CN102296905B - 小型微功耗智能门窗开闭器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种日常生活中的门窗开闭器及其控制方法，特别是一种小型微功耗智能门窗开闭器及其控制方法，其特征在于，包括微功耗智能控制装置和小型机械执行部分两部分，机械执行部分主要包括电机、减速器、滚轮等；微功耗智能控制装置包括微功耗传感器模块、智能微处理器模块、电机伺服模块和微功耗待机检测模块等。本发明主要解决在特定情况下，例如下雨、刮风等，微功耗传感器模块检测外界的信号，收到信号后，开闭器被唤醒，进入工作模式。然后，智能微处理器模块通过电机伺服模块控制机械执行部分运动，自动开关门窗，进而预防不良事件的发生。本发明体积小，功耗微小，具有学习记忆能力，并且易于实现多种安装方式。

Description

小型微功耗智能门窗开闭器及其控制方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，特别是小型微功耗智能门窗开闭器及其控制方法。 

背景技术

目前，市场上门窗开闭器主要是针对天窗、悬窗等，涉及日常生活中最常用的门窗的开闭器很少。即便是针对常用的门窗开闭器，多数采用蜗轮蜗杆、液压、链条、齿轮齿条等复杂机械结构，体积笨重且破坏门窗美观。另外，这种结构，虽然可以实现开闭窗户的功能，但是并没有实现自动化，不能自动感知外界情况的变化，不能智能的实现功能，需要人为操作，不方便使用。在部分采用电路控制与机械相结合的产品中，并未考虑开闭器的功耗问题，造成开闭器待机时长不理想。设备功耗较高，造成发热严重，使得设备的可靠性降低。上述的几种设备都不方便安装或者安装较难，不能根据用户实际情况作出改变。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种功耗极低、结构简单、运行可靠、人性化程度较高的小型微功耗智能门窗开闭器及其控制方法。 

实现本发明目的的技术解决方案为：一种小型微功耗智能门窗开闭器，包括相连的微功耗智能控制装置和小型机械执行装置，微功耗智能控制装置控制小型机械执行装置运动，实现门窗的开闭；所述微功耗智能控制装置包括微功耗传感器模块、微功耗待机检测模块、智能微处理器模块、模拟开关、电机伺服模块、电源模块和开关按钮，微功耗传感器模块的输出端与微功耗待机检测模块的第一输入端相连，将传感器检测到的信号传输给微功耗待机检测模块，微功耗待机检测模块的第二输入端与智能微处理器模块的第一输出端相连接，接收智能微处理器模块的端口信号，微功耗待机检测模块的输出端与模拟开关的输入端相连接，控制模拟开关开断，微功耗待机检测模块的输出端还与智能微处理器模块的第一输入端相连接，为其提供电源输入，智能微处理器模块的第三输入端与开关按钮的输出端相连，接收按钮的控制，模拟开关的输出端与电机伺服模块的第一输入端相连，为其提供电源信号，电机伺服模块的第二输入端和第三输入端分别与智能微处理器模块的第一输出端和第二输出端相连，电机伺服模块在智能微处理器模块的控制下最终控制电机正反转，电源模块与微功耗传感器模块、微功耗待机检测模块和模拟开关相连，为其供电。 

一种基于上述小型微功耗智能门窗开闭器的控制方法，智能控制包括以下步骤： 

步骤1、微功耗传感器模块检测外界信号，当得到信号时将信号传输给微功耗待机检测模块； 

步骤2、微功耗待机检测模块提供电源信号给智能微处理器模块，智能微处理器模块开始工作； 

步骤3、智能微处理器模块判断开关按钮是否有信号输入，若有信号输入，则开始计数，直至信号消失，之后存储计数的时长；如果没有信号输入则按存储的计数时长工作。 

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)智能微处理模块具备学习记忆能力，通过外部设定按钮结合软件的设计，可人为或自适应检测设定系统运转时间，方便开闭器根据实际情况做出行程调整，达到虚拟行程开关的作用，在开闭器遇到堵转等情况时，可通过反馈信号测量，及时停止电机工作，达到预先设定功能，有效避免了开闭器的损耗；2)本发明采用低功耗电路设计，可采用微功耗待机检测模块可以自行关闭控制电路，在完成动作后自动切断除微功耗传感器电路以外所有电源，只在接收到传感器模块的触发信号时才唤醒开闭器短时工作，极大的降低了装置的功耗。也可以采用有低功耗睡眠功能的微处理器控制电路关闭，在短时工作状态以外，微处理器关闭除微功耗传感器电路以外所有电源，处于睡眠状态的该类微处理器功耗极低且可由传感器电路发出的外部中断唤醒；3)便于多种安装、传动方式。该小型门窗开闭器可嵌入门窗框架，也可外附于框架安装；可采用单向/双向绕线拉动方式，也可采用负重滚轮转动的“上吊式”或“下驮式”方案；4)电路板可采用贴片式封装减小开闭器的体积，便于适应上述各类安装；5)小型微功耗智能门窗开闭器，在采用单向/双向绕线拉动传动方式时，可以通过采用外加牵引力(如附加重力下垂的挂件)的方式使出入开闭器的绕线条理化，不至于混乱或打结；6)小型微功耗智能门窗开闭器利用本发明软硬件设计，连接如湿度传感器、温度传感器、压力传感器、红外传感或凝露传感器)，可以很方便地实现多传感融合的门窗开关功能扩展；7)具有结构简单、体积微小、成本低廉、实用方便，易于安装或改造现有门窗，有效保护窗体，对门窗空间视觉影响小等优点，本发明适用于日常生活中使用的推拉式、平开式等门窗。 

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 

附图说明

图1是本发明小型微功耗智能门窗开闭器结构示意图。 

图2是本发明小型微功耗智能门窗开闭器智能控制部分原理示意图。 

图3是本发明小型微功耗智能门窗开闭器中实现微功耗的待机检测模块模块原理示意图。 

图4是本发明小型微功耗智能门窗开闭器中实现微功耗的待机检测模块模块的时序图。 

图5是本发明小型微功耗智能门窗开闭器的微功耗湿度传感器电路模块示意图。 

图6是本发明小型微功耗智能门窗开闭器采用外附于框架安装，且为单向绕线方式时的示意图。 

图7是本发明小型微功耗智能门窗开闭器智能控制流程图。 

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种小型微功耗智能门窗开闭器，包括相连的微功耗智能控制装置2和小型机械执行装置3，微功耗智能控制装置2控制小型机械执行装置3运动，实现门窗的开闭；所述微功耗智能控制装置2包括微功耗传感器模块5、微功耗待机检测模块6、智能微处理器模块7、模拟开关8、电机伺服模块9、电源模块和开关按钮10，微功耗传感器模块5的输出端O1与微功耗待机检测模块6的第一输入端I1相连，将传感器检测到的信号传输给微功耗待机检测模块6，微功耗待机检测模块6的第二输入端I2与智能微处理器模块7的第一输出端O2相连接，接收智能微处理器模块7的端口信号，微功耗待机检测模块6的输出端O3与模拟开关8的输入端I3相连接，控制模拟开关8开断，微功耗待机检测模块6的输出端O3还与智能微处理器模块7的第一输入端I4相连接，为其提供电源输入，智能微处理器模块7的第三输入端I5与开关按钮10的输出端O4相连，接收按钮10的控制，模拟开关8的输出端O5与电机伺服模块的第一输入端I6相连，为其提供电源信号，电机伺服模块9的第二输入端I7和第三输入端I8分别与智能微处理器模块7的第一输出端O6和第二输出端O7相连，电机伺服模块9在智能微处理器模块7的控制下最终控制电机11正反转，电源模块与微功耗传感器模块5、微功耗待机检测模块6和模拟开关8相连，为其供电。 

本发明可采用微功耗待机检测模块可以自行关闭控制电路，在完成动作后自动切断除微功耗传感器电路以外所有电源，只在接收到微功耗传感器模块的触发信号时才唤醒开闭器短时工作，极大的降低了装置的功耗。也可以采用有低功耗睡眠功能的智能微处 理器控制电路关闭，在短时工作状态以外，微处理器关闭除微功耗传感器电路以外所有电源，处于睡眠状态的该类微处理器功耗极低且可由传感器电路发出的外部中断唤醒。 

结合图3，微功耗待机检测模块6包括非门F、第一上升沿触发器JK1、第二上升沿触发器JK2和异或门YH，第一上升沿触发器JK1的输入端即为微功耗待机检测模块6的第一输入端I1，非门F的输入端为微功耗待机检测模块6的第二输入端I2，非门F的输出端与上升沿触发器JK2的输入端相连，第一上升沿触发器JK1和第二上升沿触发器JK2的输出端分别与异或门YH的两个输入端相连接，异或门YH的输出端为微功耗待机检测模块6的输出端O3。 

本发明的微功耗传感器模块5、微功耗待机检测模块6、智能微处理器模块7、模拟开关8、电机伺服模块9、电源模块和开关按钮10中的元件均为贴片式封装。微功耗传感器模块检测外界的信号，得到信号后，开闭器被唤醒，进入工作模式。然后，智能微处理模块通过电机伺服模块控制机械执行部分运动。 

本发明的传感器为湿度传感器、温度传感器、压力传感器、红外传感或凝露传感器，可以很方便地实现多传感融合的门窗开关功能扩展。 

本发明的开闭器嵌入在门窗内部。所述小型机械执行装置3包括电机、减速器和滚轮，所述滚轮设置在门窗上，电机通过减速器与滚轮相连，驱动其旋转并最终带动门窗移动。所述滚轮设置在门窗下方，此时为“下驮式”工作模式。所述滚轮也可设置在门窗上方，此时为“上吊式”工作模式。此时，通过滚轮与窗体之间滚动作用带动窗体移动，实现门窗关闭或打开功能。也可以直接外置结合绕线装置开闭门窗。 

结合图6，所述小型机械执行装置3包括电机、细线和重物，门窗的边缘开有小孔，细线的一端与电机的滚轮相连，细线的另一端与重物相连，电机和重物位于小孔的两侧，电机上的细线穿过小孔，重物的直径大于小孔的直径。小型微功耗智能门窗开闭器，在采用单向/双向绕线拉动传动方式时，可通过采用外加牵引力(如附加重力下垂的挂件)的方式使出入开闭器的绕线条理化，不至于混乱或打结。 

结合图7，智能微处理模块通过外部设定按钮结合软件的设计，可人为或自适应检测设定系统运转时间。本发明的小型微功耗智能门窗开闭器的控制方法，智能控制包括以下步骤： 

步骤1、微功耗传感器模块5检测外界信号，当得到信号时将信号传输给微功耗待机检测模块6； 

步骤2、微功耗待机检测模块6提供电源信号给智能微处理器模块7，智能微处理器 模块7开始工作； 

步骤3、智能微处理器模块7判断开关按钮10是否有信号输入，若有信号输入，则开始计数，直至信号消失，之后存储计数的时长；如果没有信号输入则按存储的计数时长工作。 

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但不构成对本发明的任何限制。 

结合图1，采用嵌入式安装方式时需对门窗框架进行改造，将原本的滚轮用本发明的机械执行部分2替代。将机械执行部件电机、卷线机构等安装在门窗框架内部，利用卷线机构双向卷线的方式开闭门窗。 

结合图2，将示例图中的微功耗传感器电路模块的传感器用湿度传感器替代，便实现下雨天防雨、自动关闭窗户的功能。图示中的A、B点为开闭器可以安装的位置。 

结合图2，开闭器的学习记忆功能通过按钮对智能微处理器在线编程能力实现。初值N＝0，开单片机后检测开关S信号是否为0；若为0，则开始计数；当开关S断开一段时间后检测上升沿中断；若没有检测到上升沿中断则关机。由此则记录了开闭器需要运行的时间。 

电源模块的输出A0、A1、A2、A3分别对应各模块所需的电压值，可以通过大电阻分压电路引出实现，这样可以降低各模块的功耗。其中智能微处理器所需的电压值由微功耗待机检测模块的输出值给出。输出值A0为模拟开关驱动电机伺服模块所需的输出电压，A1值为模拟开关所需的控制电压。 

电机伺服模块9的第二输入端I7和第三输入端I8分别与智能微处理器模块7的第一输出端O6和第二输出端O7相连，电机伺服模块9在智能微处理器模块7的控制下最终控制电机11正反转。 

结合图3、图4，微功耗待机检测模块6包括非门F、第一上升沿触发器JK1、第二上升沿触发器JK2和异或门YH，第一上升沿触发器JK1的输入端即为微功耗待机检测模块6的第一输入端I1，非门F的输入端为微功耗待机检测模块6的第二输入端I2，非门F的输出端与上升沿触发器JK2的输入端相连，第一上升沿触发器JK1和第二上升沿触发器JK2的输出端分别与异或门YH的两个输入端相连接，异或门YH的输出端为微功耗待机检测模块6的输出端O3。 

图4为微功耗传感器模块的时序示例图，其中时间常量T为人为设定或自适应检测设定系统运转时间。 

结合图5，描述的是微功耗湿度传感器电路模块示例，其中，湿度传感器为Rx。电 阻R1与湿度传感器Rx串联，串联后一端连接电压A1，另一端接地，湿度传感器Rx的电压M，与由大电阻R2和R3串联组成的参考电压电路所引出的电压N分别连接到电压比较器的两个输入端。电压比较器的输出就是微功耗湿度传感器电路模块的输出值B1。 

结合图6，描述的是小型微功耗智能门窗开闭器采用外附于框架安装，且为单向绕线方式时的示例图。开闭器12安装于位置靠墙位置，13为与窗户链接的构件，14为结点且有一定重量。开闭器运转时，绕线装置绕线式牵引线收紧，结点14上升，结点14的体积大于连接件构件13的孔，使得牵引线的拉力增大，关闭窗户到设定位置。窗户关闭后，电机反转，牵引线在结点重物14的作用力下拉紧。使线不至于混乱或打结。 

结合图7，传感器不断检测判断状态，当由潮湿变干时候，经一系列逻辑电路，使模拟开关接通，同时单片机也接通。单片机接通，初始化：其中计数count与n定义为全局变量，flag定义为局部变量。判断开关S1是否按下：若按下，则关窗，状态标志flag置1，同时开始计数，直到开关S1释放；若开关S1没按下，则把全局变量count赋值给n，这分为三种情况【1】S1按下并已经存过数n，然后释放；【2】S1没按下且还没存过数；【3】S1没按下但已经存过数。对于【1】，由于flag是局部变量，S1按下并已经存过数n后flag＝1，程序无法继续运行；对于【2】，由于n＝0，无动作而对于【3】，正常工作。如此，可以计数。 

Claims (8)

1.一种小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，包括相连的微功耗智能控制装置(2)和小型机械执行装置(3)，微功耗智能控制装置(2)控制小型机械执行装置(3)运动，实现门窗的开闭；所述微功耗智能控制装置(2)包括微功耗传感器模块(5)、微功耗待机检测模块(6)、智能微处理器模块(7)、模拟开关(8)、电机伺服模块(9)、电源模块和开关按钮(10)，微功耗传感器模块(5)的输出端(O1)与微功耗待机检测模块(6)的第一输入端(I1)相连，将传感器检测到的信号传输给微功耗待机检测模块(6)，微功耗待机检测模块(6)的第二输入端(I2)与智能微处理器模块(7)的第一输出端(O2)相连接，接收智能微处理器模块(7)的端口信号，微功耗待机检测模块(6)的输出端(O3)与模拟开关(8)的输入端(I3)相连接，控制模拟开关(8)开断，微功耗待机检测模块(6)的输出端(O3)还与智能微处理器模块(7)的第一输入端(I4)相连接，为其提供电源输入，智能微处理器模块(7)的第三输入端(I5)与开关按钮(10)的输出端(O4)相连，接收按钮(10)的控制，模拟开关(8)的输出端(O5)与电机伺服模块的第一输入端(I6)相连，为其提供电源信号，电机伺服模块(9)的第二输入端(I7)和第三输入端(I8)分别与智能微处理器模块(7)的第一输出端(O6)和第二输出端(O7)相连，电机伺服模块(9)在智能微处理器模块(7)的控制下最终控制电机(11)正反转，电源模块与微功耗传感器模块(5)、微功耗待机检测模块(6)和模拟开关(8)相连，为其供电； 

所述微功耗待机检测模块(6)包括非门(F)、第一上升沿触发器(JK1)、第二上升沿触发器(JK2)和异或门(YH)，第一上升沿触发器(JK1)的输入端即为微功耗待机检测模块(6)的第一输入端(I1)，非门(F)的输入端为微功耗待机检测模块(6)的第二输入端(I2)，非门(F)的输出端与第二上升沿触发器(JK2)的输入端相连，第一上升沿触发器(JK1)和第二上升沿触发器(JK2)的输出端分别与异或门(YH)的两个输入端相连接，异或门(YH)的输出端为微功耗待机检测模块(6)的输出端(O3)。 

2.根据权利要求1所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，该开闭器嵌入在门窗内部。 

3.根据权利要求1或2所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，所述小型机械执行装置(3)包括电机、减速器和滚轮，所述滚轮设置在门窗上，电机通过减速器与滚轮相连，驱动其旋转并最终带动门窗移动。 

4.根据权利要求3所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，所述 滚轮设置在门窗下方。 

5.根据权利要求3所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，所述滚轮设置在门窗上方。 

6.根据权利要求1所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，所述小型机械执行装置(3)包括电机、细线和重物，门窗的边缘开有小孔，细线的一端与电机的滚轮相连，细线的另一端与重物相连，电机和重物位于小孔的两侧，电机上的细线穿过小孔，重物的直径大于小孔的直径。 

7.根据权利要求1所述的小型微功耗智能门窗开闭器，其特征在于，微功耗传感器模块(5)、微功耗待机检测模块(6)、智能微处理器模块(7)、模拟开关(8)、电机伺服模块(9)、电源模块和开关按钮(10)中的元件均为贴片式封装。 

8.一种基于权利要求1所述小型微功耗智能门窗开闭器的控制方法，其特征在于，智能控制包括以下步骤： 

步骤1、微功耗传感器模块(5)检测外界信号，当得到信号时将信号传输给微功耗待机检测模块(6)； 

步骤2、微功耗待机检测模块(6)提供电源信号给智能微处理器模块(7)，智能微处理器模块(7)开始工作； 

步骤3、智能微处理器模块(7)判断开关按钮(10)是否有信号输入，若有信号输入，则开始计数，直至信号消失，之后存储计数的时长；如果没有信号输入则按存储的计数时长工作。 

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