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作品名称：智能防翻越综合系统设计
学校名称：大连海洋大学应用技术学院
参赛队伍：GUARD
参赛学生：宫润哲王文韬朱帅
指导老师：唐继武蒋月静

详细说明

引言

家是人们心灵的港湾，是人们休息的驿站，营造一个安全、温馨的休息环境是所有人梦寐以求的。但是，生活步伐的加快，现在大多数的人们都是双职工，都是早出晚归，家里长期以来都处于没有人看守的状态，或者是老人、小孩在家的情况。盗窃、火灾、煤气泄漏都是随时可能发生的，这给在外工作的人们多了一份担忧，而智能报警防护窗是适应现代生活对家庭功能的需求而发展起来的一个项目，不仅能够有效地阻止破坏的入侵，探测煤气的泄漏，家里突发情况，通过互联网报警系统可以远距离清楚地了解家庭的情况，并对其进行实时监控，起到防盗作用。随着社会经济的不断发展，安防技术也不断更新和进步。世界上比较发达的国家很重视发展这个行业。

第一章项目概况

1.1 项目介绍

智能防翻越综合系统是一种新型的智控家居产品, 采用机械工程学和计算机学原理，科学有效的设计整个装置。通过互联网进一步实现家庭中的儿童防坠，室内防盗，安全预警，及提供一系列安全防护措施的综合系统。我们在不改变窗户的结构下进行改良，以“因为用心，所以我们比别人更优秀”的项目理念，实现通用性高，实用性强，使用寿命大幅度提升，安装方便，体积小，可靠性高，美观，安全系数较高的综合防护系统。

1.2 项目背景

随着人们的生活水平日益提高,智能家居,是近年来越来越被重视的全新理念。在新房的装修的方面,如何使电动窗户更加智能化,人性化,成为设计智能窗的人员必须思考的问题,虽然市场上有各种防盗窗,智能窗,各种功能不断涌现,但是目前绝大多数智能窗仍然具有很多缺点,只能发出报警声、功能单一、价格贵。因此,智能窗的出现可以保障人们的生命财产安全、降低生活成本并提高生活质量。

当代大众忙于工作之中，但已有了孩子的父母不能完全照顾到自己的孩子，可能会要求自己的孩子在家里自己玩耍，对于孩子的好奇心，什么都想尝试一下，难免会有一些大大小小的意外发生。现在高层住户大部分的窗户没有防护措施或有独立阳台，孩子在没有大人的看管下，可能会翻出窗户或阳台护栏，做出危险的举动。

鉴于之前很多类似的新闻，我们觉得有必要发明此项目，祖国的花朵需要我们每一个人的呵护，我们有义务对幼儿少年们的未来进行全面且有利的安全保障。目前窗户的防范措施有以下几种：

机械防护：机械防护即是在窗户半页处加装一个楔子，当窗户要向横向推动时窗户只会越推越小，不会扩张，但只能用于横向的推拉窗，很难做到适用于大部分窗户，适应性小。

半自动防护：此方法通过整齿轮传动，由电动机带动整个齿轮箱进行工作，实现窗户的开关与合并，大部分应用都是现在这一类的控制，但由于是电动机控制，在家庭断电时实现不了工作。

第二章产品介绍与技术特点

2.1 理论意义

随着物联网技术的飞速发展使得目前家居中的所有硬件设备实现了智能控制, 同时人们的居住环境更加舒适、安全。通过高科技手段不仅提高了生活质量而且也在慢慢改变人们的生活习惯, 本系统的设计的智慧窗户除考虑智能化还涉及到了对改造成本的综合考虑, 整个系统由软硬件构成, STC12C5A60S2芯片为主控, 通过外围传感器电路及单片机的接口电路在监测天气情况及室内环境的前提下不仅能自行智能控制, 而且通过GSM模块可进行远程控制, 从而实现了对整个系统的智能化管控

（1）相对于安装窗外护栏，安装方便，体积小，可靠性高，美观，安全系数较高；

（2）在不改变窗户的结构下进行改良，通用性高，实用性强，使用寿命大幅度提升。；

（3）可以对家庭成员（包括儿童）做到有效的安全监测，对外部想要进入室内的可疑人员进行及时的阻拦，同时对手机APP发送报警。；

（4）对室内空气质量进行检测，并将当地的天气预报信息及时的和采集到的信息进行比对，智能地对窗户进行开闭；

（5）形成闭环保护形式该回路本身如果出现中断，比如发射器或接收器损坏，报警装置也能发出报警；

（6）智能调节室内温度，营造舒适生活环境。

2.2 实践意义

（1）对于高层住户，简化安装流程，控制安装风险，达到简便安装的效果。

（2）安全防护-智能控制-预警提示三合一，在用户使用期间达到无缝切换。

（3）系统各项状态通过终端设备，能直观反映给用户，提高用户可见性的体验。

2.3 社会意义

（1）智能报警防护窗综合系统可以带给大多数用户一个安全的体验，解决了很多高层用户如何选择安全防护窗的烦恼；

（2）可与小区物业、中小学校园等公共场所合作，实现互利共赢；

（3）高层用户对安全防护窗的需求急切，有着较好的市场，有很大的推广前景；

（4）维修方便，减少工人劳动成本；

（5）安全防护系统及报警系统的利用，减少了社会中存在的儿童安全问题；

第三章计划与战略

3.1 发展战略

（1）推动了家居智能化的发展；

（2）为人们提供舒适、安全的智能化生活空间；

（3）提高人们的生活质量，增强家庭生活的安全性、舒适性；

（4）解决窗户智能控制问题；

3.2 发展计划

第一步，查阅同产品的生产工艺、文献、相关专利等资料；考察实际应用场景，利用分析软件对关键零件进行力学分析，不断修正完善，逐步形成一套初步完整综合防翻越系统设计的方案的基本实施办法；

第二步，按照实际需求，制造产品，进行现场安装投放。观察产品运行情况，了解具体需求情况，整理观察数据，并且根据数据情况进行产品针对市场需求的更改；

第三步，将完善后的产品进行针对性生产安装，链接云平台，统计使用数据，运转情况，优化使用方案，观测整个设备运转情况，确保设备安全可靠，正常运行。

第四章设备介绍及参数

4.1 设备介绍

多功能横转式智能窗（机械控制部分）主要包括，大齿轮（1）与齿轮（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齿轮组成的轮系啮合，涡轮（8）与蜗杆（10）组成具有反向自锁特性的螺旋传动。（13）（14）为弯轴，用以支撑轴上零件，齿轮（4）因齿轮尺寸过小故制成齿轮轴。挡板（12）与轴链接用以支撑传动部分。连杆（15）等用于连接两挡板（12）。滑动轴承（16）等一系列滑动轴承作为各轴与挡板（12）相连的媒介以减少摩擦力。小挡板（11）用以支撑蜗杆（10）使其与电机（17）连接。联轴器（18）用以连接轴（13）与连杆（19）。连杆（19）末端支柱与滑轮（23）联结，滑轮(23)最终与位于外窗框上的滑道（21）连接以完成工作。多功能横转式智能窗（智能控制部分）主要包括，电机（17），智能控制盒子内置电池（22）控制电机（17）并与风雨传感器（24），人体传感器（25）相连。产品二维设计图1.png

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

本种结构形式的在不改变窗户的结构下进行改良，通用性高，实用性强，使用寿命大幅度提升。相对于安装窗外护栏，安装方便，体积小，可靠性高，美观，安全系数较高。多功能横转式智能窗是一种闭环保护形式，从控制系统到红外发射器到红外接收器，再将探测信号返回控制器，形成一个保护回路。该回路本身如果出现中断，比如发射器或接收器损坏，报警装置也能发出报警。

同时在整个装置外壳加装了太阳能板，且内置了一个小型蓄电器，可保证整个装置在不通电的情况下，可持续工作12小时。

4.2 具体实施方式

一种多功能横转式智能窗，主要包括，风雨传感器（24）人体传感器（25）烟雾感应器（26）智能控制盒子（22）伺服电机（17）以及机械传动部分。机械传动部分具体由涡轮（8）蜗杆（10）组成的的螺旋传动部分，以及一系列齿轮组成的轮系组成。最终由连杆（19）与滑道（21）完成控制动作。

智能控制窗，当传感器（24）（26）感应到风雨天气或煤气泄漏时，会由智能控制盒子（20）来控制电机（17）。在机械传动部分中，由电机带动蜗杆（10）与涡轮（8）运动，蜗杆（10）头数为1使螺旋传动部分具有反向自锁，以保证窗户不会被外力开合。由大齿轮（1）与齿轮（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齿轮组成的轮系可以获得更大的传动比，以保证窗户开合所需要的足够动力。最后由连杆（19）与滑道（21）来完成窗户的开合动作。

智能控制窗，当人体传感器（25）感应到孩子时，会由智能控制盒子（20）来控制电机（17）。在机械传动部分中，由电机带动蜗杆（10）与涡轮（8）运动，蜗杆（10）头数为1使螺旋传动部分具有反向自锁，以保证窗户不会被外力开合。由大齿轮（1）与齿轮（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齿轮组成的轮系可以获得更大的传动比，以保证窗户开合所需要的足够动力。最后由连杆（19）与滑道（21）来完成窗户的开合动作。当感应到孩子离开窗户附近时，窗户再缓慢打开，防止伤害到孩子。

智能控制窗，蓝牙模块可以用手机APP或者是智能家居设备控制，当蓝牙模块接收到信号，由智能控制盒子（20）来控制电机（17）。带动大齿轮（1）与齿轮（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齿轮组成的轮系，由连杆（19）与滑道（21）来完成窗户的开合。产品二维设计图3.png

4.2 功能说明

自动调节室内温度

该模块使用DHT11数字温度和湿度传感器, 这是一个温度和湿度复合传感器, 带有校准的数字信号输出。DHT11作为数字温湿度传感器, 具有响应速度快, 抗干扰能力强, 性价比高等诸多亮点。确保高可靠性和出色的长期稳定性。

室内有害气体检测

烟气体传感器采用旁热式MQ-2烟雾传感器, 在没有可燃性气体和烟雾的时候, MQ-2传感器的阻值高 (10K左右) , 如果有可燃性气体和烟雾进入MQ-2传感器, 它的阻值迅速降低, 那么两端电压会降低经过单片机处理后发出信号, 相关模块控制窗户打开, 通风换气, 并且驱动声光报警电路发出报警。

室外环境检测

室外环境检测采用DHT11温湿度检测器检测室内外湿度当达到一个值时, 判断是否为下雨，当检测到风雨沙尘天自动关闭窗户。

防盗功能

安全预警模块多应用于低层用户时，将第二副TOF摄像头安放在窗框外部，通过感应到外部可疑人员即将进入屋内，自行关闭窗户并上锁，达到防盗效果。并向手机终端发送警报。

温度显示

显示模块选择LCD1602。LCD显示模块的显示内容为16*2, 这意味着LCD模块可以显示2行, 每行16个字符或数字。同时, 当前市场上大多数产品使用1602字符液晶模块, 因此它是一款广泛且简单, 适用度高的LCD显示模块可以在窗户上显示室内外温度对比，及时反映室内温度是否适宜人的生活。

安全防护功能

对于有孩子的家庭，若TOF摄像头检测出孩子在窗边做出危险举动时，可对其家长手机进行提醒，及时阻止孩子的危险举动。同时，触发儿童危险情况处理方案，此方案下窗户依然会进行闭合，但是速度会较之前明显减慢，报警扬声器声音由小变大，持续提醒孩子回到室内，当窗框前端传感器检测到窗户实体距离孩子5cm左右，机构将立即锁紧，防止由于惯性作用撞伤儿童，同时电机停止运转并切断动力，进而孩子无法往外探出，返回到室内。若感应器检测前端部分不存在物体时，电机将再次启动带动窗户完全闭合，以免发生意外。

远程终端控制

终端系统在首次登录时需根据页面提示要求将用户名及密码、监控 IP、端口号、在输入框内输入, 根据家中是否有人可将当前系统状态设置为布防或撤防模式, 布防模式下系统会对室内室外各项参数进行实时采集与监控, 实现用户对相应情况的远程调控, 异常状况将上传送监控图片至用户移动终端并发送消息提醒, 将情况反馈给小区物业, 做到及时报警, 用户可通过移动终端进行窗户智能控制等操作, 系统会及时提醒用户天气及温度情况等。