作品名稱：智能防翻越綜合系統設計
學校名稱：大連海洋大學應用技術學院
參賽隊伍：GUARD
參賽學生：宮潤哲 王文韜 朱帥
指導老師：唐繼武 蔣月靜
引言
家是人們心靈的港灣，是人們休息的驛站，營造一個安全、溫馨的休息環境是所有人夢寐以求的。但是，生活步伐的加快，現在大多數的人們都是雙職工，都是早出晚歸，家里長期以來都處于沒有人看守的狀態，或者是老人、小孩在家的情況。盜竊、火災、煤氣泄漏都是隨時可能發生的，這給在外工作的人們多了一份擔憂，而智能報警防護窗是適應現代生活對家庭功能的需求而發展起來的一個項目，不僅能夠有效地阻止破壞的入侵，探測煤氣的泄漏，家里突發情況，通過互聯網報警系統可以遠距離清楚地了解家庭的情況，并對其進行實時監控，起到防盜作用。隨著社會經濟的不斷發展，安防技術也不斷更新和進步。世界上比較發達的國家很重視發展這個行業。
第一章 項目概況
1.1 項目介紹
智能防翻越綜合系統是一種新型的智控家居產品, 采用機械工程學和計算機學原理，科學有效的設計整個裝置。通過互聯網進一步實現家庭中的兒童防墜，室內防盜，安全預警，及提供一系列安全防護措施的綜合系統。我們在不改變窗戶的結構下進行改良，以“因為用心，所以我們比別人更優秀”的項目理念，實現通用性高，實用性強，使用壽命大幅度提升，安裝方便，體積小，可靠性高，美觀，安全系數較高的綜合防護系統。
1.2 項目背景
隨著人們的生活水平日益提高,智能家居,是近年來越來越被重視的全新理念。在新房的裝修的方面,如何使電動窗戶更加智能化,人性化,成為設計智能窗的人員必須思考的問題,雖然市場上有各種防盜窗,智能窗,各種功能不斷涌現,但是目前絕大多數智能窗仍然具有很多缺點,只能發出報警聲、功能單一、價格貴。因此,智能窗的出現可以保障人們的生命財產安全、降低生活成本并提高生活質量。
當代大眾忙于工作之中，但已有了孩子的父母不能完全照顧到自己的孩子，可能會要求自己的孩子在家里自己玩耍，對于孩子的好奇心，什么都想嘗試一下，難免會有一些大大小小的意外發生。現在高層住戶大部分的窗戶沒有防護措施或有獨立陽臺，孩子在沒有大人的看管下，可能會翻出窗戶或陽臺護欄，做出危險的舉動。
鑒于之前很多類似的新聞，我們覺得有必要發明此項目，祖國的花朵需要我們每一個人的呵護，我們有義務對幼兒少年們的未來進行全面且有利的安全保障。目前窗戶的防范措施有以下幾種：
機械防護：機械防護即是在窗戶半頁處加裝一個楔子，當窗戶要向橫向推動時窗戶只會越推越小，不會擴張，但只能用于橫向的推拉窗，很難做到適用于大部分窗戶，適應性小。
半自動防護：此方法通過整齒輪傳動，由電動機帶動整個齒輪箱進行工作，實現窗戶的開關與合并，大部分應用都是現在這一類的控制，但由于是電動機控制，在家庭斷電時實現不了工作。
第二章 產品介紹與技術特點
2.1 理論意義
隨著物聯網技術的飛速發展使得目前家居中的所有硬件設備實現了智能控制, 同時人們的居住環境更加舒適、安全。通過高科技手段不僅提高了生活質量而且也在慢慢改變人們的生活習慣, 本系統的設計的智慧窗戶除考慮智能化還涉及到了對改造成本的綜合考慮, 整個系統由軟硬件構成, STC12C5A60S2芯片為主控, 通過外圍傳感器電路及單片機的接口電路在監測天氣情況及室內環境的前提下不僅能自行智能控制, 而且通過GSM模塊可進行遠程控制, 從而實現了對整個系統的智能化管控
（1）相對于安裝窗外護欄，安裝方便，體積小，可靠性高，美觀，安全系數較高；
（2）在不改變窗戶的結構下進行改良，通用性高，實用性強，使用壽命大幅度提升。；
（3）可以對家庭成員（包括兒童）做到有效的安全監測，對外部想要進入室內的可疑人員進行及時的阻攔，同時對手機APP發送報警。；
（4）對室內空氣質量進行檢測，并將當地的天氣預報信息及時的和采集到的信息進行比對，智能地對窗戶進行開閉；
（5）形成閉環保護形式該回路本身如果出現中斷，比如發射器或接收器損壞，報警裝置也能發出報警；
（6）智能調節室內溫度，營造舒適生活環境。
2.2 實踐意義
（1）對于高層住戶，簡化安裝流程，控制安裝風險，達到簡便安裝的效果。
（2）安全防護-智能控制-預警提示三合一，在用戶使用期間達到無縫切換。
（3）系統各項狀態通過終端設備，能直觀反映給用戶，提高用戶可見性的體驗。
2.3 社會意義
（1）智能報警防護窗綜合系統可以帶給大多數用戶一個安全的體驗，解決了很多高層用戶如何選擇安全防護窗的煩惱；
（2）可與小區物業、中小學校園等公共場所合作，實現互利共贏；
（3）高層用戶對安全防護窗的需求急切，有著較好的市場，有很大的推廣前景；
（4）維修方便，減少工人勞動成本；
（5）安全防護系統及報警系統的利用，減少了社會中存在的兒童安全問題；
第三章 計劃與戰略
3.1 發展戰略
（1）推動了家居智能化的發展；
（2）為人們提供舒適、安全的智能化生活空間；
（3）提高人們的生活質量，增強家庭生活的安全性、舒適性；
（4）解決窗戶智能控制問題；
3.2 發展計劃
第一步，查閱同產品的生產工藝、文獻、相關專利等資料；考察實際應用場景，利用分析軟件對關鍵零件進行力學分析，不斷修正完善，逐步形成一套初步完整綜合防翻越系統設計的方案的基本實施辦法；
第二步，按照實際需求，制造產品，進行現場安裝投放。觀察產品運行情況，了解具體需求情況，整理觀察數據，并且根據數據情況進行產品針對市場需求的更改；
第三步， 將完善后的產品進行針對性生產安裝，鏈接云平臺，統計使用數據，運轉情況，優化使用方案，觀測整個設備運轉情況，確保設備安全可靠，正常運行。
第四章 設備介紹及參數
4.1 設備介紹
多功能橫轉式智能窗（機械控制部分）主要包括，大齒輪（1）與齒輪（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齒輪組成的輪系嚙合，渦輪（8）與蝸桿（10）組成具有反向自鎖特性的螺旋傳動。（13）（14）為彎軸，用以支撐軸上零件，齒輪（4）因齒輪尺寸過小故制成齒輪軸。擋板（12）與軸鏈接用以支撐傳動部分。連桿（15）等用于連接兩擋板（12）。滑動軸承（16）等一系列滑動軸承作為各軸與擋板（12）相連的媒介以減少摩擦力。小擋板（11）用以支撐蝸桿（10）使其與電機（17）連接。聯軸器（18）用以連接軸（13）與連桿（19）。連桿（19）末端支柱與滑輪（23）聯結，滑輪(23)最終與位于外窗框上的滑道（21）連接以完成工作。多功能橫轉式智能窗（智能控制部分）主要包括，電機（17），智能控制盒子內置電池（22）控制電機（17）并與風雨傳感器（24），人體傳感器（25）相連。
本實用新型同現有技術相比，具有如下優點：
本種結構形式的在不改變窗戶的結構下進行改良，通用性高，實用性強，使用壽命大幅度提升。相對于安裝窗外護欄，安裝方便，體積小，可靠性高，美觀，安全系數較高。多功能橫轉式智能窗是一種閉環保護形式，從控制系統到紅外發射器到紅外接收器，再將探測信號返回控制器，形成一個保護回路。該回路本身如果出現中斷，比如發射器或接收器損壞，報警裝置也能發出報警。
同時在整個裝置外殼加裝了太陽能板，且內置了一個小型蓄電器，可保證整個裝置在不通電的情況下，可持續工作12小時。
4.2 具體實施方式
一種多功能橫轉式智能窗，主要包括，風雨傳感器（24）人體傳感器（25）煙霧感應器（26）智能控制盒子（22）伺服電機（17）以及機械傳動部分。機械傳動部分具體由渦輪（8）蝸桿（10）組成的的螺旋傳動部分，以及一系列齒輪組成的輪系組成。最終由連桿（19）與滑道（21）完成控制動作。
智能控制窗，當傳感器（24）（26）感應到風雨天氣或煤氣泄漏時，會由智能控制盒子（20）來控制電機（17）。在機械傳動部分中，由電機帶動蝸桿（10）與渦輪（8）運動，蝸桿（10）頭數為1使螺旋傳動部分具有反向自鎖，以保證窗戶不會被外力開合。由大齒輪（1）與齒輪（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齒輪組成的輪系可以獲得更大的傳動比，以保證窗戶開合所需要的足夠動力。最后由連桿（19）與滑道（21）來完成窗戶的開合動作。
智能控制窗，當人體傳感器（25）感應到孩子時，會由智能控制盒子（20）來控制電機（17）。在機械傳動部分中，由電機帶動蝸桿（10）與渦輪（8）運動，蝸桿（10）頭數為1使螺旋傳動部分具有反向自鎖，以保證窗戶不會被外力開合。由大齒輪（1）與齒輪（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齒輪組成的輪系可以獲得更大的傳動比，以保證窗戶開合所需要的足夠動力。最后由連桿（19）與滑道（21）來完成窗戶的開合動作。當感應到孩子離開窗戶附近時，窗戶再緩慢打開，防止傷害到孩子。
智能控制窗，藍牙模塊可以用手機APP或者是智能家居設備控制，當藍牙模塊接收到信號，由智能控制盒子（20）來控制電機（17）。帶動大齒輪（1）與齒輪（2）（3）（4）（5）（6）（7）一系列齒輪組成的輪系，由連桿（19）與滑道（21）來完成窗戶的開合。
4.2 功能說明
自動調節室內溫度
該模塊使用DHT11數字溫度和濕度傳感器, 這是一個溫度和濕度復合傳感器, 帶有校準的數字信號輸出。DHT11作為數字溫濕度傳感器, 具有響應速度快, 抗干擾能力強, 性價比高等諸多亮點。確保高可靠性和出色的長期穩定性。
室內有害氣體檢測
煙氣體傳感器采用旁熱式MQ-2煙霧傳感器, 在沒有可燃性氣體和煙霧的時候, MQ-2傳感器的阻值高 (10K左右) , 如果有可燃性氣體和煙霧進入MQ-2傳感器, 它的阻值迅速降低, 那么兩端電壓會降低經過單片機處理后發出信號, 相關模塊控制窗戶打開, 通風換氣, 并且驅動聲光報警電路發出報警。
室外環境檢測
室外環境檢測采用DHT11溫濕度檢測器檢測室內外濕度當達到一個值時, 判斷是否為下雨，當檢測到風雨沙塵天自動關閉窗戶。
防盜功能
安全預警模塊多應用于低層用戶時，將第二副TOF攝像頭安放在窗框外部，通過感應到外部可疑人員即將進入屋內，自行關閉窗戶并上鎖，達到防盜效果。并向手機終端發送警報。
溫度顯示
顯示模塊選擇LCD1602。LCD顯示模塊的顯示內容為16*2, 這意味著LCD模塊可以顯示2行, 每行16個字符或數字。同時, 當前市場上大多數產品使用1602字符液晶模塊, 因此它是一款廣泛且簡單, 適用度高的LCD顯示模塊可以在窗戶上顯示室內外溫度對比，及時反映室內溫度是否適宜人的生活。
安全防護功能
對于有孩子的家庭，若TOF攝像頭檢測出孩子在窗邊做出危險舉動時，可對其家長手機進行提醒，及時阻止孩子的危險舉動。同時，觸發兒童危險情況處理方案，此方案下窗戶依然會進行閉合，但是速度會較之前明顯減慢，報警揚聲器聲音由小變大，持續提醒孩子回到室內，當窗框前端傳感器檢測到窗戶實體距離孩子5cm左右，機構將立即鎖緊，防止由于慣性作用撞傷兒童，同時電機停止運轉并切斷動力，進而孩子無法往外探出，返回到室內。若感應器檢測前端部分不存在物體時，電機將再次啟動帶動窗戶完全閉合，以免發生意外。
遠程終端控制
終端系統在首次登錄時需根據頁面提示要求將用戶名及密碼、監控 IP、端口號、在輸入框內輸入, 根據家中是否有人可將當前系統狀態設置為布防或撤防模式, 布防模式下系統會對室內室外各項參數進行實時采集與監控, 實現用戶對相應情況的遠程調控, 異常狀況將上傳送監控圖片至用戶移動終端并發送消息提醒, 將情況反饋給小區物業, 做到及時報警, 用戶可通過移動終端進行窗戶智能控制等操作, 系統會及時提醒用戶天氣及溫度情況等。
4.3 性能參數
工作電壓：6V-2.7（5V單片機）
全壓工作頻率：0HZ-24MHZ
用戶應用程序空間：8K字節
片內擁有于：512Kb RAM
備用電池使用時間：8小時
4.4 技術特點
本柜體主要針對大體積物體存放進行設計。因此，在很多地方進行了創新設計。主要針對以下地方：
（1）在不改變窗戶的結構下進行改良，通用性高，實用性強，使用壽命大幅度提升
（2）相對于安裝窗外護欄，安裝方便，體積小，可靠性高，美觀，安全系數較高。
（3）智能防翻越保護系統是一種閉環保護形式，從控制系統到紅外發射器到紅外接收器，再將探測信號返回控制器，形成一個保護回路。該回路本身如果出現中斷，比如發射器或接收器損壞，報警裝置也能發出報警。
（4）TOF攝像頭安裝在窗框的內、外部，可以對家庭成員（包括兒童）做到有效的安全監測，對外部想要進入室內的可疑人員進行及時的阻攔，同時對手機APP發送報警。
（5）通過內部的傳感器來對室內空氣質量進行檢測，并將檢測結果反饋給單片機，通過物聯網協議將檢測到的數據發送到手機APP，手機APP再根據當地的天氣預報信息及時的和采集到的信息進行比對，智能地對窗戶進行開閉。
