基于arduino的智能防夹降噪关门装置

1.本实用新型涉及一种用于门框的安全防护以及噪声降低装置，更具体地说，涉及一种基于arduino的智能防夹降噪关门装置。


背景技术：

2.我国即将全面步入小康社会，随着社会经济水平的提高，人们对居住环境的安全性、舒适性提出更高的要求。日常生活中，由于疏忽，在关门时会发生门夹手的意外事件，尤其对于儿童，因其活泼好动、对身边的缝隙和小孔有着天生的好奇心，并喜欢在门边玩耍，常有儿童被门夹伤的案例见诸新闻，这些意外的门夹伤事件，轻则导致淤青红肿，重则会骨折甚至截肢，所以，门的防夹功能对于提高家居生活的安全性尤为重要。除此之外，随着社会的发展，人们对生活环境的要求不断提高，其中，噪音污染问题日益引起人们重视，并意识到这个“看不见的杀手”正在侵蚀着人们的身心健康。而室内的房间门发生非正常高速关门，如被大风吹动而关上，会因为猛烈撞击发出砰然巨响，严重影响居民生活质量，由此在非正常关门时降噪就显得尤为重要。市场上防夹的产品主要有安全门塞、安全门卡等，虽然这些产品可以在一定程度上起着保护的作用，但是其机构过于简单，不具备自动检测功能，并且会影响正常关门，更不具备降噪及发出警报的功效。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是针对上述现有装置存在的弊端以及不足之处，提供一种结构合理简单，生产制造容易，使用方便的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，可通过红外避障传感器检测，实时控制舵机实现防夹；通过光电编码器测速，实时控制舵机实现降噪。
4.本实用新型所述的一种基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：包括红外避障传感器、超声波测距传感器、舵机、电机、蜂鸣器、 arduino开发板、电机驱动模块、定滑轮、牵引锁链、连接绳以及导线；
5.所述红外避障传感器安装在靠近门把手一侧的门套上，红外探头朝下安装；超声波测距传感器安装在墙体表面，其测距探头朝外安装；舵机摆臂朝外，底部固定于墙体上；电机转轴朝外且垂直于墙体固定；蜂鸣器固定在房间内人可以听到警报的位置；
6.所述红外避障传感器通过导线与arduino开发板连接；超声波测距传感器通过导线与arduino开发板连接；舵机与蜂鸣器分别通过导线与arduino开发板连接；电机通过导线与电机驱动模块连接；所述电机驱动模块通过导线与arduino 开发板连接。
7.所述舵机的摆臂通过牵引锁链与门扇相连；所述牵引锁链的长度为舵机未转动时其摆臂到门扇的距离。
8.所述电机的转轴通过连接绳与门扇相连；所述电机转轴上安装有固定轮，其作用在于保证连接绳可以随着电机转动从而缠绕在转轴上，避免其从转轴脱离。所述定滑轮固定在墙体上，其作用在于缓冲并改变门扇关上时连接绳对电机的拉力大小与方向，从而使
电机的转轴可以平稳的被连接绳拉动。
9.所述电机尾端装有光电编码器；光电编码器通过导线与arduino开发板连接。
10.所述装置还具有测量门扇关闭速度的功能；测速功能的实现过程为，当门扇关上时，连接绳经由定滑轮改向后拉动电机的转轴，从而带动安装在电机尾部的光电编码器的码盘转动，将测得的信号传递给arduino开发板，由arduino开发板计算出此时电机的转速，从而得出门扇关闭时的速度。
11.还设有控制中枢，所述控制中枢为长方体盒状；arduino开发板安装在控制中枢内部；所述电机驱动模块也安装在控制中枢内部；
12.所述控制中枢安装在墙体上；
13.所述控制中枢有一个表面裸露在墙体外侧，其余部分均在墙体内部；
14.所述控制中枢内部还设有电源，电源与arduino开发板、电机驱动模块连接，为arduino开发板和电机驱动模块供电。
15.所述控制中枢裸露在外的表面可以打开；控制中枢的内表面开有通线孔，红外避障传感器与arduino开发板连接的导线、超声波测距传感器与arduino开发板连接的导线、舵机与arduino开发板连接的导线、蜂鸣器与arduino开发板连接的导线、光电编码器与arduino开发板连接的导线经通线孔与安装在控制中枢内的arduino开发板连接；电机与电机驱动模块连接的导线经通线孔与安装在控制中枢内的电机驱动模块连接。
16.所述红外避障传感器用于检测放在检测范围内，位于门套上的手指；超声波测距传感器用于检测门扇与墙体之间的距离；光电编码器用于检测电机的转速。
17.装置防夹功能启动时，由红外避障传感器接收门套处的信息并产生电平信号，再将信号传递给arduino开发板，再由arduino开发板控制蜂鸣器发出警报声，同时控制舵机转动90度，因此牵引锁链的长度小于舵机与门扇之间的距离，门扇无法关上，实现防夹；当红外避障传感器接收到的信号消失时，舵机转回原位，牵引锁链的长度恢复原长，此时警报声停止，门扇可以正常关上；
18.装置降噪功能启动时，arduino开发板将测得的门扇关闭速度同程序内部设定的阈值速度做对比，若门扇关闭速度超过阈值速度，则转动舵机使门扇的关闭速度降低，从而减小碰撞的声音实现降噪。
19.随门扇关闭而被拉出的缠绕在电机上的连接绳在门被打开后将会被电机重新回收，实现过程为，当门被打开，超声波测距传感器检测门扇与墙体之间的距离并将信号传递给arduino开发板，arduino开发板收到距离信号后将信号同设定的阈值做对比，若小于设定的阈值，则传递给电机驱动模块一个信号，接收信号后电机驱动模块控制电机转动，从而将连接绳旋转回收，最终连接绳的一部分缠绕在电机转轴上，实现测速的重复进行。
20.所述arduino控开发板与电源连接后为红外避障传感器、超声波测距传感器、舵
21.机、蜂鸣器供电。
22.所述电机驱动模块为电机供电，并在接收arduino开发板信号后控制电机转动，并可通过arduino开发板设置电机的转速。
23.所述基于arduino开发板的智能防夹降噪关门装置的电机通过连接绳与门扇连接，门扇关闭前，连接绳一部分缠绕在电机转轴上，由于转动电机转轴所需的力很小，因此关门时基本不会感觉到连接绳的拉力，从而不会对正常关门起阻碍作用。
24.所述红外避障传感器安装在与儿童头下部等高的门框上，检测距离20-30厘米；所述超声波距离传感器、电机、舵机以及蜂鸣器的安装位置在墙体
25.上部，
26.具有一定高度，从而减少环境的干扰以及提高装置安全性。
27.所述基于arduino开发板的智能防夹降噪关门装置的arduino开发板，提前做好程序的录入工作，对于数据的接收与处理工作都将由其完成，因此防夹和降噪工作也由其控制，这极大的提高了装置的智能化程度。
28.所述防夹降噪关门装置一般安装在房间中，所以将arduino开发板、电机驱动模块以及电源都放入到一个小盒(控制中枢)之中，并且通过控制中枢的通线孔，所有的连接导线的走线都可以从墙体内部穿过，提高了装置的整洁度，适合在室内使用，而不会影响家庭的正常生活；
29.本实用新型的有益效果为：将红外避障传感器、超声波测距传感器、电机、舵机、arduino开发板、电机驱动模块、蜂鸣器、光电编码器串联成闭合控制回路，智能灵敏、性能稳定、价格较低，有助于改善居民的生活舒适度，提高生活的安全性，具有良好的应用前景。
附图说明
30.图1是本实用新型在室内的安装结构示意图；
31.图2是本实用新型的控制中枢内部内的示意图；
32.图3是本实用新型的电机放大示意图；
33.图4是本实用新型的控制系统原理框图；
34.图中：1红外避障传感器、2超声波测距传感器、3舵机、4电机、5光电编码器、6蜂鸣器、7arduino开发板、8电机驱动模块、9控制中枢、10定滑轮、11牵引锁链、12连接绳、13门套、14门扇、15墙体、16导线、17固定轮、
35.18电源、19通线孔。
具体实施方式
36.以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释：
37.如图1和图2所示的一种基于arduino的智能防夹降噪关门装置，包括红外避障传感器1、超声波测距传感器2、舵机3、电机4、光电编码器5、蜂鸣器6、 arduino开发板7、电机驱动模块8、控制中枢9、定滑轮10、牵引锁链11、连接绳12、门套13、门扇14、墙体15。红外避障传感器1安装在靠近门把手一侧的门套13上，红外探头朝下安装；超声波测距传感器2安装在墙体15表面，其测距探头朝外安装；舵机3摆臂朝外，底部固定于墙体15上；电机4转轴朝外且垂直于墙体15固定；蜂鸣器6固定在房间内人可以听到警报的位置。红外避障传感器1通过导线16与arduino开发板7连接；超声波测距传感器2 通
38.过导线16与arduino开发板7连接；舵机3与蜂鸣器6分别通过导线16与 arduino开发板7连接；电机4通过导线16与电机驱动模块8连接；所述电机驱动模块8通过导线16与arduino开发板7连接。控制中枢9为长方体盒状，安装在墙体15上，控制中枢9有一个表面裸露在墙体15外侧，其余部分均在墙体15内部，控制中枢9裸露在外的表面可以打开。arduino开发板7、电机驱动模块8以及电源18安装在控制中枢9内部。控制中枢9的内表面开有通线
孔19，红外避障传感器1与arduino开发板7连接的导线16、超声波测距传感器2与arduino开发板7连接的导线16、舵机3与arduino开发板7连接的导线16、蜂鸣器6与arduino开发板7连接的导线16、光电编码器5与 arduino
39.开发板7连接的导线16经通线孔与安装在控制中枢9内的arduino开发板7 连接。电机4与电机驱动模块8连接的导线16经通线孔与安装在控制中枢9 内的电机驱动模块8连接。
40.如图1所示，舵机3的摆臂通过牵引锁链11与门扇14相连，牵引锁链 11的长度为舵机3未转动时其摆臂到门扇的距离。
41.如图1和图3所示，电机4的转轴通过连接绳12与门扇14相连。电机4 转轴上安装有固定轮17，其作用在于保证连接绳12可以随着电机4转动从而缠绕在转轴上，避免其从转轴脱离。定滑轮10固定在墙体15上，其作用在于缓冲并改变门扇14关上时连接绳12对电机4的拉力大小与方向，从而使电机 4的转轴可以平稳的被连接绳12拉动。电机4尾端还装有光电编码器5，光电编码器5通过导线与arduino开发板7连接。
42.如附图所示，装置防夹功能启动时，由红外避障传感器1接收门套13处的信息并产生电平信号，再将信号传递给arduino开发板7，再由arduino开发板7控制蜂鸣器6发出警报声，同时控制舵机3转动90度，因此牵引锁链 11的长度小于舵机3与门扇14之间的距离，门扇14无法关上，实现防夹。当红外传感器1接收到的信号消失时，舵机转回原位，牵引锁链11的长度恢复原长，此时警报声停止，门扇14可以正常关上。
43.如附图所示，门扇14关上时，连接绳12经由定滑轮10改向后拉动电机 4的转轴，从而带动安装在电机4尾部的光电编码器5的码盘转动，将测得的信号传递给arduino开发板7，由arduino开发板计算出此时电机4的转速，从而得出门扇14关闭时的速度。装置降噪功能启动时，arduino开发板7将测得的门扇14关闭速度同程序内部设定的阈值速度做对比，若为超速则转动舵机3使门扇14的关闭速度降低，从而减小碰撞的声音实现降噪。
44.如附图所示，随门扇14关闭而被拉出的缠绕在电机4上的连接绳12在门扇14被打开后将会被电机4重新回收，实现过程为，当门扇14被打开，超声波测距传感器2检测门扇14与墙体15之间的距离并将信号传递给arduino 开发板7，arduino开发板7收到距离信号后将信号同设定的阈值做对比，若小于设定的阈值，则传递给电机驱动模块8一个信号，接收信号后电机驱动模块 8控制电机4转动，从而将连接绳12旋转回收，最终连接绳12的一部分缠绕在电机4转轴上，实现测速的重复进行。
45.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.基于arduino的智能防夹降噪关门装置，包括门套(13)、门扇(14)、墙体(15)以及导线(16)，其特征在于：还包括红外避障传感器(1)、超声波测距传感器(2)、舵机(3)、电机(4)、蜂鸣器(6)、arduino开发板(7)、电机驱动模块(8)、控制中枢(9)、定滑轮(10)、牵引锁链(11)和连接绳(12)；所述红外避障传感器(1)安装在靠近门把手一侧的门套(13)上，红外探头朝下安装；超声波测距传感器(2)安装在墙体(15)表面，其测距探头朝外安装；舵机(3)摆臂朝外，底部固定于墙体(15)上；电机(4)转轴朝外且垂直于墙体(15)固定；蜂鸣器(6)固定在房间内人可以听到警报的位置；所述红外避障传感器(1)通过导线(16)与arduino开发板(7)连接；超声波测距传感器(2)通过导线(16)与arduino开发板(7)连接；舵机(3)与蜂鸣器(6)分别通过导线(16)与arduino开发板(7)连接；电机(4)通过导线(16)与电机驱动模块(8)连接；所述电机驱动模块(8)通过导线(16)与arduino开发板(7)连接。2.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述舵机(3)的摆臂通过牵引锁链(11)与门扇(14)相连；所述牵引锁链(11)的长度为舵机(3)未转动时其摆臂到门扇(14)的距离。3.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述电机(4)的转轴通过连接绳(12)与门扇(14)相连；所述电机(4)转轴上安装有固定轮(17)，其作用在于保证连接绳(12)可以随着电机(4)转动从而缠绕在转轴上，避免其从转轴脱离；所述定滑轮(10)固定在墙体(15)上，其作用在于缓冲并改变门扇(14)关上时连接绳(12)对电机(4)的拉力大小与方向，从而使电机(4)的转轴可以平稳的被连接绳(12)拉动。4.根据权利要求3所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述电机(4)尾端还装有光电编码器(5)；所述光电编码器(5)通过导线与arduino开发板(7)连接；所述装置还具有测量门扇(14)关闭速度的功能；当门扇(14)关上时，连接绳(12)经由定滑轮(10)改向后拉动电机(4)的转轴，从而带动安装在电机(4)尾部的光电编码器(5)的码盘转动，将测得的信号传递给arduino开发板(7)，由arduino开发板计算出此时电机(4)的转速，从而得出门扇(14)关闭时的速度。5.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：还设有控制中枢(9)，所述控制中枢(9)为长方体盒状；arduino开发板(7)安装在控制中枢(9)内部；所述电机驱动模块(8)也安装在控制中枢(9)内部。6.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述控制中枢(9)安装在墙体(15)上；所述控制中枢(9)有一个表面裸露在墙体(15)外侧，其余部分均在墙体(15)内部；所述控制中枢(9)内部还设有电源(18)，电源(18)与arduino开发板、电机驱动模块连接，为arduino开发板和电机驱动模块供电。7.根据权利要求1或权利要求5或权利要求6所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述控制中枢(9)裸露在外的表面可以打开；控制中枢(9)的内表面开有通线孔(19)，红外避障传感器(1)与arduino开发板(7)连接的导线(16)、超声波测距传感器(2)与arduino开发板(7)连接的导线(16)、舵机(3)与arduino开发板(7)连接的导线(16)、蜂鸣器(6)与arduino开发板(7)连接的导线(16)、光电编码器(5)与arduino开发板(7)连接
的导线(16)经通线孔与安装在控制中枢(9)内的arduino开发板(7)连接；电机(4)与电机驱动模块(8)连接的导线(16)经通线孔与安装在控制中枢(9)内的电机驱动模块(8)连接。8.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：所述红外避障传感器(1)用于检测放在检测范围内，位于门套(13)上的手指；超声波测距传感器(2)用于检测门扇(14)与墙体(15)之间的距离；光电编码器(5)用于检测电机的转速；装置防夹功能启动时，由红外避障传感器(1)接收门套(13)处的信息并产生电平信号，再将信号传递给arduino开发板(7)，再由arduino开发板(7)控制蜂鸣器(6)发出警报声，同时控制舵机(3)转动90度，因此牵引锁链(11)的长度小于舵机(3)与门扇(14)之间的距离，门扇(14)无法关上，实现防夹；当红外避障传感器(1)接收到的信号消失时，舵机转回原位，牵引锁链(11)的长度恢复原长，此时警报声停止，门扇(14)可以正常关上。9.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：装置降噪功能启动时，arduino开发板(7)将测得的门扇(14)关闭速度同程序内部设定的阈值速度做对比，若为超速则转动舵机(3)使门扇(14)的关闭速度降低，从而减小碰撞的声音实现降噪。10.根据权利要求1所述的基于arduino的智能防夹降噪关门装置，其特征在于：随门扇(14)关闭而被拉出的缠绕在电机(4)上的连接绳(12)在门扇(14)被打开后将会被电机(4)重新回收，实现过程为，当门扇(14)被打开，超声波测距传感器(2)检测门扇(14)与墙体(15)之间的距离并将信号传递给arduino开发板(7)，arduino开发板(7)收到距离信号后将信号同设定的阈值做对比，若小于设定的阈值，则传递给电机驱动模块(8)一个信号，接收信号后电机驱动模块(8)控制电机(4)转动，从而将连接绳(12)旋转回收，最终连接绳(12)的一部分缠绕在电机(4)转轴上，实现测速的重复进行。

技术总结
本实用新型公开了基于arduino的智能防夹降噪关门装置，包括红外避障传感器、超声波测距传感器、舵机、电机、蜂鸣器、Arduino开发板、电机驱动模块、定滑轮、牵引锁链、连接绳、门套、门扇、墙体以及导线。所述红外避障传感器安装在靠近门把手一侧的门套上，红外探头朝下安装；超声波测距传感器安装在墙体表面，其测距探头朝外安装；舵机摆臂朝外，底部固定于墙体上；电机转轴朝外且垂直于墙体固定；蜂鸣器固定在房间内人可以听到警报的位置。当有手位于门套时，在关门时本装置会使门制动，实现防夹。当关门速度过快将会产生巨大噪音时，本装置会自发制动降低关门的速度，从而实现降噪，避免快速关门时引发的噪声。快速关门时引发的噪声。快速关门时引发的噪声。


技术研发人员：金腾飞 李腾龙 李亚 谢奕可 张晓迪 樊艳
受保护的技术使用者：浙江农林大学
技术研发日：2021.07.06
技术公布日：2022/5/25