识雾霾自动开关窗户演示装置的制作方法

背景技术：
西安市环保局监测数据显示，截至3月18日，西安市2016年优良天数仅为33天，较去年同期减少8天;大气环境中PM10、PM2.5、NO2、O3平均浓度较2015年同期均不同程度反弹加重。2016年1月1日至3月19日，西安市城区共出现雾霾天气65天。随着社会的发展，雾霾也随之袭来。大到大城市，小到乡镇，数不胜数的地域都被笼罩在雾霾之中。我是一名中学生，当雾霾来临时，独自生活的我也无法及时察觉去关窗户，我急切地想解决这一问题，于是，我发明一种识雾霾自动开关窗户演示装置，它就能很好地解决面临雾霾时人们无法及时察觉并去关上室内窗户、雾霾消散时无法及时开窗而导致室内沉闷这一问题，从而减少生活在雾霾区的人们室内雾霾的进入量。

技术实现要素：
本发明所述的一种识雾霾自动开关窗户演示装置，包括窗户、底座、滑道、玻璃、工作电源和电子控制器，所述电子控制器包括传感器、放大器、延时器、继电器、电机、指示器，其特征在于所述的传感器包括传感器1、传感器2、传感器3，所述放大器包括放大器1、放大器2、放大器3、放大器4、放大器5、放大器6，所述继电器包括继电器1、继电器2，所述指示器包括指示器1、指示器2、指示器3，所述传感器1依次连接放大器1、延时器、放大器2、继电器1和电机，延时器还连接放大器3，所述传感器2和放大器4、继电器5、放大器2依次连接，所述传感器3和放大器6、放大器3相连接；继电器1还连接指示器2，继电器2还连接指示器3；所述工作电源包括降压器、整流器、滤波器、稳压器1、稳压器2、指示器1，其特征是变压器依次和整流器、滤波器、稳压器1、稳压器2、指示器1连接，稳压器1还与放大器6连接，稳压器2还与传感器3相连接。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述窗户为40X33X8cm（宽X高X厚）长方体，窗户后面板为40X33cm（宽X高）的五合板，底座为40X23X8cm（长X宽X高）长方体，底座面板为40X23cm（长X宽）的五合板，窗户左右两边下部设置有传感器，窗户固定在底座上。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述滑道包括滑道1、滑道2、滑道3，分别为38X2.5X2.0cm（长X宽X高），滑槽0.5X1.9cm（宽X高）位于上平面中间，滑道1滑槽向下固定于窗户上方，滑道3滑槽向上固定于窗户下方，滑道2滑槽向上固定于滑道3上面，滑道2和滑道3上设置拉线滑轮。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述玻璃包括固定有机玻璃和活动有机玻璃，固定有机玻璃为19X23X0.5 cm（宽X高X厚），活动有机玻璃为19X25.3X0.5cm（宽X高X厚），玻璃的下边左右各截取1.5X1.5cm（宽X高）一小块。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述传感器1为 MQ-135 空气质量传感器模块，传感器2和传感器3分别为线性霍尔元件 495A磁敏三极管，继电器1、继电器2分别为JZC-23F继电器，电机为10W齿轮减速直流电机，电机转轴上设置两个带轮。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述放大器1、放大器5分别为C9012三极管，放大器2为C9015三极管，放大器3为C9013三极管，放大器4、放大器6分别选用C9014三极管，延时器为NE555时基电路。

优选的，一种识雾霾自动开关窗户演示装置，所述电源变压器为15W输出15V的降压器，整流器为1N5401 硅整流二极管，滤波器为1000μF/25V的电解电容器，稳压器1为7812三端稳压器，稳压器2为7805三端稳压器，指示器1为红色LED二极管，指示器2为黄色LED二极管，指示器3为绿色LED二极管。

本发明应用空气质量传感器及电子自动控制系统，能够很好的模拟解决当前雾霾对室内人的严重影响，结构简单，工作性能稳定，设计新颖，演示直观，使用方便，有一定推广价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电子控制器的结构示意图；

图3为本发明玻璃滑道结构示意图；

图4为本发明固定玻璃结构示意图；

图5为本发明活动玻璃结构示意图；

具体实施方法

本发明所述的一种识雾霾自动开关窗户演示装置，包括窗户、底座、滑道、玻璃、工作电源和电子控制器，所述电子控制器包括传感器、放大器、延时器、继电器、指示器、电机，其特征在于所述的传感器包括传感器1、传感器2、传感器3，所述放大器包括放大器1、放大器2、放大器3、放大器4、放大器5、放大器6，所述继电器包括继电器1、继电器2，所述指示器包括指示器1、指示器2、指示器3，所述传感器1依次连接放大器1、延时器、放大器2、继电器1和电机，延时器还连接放大器3、所述传感器2和放大器4、继电器5、放大器2依次连接，所述传感器3和放大器6、继电器3相连接；继电器1还连接指示器2，继电器2还连接指示器3；所述工作电源包括降压器、整流器、滤波器、稳压器1、稳压器2、指示器1，其特征是降压器依次和整流器、滤波器、稳压器1、稳压器2、指示器1连接，稳压器1还与放大器6连接，稳压器2还与传感器3相连接，形成空气质量差有雾霾情况下，窗户活动玻璃向右移动，窗户慢慢关闭，当空气质量好没有雾霾，窗户活动玻璃向左移动，窗户慢慢开开，本发明工作灵敏，性能稳定，演示直观，是一种优秀的教学演示器。

材料和元器件选择：窗户和底座选厚1.5cm宽8cm的高密度长条板材，窗户后面板和底座面板分别选用五合板，窗户玻璃选厚0.5cm有机玻璃，窗户玻璃滑道选用厚0.06cm铝合金板材。

电子控制器的传感器1选用MQ-135 空气质量传感器模块，传感器2、传感器3分别选用线性霍尔元件 495A磁敏三极管，放大器1、放大器5分别为C9012三极管，放大器2为C9015三极管，放大器3为C9013三极管，放大器4、放大器6分别选用C9014三极管，延时器选用NE555时基电路，继电器1继电器2分别选用JZC-23F继电器，电机选10W齿轮减速电机，指示器2选用黄色LED二极管，指示器3选用绿色LED二极管；电源降压器选用15W输出15V的变压器，整流器选用1N5401 硅整流二极管，滤波器选用1000μF/25V的电解电容器，稳压器1选用7812三端稳压器，稳压器2选用7805 三端稳压器，指示器1选用红色LED二极管。

制作过程：把选用的厚1.5cm宽8cm的高密度板材长条加工成40X33X8cm（宽X高X厚）长方体窗户框体，再把选用的厚1.5cm宽8cm的高密度板材长条加工厂成40X23X8cm（长X宽X高）长方型盒体，截取40X33cm（宽X高）的五合板做窗户的后面板，截取40X23cm（长X宽）的五合板做底座盒体的面板，把窗户框固定在底座盒体的面板上，如图1所示；把厚0.06cm铝合金板材加工成长38cm，宽2.5cm，高2.0cm长方条，滑槽宽0.5cm，高1.9cm位于上平面中间，图4所示，做成3个如图4所示的滑道，分别为滑道1、滑道2和滑道3，把滑道1滑槽向下固定在窗户上方，滑道3上设置4个拉线滑轮，滑槽向上固定于窗户下方，作为电机拉线通道，滑道2上设置两个滑轮，滑槽向上固定于滑道3上面和滑道1组成玻璃滑道（移动）通道，如图1所示。

截取19X23cm（宽X高）的有机玻璃做固定窗户玻璃，图4所示，把固定窗户玻璃用螺丝固定于窗户左端的滑道1滑道2外边缘上；截取19X25.3cm的有机玻璃做滑道窗户玻璃，玻璃的下边左右各截取1.5X1.5cm一小块，作为滑道2左右两边拉线滑论的预留位置，图5所示，还在滑道玻璃的下方左右位置安装一小磁体，在缺口的边缘钻一小孔作为系拉线孔，把滑道窗户玻璃插入滑道1滑道2的滑槽中，电机固定于窗户左里面，电机转轴上设置两个带轮，如图1所示。

设计电路图，制作电路板，把选择的电子元件先用万用表进行一一测试，选用参数合格的元件，用30W电烙铁焊接在制作的电路板上，焊接中按步骤一步一步焊接，先焊接工作电源，再焊接传感器1连接的部分到继电器1继电器2，到电机，停下来进行测试，通电看看电源工作是否正常工作，看看传感器1工作是否正常，继电器1继电器2是否有工作电压，电机能否正反转，一是看现象，二是用万用表测量看工作电压是否正常。下来继续焊接传感器2传感器3的连接电路，焊接好后有进行测试，用一小块磁体靠近传感器2或传感器3看能否听到继电器的触点接触声，也可用万用表观察继电器的工作电压。焊好的电路板固定于底座盒体内，工作电源变压器单独用螺丝固定于底座内，电源开关、手动/自动开关、电源指示器、空气质量优、空气质量差指示器固定于作品的盒体底座面板上，贴上名称标签，滑道1滑道2滑道3按图3设计制作，最后组装调试完成制作。

工作中元器件性能及元件参数，图2所示，当传感器MQ135所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大，输出的电压降低，接近0V，接入放大器1基极，由于放大器1选用的C9012是PNP型三极管，放大器1处于饱和状态，集电极处于高电位（11v电压）接入延时器的输入端，延时器选用NE555时基电路，时基电路NE555的输入端为2、6脚，2、6脚得到11V电压，时基电路NE555的4、8脚电压12V，为电源工作电压，11V大于2/3电源工作电压，NE555的3脚输出低电平(NE555工作性能)，NE555的3脚接入放大器2基极，放大器2选用C9015三极管，PNP型三极管，放大器2饱和导通，相连的继电器1线圈得到工作电压，继电器1和继电器2分别为JZC-23F型，输出触点3脚，为了下叙述方便，把继电器1输出触点的动点、常闭触点、常开触点分别用a1、b1、c1符号代替，把继电器2输出触点的动点、常闭触点、常开触点分别用a2、b2、c2符号代替，其a1接电机上端，a2接电机下端（电机分上端和下端，是为了说明改变电机的接线极性），c1、c2接电源正极，b1、b2接电源的负极，当继电器1工作时，a1、c1常开端闭合，（继电器2不工作） a2、b2常闭端闭合，电机上端得到正极工作电压，电机下端得到负极工作电压，电机正转电机转轴上端带轮正向卷入拉线（电机转轴下端带轮反向退出拉线）通过滑道上的滑轮拉动活动玻璃向右移动，窗户玻璃慢慢关闭。

当传感器MQ135所处环境中不存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而减小，输出的电压升高，接近4V，接入放大器1基极，由于放大器1选用的C9012是PNP型三极管，放大器1处于截止状态，集电极处于低电位（0.7v电压）接入延时器的输入端，延时器选用NE555时基电路，时基电路NE555的输入端为2、6脚，2、6脚得到0.7V电压，时基电路NE555的4、8脚电压12V，为电源工作电压，0.7V小于1/3电源工作电压，NE555的3脚输出高电平（11V，NE555工作性能），NE555的3脚接入放大器3基极，放大器选用C9013三极管，NPN型三极管，放大器饱和导通（放大器2截止，继电器1不工作），继电器2得到工作电压，a2、c2常开端闭合，a1、b1常闭端闭合，电机下端得到正极工作电压，电机上端得到负极工作电压，电机反转电机转轴下端带轮反向卷入拉线（电机转轴上端带轮正向退出拉线）通过滑道上的滑轮拉动活动玻璃向左移动，窗户玻璃慢慢开开。

延时器的工作原理，图2所示，原有雾霾使窗户玻璃处于关闭状态，当雾霾减少或解除时，传感器1已接受到空气质量优信息，输出高电平，放大器1不工作，集电极和发射极开关处于断开状态，集电极连接的时基电路NE555的输入端2、6脚，对地（电源负极）连接有电容器，电解电容还储存电荷，即还有大于2/3的电源工作电压， NE555的3脚继续输出高低平，直到电容器上的电压降低（NE555模块输入电阻放电），即NE555的2、6脚上的电压低于1/3电源工作电压时，NE555的3脚输出高电平为止，这个过程就是延时过程，延时时间长短确定电容器的容量大小，在NE555的2、6脚对地电阻值一定的情况下，电容器容量越大，延时时间越长，电容器容量越小，延时时间越短，本电路设计延时电路，一是当有雾霾时窗户立即关闭，当雾霾解除时，窗户玻璃10秒后才慢慢开开，二是起到电机工作电路的稳定性，演示中不是电机频繁启动和抖动。

窗户关闭定位工作原理即元件参数，窗户关闭定位，图1所示，窗户右端下边设置的传感器2，活动玻璃右下方设置的小磁体2，当窗户的活动玻璃向右移动关闭时，活动玻璃靠近右端窗户时，小磁体2靠近传感器2，传感器2选用的线性霍尔元件 495A磁敏三极管，受到小磁铁2作用，传感器2工作输出高电平（线性霍尔元件 495A磁敏三极管不受磁场作用，输出低电平，受到磁场作用弱，输出的电平低，受到磁场作用强，输出的电平高，线性元件的特点），连接放大器4，如图2所示，由于放大器4选用9014三极管是NPN型，基极得到高电平放大器3饱和导通，集电极到的低电平，连接的放大器5，放大器5选用的是9012三极管，PNP型三极管，放大器5饱和导通，集电极得到高电平，使放大器2的基极获得高电平，放大器2从饱和变为截止，继电器1停止工作，继电器1的a1、c1常开端断开，电机的工作电源断开，电机停止转动，起到窗户关闭定位作用。

窗户开开定位，图1所示，窗户左端下边设置的传感器3，活动玻璃左下方设置的小磁体1，当窗户的活动玻璃向左移动开开时，活动玻璃靠近左端窗户时，传感器3选用的线性霍尔元件 495A磁敏三极管，受到小磁铁1作用，传感器3工作输出高电平，连接放大器6，如图2所示，由于放大器6选用C9014三极管是NPN型，基极得到高电平放大器6导通，集电极得到低电平，使放大器3原来基极高电平变为低电平，放大器3截止，继电器2停止工作，继电器2的a2、c2常开端断开，电机的工作电源断开，电机停止转动，起到窗户开开定位作用。

指示器1、指示器2、指示器3工作原理：指示器1选用红色的LED二极管，它的点亮指示工作电源工作正常，图2所示，指示器1和稳压器2相连接，稳压器2又和稳压器1、滤波器、整流器、变压器依次相连接，因而指示器1点亮指示电源工作正常。指示器2选用黄色LED二极管，它的点亮指示有雾霾空气质量差，当空气质量差时，图2所示，延时器NE555的3脚输出低电平，放大器2和继电器1工作，继电器1连接指示器2的负极，指示器2的正极通过电阻与电源正极相接，指示器2得到工作电压点亮；指示器3选用绿色LED二极管，它的点亮指示无雾霾空气质量优，当空气质量优时，图2所示，延时器NE555的3脚输出高电平，放大器3和继电器2工作，继电器2连接指示器3的负极，指示器3的正极通过电阻与电源正极相接，指示器3得到工作电压点亮；

电源工作原理，220V的交流电通过选用的15W变压器降低为15V交流电，通过选用的四只1N5401二极管组成桥式整流器，形成14.3V含有交流成分直流电，再通过选用1000μF/25V的电解电容滤波器，形成约18V不含有交流成分的直流电，经过稳压器1选用7812三端稳压器稳压，形成稳定的12V直流工作电源，为设计电路中的放大器、继电器供电，稳压器2选用7805三端稳压器为传感器、电机、指示器1供电。

工作过程演示方法：1、把识雾霾自动开关新型窗户作品放在平稳的桌面上，把电源插头插入220V交流电源插座，打开作品底座面板上的电源开关，面板上的电源指示器点亮，让传感器1预热约30S时间；2、如果作品所处环境中存在污染气体时，底座面板上的黄色二极管（空气质量差）点亮，窗户活动玻璃没有关闭时会向右移动，慢慢关闭，如果作品所处环境中不存在污染气体时，底座面板上的绿色二极管（空气质量优）点亮，窗户活动玻璃没有开开时会向左移动，慢慢开开；3、此时可点燃寺庙香（寺庙香的烟雾对空气有污染）靠近传感器1，窗户活动玻璃如果在开开位置时，就会向右移动慢慢关闭，同时，底座上的黄色二极管点亮，点燃的寺庙香离开传感器1后10S时间，这个时间底座上黄色的二极管（空气质量差指示器）慢慢熄灭，绿色的二极管（空气质量优指示器）慢慢点亮，绿色的二极管完全点亮时（10S时间），窗户活动玻璃向左移动，走向开开位置。

本发明应用空气质量传感器及电子自动控制作用，能够很好的模拟解决当前雾霾对室内人的严重影响，其结构简单，设计新颖，容易制作，工作性能稳定，演示直观，有一定的推广价值。