基于自动控制系统的窗户洗刷器设计

刘 鑫 张新和 何静杰 吴 进 葛文康 胡明亮 燕梦浩 黄思远 王 冯 郑倩茹

（安徽新华学院，安徽 合肥 230000）

1 窗户洗刷器研究背景

在新时代背景下，随着科学技术不断的进步，人工智能也开始走进人们的生活。经济的发展，人们的生活水平也在不断的提高，对于家居的智能化要求也越来越高。在人们忙碌的生活中，更希望能有智能家居来分担家务的繁杂。智能家居也可以提升幸福感，提高人们的生活质量。而人们对于窗户的要求也越来越高，对窗户的功能上也进行了关注，随着技术的发展，我们对窗户的研究也在不断的加强，其收到的效果显著，主要是在清洁方面有着重要的作用，同时，在自动关窗上，也有着很多科研成果。自动清洁方面，市场上的相关产品并不少见，对于玻璃的擦拭往往是重视在外部的擦拭，但都存在着擦不干净的现象，并且也有着清洁的死角，对水资源也有着浪费的情况出现，所以，对于窗户智能化清洁来说，需要一种智能清洁系统进行优化，提高窗户清洁能力的提升。

针对当前出现的问题，本文通过对窗户自动清洗装置进行优化和设计，进行智能系统的升级，提高人们的生活质量。整个的系统由两部分组成，其中重要的组成部分是在大楼外部的垂吊的清洗装置，需要和内部系统进行配合。而其另一部分是在大楼顶部的辅助装置，其整个的系统是包括供水和供电功能，同时其操作台也是在这部分系统中的，来保证整体装置的正常运转。这种系统的设置很好的保证了各种清洗状况的出现，不会留下死角，和传统的清洗装置进行对比，危险性大大降低，不再会有工人进行，也就不存在高危现象，大幅度的提升了效率，节约了清洗成本。

2 工作原理

团队深入分析用户对窗户的多种需求，根据安全、智能、灵活的产品理念，综合机械、环境、互联网等多学科的优化组合，设计出一种自动清洗、除霾、开关的智能窗户。

2.1 悬挂运动控制系统的组成及原理

其全自动窗户清洗器由步进电机、滑轮、绳索、清洗模块，控制元件等几个基本部件。本清洗装置由主体清洗装置、辅助设施、PLC控制系统组成。其中，主体清洗装置设计有垂直于清洗面的可伸缩、易更换的旋转刷盘、涵道风扇、缓冲辅助越障导向轮。辅助设施包括供电电源、供水水泵、以及操控台等。缓冲辅助越障的导向轮组成十分复杂，可以很好的保证遇到障碍可以越过，其主要的组成部分由轮子还有进行支撑功能的杠杆组成，其通过上下进行限位，来保证其导向作用的正常运转，同时，其主体的清洗部分是通过垂放的装置进行上下运动，通过重力的辅助作用进行，其轮子遇到障碍也会碰到上位杆，这也就会轻松越过障碍，保证其稳定运行，进行更好的操作。

2.2 系统总体方案设计

系统整体由悬挂运动系统和清洗模块两部分组成。两大模块采用一定一动式，在独立完成各自工作的同时，在其旋转系统中，其通过旋转刷盘的方式，进行清洗，这种设计不仅可以保证在清洗时减少死角，痛死在垂直清洗的时候，对于复杂的外墙整体环境情况可以更好地适应，对于一些瓷砖类的，甚至是有凸起的外墙设计，都可以很好的进行清洗。同时，其在设计中，刷盘的组成不仅有波纹管组成还有可以选装的上下轴承，保证其可以进行稳定的旋转。这种结构很好的解决了传统窗户洗刷器中存在的问题，保证其可以进行旋转清洗，这种结构相对较为结实，也比较实用。

图1 系统框图

图2

窗户的清洗装置有很多功能，其中重要的是清洗功能和移动功能，同时辅助其清洗的还有越障功能和风干功能，这些功能都能很好的保证其清洗装置的整体稳定运行，做到清洁玻璃的效果。清洗的功能可以很好的保证其创新设计，通过更换刷盘，来进行反复的利用，实现其清洁多次的功能，而其越障功能也可以很好的发挥作用，通过重力的作用，进行辅助越障，对主体清洁系统进行一个很好的配合，而很多清洁系统都装有风干功能，也就是说，清洁过后，为了避免因为水分而沾染灰尘，导致玻璃并不干净，而通过通风管道进行一个快速的风干，保证玻璃的干燥，同时，实现玻璃的整体清洁，对其效果做到一个长久保持的效果，这样也就进一步实现了窗户洗刷器的整体效果，保证玻璃的干净明亮。

2.3 硬件设计方面

在步进电机及驱动器方面，步进电机及驱动器运动系统的驱动电机采用42步进电机，42步进电机是将电脉冲信号变为转子角位移的控制元件。该装置分为两部分：一是垂吊在大楼玻璃幕墙外部的清洗装置，为该装置主体部分；二是位于建筑物顶端的辅助设施，包括供电电源、供水水泵、以及操控台。当窗户得到清洗指令，电机通电进行旋转并带动与其连接的丝杠进行旋转运动，从而使丝杠上的滑块在竖直方向进行往复运动，使玻璃得到清洁，保证工作的高效完成。

2.4 除霾功能

窗框上设置防霾过滤网，由大数据将雾霾天气的信号传给单片机，对控制防霾过滤网的步进电机进行控制，防霾过滤网降下。防霾过滤网由复合碳纤维制成，质地柔软，易于清洗，其上通有对人无害的微小电流，可吸附通过空气中的PM2.5 颗粒，导电的同时可在一定程度上降尘。而其整体的除霾功能上，其主要的组成部分也并不复杂，重要的核心部分就是电机和滑块，然后水管辅助进行清洁，同时棉块的滑动来达到除霾的效果。当窗户得到清洗指令，电机通电进行旋转并带动与其连接的丝杠进行旋转运动，从而使丝杠上的滑块在竖直方向进行往复运动；通过杆件与其滑块相连的清洁海绵一方面随着滑块，做竖直方向的移动，另一方面进行清洗旋转并与水管相连通，从而为清洗转刷提供清洁用水，实现自动清洗的功能。

3 程序设计

在其玻璃整体操作上，可以通过软件的设计，进行对玻璃清洗器的整体操作，这样的操作之下，可以有效的保证其工作的高效性，同时其也十分的可靠，保证其可以稳定的运行，在其整个清洁系统安装时，不必再考虑安装轨道问题，其整个的清洁装置安装十分简便，也不需要进行定向的轨道。同时，其具有越障功能，这个功能之下，对于大楼外部的环境适应能力就会相对较强，也就不用考虑外部的墙体因素，风干功能的设置也会对外部的整体环境和墙面适应能力较强，并且由于系统的整体体积较小，安装来说相对方面，维修上也相对容易。而通过计算机技术，来进行辅助操作的软件研发，大幅度的提升了其系统的整体效率，真正的做到了智能操作。通过设计智能家居APP进行操作，可以对窗户做到及时的清洁，对外部墙体的整体情况进行一个了解，能够实现一个实时的播报和监控。真正的做到智能操作，给人们的生活带来巨大的便利，在享受其智能家居带来的便捷的同时，其也可以实现很好地售后服务，定期的为用户进行保养和维修，通过APP的监控，对其装置的整体情况进行了解，一旦出现问题及时的进行自动报修。只有做好售后服务，保证其装置的长久使用，才能获得人们的好评，在其智能行业打开市场，提高市场竞争力，定期的推出优惠活动，在APP进行播报，来提高人们对窗户洗刷器的兴趣程度。因此，本设计的高层玻璃幕墙自动清洗装置具有广阔应用前景，市场竞争力较强。

4 结论

随着建造技术的发展和社会的进步，人们的生活水平也在不断的提高，对于家居的智能化要求也越来越高。在人们忙碌的生活中，更希望能有智能家居来分担家务的繁杂。智能家居也可以提升幸福感，提高人们的生活质量。一般的清洗方式是人工用吊索悬挂在空中，费时费力还存在一定的风险，而且高层建筑在雾霾环境下极易变脏。在新时代背景下，随着科学技术不断的进步，人工智能也开始走进人们的生活。而窗户洗刷器其整个的系统由两部分组成，其中重要的组成部分是在大楼外部的垂吊的清洗装置，需要和内部系统进行配合。这种系统的设置很好的保证了各种清洗状况的出现，不会留下死角，和传统的清洗装置进行对比，危险性大大降低，不再会有工人进行，也就不存在高危现象，大幅度的提升了擦玻璃的效率。