比如幕墙、窗户等；?楼宇自动控制、智能家居控制等。

3 创新点

目前，市场上的门窗开关基本上都是利用人工进行开和关的，而本项目的目的是利用现阶段成熟的WiFi技术，并结合机械电子和自动化技术对门窗进行智能控制。市场上的WiFi智能插座与门窗是互相独立，缺乏将智能控制开关与门窗相连接的机械执行机构，且智能化程度较低。WiFi是在近年来发展起来的，虽然利用WiFi对家居产品的智能化控制已经出现，但其产品覆盖范围较小，因此，对于利用WiFi控制门窗的相关研究较少。本项目主要对智能家居进行了研究，并结合WiFi技术更好地对开窗器进行了无线控制。

4 结束语

综上所述，基于WiFi的手机监控智能窗户开窗器是一种集机械、电气与WiFi技术于一体的现代工业自动化智能产品。该产品可满足人们对智能化产品的期待，提升人们的生活水平。目前，该技术已经在工业、农业以及人们的日常工作、生活中被广泛应用。随着我国国民经济的快速发展和人们的生活水平不断提高，人们对智能化产品的需求不断加大，该技术将得到进一步的应用。

参考文献

[1]张春宜，郝广平，刘敏.减速器设计实例精解[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]张展.减速器设计与实用数据速查[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]胡道元.计算机局域网[M].北京：清华大学出版社，2010.

[4]陈庆章，王子仁.大学计算机网络基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京：高等教育出版社，1999.

〔编辑：张思楠〕