二、概述

2.1基本功能介绍
本课题研究方向是基于单片机为控制核心的智能窗户有关其机械结构运作上，作为一款智能型窗户，为了能够完美的融合到现代和未来的智能家居生活当中，我们所研究的智能窗户将会实现以下主要功能：
1)人控机械化模式。不需要通过人力的推动，只需一个简单的外部按钮，点击它就可以发信号至单片机控制电机的运行和停止；
2)无人时的自动化模式。日常天气的变化总会有使人意想不到之处，如晴空万里的早晨，转眼到了下午时便是乌云笼罩，一副随时可下雨的情况。而作为家居的主人不可每时每刻都在家，能够及时应对突发的天气状况，为此，该款智能窗户的无人自动化模式功能正好解除此担忧，窗户的外部安装有湿度传感器，可根据窗外环境湿度判断天气的晴朗或下雨与否，将信号传递至单片机控制电机的开启与关闭；
3)有毒气体检测功能。作为智能家居的一员，安全的守护家庭也是智能窗户的责任之一，有害气体报警的功能运用可以通过烟气传感器对室内的一氧化碳等有毒气体的监控，当检测到一定浓度后将会发出警报并自动开窗通风，守护家庭的安全。
2.2窗户类型的选定
根据对市面上大多数用户的窗户类型情况的了解，可得知推拉式窗户和平开式窗户较多为家庭所使用。而各自的优缺点都是明显可对的，首先是平开式窗户，开窗时整扇窗叶可进行100%的打开，但是会占用房间的内部或外部空间，在智能窗户的设计当中所需的传动力较大，相对的所需电机也会偏大，所以我选择以推拉窗的构架进行设计智能窗户，推拉窗的优点在于其在开关窗时不占用内外部空间，同时在选取传动机构和电机时，可选择将其安装在窗户的四周边框框架内部，这样不仅在外部看上去时美观简洁，亦对传动机构和电机、线路等起很好的密封和保护作用。因此选择的智能窗户的基本类型为推拉式。

图2-1窗户基础类型
三、主要传动装置设计
3.1齿轮齿条设计
设定齿轮齿条参数：齿轮材料选取：45号调质钢，300HBS；
齿条材料选取：40Cr调质，250HBS；
齿轮齿数： ；

齿条齿数：；

3.1.1按接触强度设计简化计算

四、整体结构设计

4.1材料的选取
窗户的作用好比家庭居室里的“眼睛”，其功能的作用在这处就不多讲。有关窗户的材料选用会将会对室内的环境舒适度造成一定的影响，以及窗户的耐用程度也跟窗户制作所选的材料有关。市面上主要用于制作窗户的材料主要为：实木、塑钢、铝合金、铝包木。以下为相关材料优缺点的对比：
实木：
木窗结构在古代是最为常见，基本为纯木架构，其主要优势在于轻便和可雕刻性，但是由于是木质结构，长期在一个日晒雨淋的环境当中就会很容易腐朽，因此在现代社会当中用纯木用作窗户框架的已不多见，而木制材料更多是用于窗户内饰，可雕刻各类风格图案，配以玻璃，可给家室营造艺术氛围，但是其价格较为昂贵，不是一般家庭的所首选项。
塑钢：
塑钢材质的窗户是最近几年才流行起来的，其外层以高强度抗氧化塑料材料为主，内部用以钢材做支架，即“外皮内骨”构造，具有较好的耐酸耐碱性、隔热性以及密封性。
铝合金：
铝合金一种中档型窗户材质，是市面上最为常见和流行的窗户材料。其可根据顾客不同的要求设计，制作过程简便，不易变形，同时价格适中，易受顾客所能接受。唯一不足在于长久使用后的开关窗密闭性会随时间的推移而降低。
铝包木：
顾名思义即是铝和木的结合体，混搭使用，既保留了实木的优点，又能够很好的提高实木的性能，延长实木的使用期限。
作为本课题所设计的智能窗户，我主要选用铝合金材质用作窗户的主要结构框架，部分塑料材质用于提高窗户的密闭性。因为该窗户主要分为几个部分拼接而成，为方便加工和减少过多的加工费，以及考虑市场价格等因素，最终选用铝合金材质。
4.2结构尺寸设计
本课题所设计的智能窗户在布局结构上是采用类模块化的方式进行组装拼接而成，整个主体部分分为控制系统一体式箱体、竖立边框、自动化移动窗扇、固定窗扇（手动）、底座边框、上下安装板等六大块拼接而成，主要通过螺钉连接的方式进行连接。其中控制体统一体式箱体为主要重要组成构件，其电机、轴、轴承、单片机及各类传感器等零部件安装于该箱体内部，另外用于传递动力的从动件则安装于自动化移动窗扇的顶部位置，用于与齿轮的配用运动。
1)窗户整体尺寸如图所示：

图4-1窗户总装图（长与宽）
4.3安装方法介绍
该窗户的安装方式主要是通过对窗户主体部分的拼接安装完成后，再整体镶嵌到墙体中，即以上下安装板提前固定在墙体当中为前提。因为该窗户整体体积不算大， 同时重量上较轻，在设计时便采用上诉方式进行考虑和设计，这样的设计优势在于可使窗户大体美观、精致，同时方便客户的日常维护和调整，同时可考虑可根据客户的要求定制控制箱体。

图4-19箱体与边框定位与安装示意图（M5螺孔）

五、总结

通过这次毕业设计，不仅使我对智能家居以及窗户制造这个行业有了一定量的了解，也加深了我对结构设计这方面知识的理解和运用，整合我在大学期间所学到的专业知识和画图技能，在对这个智能窗户结构系统设计过程里，由开始的方案确立到逐步的对所确立方案进行计算和验算，再到画图建模实现窗户由零到整，在这里面也同样是一个不断遇到问题然后不断改善的过程。
在我所设计的智能窗户结构系统里面，动力是由一个减速直流电机提供，而不是市面上主流的步进电机，因为减速直流电机是自带减速箱可实现调速，所以可根据客户不同的需求进行调速处理，传动方面是采用齿轮齿条进行动力传递到窗扇，在设计过程中发现电机在安装后会显得有点凸出，可能会影响到整个窗户的平衡性，因此在思索一遍后由原本单纯的边框支撑箱体改为采用垂吊式和边框支撑同时固定箱体的方式进行。
单片机作为此智能窗户的核心控制，我将其安置在窗户的上方箱体内部靠近电机的一侧，然后窗扇的开关可根据单片机所发出的指令进行。单片机的安装布局是考虑到靠近电机一侧的空间位置还较为充足，因此将单片机安装至此，可以使内部空间更为的紧凑合理，同时作为控制系统一体式箱体，各类传感器也将安置于此。

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