基于单片机智能化窗户清洁及监控系统设计

◎姜皓铭 李玉丽 陈乔 黎青霖

引言：随着国家新型城镇化建设进程的不断推进,各类城市高层建筑不断挺拔而出。随之而来的是一系列的问题,如外窗清洁维护。采用人工方式,由于清洁行业起步较晚,"蜘蛛人"多是外来务工人员,流动性大,没有细致的行业细分且存在安全隐患。为了保障人员安全以及提高服务效率, 本项目提出了相关的的设计。本系统主要由传感器监测系统，单片机控制系统，无线传输模块系统，清洗系统，智能警报系统、电力系统六部分组成。项目设计系统采用人工智能技术、自动控制技术以及无线传输技术，通过在所设计的系统中加入所需的传感监测系统，来实现所设计的清洗、监测、关闭等功，在所设计的系统中实现实时数据反馈和检测传输，精准的实现所设计的功能，也满足用户可以在手机上控制实现相应的功能。

一、窗户自动清洗剂监测系统设计

本文将以窗户智能清洗及监测系统系统的工作原理及工作方式进行研究。在如今市面上的窗户智能清洗设备有人工手动清洗和窗户清洁机器人自动清洗两种，而本次设计将用自动控制系统控制设备自动清洗来代替传统的人工手动清洗，省时省力，免去了高空作业的危险，减少了人员伤亡。本系统在监测到空气污染较大时可自动开启清洗功能，监测的更加精确，也可以在用户有清洗需求时通过远程控制来进行自动清洗。采用Zig-Bee 等无线通信技术，在所设计的系统中实现实时数据反馈和检测传输，精准的实现所设计的功能。也满足用户可以在手机上控制实现相应的功能，更智能、更准确、更高效，节省时间、节约资源、降低成本。

二、窗户自动清洗及监测系统研究与应用

1. 清洗系统概况。本系统通过安装清洁式长杆刷头进行清洁，刷头使用时从窗框两侧的收纳盒中伸出并通过陀螺仪传感器和压力传感器来控制刷头的方位和力度，在清洗功能结束后自洁完成后收回收纳盒中，方便下次使用，收纳盒采用防水防尘材料，以达到耐用的目的，系统达到方便美观的作用。

2.电力系统。本系统采用正常供电和自带蓄电池供电两种方式进行供电，当供电回路正常时，采用供电回路供电，当供电系统发生故障时，系统的自带蓄电池进行紧急临时供电，保障系统不受断电影响，防止系统因断电而造成故障。双供电模式更加确保了本系统的稳定性。

3.自动清洗和用户远程控制清洗功能。本系统采用双模式控制，自动清洗模式是当系统的传感器自动检测到空气中的污染源浓度过高需要进行清洗操作时，系统将监测到的信号传输至单片机控制系统以及云平台进行数据实时监控以及相关的清洗操作，更加方便快捷。用户远程控制模式是云平台通过实时检测的数值反馈到用户的手机上，用户通过手机上显示的数据来进行远程的相关清洗操作，更加方便用户了解空气质量以及清洗状态等。

4.存在的问题及完善措施。

（1）传感器监测系统的实时监测功能要确保准确，所选用的传感器要能在天气条件恶劣的情况下依然能进行工作，所以就要选择能耐高温、耐低温、防风、防雷、防尘、防水等恶劣情况的相应传感器，检测到的数据还要能实时的传输发送到后台和用户手机中，方便信息的实时监控。

（2）清洗装置要确保清洁度，所以我们在实际过程中还要选用选对清洁能力较强的刷头和质量较好的清洁剂，清洁过后刷头的自洁也要确保能正常进行后再送回到收纳盒中。所以本设计还要进行多次相关的实验来选定刷头和清洁剂，并针对窗户的多角度无死角清洗进行实验。

（3）设计相关的系统进行数据的采集传输、后台运算、反馈用户等相关操作，确保将监测到的数值进行实时的传送，并设置及相关的预报警功能，当检测到的数值达到设定值则进行相关的功能操作。

三、系统原理框图及功能流程图

图1 系统功能流程图

四、结语

近年来，在人群密度大、工作繁忙的城市，人们在遇到暴雨，沙尘暴，雾霾等恶劣天气时可能无法在第一时间关闭已打开窗户，这样就会发生雨水渗入、沙尘、雾霾进入室内，影响居住环境和空气质量。而室内环境的污染会使室内环境舒适性变差，对人体有害的污染物、漂浮在空气中的微粒、病毒、细菌、颗粒物及其他有害物质也无时无刻地损害着人们的身体健康，随着二氧化碳浓度的增加，导致可吸入颗粒物和二氧化碳不断流动，加重空气的污染。随着我国经济的飞速发展，人口开始出现集中密集化，各种高层建筑不断涌现。高层住宅、高层写字楼、大型商场等各类型民用商用建筑的窗户外侧清洗也给我们带来了不同程度的困扰。近年来，高层建筑的外侧窗户清洗还依旧要靠人力来解决，但随着各种清洗外侧窗户而发生的高空坠楼事件。目前，由于高层式住宅采用框架式结构，为了采光效果和减轻负重，很多的高层住宅大多数采用了落地式窗户设计，窗户的高度大约在两米左右。面积大的玻璃清洗任务比较繁重，且高层作业十分危险，一些死角就很难清洁，那么高层建筑的外侧窗户的清洗到底怎样才能安全有效是我们亟待解决的问题。通过本次设计解决了生活中的部分难题，也让自动化清洁监测相结合，提高了安全性，方便性，快捷性，让人们的生活更加智能。