智能化高層戶外窗戶清潔裝置

朱佳敏

摘 要 隨著社會的發展。居民樓、辦公樓的樓層也越來越高。因此，擦洗玻璃的“難度系數”和“危險系數”也將大大增加，有些市民找了家政公司，由“蜘蛛人”代為清潔，而有的則由自己動手解決。但是，無論是家政公司的“蜘蛛人”，還是市民自己，都不能忽視了高層戶外擦玻璃的危險性。生活中，我們經常能看到市民站在窗沿、防盜窗柵欄上擦洗戶外窗戶，也能看到站在云梯上擦洗窗戶的“蜘蛛人”，這是十分危險的，一旦發生意外，后果均是比較嚴重的，輕則受傷，重則丟失寶貴的生命。由于戶外擦洗窗戶而不幸墜樓身亡的報道屢見不鮮，解決此問題也已經迫在眉睫了，因此提出了一種智能化高層戶外窗戶清潔裝置的設計理念。

關鍵詞 智能化；高層戶外；清潔裝置

中圖分類號 TP2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）180-0040-02

1 背景與發展現狀

隨著科技的發展，越來越多的電子產品和智能化商品出現在了市場上，但是對于戶外窗戶清潔裝置來說，并沒有得到很大的突破與改進。

目前，人們普遍使用的戶外窗戶清潔裝置具體可分為兩類。第一類是擦窗器雙面擦，其主要工作原理是利用兩面帶有磁力的擦塊分別放置在窗戶的前后兩面，通過移動室內的擦塊來帶動室外的擦塊移動，完成對戶外窗戶的擦洗，此類擦洗裝置存在著無法對厚窗戶進行擦洗，雙面擦吸附在一起難以分離，擦洗過程中放置在戶外的擦塊容易掉落等諸多不足。

另一類是利用雨刮器的方式對戶外窗戶進行擦洗，不夠此類裝置存在著一對雨刮器僅能對應一扇窗戶，成本過高，而且控制不便，不能收回導致使用壽命短，實用性不足。

由此可見，目前市場上沒有真正適用于廣大居民使用的戶外窗戶清潔裝置，因此，本設計的智能化高層戶外窗戶清潔裝置具有較高的社會 效益。

2 裝置的結構與功能

本設計主要分兩個模塊，分別是安裝在用戶手上的智能手套模塊與安裝在窗戶上的機械手控制模塊，兩個模塊通過藍牙模塊進行數據通訊，如圖1所示。

2.1 室內遙控模塊

1）電源模塊：通過電源適配器連接電源插口進行供電。

2）處理器模塊：處理器模塊采用ARM架構的32位STM32微處理器。

3）人體感應模塊：采用陀螺儀傳感器與指壓力傳感器。需要調整機械臂時，搖晃手來控制方向；長度不夠時，通過按壓指壓力傳感器用來增加機械臂覆蓋范圍。

4）藍牙通訊模塊：二個模塊之間采用藍牙進行通訊。

2.2 機械臂控制模塊

1）電源模塊：通過電源適配器連接電源插口進行供電。

2）處理器模塊：處理器模塊采用ARM架構的32位STM32微處理器。

3）機械臂控制模塊：采用6個舵機進行機械臂控制，分別用六路PWM波形進行分路控制。

4）藍牙通訊模塊：二個模塊之間采用藍牙進行通訊。

通過以上模塊使得本智能化高層戶外窗戶清潔裝置具有以下功能：

1）采用機械臂代替人工的方式對戶外玻璃進行擦洗：在日常生活中，人們對窗戶擦洗往往采用人工手段，人站在窗沿邊上對戶外窗戶進行清潔，這對于居住在高層的居民來說是十分危險的，本裝置利用機械臂代替人工對戶外窗戶進行擦洗，顯著提高了高層居民清潔戶外窗戶的安全性。

2）本裝置通過陀螺儀傳感器來操作擦窗方向的控制：普通的控制器控制距離短，而且方向感應不靈敏，利用陀螺儀傳感器可以較為靈敏地來操作擦窗方向。

3）為進一步提高本裝置的實用性，本裝置采用壓力傳感器來進行機械臂的伸縮控制，通過這種方式把機械臂設計成可伸縮模式，就能夠對不同尺寸的窗戶進行擦洗了。

4）采用軟硬件協調技術：本裝置采用了嵌入式硬件與軟件相結合的方式，將程序經編譯后固化到程序芯片中，提高了裝置的可靠性。

5）采用藍牙通信技術：傳統人工擦洗或使用擦洗器雙面擦擦洗戶外窗戶時，清潔人員需站在窗戶旁或窗沿上。本裝置通過藍牙通信技術，實現了在室內也能對戶外窗戶清潔的功能。

6）本裝置通過在底部安裝有一個拖臺，提高了裝置的安全性能，防止機械臂在使用過程中滑落造成意外發生。

3 裝置的測試與工作過程

3.1 裝置測試

1）該設計的測試分為硬件測試、軟件測試、軟硬件聯調測試與整體機器總體測試4個步驟。必須要按序進行。一旦發現問題將進行問題反饋與修正，重新提交測試。

2）硬件測試主要包括各硬件模塊的功能測試，首先是電源模塊測試，然后是處理器模塊測試，接下去就是人體感應模塊和機械臂控制模塊的單獨測試，確保個硬件組成部分的芯片與連接的 完好。

3）軟件測試主要指應用軟件的測試，按照設計功能要求進行完整的功能性測試，確保各個功能均可正常運行。

4）軟硬件聯調測試包括正常工作狀態下的測試與異常工作狀態下的測試，在此過程中，要增加一些容錯性處理。

5）整體機器聯調：主要是電子部分與機械部分要進行聯調，一方面是機械尺寸與安裝方式的配合，另一方面是機械執行機構的測試與完善。

6）具體測試方法：將機械臂拖臺放置在窗沿上，待穩定之后，在室內操控“控制手套”。利用“控制手套”上的陀螺儀傳感器完成對機械臂方向移動上的控制；利用指壓力傳感器完成對機械臂伸縮的控制。調試完畢確認能完成上述功能。

3.2 裝置使用時的操作流程

本裝置的具體工作流程為，將機械臂拖臺固定在所需清洗的窗戶旁的窗沿上。通過按鍵來啟動機械臂，并采用陀螺儀傳感器操作方向完成對玻璃的清洗。若機械臂初始長度不夠，采用指壓力傳感器調節拉伸機械臂進行清理。當清理完成一塊玻璃后，卸下拖臺并安裝到下一扇所需清理的玻璃旁即可。

4 結論

本文設計的智能化高層戶外窗戶清潔裝置，利用自動化控制的原理，使得人們可以在室內完成室外窗戶的清潔工作，相比于原有的方法更加安全和方便。但是在該裝置的實施過程中，也存在著一些問題。

拖臺的設計：因為此裝置要安放在不同材料，形狀的窗沿上，所以拖臺本身要具有較強的適應性與穩定性。

電子元器件選擇：由于本設計主要用于家用環境，故元器件都可以采用商用級，無需專門的工業級。

機械臂長度的確定：通過查閱資料以及量取周圍家庭玻璃的尺寸，確定機械臂的初始長度以及拉伸后所需達到的長度。

考慮到產品的受眾定位，設計性價比要盡可能高。對產品的材料與原件的選擇要在符合質量要求的前提下選擇經濟性高的。

因此，該裝置還需要進一步的改進和提高來完善整個裝置，相信在不久以后該裝置可以被應用到生活當中，為人們的生活帶來安全與方便。

參考文獻

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