基于單片機智能化窗戶清潔及監控系統設計

◎姜皓銘 李玉麗 陳喬 黎青霖

引言：隨著國家新型城鎮化建設進程的不斷推進,各類城市高層建筑不斷挺拔而出。隨之而來的是一系列的問題,如外窗清潔維護。采用人工方式,由于清潔行業起步較晚,"蜘蛛人"多是外來務工人員,流動性大,沒有細致的行業細分且存在安全隱患。為了保障人員安全以及提高服務效率, 本項目提出了相關的的設計。本系統主要由傳感器監測系統，單片機控制系統，無線傳輸模塊系統，清洗系統，智能警報系統、電力系統六部分組成。項目設計系統采用人工智能技術、自動控制技術以及無線傳輸技術，通過在所設計的系統中加入所需的傳感監測系統，來實現所設計的清洗、監測、關閉等功，在所設計的系統中實現實時數據反饋和檢測傳輸，精準的實現所設計的功能，也滿足用戶可以在手機上控制實現相應的功能。

一、窗戶自動清洗劑監測系統設計

本文將以窗戶智能清洗及監測系統系統的工作原理及工作方式進行研究。在如今市面上的窗戶智能清洗設備有人工手動清洗和窗戶清潔機器人自動清洗兩種，而本次設計將用自動控制系統控制設備自動清洗來代替傳統的人工手動清洗，省時省力，免去了高空作業的危險，減少了人員傷亡。本系統在監測到空氣污染較大時可自動開啟清洗功能，監測的更加精確，也可以在用戶有清洗需求時通過遠程控制來進行自動清洗。采用Zig-Bee 等無線通信技術，在所設計的系統中實現實時數據反饋和檢測傳輸，精準的實現所設計的功能。也滿足用戶可以在手機上控制實現相應的功能，更智能、更準確、更高效，節省時間、節約資源、降低成本。

二、窗戶自動清洗及監測系統研究與應用

1. 清洗系統概況。本系統通過安裝清潔式長桿刷頭進行清潔，刷頭使用時從窗框兩側的收納盒中伸出并通過陀螺儀傳感器和壓力傳感器來控制刷頭的方位和力度，在清洗功能結束后自潔完成后收回收納盒中，方便下次使用，收納盒采用防水防塵材料，以達到耐用的目的，系統達到方便美觀的作用。

2.電力系統。本系統采用正常供電和自帶蓄電池供電兩種方式進行供電，當供電回路正常時，采用供電回路供電，當供電系統發生故障時，系統的自帶蓄電池進行緊急臨時供電，保障系統不受斷電影響，防止系統因斷電而造成故障。雙供電模式更加確保了本系統的穩定性。

3.自動清洗和用戶遠程控制清洗功能。本系統采用雙模式控制，自動清洗模式是當系統的傳感器自動檢測到空氣中的污染源濃度過高需要進行清洗操作時，系統將監測到的信號傳輸至單片機控制系統以及云平臺進行數據實時監控以及相關的清洗操作，更加方便快捷。用戶遠程控制模式是云平臺通過實時檢測的數值反饋到用戶的手機上，用戶通過手機上顯示的數據來進行遠程的相關清洗操作，更加方便用戶了解空氣質量以及清洗狀態等。

4.存在的問題及完善措施。

（1）傳感器監測系統的實時監測功能要確保準確，所選用的傳感器要能在天氣條件惡劣的情況下依然能進行工作，所以就要選擇能耐高溫、耐低溫、防風、防雷、防塵、防水等惡劣情況的相應傳感器，檢測到的數據還要能實時的傳輸發送到后臺和用戶手機中，方便信息的實時監控。

（2）清洗裝置要確保清潔度，所以我們在實際過程中還要選用選對清潔能力較強的刷頭和質量較好的清潔劑，清潔過后刷頭的自潔也要確保能正常進行后再送回到收納盒中。所以本設計還要進行多次相關的實驗來選定刷頭和清潔劑，并針對窗戶的多角度無死角清洗進行實驗。

（3）設計相關的系統進行數據的采集傳輸、后臺運算、反饋用戶等相關操作，確保將監測到的數值進行實時的傳送，并設置及相關的預報警功能，當檢測到的數值達到設定值則進行相關的功能操作。

三、系統原理框圖及功能流程圖

圖1 系統功能流程圖

四、結語

近年來，在人群密度大、工作繁忙的城市，人們在遇到暴雨，沙塵暴，霧霾等惡劣天氣時可能無法在第一時間關閉已打開窗戶，這樣就會發生雨水滲入、沙塵、霧霾進入室內，影響居住環境和空氣質量。而室內環境的污染會使室內環境舒適性變差，對人體有害的污染物、漂浮在空氣中的微粒、病毒、細菌、顆粒物及其他有害物質也無時無刻地損害著人們的身體健康，隨著二氧化碳濃度的增加，導致可吸入顆粒物和二氧化碳不斷流動，加重空氣的污染。隨著我國經濟的飛速發展，人口開始出現集中密集化，各種高層建筑不斷涌現。高層住宅、高層寫字樓、大型商場等各類型民用商用建筑的窗戶外側清洗也給我們帶來了不同程度的困擾。近年來，高層建筑的外側窗戶清洗還依舊要靠人力來解決，但隨著各種清洗外側窗戶而發生的高空墜樓事件。目前，由于高層式住宅采用框架式結構，為了采光效果和減輕負重，很多的高層住宅大多數采用了落地式窗戶設計，窗戶的高度大約在兩米左右。面積大的玻璃清洗任務比較繁重，且高層作業十分危險，一些死角就很難清潔，那么高層建筑的外側窗戶的清洗到底怎樣才能安全有效是我們亟待解決的問題。通過本次設計解決了生活中的部分難題，也讓自動化清潔監測相結合，提高了安全性，方便性，快捷性，讓人們的生活更加智能。