光控稳光窗帘(完整版)

第九届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛文件汇编第九届“挑战杯” 辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛（省级竞赛专用）作品 申 报 书作品类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类序号： 编码： A2.申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写；2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3.本表中的签章视为对申报者情况的确认，并由签章部门或个人承担相应连带责任；4.本表中尚无法填写的项目，请填“无”。申报者代表情况姓 名于海霞性 别女出生年月1988.09.09学 校辽宁大学专业年级06级电子科学与技术学 历本科学 制4年入学时间2006.09作品全称光控稳光窗帘毕业论文题目无通讯地址辽宁大学崇山校区9舍331邮政编码联系电话合作者情况姓 名性 别年 龄现学历所在学校赵金男21本科辽宁大学赵玉茹女21本科辽宁大学陈启明男20本科辽宁大学许晓龙男20本科辽宁大学张丹女20本科辽宁大学资格认定校学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的省内高等院校中国籍专科生、本科生.硕士研究生或博士研究生。是 否（部门盖章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否 （签 章）年 月 日 B3.申报作品情况（科技发明制作类）说明：1.必须由申报者本人填写；2.本表中的学校组织协调机构意见视为对申报者所填内容的确认；3.本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、实验数据、原理结构、外观图（照片），也可附鉴定证书和应用证书；4.作品分类请按发明点或创新点类别填报，分类错误或分类不清视为无效作品。作品全称光控稳光窗帘（B）A类/B类作品分类（ A ）A.机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等） B.信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C.数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D.生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等） E.能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路；创新点、技术关键和主要技术指标作品设计、发明的目：用户可以根据自己的习惯调节室内光强的大小，电路可以保持室内光强始终为用户设定值。基本思路：通过光敏电阻感知光照强度大小，并对应改变窗帘叶扇角度，从而使屋内光照强度始终保持不变。创新点、技术关键和主要技术指标：根据光强自动改变叶扇角度，技术关键在于两磁铁的设计思路，巧妙运用电磁铁和普通磁铁的磁性变化，来改变两者的距离，也就使叶扇的角度。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比，该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）该作品经过网络和市场调查，未发现使用功能类似的产品，无法与现代技术相比较。此作品原理简单，但实用性非常强，可谓划时代的产品，对于现在人们所使用的普通窗帘来说进步非常显著，使现代普通窗帘的更新替代产品。此作品通过外界光照强度的不断改变来自动改变叶扇角度，达到保持屋内光照强度始终不变的目的。电路内配以控制系统，实现了控制智能化、自动化，此作品可以广泛的应用在医院，办公室，学校，住宅，实验室等场所。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（ A ）A 实验室阶段 B 中试阶段 C 生产阶段D （自填）技术拟转让方式作品可展示的形式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测此作品最突出的优点就在于：不管外界光照强度怎么样，光控稳光窗帘始终能保持屋内光照强度不变。而这恰恰使现在普通窗帘无法达到的。此作品使用范围广泛，可以在医院，办公室，学校，住宅，实验室等场所使用 此作品和市场上任何窗帘比较都有很大的优势，使现在市场上的普通窗帘的更新替代产品，市场前景相当广泛，具有划时代意义。一经成功研发上市，效益无法估量。专利申报情况 提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日 已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日未提出专利申请学校组织协调机构意见（可相关部门分别盖章，也可团委代章）年 月 日学校意见（签 章）年 月 日目录1、作品介绍12、外观设计分析.23、机械原理分析54、光路原理分析85、电路原理分析116、应用及其前景14作品介绍随着社会经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，人们对生活舒适性的需求越来越高，窗帘作为室内的必须用品，自然也需要满足人们更舒适性的需求。传统窗帘虽然成本低，原理简单，但越来越不能满足人们的需求。每天根据光照手动打开或关上窗帘不是很方便。随着社会的发展，现在的窗帘种类数不胜数，各种电动窗帘，遥控窗帘，智能窗帘，光控自动窗帘等现代化窗帘，琳琅满目。这些窗帘虽然操作简单，方便，但也有一些不足，这些自动窗帘只可以可根据光照强弱自动升降窗帘，且窗帘升降到预定位置后可自行停止，不能严格控制室内的光强大小，用户更不能根据需要得到自己所需要的光强大小。我们研究光控稳光窗帘是一种既可以根据窗外光的强弱控制，又可以根据需要手动控制的现代化窗帘。该窗帘外型优雅，美观，大方，它不仅可以协调居室的色彩搭配,而且能够柔化空间造型的线条, 营造温馨惬意的环境，使用方便，简单。用户可以根据自己的习惯调节室内光强的大小，电路就可以通过弹簧控制窗帘叶扇的角度来保持室内光强为用户设定值。该窗帘具有良好的抗紫外线，自动调光的作用，结构严谨，用料讲究，可以很好的抵制自然气候带来的各种不利影响。透光透气营造出宜人温馨的室内空间。整体排列出的横向线条但不打破单调的平面布局形式，而且可以为现代简洁的空间带来变化阅目之感，给室内装饰以点睛之笔。光控稳光窗帘的最大特点是根据窗外太阳光的强弱与光线的角度自动调整叶扇的角度，电路内配以先进的控制系统，实现了控制智能化、自动化，从而自动调节室内光强的不变。平时可以任意开闭，无论有电或停电都可以像普通窗帘那样操作自如，随心所欲。外观设计分析图一： 窗帘的上部分是一个悬挂窗帘的杆，杆的内部是空心的，在杆的内部两侧各有一个完全相同的弹簧。另外杆内还设有自动控制窗帘叶扇旋转的电路，在杆上安装有充电电池（如图一（1），在杆的右侧连有一手动控制窗帘拉起和闭合的机械杆，由它控制干中间的一个滑轮。如图二中在杆的两侧外部各连有两条细绳1-1、3-3（由于是正视，其中的1-1已经被挡住），我们看到的这两条细绳分别和电路中的弹簧相连，而另外两条我们看不见的细绳则固定在杆上，这四条绳每穿过一个叶扇就将其固定，不可见的两条细绳固定在叶扇的中线上，而另两条与弹簧相连的绳则固定在叶扇内测1/4宽度上，并且四条细绳左右位置细是对称的。再来看中间的两条细绳2-2，穿过窗帘的叶扇，而不固定在叶扇上，使其可以上下滑动，下端固定在最后一个叶扇上。细绳穿过杆外壁固定在滑轮上，从而达到拉起或闭合窗帘的目的。 图二此外便是叶扇，叶扇上部分安装光敏电阻，叶扇的不透光部分部分安装太阳能电池板（在电路分析中有详细介绍）。叶扇的厚度 b3mm，长度d可以根据不同的窗户的大小而定，宽度L4cm，两叶扇之间的距离为H（当窗帘自然下垂，即叶扇仍保持水平、细绳完全拉直时，每两个相邻叶扇之间的距离为叶扇宽度的一半），而窗帘叶扇的多少也要根据窗户的高度适当改变。叶扇的颜色定为上半部分是不透明的一种颜色，而下半部分是渐变的，颜色由深变浅。（叶扇的颜色可以是多种多样的，根据不同人的喜好设计成不同的颜色）图三： 此图为窗帘在电路的作用下通过改变叶扇的倾斜度自动调节室内的光照强度。当光照强度增强时，电路中的电流会自动变大，使电磁继电器对永磁铁的斥力增大，进而改变叶扇的偏转角度增大，使室内的光照强度减小；如若光照强度减小，则相反。也可以通过调整来选择自己所喜欢或是需要的光照强度。图四： 此图为窗帘的旋转角达到最大90的时候，此时的窗帘叶扇是不透明的那版面与透明渐变的那半面彼此互相重叠，光线也就没办法通过，所以此时室内的光照强度就会达到最小值，抑或是光线根本无法透过窗帘。机械原理分析如果室内的光线较暗，单调节窗帘的角度不能满足室内对光强度的需求，或者窗帘长时间不用时，就需要把窗帘收起来，这样就需要手动来把挂在窗户上的窗帘紧密的悬挂起来，下面就是用来把窗帘收起来的原理和视图。首先，介绍一下大体的思路。就是摇动在下面的摇杆，通过摇杆1的转动，和部件之间的配合，使窗帘上面的滑轮转动，滑轮上面缠有吊窗帘的绳，滑轮的转动能使绳子缩短，最终使窗帘被整体吊到最上面。下面，结合视图，介绍每个部件的作用，形状。部件1：部件1是一个手动折叠摇杆。(1)部分是由两个铁片组成的，其下面有两个孔，允许一个小细杆通过，两个铁片中间夹有一个塑料柄（3），其上端有一个小孔。通过一个横杆，是这个塑料柄（3）固定在两个铁片中间，且能向上自由转动。(2)部分是一个一端具有齿，能够和齿轮咬合转动，另一端光滑的杆。(2)部分与(1)和塑料柄（3）连接处的原理基本相同，只不过是用两个横杆使其固定，使它不能像塑料柄（3）一样自由转动。但与(2)连接的旋转轴承是能够前后滑动的，这样就使(2)也能够前后的伸缩。(2)的一部分是放在盒子里的，一部分放在盒子的外面。手动摇杆不被用时，是在折叠在盒子里的，这样即美观，又避免了支出来的塑料柄（3）挂到人，发生意外。当用到手动摇杆时，首先把塑料柄（3）扳下来，然后轻轻地往外一拽，就使(1)也从盒子里出来了，这样就可以摇动塑料柄（3），使窗帘上升或下降了。部件2：部件2是一个圆形的齿轮，如图2所示。许多男孩子小时候玩的电动四驱车中就有这个东西。想必看完图后就知道它的具体形状了。这是一个转向齿轮，在整个设计中起非常重要的作用。部件3和部件2是完全相同的齿轮，就不在赘述。部件4：部件4是一个通杆，其两端是和部件2和3相咬合的齿。是整个传动系统中的纽带。部件5：部件5也是一个横杆，上面有缠绳子的滑轮，整个系统的最终目的就是使这个滑轮转动，实现窗帘的升起。下面是整个系统的工作过程：通过部件1手动摇杆的转动，带动部件2转动，使部件4这个通杆带动部件3，然后部件5就与部件3一起转动，最终实现缠有绳子的滑轮转动，即达到所设计的目的。光路原理分析1760年，Lambert用实验指出：当光通过透明介质时，光的减弱程度与光通过介质的光程成正比。 用公式表示为A=kbc (A表示透明介质对通过它的光的吸光率；k为比例系数；b表示物体垂直于光的厚度；c为单位体积吸光质点数，其单位是mol/m3 ）我们可以用这个公式来求以下问题：（如图一）窗帘的每一个叶扇都形如图一的叶扇截面图，上半部分为不透光材料，均匀厚度b；下半部分为全透明材料，厚度随着ox成线性变化（其变化关系为b= - 2xb/L+b）；叶扇宽为L;长为d; a表示叶扇与水平方向的夹角;相邻两叶扇的距离为H（H=L/2）。线一和线二是变动叶扇角度的绳，线一在叶扇中心位置处，位置不变动，线二在四分之L处，主要用于控制角度。如图一建立ox坐标系：HL0x线一线二 （图一） 以两个叶扇为例，太阳光到达窗户时，已经过了许多次漫反射，我们就认为光垂直窗帘射入。当光射入时，下边叶扇不透光均匀部分会对上边透明厚度变化部分有所遮盖。如图引入坐标轴ox，上边没被遮盖部分的长度t=(H- (L sin a) / 2) / sin a 在没被遮盖的部分，dx 长的窄条面积上通光的强度为 k b c d dx然后利用公式对x长度内的通光强度连续求和,也就是积分：推导出进入室内的光强I = I0t0 n d k bc dx (I0为外部光强) I=I0-t0 n d k c (- 2xb/L+b) dx I=I0 - k c b d - L-1 ( H L sina /2) /sina2 +(H L sina) / sina 线一线二（图二）但是，要使厚度对吸光率有所影响，要求是相当大的，那对一个窗帘是不现实的。于是，我们让每一个叶扇的厚度都是b，实际中容易做到，也可以达到外表美观，如图二所示。对上边推导的过程稍作改变就可以了：d L a I0 H b 的定义都不变。C还是表示单位体积的通光质点数，变化的是，我们让它跟以上提到的b相对应，即给叶扇下片涂一层吸光质点数分布按一定关系变化的材料，让他可以透光的渐变程度与上式中的b随x的变化相同，在不影响上述几分结果的情况下，相当于把b和c交换了位置，公式中每个字符的意思不改变。再次积分后结果为：I=I0 - k c b d - L-1 ( H L sina /2) /sina2 +(H L sina) / sina 与上面表述完全相同，但过程用另一种思路处理。通过a角，就可以确定线二的升高或降低高度。最终确定线二升高或降低的高度与外部光强与室内光强的整体关系。电路原理分析这个电路原理分为电源区，感光区和控制区3部分。电源区：电源区采用太阳能电池板和充电电池双重设计，在阳光充足时，电源区太阳能电池板为这个电路提供电源，同时为充电电池E充电，在阳光不够充足时，则改用充电电池为电路提供电源。这个设计运用了一个类似于“电磁继电器”原理，但经过巧妙改装后，形成自动“单刀双掷开关”。他的原理是：电磁铁与太阳能电池板和充电电池并联，当光照强度达到足够大时，太阳能电池板产生足够大的电压，也就是产生足够大的电流，使图2中的电磁铁磁性增强，吸引住磁铁开关K，使K与A接触，也就是1、2、3个出点相互接触，使太阳能电池板为电路供电，同时为充电电池充电；当外界光照强度不够大时，太阳能电池板不能产生足够大的电压，也就不能产生足够大的电流，磁铁开关K由于弹簧的拉力作用，与B接触，即1、3出点连接，这是就是由充电电池供电。这个设计的优点在于可以根据外界光强自动控制使用什么电源来为电路供电。如果连续阳光不足，太阳能电池板不能提供电源，同时充电电池电量不足时，可以将充电电池卸下，用家庭电源为充电电池充电。太阳能电池板采用轻小设计，安装在部分叶扇的不透光区域外侧，不会受到叶扇角度转动影响而始终能够被阳光直射，有利于更好采光。感光区：感光区原件包括：光敏电阻若干个、变阻器若干个。感光区主要使用光敏电阻作为主要设计部件，光敏电阻的特性是电阻随阳光强度的增强而减小，也就是电路电流增大。多个光敏电阻采用并联设计，可以增加电流对阳光强度变化的灵敏度，而且可以防止个别光敏电阻的损坏而造成整个电路无法工作的缺点。而每个与光敏电阻串联的滑动电阻可以实现干路总电流与阳光强度变化的量化关系，也可以起到一个光敏电阻损坏短路造成的其他光敏被动短路，造成这个系统瘫痪的情况。光敏电阻同样安装在部分叶扇上，安装区域尽可能覆盖全部窗帘，这样可以更全面监控整个窗帘的外部光照情况，使页扇角度作出更合理的调整。控制区：控制区原件包括：微型电流数字转换器一个，电磁铁一个、永磁铁一个、电容一个、弹簧一个、杠杆一个。微型电流数字转换器的作用是使输入电流I1和输出电流I2符合特定函数关系（nI=I0 - k c b d - L-1 ( H L sina /2) /sina2 +(H L sina) / sina ）。电磁铁与永磁铁极性对应放置。使其之间产生斥力。光照越强，感光区输入的电流越大，电流越大两磁体之间的斥力越大，斥力越大两磁体之间距离越大，根据杠杆原理，窗帘页扇角度控制绳越高，页扇角度越小，达到“抵消”部分光强的目的。其中电磁体接地，防止产生静电。电容与电磁铁并联，防止突然断电电磁铁产生过大的感应电流损坏电路。弹簧与永磁体底部连接弹簧的设计可以两磁体之间的距离随斥力的增大而减小，永磁体用如右图所示的类似于“活塞”的装置固定，但永磁体可以在其中上下自由滑动，带动绳二上升或下降，从而达到自动控制的窗帘页扇角度的目的。其他元件：干路连接保险丝R0，防止短路损坏电路。手调变阻器R1，可以控制干路电流随光照之间的关系，也就是控制究竟屋里面保持多大的光照强度。应用及其前景光控稳光窗帘外型美观，叶扇折叠在一起时有层次感，避免了一大块玻璃给人的空旷的感觉。以随意调节光线、通风换气、保护私密空间、易于清洁、抗风降噪，重量清强度高款式新颖、美观大方、风量大、噪音小、起动快、性能可靠等优点，营造出的那种豪放、大气、典雅的氛围。这种光控稳光窗帘以其根据窗外太阳光的强弱与光线的角度自动调整百叶窗的角度，电路内配以先进的控制系统，实现了控制智能化、自动化，从而自动调节室内光强的不变的特点，可以广泛的应用在医院，办公室，学校，住宅，实验室等场所。教室：教室是学生获得知识的最重要场所，就像种子撒在不同的泥土里就有了不同的生长结果，同一个学生，他在不同的学习环境里也会有不同的学习效果的。光线当然也是影响学习的效果的最重要因素，不适当的光线不仅眼睛容易疲劳，还会影响学习的情绪。现在学校教室里采用的窗帘大多数都是布料，当有风时，窗帘回随风飘起，影响坐在窗边同学的学习，而且教室内光的强度不能保证，常常是挡着窗帘，教室内还得开着灯，浪费能源。应用我们这种光控稳光窗帘可以有效的避免这些问题。固定教室的光强为一最适合学习的强度大小，这时无论