Proiect de diplomă [625805]

Universitatea Politehnica Timișoara
Facultatea de Mecanică
Departamentul de Mecatronică și Robotică

Proiect de diplomă
Sistem inteligent de deschidere a l ferestrelor

Cadru didactic coordonator : Absolvent: [anonimizat].Univ.Dr.Ing. Erwin – Christian LOVASZ Petrișor – Laurențiu ȚUCĂ

Timișoara, 2018

Cuprins

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

1
Capit olul 1
Introducere

Prezenta lucrare este rezultatul strădaniei mele de cercetare în domeniul robotici și
mecatronici. Având în vedere că trăim în era digitală mi -am dorit să îmbin, pe de o parte
un obiect care există d in cele mai vechi timpuri și și-a pus o amprentă însemnată asp ura
locuințelor oamenelior, și anume fereastra, iar pe de altă parte tehnolgia care este din ce în
ce mai prezentă în viețile noastre în acest moment.

Scopul acestei lucrări este crearea unui sistem inteligent de închidere al ferestrelor,
care să asigure o existență civilizată, plăcută, comodă și totodată să ne ofere un sentiment
de liniște și încredere pe care să -l avem în legătura cu locuința proprie.

Structura lucrări și implicit a capitolelor este făcut astfel încât să familiarizeze
cititorul cu anumite noțiuni și să înțeleagă cât mai ușor informația primită. În primul rând
se va prezenta un scurt istoric, ap oi o serie de noțiuni teoretice, iar după acestă vor fi
prezentate și o serie de calcule.

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

2

Capitolul 2
2.1 Scurt istoric
Încă din cele mai vechi timpuri s -a pus un accent deosebit pe iluminarea și ventilarea
naturală a spațiilor de interior, acest lucru fiind considerat un deziderat încă de la
începuturile locuirii. S -a constat faptul că golurile lasate în perete, au adus cu ele o serie de
probleme, cum ar fi pătrunderea frigului, a ploi, a vântului, a călduri i etc.
Mai târziu, aceste goluri din perete au fost denumite ferestre . Ferestrele se numără
ca fiind printre cele mai expresive și esențiale accesorii ale locuințelor noastre , designul
acestora a fost variat din punct de vedere al mărimii, strcurii sau chiar al formei.
2.1.1 . Ferestre le în antichitate
La început drept procție pentru locuințele lor oameni foloseau diverse piei de
animale, apoi țesături, rogojini , lemn sau chiar diferite plăci subțiri din piatră.
Principalele aspecte ce reiese din desenele egiptene, ne transmit că în acea perioadă
existau un fel de ferestre, dar acestea erau acoperite cu rugojini. Prin diferite cercetări s -a
observat că și culturile asiriene au folosit ferestre, doar că acestea erau sub forma unor
deschideri largi ș i erau subdivizate printr -o serie de coloane.

Figura 2.1. – Desen Egiptean

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

3

Prima civilizație care a utilizat sitcla drept element de închidere și protecție pentru
locuințe, a fost civilizația romană, care a făcu t aceste lucru încă de acum 2000 de ani. Băile
imperiale antice aveau ferestre mari ce cu geamuri de sticle, iar acestea erau înrămate în
bronz. Acest lucru a reiești t din cercetările arheologice ale unuor ruine străvechi din orașul
distrus de erupția vulcanului Vezuviu, Pompei.

Figura 2.2 – Ruinele Orașului Pompei
2.1.2. Ferestrele în Europa Medievală
Evul mediu sau „veacul de mijloc al omenirii ”, este considerată perioada cuprinsă
între Antichitate și epoca modernă. Acesta a fost divizat în 3 mari categorii: Evul Mediu
Timpuriu, Evul Mediu de Mijloc și Evul Mediu Târziu.1
În acestă perioadă ferestere au devenit din ce în ce mai populare, s-au răspândit
foarte mult ferestrele arcuite, ce erau acoperite cu grilaje sau obloane. Pe măsură ce au
oamenii au descoperit noi me tode de procurat sticla au început să a pară și ferestrele cu
cant fix, iar după secolul al XV -lea au apărut ferestrele cu balamale.

Figura 2.3 – Fereastră cu g rilaje

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

4

2.1.3. Ferestrele în Perioada Renașterii
Renașterea a fost o mișcare culturală , ce a început în perioada Evului M ediu T ârziu ,
tocmai de aceea fiind considerată perioada intermediară dintre societatea medievală și cea
modernă.2
În Italia ș i Franț a, în general, ferestrele erau decorative. Acestea erau înconjurate de
coloane și cornise sofisticate. Mai mu lt, aveau un cadru unic, fiind î n formă de cruce peste
care era amplasată sticla ș i erau dezvoltate la o dimensiune standard. Realizarea ferestrelor
mai mari cu deschidere simpla a inceput spre finalul aces tei perioade. Remarcam faptul că
modelul de fereastra franceză încă se foloseș te și în prezent. Pe lângă asta, ulterior au fost
intro duse ș i ferestrele glisante verticale, dar si cele duble, în secolul al XVII -lea, în Europa
și Statele Unite au devenit standard .

Figura 2.4 – Vitralii

2.1.4. Ferestrele în epoca modernă
Ferestrele așa cum ne sunt astăzi, au apărut la în preajma secolului al XVIII -lea odată
cu revoluția industrială, atunci când s -au descoperit noi metode de prelucrare a sticlei pe
scară largă.

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

5

Mai apoi, în 1838, fizicianul francez Henri Victor Regnault, a descoperit PVC -ul,
întâmplător după ce a lăsat la soare un flacon cu gaz de clorură de vinil ( C2H3Cl ). Iar în
zilele noastre acestă descoperire înlocuiește din ce în ce mai mult profilul din lemn , ce a s –
a regăsit în arhitectura ferestrelor timp de sute de ani.
Tendința fe restrelor moderne este aceea de a avea deschideri cât mai mari
indiferent că sunt folosite în scop rezidențial sau industrial. La clădirile din perioada în
care trăim, regăsim din ce în ce mai des ferestre în loc de pereți. Tehnologia modernă ne –
a ajutat s ă construim stricla securizată, iar această invenție permite construirea de zgârie
nori în totalitate din geamuri de sticlă.

Figura 2.5 – Zgârie – nor din geamuri de sticlă
2.1.5. Istoria ferestrelor de mansardă
Istoria ferestrelor de mansardă este incertă și tumultoasă, ele au apărut în diferite
perioade în diverse ilustrații sau opere de artă înainte ca acestea să fie brevetate.
O primă apariție a ferestrelor de mansardă apar într -o ilustrație ce ne prezintă
camera de la mansardă a celebrului poet și scriitor danez, Hans Christian Anderson (n: 1805
– d: 1875) . Acesta spunea „f erestrele, deși mici, ofereau o panoramă mult mai largă decât
alte ferestre asemănătoare. Priveliștea era minunată: puteam cuprinde cu priv irea întregul

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

6

oraș până la marginea sa, puteam chiar să admir biserica în întregime, de la bază până la
turn.”3

Figura 2.6 – Camera de mansardă Hans Christian Anderson
O altă apariție a ferestrelor de mansardă , este în opera de artă a celebrului pictor
Vincent van Gogh (n: 1853 – d: 1890) intitulată „Ferme în apropiere de Auvers” . Auvers este
mic orășel situat la nord de Paris, unde mare le artist și -a petrecut ultimele luni din viață.
Acesta i -a transmis surori sale, printr -o scrisoare următoarele: „ există aici niște acoperișuri
de mușchi care sunt superbe și despre care voi face cu siguranță ceva" .4

Figura 2.7 – Ferme în apropiere de Auvers

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

7
Primul brevet ce face referire la ferestrele „non -standard”, așa cum erau numite
atunci, a fost depus la sfârșitul secolului XIX. Ferestrele de mansardă fiind des crise ca un
„element component al construcțiilor”, acest lucru dovedind cât de utile și impor tante erau
încă din acele timpuri.5
Popularitatea ferestrelor de mansardă a început să crească în jurul anului 1970,
atunci când au apărut pe piață diferite companii producătoare, cum ar fi Velux în
danemarca sau Roto și Brass în germania.
În anul 1973 compania Velux, folosește pentru prima dată un sistem electric ce ajuta
la operarea ferestrelor de mansardă. Aceștia fiind răsplătiți pentru inovația adusă omenirii,
primind „Premiul C onsiliului Danez pentru Design”.
2.2 Automatizarea operări ferestrelor
Automatizarea este definită ca fiind executarea de operații tehnologice ( asamblare,
finisare, verificare/contr ol, ambalare) fără participarea efectivă (nemijlocită) a omului. În
zilele noastre, nivelul de automatizare al activit ăților este deosebit de avan sat.6
Din cele mai vechi timpuri ale existenței noastre, imaginația oamenilor a fost
preocupată în scopul realizării a diverse automate capabile să execute operații similare cu
cele făcute de om. 7
Pentru început automatizarea a fost utilizată doar în scop industrial. Având în
vedere faptul că nivelul de automatizare al acitivăților din zilele noastre este deosibit de
ridicat automatizarea este folosită în diferete domenii precum cel medical sau chiar
rezidențial ș.a.
În domeniul rezidențial se regăsește un amalgam de sistem inteligente/automate,
care ajută la sporirea confortului sau a siguranței persoanelor, care oferă o plus valoare
locunției noastre, dar ne și ajută să economism timp. Astfel, regăsim bariere de acces
automate, uși automate, porți automat e sau chiar diferite ferestre ce sunt manipulate cu
ajutorul unor sisteme inteligente.
Modalitatea de deschidere a ferestrei trebuie să se adapteze atât poziționării
elementului în clădire, cât și modului de utilizare.

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

8

Tipuri de ferestre :
Nr. Crt. Tipul ferestrei
1. Deschidere în exterior

2. Deschidere în interior

3. Fereastră cu pivotare

4. Aplicație tip dom

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

9
5. Ferestre sincrone

6. Luminator

7. Sisteme cu umbre

Tabel 2.18
În zilele noastre, pentru domeniul rezidențial, există o sumedenie de soluții de
automatizare a deschiderii ferestrelor de mansardă ce sporesc confortul oamenilor.
Tipuri de sisteme automate de deschidere:
1. Sistem inteligent cu actuator cu tijă și cremalieră
Aceste actuatoare au forțe de acț ionare mari, de la 350N la 1000N pentru deschideri
de 180 – 1000 mm.
Acest tip de sistem se folosește în special la feres trele cu deschidere în exterior, dar
este adaptab il pentru toate tipurile de deschideri .

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

10

Motoarele cu tijă ș i cremal ieră garantează siguranța maximă datorită sistemelor
electronice pent ru detectarea capetelor de cursă și pentru oprire în poziție
intermediară ; pentru o forță mai mare de ac ționare , există motoare și accesorii
pentru cuplare î n paralel cu una, do uă sau mai multe tije de acț ionare. 9

Figura 2.8

Figura 2.9

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

11

Figura 2.10

Schemă cinematică a sistemului cu actuator cu tijă și cremalieră :

Figura 2.11 Figura 2.12

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

12
Actualmente pe piață mecanismul cu tijă și cremalieră este acționat de următoarele
tipuri de motoare:
Tabel 2.210
2. Sistem inteligent cu actuator cu lanț
Aceasta ramură a sistemelor de control autom at pentru ferestre este dedicată
greutăților ș i dimensiunilor mici si medii, avind o plaja a fortei de actionare cuprinsa
intre 180N si 700N pe o deschidere a ferestrei de 200 – 500 mm .
Majorita tea sistemelor sunt accesibile î n doua variante de alimentare 230Vca și
24Vdc ceea ce face mai ușoara selectarea lor în funcț ie de posibilitatea de alimentare .
Încasetarea este facută î n carc ase de alumini u, cu dimensiuni și greutăț i reduse care
duc la o montare foarte uș oara pe ra ma geamului, pervaz, sau chiar încorporată î n
acestea . Sistemul de tracțiune a fost realizat cu tehnologia lanțurilor cu î mbinare
dublă care a dat rezultate remarcabile prin folos irea l or la asemenea sisteme,
datorită forței și frecvenței mari de acț ionar e la care sunt supuse automatiză rile. 11 Tip motor Alimentare
[Vac]/[Vdc] Lungimea
[mm] Forța
de
tragere
[N] Forța de
împingere
[N] Viteza
[mm/s] Curentul
abosorbit
[A] Conexiune
paralelă
SUPERMASTER
230 VAC 230 ± 10%

450 – 600
– 800 400
(300
pentru
lanț de
800mm) 400 ~ 23 0.8 da
SUPERMASTER
24 VDC 24 ± 10% 450 – 600
– 800 400(300
pentru
lanț de
800mm 400 20 2 da

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

13

Figura 2.13

Figura 2.14

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

14

Tabel 2.312
Schema cinematică a sistemului cu actuator cu lanț:

Figura 2.15

Tip
motor Alimentare
[Vac]/[Vdc] Forță
[N] Viteza
[mm/s] Curentul
absorbit
[A] Conexiunea
paralelă Oprirea
la limită Oprirea
de
siguranță
QUASAR
230 VAC 100 – 240 300 ~ 15 0.4 – 0.2 da electronică electronică
QUASAR
24 VDC 24 ± 10% 300 ~ 15 09. da electronică electronică

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

15
Capitolul 3 – Construcția

4.1. Arduino Mega AD K
Arduino Mega ADK este o placă de dezvoltare, bazat ă pe un microcontroler de tip
ATMega 2560 pe 8 biți . Dispune de interfață USB cu care se poate conecta la un PC
(Professional C omputer ) sau chiar la telefoane ce au drept sistem de operare Android.
Are în componenț ă:
 54 de intrări/ieșiri digitale, dintre care 15 pot fi utilizate drept ieșiri PWM ,
16 analogice, 4 UART (The Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ;
 un oscilator de cristal de 16 MHz ;
 mufe pentru conexiunea USB;
 o mufă de alimentare;
 un antet ICSP;
 un butonde resatare.
Adruino MEGA ADK poate fi alimentat atât prin conexiunea USB cât și cu o sursă
externă de alimentare, sursa de alimentare este selectată automat. Alimentarea externă
(non – USB) poate proveni.

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

16

Bibliografie

 https://www.spatiulconstruit.ro/ghid -de-constructii/totul -despre -ferestre –
o-alegere -esentiala -pentru -confort -partea -i-a-object_id=29
 http://revista.ibcfocus.ro/arhispec -8/istoria -ferestrelor/

1 https://ro.wikipedia.org/wiki/Evul_Mediu , accesat la 15.06.2018
2 https://ro.wikipedia.org/wiki/Rena%C8%99terea , accesat la 15.06.2018
3 http://www.fakro.ro/produse/istoria -ferestrelor -de-mansarda/ , accesat la 15.05.2018
4 http://www.tate.org.uk/art/artworks/gogh -farms -near-auvers -n04713 , accesat la 15.06.2018
5 http://www.fakro.ro/produse/istoria -ferestrelor -de-mansarda/ , accesat la 15.06.2018
6 Ivan BOGDANOV, Conducerea Roboților, Edi tura Politehnica Timișoa ra – 2009
7 Erwin – Christian LOVASZ, Corneliu RĂDULESCU, Roboți de Prestări de Servicii volumul 1, Editura
Politehnica Timișoara – 2015
8 https://www.siatec.ro/produse/automatizari -ferestre/ , accesat la 22.05.2018
9 https://www.siatec.ro/produse/actuatoare -cu-tija-si-cremaliera/ accesat la 23.05.2018

Proiect de diplomă – Sistem inteligent de deschidere al ferestrelor

17

10 https://www.siatec.ro/produse/motoare -desfumare/ , accesat la 23 .05.2018
11 https://www.siatec.ro/produse/actuatoare -cu-lant/, accesat la 23.05.2018
12 https://www.siatec.ro/produse/motoare -desfumare/ , accesat la 6.062018