智能窗户控制系统设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书

四川信息职业技术学院

毕业设计说明书（论文）

设计（论文）题目: 智能窗户控制系统设计

专 业: 机电一体化

班 级: 机化18-1

学 号: ********

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2020年 9月 27日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书

I

目录

第1章 绪论 .......................................................... 1

1.1 智能窗户研究的背景及意义 ........................................ 1

1.1.1 智能窗户的发展现状及趋势 .................................... 1

1.1.2 智能窗户的研究内容 .......................................... 1

第2章 智能窗户系统设计 ............................................... 3

2.1 智能窗户的控制要求 .............................................. 3

2.2 智能窗户的执行方案 .............................................. 3

2.3 控制系统功能及组成 .............................................. 5

2.4 检测系统功能及工作原理 .......................................... 6

第3章 智能窗户硬件选型及电气设计 ..................................... 8

3.1 机械系统重要部件选型 ............................................ 8

3.2 控制系统硬件选型 ................................................ 8

3.2.1 PLC的选择 ................................................. 8

3.2.2 PLC功能选用 ............................................... 9

3.3 传感元件选型 ................................................... 10

3.3.1 风速检测装置的选择 ......................................... 10

3.3.2 温度传感器 ................................................. 10

3.3.3 湿度传感器的选择 ........................................... 10

3.3.4烟雾传感器 ................................................. 11

3.4 光控开关的选择 ................................................. 11 四川信息职业技术学院毕业设计说明书

II

3.5 按钮及指示灯、蜂鸣器的选择 ..................................... 12

3.5.1 指示灯的选择 ............................................... 12

3.5.2 报警器的选择 ............................................... 12

3.5.3 按钮开关（SB） ............................................. 12

第4章 PLC控制程序设计 .............................................. 14

4.1 控制流程图 ..................................................... 14

4.2 PLC软件设计 ................................................... 15

4.2.1 梯形图 ..................................................... 15

4.2.2 I/O端口的分配 ............................................ 20

4.2.3 系统元器件清单 ............................................. 21

第5章 PLC仿真 ...................................................... 22

5.1 界面设计 ....................................................... 22

第6章 日常维护与保养 ................................................ 25

6.1 PLC的日常保养 ................................................. 25

6.2 步进电机的日常维护 ............................................. 25

第7章 结论 .......................................................... 26

致谢 ................................................................. 27

参考文献 ............................................................. 28

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摘要

窗户作为室内与外界“交流”的通道，与人们的健康生活息息相关。而智能窗户的出现，给人们的生活带来了更多的方便和安全。它是智能家庭的重要组成部分。窗户的智能化控制是以检测传感技术为基础，将可编程控制器作为控制单元，使窗体在面临不同的外界环境实现自动化控制。将智能化控制应用于家居窗户保证了家居的安防工作，提高了上班族的生活质量。

本文设计一套由PLC、步进电机、滚珠丝杠、温湿度传感器和风速传感器等主要设备构成的全自动化智能窗户。本文主要对智能窗户的系统组成和机械原理进行了阐述，根据控制要求进行了电气设计、PLC程序设计和触摸屏设计，并对程序进行了仿真。智能窗户可根据用户设定的开闭时间、室外风速，室内光线，空气湿度等参数，进行窗户的自动开闭，以调节室内的光线和空气质量。未来家居的智能化是一种新的发展趋势，因此本文的设计研究有其一定的实用价值。

关键字：PLC；智能窗户；滚珠丝杠；步进电机；传感器

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第1章 绪论

1.1 智能窗户研究的背景及意义

社会在进步，人们生活水平在迅速提高，各种生活便利的自动控制系统，在人们的生活中扎根，智能建筑已深入到多个领域，未来的智能家居必然是一个发展趋势。要求以生活方便及提高舒适性为目的，进行智能窗户的设计，以此为题进行毕业设计具有较高的实际意义和经济价值;同时也有助于学生实现控制器、执行器和传感器等知识的实际应用，提高了知识和技能理论的综合应用能力，提高了数据检索的能力和解决实际问题的能力。

因此，我们设计的智能窗是以智能家居为背景，采用可编程控制器技术、自动控制技术、系统设计和安全技术和应用的传感器技术实现智能窗系统，窗口切换动作可以是一个可靠和环境中的异常情况，如风、雨、天黑、陌生人自动识别等。以便人们能够更安心的工作，同时也保证居民生活的舒适以及生命财产不受威胁。

1.1.1 智能窗户的发展现状及趋势

现在的智能窗户系统一般由控制器、传感器以及驱动元器件等组成，主要包含了声、光、电、机、通讯等设备，同时也是未来智能窗户设计的理想选择，这也是本设计的主要研究方向和目标。主要利用PLC的智能化控制，以传感器为中间传输器件，将信号传给PLC，通过控制电机来控制窗户开合。PLC作为控制核心，智能性高，逻辑控制能力强，还具有通讯功能，并且体积与功耗较小，利用率较高。通过它控制窗户的开合，实现通风或者封闭功能，从而实现各种保护功能。

1.1.2 智能窗户的研究内容

本设计的主要内容是采用PLC智能控制，风、雨、天黑均能自动关闭窗户和防止盗情出现等功能，PLC完成编程并实现各种操作。

设计过程中，参考各种文献资料并进行分析;智能窗户的机械结构设计，包括总体方案，各功能元的安装方案:结合西门子PLC、传感器及机电控制技术方面的知识进行智能窗户控制系统的设计，包括主控制端程序设计、辅助功能单元程序设计;根据所设定的数据进行选择检测传感电路以及各传感元件；用可编程控制器(PLC) 四川信息职业技术学院毕业设计说明书

第 2 页 输入程序实现风大自动关窗、“下雨天自动关窗、天黑自动关窗、防盗以及煤烟报警等一系列功能。

拟解决的问题主要包括:对现有的智能窗户及相关产品进行市场调研;智能窗户总体方案及其程序设计，包括窗体开合的执行结构设计，主控系统及各功能控制系统的设计，确保其便捷性及舒适性;步进电动机的选型;轴承的选择;滚珠丝杠的选择、检测传感器设计以及各传感元件的选择等。

根据载荷重量及智能窗户的开合状态，本文窗户参数如表1-1

表1-1 窗户基本参数

窗体移动速度 4m/min

重量 10kg

宽度 600mm

高度 1500mm