CN102400524A - 建筑物用自动可调遮阳板 - Google Patents

Abstract

本发明建筑物用自动可调遮阳板，涉及建筑物的遮阳装置，主要由室外部分的遮阳板、步进电机、温度采集器、光度采集器和室内部分的控制器构成，在室内的控制器外壳上方的控制器引线穿过墙体与室外部分相连接，温度采集器采集到的温度采集信号数据和光度采集器采集到的光度采集信号数据通过控制线送入到HT46F49E单片机处理，由按键模块与HT46F49E单片机的I/O配合，控制步进电机的驱动来操纵遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的速度和长度。本发明利用单片机技术和采用智能算法来实现遮阳板的自动控制，克服了现有的建筑物的遮阳设施还存在安装和操作不方便、容易损坏、装置成本高以及在遮阳的同时会严重地影响室内亮度的缺点。

Description

建筑物用自动可调遮阳板

技术领域

本发明的技术方案涉及建筑物的遮阳装置，具体地说是建筑物用自动可调遮阳板。

背景技术

为了避免阳光直射入室内而影响到室内人员的工作和生活，特别是在夏日阳光直射入室内会使室内温度飙升，如果单纯依赖空调，不但使经费昂贵和电力资源不堪重荷，而长期使用空调对室内人员会带来很多健康隐患，为此建筑物的遮阳设施也不断被人们研发和使用。CN1851193、CN1936259和CN201258563公开的建筑物用外遮阳装置都是非自动操作的可卷伸的遮阳篷装置，这类遮阳装置不但安装和操作不方便而且容易损坏，使用寿命也往往很短；CN101638971公开了一种内置式全自动控制遮阳双层玻璃窗的控制方法及装置，是在在双层玻璃之间内置遮阳百叶窗体，该装置不仅成本高，更主要的缺陷是百叶窗体在遮阳的同时也严重地影响室内的亮度，以至必须开灯才能工作；CN201362901公开一种房屋节能调光遮阳板，是将遮阳板安装在平屋顶或斜屋顶上，故仅能在顶层使用，该装置是非智能型的。由此可见，现有的建筑物的遮阳设施还存在安装和操作不方便、容易损坏、装置成本高以及在遮阳的同时会严重地影响室内亮度的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供建筑物用自动可调遮阳板，是一种利用单片机技术和采用智能算法来实现自动控制的遮阳板，克服了现有的建筑物的遮阳设施还存在安装和操作不方便、容易损坏、装置成本高以及在遮阳的同时会严重地影响室内亮度的缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：建筑物用自动可调遮阳板，由室外部分和室内部分构成，其中：

室外部分主要包括遮阳板、步进电机、温度采集器和光度采集器，所述遮阳板包括上层窄板、中层窄板和下层窄板，这三块窄板的宽度相等，其中中层窄板和下层窄板的长度相等，但其长度比上层窄板的长度小5厘米，中层窄板两端固定安装有中层窄板滑轮，下层窄板两端固定安装有下层窄板滑轮，步进电机的转头通过电机驱动主转轴连接两个圆轮，其中一个为连接中层窄板的半径为1厘米的中层窄板用圆轮，另一个为连接下层窄板的半径为2厘米的下层窄板用圆轮，温度采集器采用温度传感芯片DS18B20，该芯片是具有可编程分辨率功能的单总线数字温度计，光度采集器是由一个光敏二极管作为传感器的模拟电路；所有这些部件均被固定在支架上，支架则被固定在建筑物窗户的外墙体上，该支架上带有中层滑动槽、下层滑动槽和电机安装槽，其宽度等于遮阳板的宽度，长度等于遮阳板的三块窄板的长度之和，上述上层窄板被固定在支架的两端上不可移动，中层窄板和下层窄板通过其两端固定的滑轮被分别固定在支架的中层滑动槽和下层滑动槽内，使中层窄板和下层窄板通过支架上的滑动槽向垂直于墙体的方向做水平移动，中层窄板的安装是这样的：在支架长度的三分之二处固定一个中层窄板连接中轴，该中轴上安装一个半径为1厘米的中层窄板用轴承，该中层窄板用轴承通过中层窄板驱动皮带连接中层窄板的外侧，上述中层窄板用圆轮通过中层窄板驱动皮带连接至中层窄板的内侧。下层窄板的安装是这样的：在支架的最外端固定一个下层窄板连接中轴，该中轴上安装一个半径为2厘米的下层窄板用轴承，该下层窄板用轴承通过下层窄板驱动皮带连接下层窄板的外侧，上述下层窄板用圆轮通过下层窄板驱动皮带连接至下层窄板的内侧，由此在步进电机的驱动下，步进电机的转头带动电机驱动主转轴连接的两个圆轮转动，进而使中层窄板和下层窄板通过支架上的滑动槽向垂直于墙体的方向做水平移动，当遮阳板呈收起状态时中层窄板和下层窄板收起，它们依次重叠置于上层窄板下方，当遮阳板呈打开状态时中层窄板和下层窄板伸出，三层窄板形成一块大的平板式遮阳板，温度采集器和光度采集器安装在高于上层窄板的支架上，步进电机被安置在支架上的电机安装槽内；

室内部分为控制器，控制器外壳上设有第I档区手动档按键、第II档区手动档按键和第III档区手动档按键共三档手动档按键，以及一档自动挡按键，控制器外壳上方有控制器引线与控制器内的控制电路连接，控制器外壳上设置有外接电源插孔，控制器内部主要包括控制电路板、电机驱动芯片L298N、HT46F49E单片机和按键模块，HT46F49E单片机是A/D单片机内置EEPROM的8位FLASH型高性能精简指令集MCU，具有双向I/O口、可编程定时器、程序存储器、数据存储器和A/D转换功能，有关的智能算法以软件程序的形式写在单片机的微控制器MCU中，HT46F49E单片机内存有操作控制程序流程和中断程序流程，控制器被置于室内靠近安装遮阳板的窗户附近的墙体上或置于室内其他便于人操作的地方；

室外部分和室内部分的联系是：在室内的控制器外壳上方的控制器引线穿过墙体与室外部分相连接，该控制器引线包括为步进电机、温度采集器和光度采集器提供电源的电源线，电机驱动芯片L298N与室外的步进电机的连接导线，以及采集温度和光度信号的控制线。温度采集器对室外环境温度进行实时采集，其温度传感芯片DS18B20将采集到的温度采集信号数据通过采集温度的控制线送入HT46F49E单片机中，经过处理便可得到实际的室外环境温度值，光度采集器将室外环境光照强度变换为光敏二极管上的电压值，通过采集光敏二极管上的电压值的大小即可判断光照强度的大小，并通过光度信号的控制线将此电压信号即光度采集信号数据送入到HT46F49E单片机PB0端口，如此得到的室外环境温度和光照强度经HT46F49E单片机处理，由按键模块与HT46F49E单片机的I/O配合，实现对遮阳板的调节，也就是由在控制器控制下的步进电机的驱动来操纵遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的速度和长度。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述由在控制器控制下的步进电机的驱动来操作遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的速度和长度，其过程是：设定步进电机的角速度为ω，由此可以得出中层窄板的行驶速度为ωr，下层窄板的行驶速度为ωR，其中R＝2r，通过控制脉冲频率决定步进电机的角速度，通过控制脉冲个数决定步进电机的角位移，即步进电机通过控制脉冲个数来控制遮阳板的行进距离；当遮阳板呈打开状态，即中层窄板和下层窄板伸出时，由控制器控制步进电机驱动将遮阳板调整到合适的档位，也就是说对应于控制器输出的手动挡的“第I档”、“第II档”、“第III档”或自动挡的“自动”的控制指令就确定了中层窄板和下层窄板的伸出长度，上述由控制器控制步进电机驱动将遮阳板调整到合适的档位，是由HT46F49E单片机内核构成的智能调节系统采用如下的智能算法相应地将遮阳板调整到合适的档位：

(一)CBR算法

S＝2*T1*T2*G1*G2-|t1-t2|*T2*G1*G2-T1*T2*|g1-g2|*G2

上式中，S表示相似度，T1＝max{t1，t2}，T2＝max{t2，t0}，G1＝max{g1，g0}，G2＝max{g2，g0}，t1和t2表示温度值，g1、g2表示光度值，t0表示当前的温度值，g0表示当前的光度值；

(二)在设置遮阳板大小时，应按如下的日照公式得出遮阳板大小：

$\frac{L_s}{H}=\tan \mathrm{\φ}-\frac{2\tan \mathrm{\δ}}{\tan \mathrm{\δ}\·\sin 2\mathrm{\φ}+(\cos 2\mathrm{\φ}+1)\cos t}---\left(1\right)$

$\frac{L_w}{H}=\frac{\sin t}{\sin \mathrm{\φ}\·\tan \mathrm{\δ}+\cos \mathrm{\φ}\·\cos t}---\left(2\right)$

$\frac{L_{\mathrm{av}}}{H}=\frac{L_s}{H}\cos a+\frac{L_w}{H}\sin a---\left(3\right)$

$\frac{L_{\mathrm{ah}}}{H}=\frac{L_w}{H}\cos a+\frac{L_s}{H}\sin a---\left(4\right)$

其中，L_s表示南北向投影尺寸，L_w表示东西向投影尺寸，H表示建筑物高度，φ表示地理纬度，δ表示赤纬，t表示时刻，L_av表示有偏差角的纵向投影尺寸，L_ah表示有偏差角的横向投影尺寸，a表示偏差角度，由此可以得出遮阳板的纵向延伸最大值为L_av，即遮阳板的每块窄板的纵向长度为

遮阳板的每块窄板的横向长度为L_ah；

由HT46F49E单片机内核构成的智能调节系统，经识别由室外的温度传感器和光度传感器传入的由它们分别测得的室外温度和光度信息会自动进行如下的控制：

(一)当上述传感器未发来“打开”信号时，控制器使外设遮阳板保持收起的常态，

(二)当控制器收到上述传感器发来“打开”信号时，

(2.1)主程序会自动检测室外光度和温度是否达到预设值，

(2.2)当室外光度和温度达到预设值后，控制器就根据用户手动操作控制为第一优先级、用户历史操作控制为第二优先级和自动控制为第三优先级的梯度顺序来控制遮阳板的打开动作，实现所设定的遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的长度，控制器首先向电机驱动芯片发出控制信号，继而控制步进电机的转动距离，即控制遮阳板收起和伸出的距离；

(三)用户可以自行输入所希望得到的遮阳板按区间分为三个档区打开伸出的长度，此时产生中断。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述HT46F49E单片机内存有操作控制程序流程是：开始检测→室外温度和光度信号是否达到预定值→否，返回开始检测；是，Sign＝0？→否，返回检测；是，智能记忆算法是否计算出相应档位？→是，执行用户的历史操作→返回检测；否，使用温度和光度信号预定数值控制遮阳板→返回开始检测。

上述主程序中所述的使用预定的温度和光度信号数值控制遮阳板，是指根据当时的时间从预先烧入单片机通过建筑物所在不同纬度、建筑物不同高度和不同季节日期计算出的多种太阳角模式，在此太阳角模式下最合适的遮阳板伸出长度和角度的数据中取出控制遮阳板伸出长度的数据并控制遮阳板的收起和伸出。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述HT46F49E单片机内存有中断程序流程是：开始中断→读档位值→是否按下自动键？→是，信号变量Sign＝0→退出中断；否，信号变量Sign＝1→控制遮阳板打开→退出中断。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述遮阳板的中层窄板和下层窄板带有的滑轮，每个窄板上的滑轮数应视窄板的长度而定，每隔十厘米安装一个滑轮。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述中层滑动槽的长度和下层滑动槽的长度的比为2∶3。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述遮阳板在安装时下倾一个4～6°的小角度。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述按键模块包括三个手动档位选择开关以及一个自动档开关，三个手动档位选择开关通过一个与门4073连到单片机HT46F49E的中断引脚上，自动档开关单独连接到单片机HT46F49E的一个端口。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述控制器内部还设置有时钟芯片DS1302，时钟芯片接有+3.3V纽扣电池。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述温度采集器由温度传感芯片DS18B20和5.1KΩ电阻构成，并由控制器的5V直流电源供电。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述控制器的5V直流电源是由外部的220V交流电转5V直流电的变压器通过控制器外壳上设置的外接电源插孔提供。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所选用的步进电机为型号90BYG550A，转矩2N.m，步距角0.36/0.72°，相电流3A，重量2.2kg，尺寸92*92*75。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述遮阳板的材质应用304不锈钢板，在使用之前加上一层防护漆。

上述建筑物用自动可调遮阳板，所述遮阳板的宽度是指与建筑物窗户的宽度相对应的每块窄板的尺寸大小，也即上述日照公式中的遮阳板的每块窄板的横向长度；遮阳板的每块窄板的长度是指与建筑物窗户垂直方向的每块窄板的尺寸大小，也即上述日照公式中的遮阳板的每块窄板的纵向长度。

上述建筑物用自动可调遮阳板中，所涉及的部件、元器件都是通过商购获得的，其安装和连接方法都是本技术领域的技术人员所熟知的。

本发明的有益效果是：市面上常见的遮阳板是固定尺寸或由人力直接靠手动调节其大小的，遮阳处理往往不适时、操作不方便且容易损坏。本发明的建筑物用自动可调遮阳板利用单片机技术、采用智能算法来实现遮阳板的自动控制，解决了上述问题。本发明可以根据建筑物所在地区以及所处季节和具体时段、当时的室外环境温度和光照强度、人工调节的历史记录信息等自动调节遮阳板的有效长度，从而达到最理想的遮阳效果，体现了遮阳板的智能性。内置遮阳百叶窗体的遮阳双层玻璃窗不仅成本高，更主要的缺陷是百叶窗体在遮阳的同时也严重地影响室内的亮度，以至必须开灯才能工作，同时还妨碍室内的通风。本发明的建筑物用自动可调遮阳板在用时能够保障窗口的敞开，从而保证了室内的通风，同时不影响自然光线进入室内，不影响人对室外景观的欣赏。另外，本发明的建筑物用自动可调遮阳板还具有造价较低，安装、使用和调节方便的优点。本发明建筑物用自动可调遮阳板的应用，可以辅助空调对室内温度进行调节，使空调的每日平均有效工作时间缩短，降低空调的日均耗电量，显著减小电力系统的负荷，并有效避免“温室效应”的产生。

今年我国把窗墙耗能指标列入“强制执行”范围，同时规定许多公共建筑一律禁用超大玻璃幕墙。专家建议，要加快已有建筑的节能改造工作，开发主动节能建筑，从制度上保障强制执行到位，所以本发明的建筑物用自动可调遮阳板将有广泛的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明建筑物用自动可调遮阳板总体构成示意框图。

图2是本发明建筑物用自动可调遮阳板的室外部分安装示意图。

图3是本发明建筑物用自动可调遮阳板的支架整体侧视图。

图4是本发明建筑物用自动可调遮阳板的支架一侧的剖面图。

图5是本发明建筑物用自动可调遮阳板的中层窄板和下层窄板的连接结构示意图。

图6是本发明建筑物用自动可调遮阳板的室内控制器与室外部分器件连接示意图。

图7是本发明建筑物用自动可调遮阳板的信号传递控制的流程框图。

图8是本发明建筑物用自动可调遮阳板的控制器外形示意图。

图9是本发明建筑物用自动可调遮阳板的控制电路图。

图10是本发明建筑物用自动可调遮阳板的温度采集器的构成示意图。

图11是本发明建筑物用自动可调遮阳板的光度采集器的构成示意图。

图12是本发明建筑物用自动可调遮阳板的电机驱动芯片L298N与步进电机的连接示意图。

图13是本发明建筑物用自动可调遮阳板的操作控制程序流程图。

图14是本发明建筑物用自动可调遮阳板的中断程序流程图。

图中，1.上层窄板，2.中层窄板，3.下层窄板，4.电机驱动主转轴，5.下层窄板用圆轮，6.中层窄板用圆轮，7.中层窄板驱动皮带，8.下层窄板驱动皮带，9.中层窄板连接中轴，10.下层窄板连接中轴，11.温度采集器，12.光度采集器，13.中层窄板滑轮，14.下层窄板滑轮，15.步进电机，16.支架，17.皮带与窄板连接点，18.中层窄板用轴承，19.下层窄板用轴承，20.电机安装槽，21.支架固定板，22.中层滑动槽，23.下层滑动槽，24.控制器引线，25.控制器外壳，26.控制器，27.第I档区手动档按键，28.第II档区手动档按键，29.第III档区手动档按键，30.自动档按键，31.外接电源插孔。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板由室外部分和室内部分构成，其中，室内部分为控制器26，室外部分主要包括遮阳板、步进电机15、温度采集器11和光度采集器12。

图2所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的室外部分主要包括遮阳板的上层窄板1、中层窄板2和下层窄板3、步进电机15、温度采集器11和光度采集器12，所有部件均被固定在支架16上，支架16则被固定在建筑物窗户的外墙体上，该支架16宽度等于遮阳板的宽度，长度等于遮阳板的三块窄板的长度之和，上层窄板1、中层窄板2和下层窄板3的宽度相等，其中中层窄板2和下层窄板3的长度相等，上层窄板1被固定在支架16的两端上不可移动，中层窄板2两端各固定安装有中层窄板滑轮13，下层窄板3两端各固定安装有下层窄板滑轮滑轮14，中层窄板2和下层窄板3被分别固定在支架16的中层滑动槽22和下层滑动槽23内(图2中未能显示中层滑动槽22和下层滑动槽23，另见图4。)，使中层窄板2和下层窄板3通过支架16上的滑动槽向垂直于墙体的方向做水平移动，步进电机15的转头通过电机驱动主转轴4连接下层窄板用圆轮5和中层窄板用圆轮6，在支架16长度的三分之二处固定一个中层窄板连接中轴9，中层窄板连接中轴9上安装一个中层窄板用轴承18，中层窄板用轴承18通过中层窄板驱动皮带7连接中层窄板2的外侧，中层窄板用圆轮6通过中层窄板驱动皮带7连接至中层窄板2的内侧，在支架16长度的最外端固定一个下层窄板连接中轴10，下层窄板连接中轴10上安装一个下层窄板用轴承19，下层窄板用轴承19通过下层窄板驱动皮带8连接下层窄板3的外侧，下层窄板用圆轮5通过下层窄板驱动皮带8连接至下层窄板3的内侧，由此在步进电机15的驱动下，步进电机15的转头带动电机驱动主转轴4连接的下层窄板用圆轮5和中层窄板用圆轮6转动，进而使中层窄板2和下层窄板3分别通过支架16上的中层滑动槽22和下层滑动槽23向垂直于墙体的方向做水平移动，当遮阳板呈收起状态时中层窄板2和下层窄板3收起，它们依次重叠置于上层窄板1下方，当遮阳板呈打开状态时中层窄板2和下层窄板3伸出，三层窄板形成一块大的平板式遮阳板，温度采集器11和光度采集器12安装在高于上层窄板1的支架16上，步进电机15被安置在支架16上的电机安装槽20内。(图2中未画出电机安装槽20，否则无法显示步进电机15，电机安装槽20的安置另见图3。)

本实施例在安装时，中层窄板2和下层窄板3的长度比上层窄板1的长度小5厘米，中层窄板2两端每隔十厘米固定安装一个中层窄板滑轮13，共安装8个中层窄板滑轮13，下层窄板3两端每隔十厘米固定安装一个下层窄板滑轮滑轮14，共安装8个层窄板滑轮滑轮14，所需滑轮个数视窄板长度而定，所有滑轮的半径均为1厘米，中层窄板用轴承18的半径为1厘米，下层窄板用轴承19的半径为2厘米。中层窄板滑轮13和下层窄板滑轮滑轮14分别安装在支架16的中层滑动槽22和下层滑动槽23内，中层滑动槽22和下层滑动槽23的密封要好，既要防水又要牢固，防止滑轮生锈增大滑动阻力，从而减小了步进电机15的负荷。温度采集器11和光度采集器12安装在高于上层窄板1的支架16上，这样一来可以保证采集到准确的温度值和光度值，同时，此位置和步进电机15的安装位置相隔的距离不远，这样做的目的是减少引线的长度，可以将引线通过支架16的一侧延伸到室内的控制器上。

图3所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的支架16与支架固定板21一起固定在墙壁上，支架16整体为锐角三角形，在支架固定板21的下方通过支架16的斜边来固定支架16，这样可以保证支架16的稳定性，在支架16长直角边的上方设置电机安装槽20，它和支架16是一体的结构。该实施例在安装时，电机安装槽20的密封要好，避免漏水。

图4所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的支架16的长直角边设置有电机驱动主转轴4、中层滑动槽22、中层窄板连接中轴9、下层滑动槽23和下层窄板连接中轴10。本实施例在安装时，中层滑动槽22的长度和下层滑动槽23的长度比为2∶3，两个滑动槽均要保证平坦。中层窄板2和下层窄板3被分别固定在支架16的中层滑动槽22和下层滑动槽23内。

图5所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的中层窄板2和下层窄板3的连接结构是：中层窄板用轴承18通过中层窄板驱动皮带7连接中层窄板2的外侧，中层窄板用圆轮6通过中层窄板驱动皮带7连接至中层窄板的内侧；下层窄板用轴承19通过下层窄板驱动皮带8连接下层窄板3的外侧，上述下层窄板用圆轮5通过下层窄板驱动皮带8连接至下层窄板3的内侧；中层窄板2两端固定安装有中层窄板滑轮13，下层窄板3两端固定安装有下层窄板滑轮14。本实施例在安装时，中层窄板2每端固定安装有8个中层窄板滑轮13，下层窄板3每端固定安装有8个下层窄板滑轮14，中层窄板驱动皮带7和下层窄板驱动皮带8均通过中层窄板2的上方，在连接中层窄板驱动皮带7和下层窄板驱动皮带8时要保证皮带是绷紧的，这样才能保证中层窄板2和下层窄板3的收起和打开动作同步进电机15的动作一致。中层窄板用轴承18的半径为1厘米，下层窄板用轴承19的半径为2厘米，所有滑轮的半径均为1厘米。

图6所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的室内控制器26用其控制器引线24穿过墙体与室外的步进电机15、温度采集器11和光度采集器12分别连接。控制器引线24包括有为步进电机15、温度采集器11和光度采集器12提供电源的电源线，设置在控制器26内部的电机驱动芯片L298N与室外的步进电机15的连接导线，以及采集温度和光度信号的控制线。

图7所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的信号传递控制的流程是：输入信息包括温度采集信号数据、光度采集信号数据、时钟信号数据和控制器操作信号。这些信号传递控制的流程是，温度采集器11对室外环境温度进行实时采集，其温度传感芯片DS18B20将采集到的温度采集信号数据送入HT46F49E单片机中经过处理便可得到实际的室外环境温度值，光度采集器12将室外环境光照强度变换为光敏二极管上的电压值，通过采集光敏二极管上的电压值的大小即可判断光照强度的大小，并将此电压信号即光度采集信号数据送入到HT46F49E单片机PB0端口，控制器内26部设置的时钟芯片DS1302将所存入的时钟信号数据送入到HT46F49E单片机，控制器操作信号即按键操作信号也被送入到HT46F49E单片机；输出信息为控制步进电机动作信号→步进电机按指令动作→遮阳板伸出或收起。具体地说，由按键模块与HT46F49E单片机的I/O配合，发送出控制步进电机15动作信号，步进电机15按指令动作，带动遮阳板伸出或收起，从而实现对遮阳板的调节，也就是由在控制器26控制下的步进电机15的驱动来操纵遮阳板的中层窄板2和下层窄板3伸出的速度和长度。

图8所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的控制器26的控制器外壳25的外形为一个长方形，控制器外壳25的上方有控制器引线24，控制器外壳25的前面设置有第I档区手动档按键27、第II档区手动档按键28、第III档区手动档按键29、自动档按键30和外接电源插孔31。本实施例在安装时，控制器26安置在室内用户所喜好的位置，但不要距离窗户太远，这样可以较少引线长度。控制器外壳25上方的控制器引线24则穿过墙体与室外的步进电机15、温度采集器11和光度采集器12分别连接(参见图6)。在控制器26的外接电源插孔31中插入外接5V直流电源作为控制器的5V直流电源，并为所有需要电力的部件提供5V直流电。这里外接5V直流电源采用由220V交流电转5V直流电的变压器。控制器26的功能是控制操作遮阳板动作，遮阳板的动作方式可以分为手动和自动。按下自动档按键30即开始执行自动方式，控制器26中的HT46F49E单片机开始检查温度值和光度值，当检查值到达某一档位的预设值时，控制器26中的HT46F49E单片机开始执行智能算法，结合用户使用的历史信息选择一个最合适的档位，并通过电机驱动芯片L298N驱动室外的步进电机15带动遮阳板的中层窄板2和下层窄板3伸缩，使它们停留在上述预设值的档位的长度位置上。当用户想要自由控制遮阳板的大小时，可以按下第I档区手动档按键27、第II档区手动档按键28或第III档区手动档按键29，如按下第I档区手动档按键27时，遮阳板就停留在该档位设定的长度位置上，余此类推。用户最喜好的档位会被控制器26中的HT46F49E单片机记录下来，用做智能算法的数据，以便在以后的自动工作状态时，计算得到最合适的档位。

图9所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的控制电路构成，主要是，单片机HT46F49E处于核心地位；时钟芯片DS1302接单片机HT46F49E的1端口、27端口和28端口；电机驱动芯片L298N的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4输出端口连接到步进电机15的1、2、3和4端口上，电机驱动芯片L298N的IN1、IN2、IN 3和IN 4四个输入口分别连接到单片机HT46F49E的PA3、PA2、PA1和PA0口即3、4、5和6端口上；三个手动档位选择开关K₁、K₂和K₃通过一个与门4073连到单片机HT46F49E的中断引脚即25端口上，每个手动档位选择开关也各自连接单片机HT46F49E的一个端口供系统判断准确地档位，K₁连接单片机HT46F49E的26端口，K₂连接单片机HT46F49E的24端口，K₃连接单片机HT46F49E的23端口，自动档开关K0单独连接到单片机HT46F49E的一个16端口。控制电路内的三个手动档位选择开关K₁、K₂和K₃与控制器外壳25的前面设置的第I档区手动档按键27、第II档区手动档按键28和第III档区手动档按键29分别相对应成一体；控制电路内的自动档开关K0与控制器外壳25的前面设置的自动档按键30相对应成一体；温度传感芯片DS18B20的2端口连接到单片机HT46F49E的PB4端口即2口，+5V电源连接到温度传感芯片DS18B20的3端口，温度传感芯片DS18B20的1端口接地；光敏二极管和1KΩ电阻相连接的一端同时与单片机HT46F49E的PB0端口即10口连接，光敏二极管的另一端和HT46F49E的11口接地，+5V电源连接到1KΩ电阻一端。

图10所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的温度采集器11由温度传感芯片DS18B20和5.1KΩ电阻构成，给温度传感芯片DS18B20供电的+5V直流电源由控制器26的5V直流电源通过所连接的控制器引线24提供，+5V电源连接到温度传感芯片DS18B20的3端口，温度采集器11所采集到得温度信号由温度传感芯片DS18B20的2端口连接到单片机HT46F49E的PB4端口即2口，温度传感芯片DS18B20的1端口接地。

图11所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的光度采集器12由光敏二极管和1KΩ电阻构成，给光敏二极管和1KΩ电阻供电的+5V直流电源由控制器26的5V直流电源通过所连接的控制器引线24提供，+5V电源连接到1KΩ电阻一端，光敏二极管和1KΩ电阻相连接的一端同时与单片机HT46F49E的PB0端口即10口连接，光敏二极管的另一端接地。通过光敏二极管对光的感应特点，即通过光敏二极管上的电流跟光照强度成正比，那么光敏二极管上的电压和光照强度成反比，通过采集光敏二极管的上电压值即可判断光照强度的大小。

图12所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的电机驱动芯片L298N与步进电机15的连接方式是，安装于控制器内的电机驱动芯片L298N的OUT1、OUT2、OUT3和OUT4输出端口通过引线分别连接到室外的步进电机15的1、2、3和4端口上；电机驱动芯片L298N的IN1、IN2、IN 3和IN 4四个输入口分别连接到单片机HT46F49E的PA3、PA2、PA1和PA0口即3、4、5和6口上。单片机HT46F49E向电机驱动芯片L298N发送控制信号，并经过OUT1、OUT2、OUT3和OUT4四个输出口对步进电机15实现控制功能。

图13所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的操作控制程序流程是：开始检测→室外温度和光度信号是否达到预定值→否，返回开始检测；是，Sign＝0？→否，返回检测；是，智能记忆算法是否计算出相应档位？→是，执行用户的历史操作→返回检测；否，使用温度和光度信号预定数值控制遮阳板→返回开始检测。

图14所示实施例表明，本发明建筑物用自动可调遮阳板的中断程序流程是：开始中断→读档位值→是否按下自动键？→是，信号变量Sign＝0→退出中断；否，信号变量Sign＝1→控制遮阳板打开→退出中断。

实施例1

按图2、图3、图4、图5和图6所示对建筑物用自动可调遮阳板进行安装。其中遮阳板支架16的大小视遮阳板的大小而定，遮阳板的长度和宽度由上述的日照公式(1)～(4)可以得出。由日照公式得出的每块窄板的纵向长度即长度为

实际中上层窄板1的长度为

而中层窄板2和下层窄板3的长度为

上层窄板1多出的5cm是为了在上层窄板1下放置电机驱动主转轴4。三块窄板的横向长度即宽度均为L_ah，计算得出L_ah的值比窗户的宽度略大，只是为了当太阳角较大时也能保证遮阳效果。在安装遮阳板时应使遮阳板高于窗户上沿10cm，并下倾一个4°的小角度。

控制器26的外形如图8所示，控制器26内部的控制电路构成如图9所示。控制器26的安置位置较为随意，不过为了较少控制器引线24长度，最好安置在离室外遮阳板较近的位置。

实施例2

除在安装遮阳板时下倾一个5°的小角度之外，其他均同实施例1。

实施例3

除在安装遮阳板时下倾一个6°的小角度之外，其他均同实施例1。

实施例4

建筑物用自动可调遮阳板的安装和设计同实施例1。

在冬季天气晴朗时以保证室内的采光补暖，在春秋季天气晴朗的下午4时至次日上午9时，在夏季天气晴朗的下午5时至次日上午8时和夜间使用，选用控制器26的第I档区手动档按键27，按此指令遮阳板位置为三层窄板收起状态，此时的遮阳面积最小。

实施例5

建筑物用自动可调遮阳板的安装和设计同实施例2。

在冬季天气晴朗的正午阳光强烈时，在春秋季天气晴朗的上午9时至11时和下午2时至4时，以及夏季天气晴朗的上午8时至10时和下午3时至5时，选用控制器26的第II档区手动档按键28，按此指令遮阳板位置为下层窄板3伸出长度为此时中层窄板2置于下层窄板3之上，伸出长度为

即共伸出长度为

对于阴雨天气，用户可用该档位来挡雨，也可根据自己喜好自行操作该档位。

实施例5

建筑物用自动可调遮阳板的安装和设计同实施例3。

在春秋季天气晴朗的上午11时至下午2时以及在夏季天气晴朗的上午10时至下午3时，选用控制器26的第III档区手动档按键29，按此指令遮阳板位置为中层窄板2和下层窄板3完全伸出时的位置，共伸出的长度为L_av，此时的遮阳面最大。一般情况下，当处于冬季无特殊情况时，手动挡的第III档档位很少使用。对于阴雨天气，用户可用该档位来挡雨，也可根据自己喜好自行操作该档位。

在特殊的天气情况下，用户可通过选用控制器26的第I档区手动档按键27、第II档区手动档按键28或第III档区手动档按键29，自行决定遮阳板的档位，即决定遮阳板共伸出的长度。

实施例6

建筑物用自动可调遮阳板的安装和设计同实施例1。

选用控制器26的自动档按键30进行操作，控制器26内的HT46F49E单片机通过温度采集器11和光度采集器12检测室外温度和光度信号，室外温度和光度信号达到预定值后，控制器26内的HT46F49E单片机首先根据用户的历史操作判断此时用户所喜好的档位，进而使遮阳板行进至该档位设定的位置；如果此时的用户历史操作为空，则控制器26内的HT46F49E单片机通过CBR算法计算得出此时最合适的遮阳板共伸出的长度，并决定遮阳板的中层窄板2和下层窄板3的伸缩，达到最合适的遮阳板共伸出的长度。

自动档按键30进行操作控制程序的流程是：开始检测→室外温度和光度信号是否达到预定值→否，返回开始检测；是，Sign＝0？→否，返回检测；是，智能记忆算法是否计算出相应档位？→是，执行用户的历史操作→返回检测；否，使用温度和光度信号预定数值控制遮阳板→返回开始检测。

无特殊情况时，用户仅通过自动操作即可满足遮阳需求，但遮阳需求因人而异，因此设置手动操作按键，并将其设置为第一优先级，以满足该系统的人性化设计。

上述所有实施例中，所涉及的部件、元器件都是通过商购获得的，其安装和连接方法都是本技术领域的技术人员所熟知的。

Claims (10)

1.建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：由室外部分和室内部分构成，其中：

室外部分主要包括遮阳板、步进电机、温度采集器和光度采集器，所述遮阳板包括上层窄板、中层窄板和下层窄板，这三块窄板的宽度相等，其中中层窄板和下层窄板的长度相等，但其长度比上层窄板的长度小5厘米，中层窄板两端固定安装有中层窄板滑轮，下层窄板两端固定安装有下层窄板滑轮，步进电机的转头通过电机驱动主转轴连接两个圆轮，其中一个为连接中层窄板的半径为1厘米的中层窄板用圆轮，另一个为连接下层窄板的半径为2厘米的下层窄板用圆轮，温度采集器采用温度传感芯片DS18B20，该芯片是具有可编程分辨率功能的单总线数字温度计，光度采集器是由一个光敏二极管作为传感器的模拟电路；所有这些部件均被固定在支架上，支架则被固定在建筑物窗户的外墙体上，该支架上带有中层滑动槽、下层滑动槽和电机安装槽，其宽度等于遮阳板的宽度，长度等于遮阳板的三块窄板的长度之和，上述上层窄板被固定在支架的两端上不可移动，中层窄板和下层窄板通过其两端固定的滑轮被分别固定在支架的中层滑动槽和下层滑动槽内，使中层窄板和下层窄板通过支架上的滑动槽向垂直于墙体的方向做水平移动，中层窄板的安装是这样的：在支架长度的三分之二处固定一个中层窄板连接中轴，该中轴上安装一个半径为1厘米的中层窄板用轴承，该中层窄板用轴承通过中层窄板驱动皮带连接中层窄板的外侧，上述中层窄板用圆轮通过中层窄板驱动皮带连接至中层窄板的内侧。下层窄板的安装是这样的：在支架的最外端固定一个下层窄板连接中轴，该中轴上安装一个半径为2厘米的下层窄板用轴承，该下层窄板用轴承通过下层窄板驱动皮带连接下层窄板的外侧，上述下层窄板用圆轮通过下层窄板驱动皮带连接至下层窄板的内侧，由此在步进电机的驱动下，步进电机的转头带动电机驱动主转轴连接的两个圆轮转动，进而使中层窄板和下层窄板通过支架上的滑动槽向垂直于墙体的方向做水平移动，当遮阳板呈收起状态时中层窄板和下层窄板收起，它们依次重叠置于上层窄板下方，当遮阳板呈打开状态时中层窄板和下层窄板伸出，三层窄板形成一块大的平板式遮阳板，温度采集器和光度采集器安装在高于上层窄板的支架上，步进电机被安置在支架上的电机安装槽内；

室内部分为控制器，控制器外壳上设有第I档区手动档按键、第II档区手动档按键和第III档区手动档按键共三档手动档按键，以及一档自动档按键，控制器外壳上方有控制器引线与控制器内的控制电路连接，控制器外壳上设置有外接电源插孔，控制器内部主要包括控制电路板、电机驱动芯片L298N、HT46F49E单片机和按键模块，HT46F49E单片机是A/D单片机内置EEPROM的8位FLASH型高性能精简指令集MCU，具有双向I/O口、可编程定时器、程序存储器、数据存储器和A/D转换功能，有关的智能算法以软件程序的形式写在单片机的微控制器MCU中，HT46F49E单片机内存有操作控制程序流程和中断程序流程，控制器被置于室内靠近安装遮阳板的窗户附近的墙体上或置于室内其他便于人操作的地方；

室外部分和室内部分的联系是：在室内的控制器外壳上方的控制器引线穿过墙体与室外部分相连接，该控制器引线包括为步进电机、温度采集器和光度采集器提供电源的电源线，电机驱动芯片L298N与室外的步进电机的连接导线，以及采集温度和光度信号的控制线。温度采集器对室外环境温度进行实时采集，其温度传感芯片DS18B20将采集到的温度采集信号数据通过采集温度的控制线送入HT46F49E单片机中，经过处理便可得到实际的室外环境温度值，光度采集器将室外环境光照强度变换为光敏二极管上的电压值，通过采集光敏二极管上的电压值的大小即可判断光照强度的大小，并通过光度信号的控制线将此电压信号即光度采集信号数据送入到HT46F49E单片机PB0端口，如此得到的室外环境温度和光照强度经HT46F49E单片机处理，由按键模块与HT46F49E单片机的I/O配合，实现对遮阳板的调节，也就是由在控制器控制下的步进电机的驱动来操纵遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的速度和长度。

2.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述由在控制器控制下的步进电机的驱动来操作遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的速度和长度，其过程是：设定步进电机的角速度为ω，由此可以得出中层窄板的行驶速度为ωr，下层窄板的行驶速度为ωR，其中R＝2r，通过控制脉冲频率决定步进电机的角速度，通过控制脉冲个数决定步进电机的角位移，即步进电机通过控制脉冲个数来控制遮阳板的行进距离；当遮阳板呈打开状态，即中层窄板和下层窄板伸出时，由控制器控制步进电机驱动将遮阳板调整到合适的档位，也就是说对应于控制器输出的手动挡的“第I档”、“第II档”、“第III档”或自动挡的“自动”的控制指令就确定了中层窄板和下层窄板的伸出长度，上述由控制器控制步进电机驱动将遮阳板调整到合适的档位，是由HT46F49E单片机内核构成的智能调节系统采用如下的智能算法自适应地将遮阳板调整到合适的档位：

(一)CBR算法

S＝2*T1*T2*G1*G2-|t1-t2|*T2*G1*G2-T1*T2*|g1-g2|*G2

上式中，S表示相似度，T1＝max{t1，t2}，T2＝max{t2，t0}，G1＝max{g1，g0}，G2＝max{g2，g0}，t1和t2表示温度值，g1、g2表示光度值，t0表示当前的温度值，g0表示当前的光度值；

(二)在设置遮阳板大小时，应按如下的日照公式得出遮阳板大小：

$\frac{L_s}{H}=\tan \mathrm{\φ}-\frac{2\tan \mathrm{\δ}}{\tan \mathrm{\δ}\·\sin 2\mathrm{\φ}+(\cos 2\mathrm{\φ}+1)\cos t}---\left(1\right)$

$\frac{L_w}{H}=\frac{\sin t}{\sin \mathrm{\φ}\·\tan \mathrm{\δ}+\cos \mathrm{\φ}\·\cos t}---\left(2\right)$

$\frac{L_{\mathrm{av}}}{H}=\frac{L_s}{H}\cos a+\frac{L_w}{H}\sin a---\left(3\right)$

$\frac{L_{\mathrm{ah}}}{H}=\frac{L_w}{H}\cos a+\frac{L_s}{H}\sin a---\left(4\right)$

其中，L_s表示南北向投影尺寸，L_w表示东西向投影尺寸，H表示建筑物高度，φ表示地理纬度，δ表示赤纬，t表示时刻，L_av表示有偏差角的纵向投影尺寸，L_ah表示有偏差角的横向投影尺寸，a表示偏差角度，由此可以得出遮阳板的纵向延伸最大值为L_av，即遮阳板的每块窄板的纵向长度为

遮阳板的横向长度为L_ah；

由HT46F49E单片机内核构成的智能调节系统，经识别由室外的温度传感器和光度传感器传入的由它们分别测得的室外温度和光度信息会自动进行如下的控制：

(一)当上述传感器未发来“打开”信号时，控制器使外设遮阳板保持收起的常态，

(二)当控制器收到上述传感器发来“打开”信号时，

(2.1)主程序会自动检测室外光度和温度是否达到预设值，

(2.2)当室外光度和温度达到预设值后，控制器就根据用户手动操作控制为第一优先级、用户历史操作控制为第二优先级和自动控制为第三优先级的梯度顺序来控制遮阳板的打开动作，实现所设定的遮阳板的中层窄板和下层窄板伸出的长度，控制器首先向电机驱动芯片发出控制信号，继而控制步进电机的转动距离，即控制遮阳板收起和伸出的距离；

(三)用户可以自行输入所希望得到的遮阳板按区间分为三个档区打开伸出的长度，此时产生中断。

3.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述HT46F49E单片机内存有操作控制程序流程是：开始检测→室外温度和光度信号是否达到预定值→否，返回开始检测；是，Sign＝0？→否，返回检测；是，智能记忆算法是否计算出相应档位？→是，执行用户的历史操作→返回检测；否，使用温度和光度信号预定数值控制遮阳板→返回开始检测。

4.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述HT46F49E单片机内存有中断程序流程是：开始中断→读档位值→是否按下自动键？→是，信号变量Sign＝0→退出中断；否，信号变量Sign＝1→控制遮阳板打开→退出中断。

5.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述遮阳板的中层窄板和下层窄板带有的滑轮，每个窄板上的滑轮数应视窄板的长度而定，每隔十厘米安装一个滑轮。

6.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述中层滑动槽的长度和下层滑动槽的长度的比为2∶3

7.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述遮阳板在安装时下倾一个4～6°的小角度。

8.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述按键模块包括三个手动档位选择开关以及一个自动档开关，三个手动档位选择开关通过一个与门4073连到单片机HT46F49E的中断引脚上，自动档开关单独连接到单片机HT46F49E的一个端口。

9.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述控制器内部还设置有时钟芯片DS1302，时钟芯片接有+3.3V纽扣电池。

10.根据权利要求1所述建筑物用自动可调遮阳板，其特征在于：所述温度采集器由温度传感芯片DS18B20和5.1KΩ电阻构成，并由控制器的5V直流电源供电。

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