CN103758432B - 一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，包括太阳能及控制模块、中央控制模块、液晶显示及按键模块、短信模块、断电保护模块、检测模块、电机驱动模块和窗体，其中太阳能及控制模块与中央控制模块相连接，为整个系统提供电源；中央控制模块又分别与短信模块、液晶显示及按键模块、断电保护模块、检测模块及电机驱动模块相连；检测模块及电机驱动模块还连接窗体。本发明采用短信远距离控制，太阳能电池供电，操作简单，易于上手，节能环保；可对窗户开关状态及周边气象环境情况进行实时监测；可克服突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误。

Description

一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统

技术领域

本发明涉及一种智能家居控制节能系统，尤其涉及一种智能窗系统。

背景技术

在实际生活中我们都有雨天忘关窗的经历，特别是在多雨的南方，有时突然遇到雷雨天气，而我们可能恰巧不在家，没有办法及时关闭窗户，尤其是安装在特殊位置的高窗、重窗以及平时很少使用的窗户，这些窗户在突发的特殊天气下往往能造成意想不到的严重后果，给我们带来了巨大的经济财产损失。这些窗户如果每天都靠人工来管理的话会是一笔巨大的一般人负担不起的开销，但是只为单独的几扇窗户而特地安装全套的智能家居系统又显得不值得，而且如此高昂的消费也并不利于高科技向普通民众的推广。

现今的科技发展日新月异，各种智能控制家居系统蓬勃发展，很多人都开始追求高质量，高科技的生活方式。而在国内随着中国的发展，高科技也开始应用到家居上。但由于其高昂的价钱却使相当的一部分人望而却步，高科技变成了普通民众难以享受的奢侈品。

与此同时，随着科技的发展，社会的进步，人们越来越意识到环境问题对于人类发展的重要性，环境保护也是我国的一项基本国策写入了我国法律中，我国也一直坚持可持续发展道路。但现今的家居系统往往是消耗大量的居民用电，不利于节能环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统。

本发明采用了下述技术方案:一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，包括太阳能及控制模块、中央控制模块、液晶显示及按键模块、短信模块、断电保护模块、检测模块、电机驱动模块和窗体，其中太阳能及控制模块与中央控制模块相连接，为整个系统提供电源；中央控制模块又分别与短信模块、液晶显示及按键模块、断电保护模块、检测模块及电机驱动模块相连；检测模块及电机驱动模块安装在窗体上。

所述短信模块接收并读取短信代码，由数据线传送到中央控制模块，中央控制器接收到短信代码后，对代码进行解析，确认后按照代码指令内容控制电机驱动模块。

所述检测模块包含窗户开关传感器及雨水传感器，检测模块安装在窗体上，用于对窗户开关状态及周边气象环境情况进行实时监测，实时监控窗户及周边环境情况。

所述断电保护模块实时记录系统工作模式，克服了突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误。

所述的短信模块是TC35I模块。

所述中央控制模块包括继电器驱动电路、单片机控制模块、电压转换模块，它们与TC35I模块、检测模块和电机驱动模块一起组成控制系统。

所述太阳能及控制模块采用HG型太阳能智能充电控制器，在该控制器的接线面上有对应的太阳能电池板接线端子、12V蓄电池接线端子、负载接线端子，负载端输出电压为12V；太阳能电池板的两极与太阳能智能充电控制器的太阳能电池板接线端子相连接，蓄电池的正负极与太阳能智能充电控制器的蓄电池接线端子相连接，中央控制控制模块的两极与太阳能智能充电控制器的负载接线端子相连接。

所述电机驱动模块安装在窗户上，通过电机驱动模块打开和关闭窗户。它包括电机、内螺旋杆、卡扣、外螺旋管及单刀双掷开关，电机的转轴与内螺旋杆相连，电机转动带动内螺旋杆，使内螺旋杆旋转，在内螺旋杆的外侧是一与内螺旋杆相配套的外螺旋管，外螺旋管外壁安装有一个凸起卡扣，同时在螺旋管外侧的金属外壳的内壁两端安装有个单刀双掷开关。

进一步详细说明本发明，各部件的具体电路连接如下:

所述单片机控制模块由一块STC89C58单片机及其控制电路组成，具体连接方法如下：单片机的5、6引脚接断电保护模块AT24C02的SDA和SCL端,18、19引脚接外部时钟电路，20、40引脚接5V电源，3、4引脚与按键相连接，21引脚外接雨水传感器Y1端，22引脚接窗开关传感器的Y2端，23、24引脚分别接入2个继电器电路的控制端口，25、26引脚分别与TC35i模块3的18、19引脚相连接，27、28引脚分别与显示器的4、6引脚相连接，32-39引脚分别与显示器的7-14引脚相连接。

所述继电器驱动电路具体的连接方法：线圈两端并联一个发光二极管与普通IN4188二极管，线圈一端接5V电源正极一端与PNP型三级管的发射极相连接，三极管的集电极接地，基极与单片机控制模块中的单片机STC89C58的P2.2引脚相连。

为了克服突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误，系统设有断电保护模块以便实时记录系统工作模式。所述断电保护模块电路连接方法如下：AT24C02的1、2、3、4、7引脚接地，5号引脚与单片机89C58的6号引脚相连接，6号引脚与单片机89C58的5号引脚相连接，8号引脚与VCC相连后分别接2个10K电阻，再接AT24C02的5、6号引脚。

所述电压转换模块由2个电容及一个LM7805构成。

所述TC35I模块具体连接方法如下，1-5和6-10引脚分别接5V电源的正极和负极，15引脚接一按键后接地，18、19引脚分别与单片机的25、26引脚相连接，24-29与相对应的SIM卡插槽引脚相连接，32引脚接1K欧电阻后接一发光二极管最后与5V电源正极相连接。TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3-4.8V，电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA，2.5A峰值；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s-115kb/s,自动波特率为1.2kb/s-115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(ShortMessageService,短消息)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35i由供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35I的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

太阳能智能充电控制器的负载接线端子（12V输出电压）与中央控制器供电电源的两极相连接，输入的12V电压一路与电压转换模块相连接，通过电压转换电路将12V电源转换成5V电源，为单片机控制模块及TC35I模块等电路供电；另一路分别与控制电机的2个继电器的4个常开触头一端相连接，通过单片机控制继电器驱动电路通断，控制电机驱动模块的正负极连接相反。

所述检测模块安装在窗户上。检测模块包含一个霍尔传感器及一个雨水传感器，雨水传感器用于检测当前是否下雨，霍尔传感器用于检测窗户是否关严。两个传感器检测电路按图5所示与中央控制系统相连接。使用霍尔传感器作为窗户开关传感器。

本发明的技术效果：（1）独立系统单独安装小巧灵便，可使居民在关键部分安装，如重窗，高窗等难以操作的窗户；（2）采用短信远距离控制，普通民众即可操作，操作简单，易于上手；（3）采用太阳能供电，符合我国基本国策，节能环保；（4）采用检测模块对窗户开关状态及周边气象环境情况进行实时监测；（5）采用断电保护模块可以实时记录系统工作模式，克服了突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误。

附图说明

图1为本发明的总体结构图。

图2为本发明的控制系统原理框图。

图3为继电器驱动电路图。

图4为12V转5V电路图。

图5为单片机89C58系统电路图。

图6为1602显示器接线图。

图7为TC35i接线图。

图8为窗体与检测模块、电机驱动模块安装图。

图9为电机驱动模块内部结构图

在图中，1、继电器组驱动电路2、电机驱动模块3、TC35I模块4、检测模块5、单片机控制模块6、电压转换模块7、电机8、内旋螺杆9、卡扣10、外螺旋管11、单刀双掷开关。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步阐明。

如图1和图2所示，一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，包括太阳能及控制模块、中央控制模块、液晶显示及按键模块、短信模块、断电保护模块、检测模块（4）、电机驱动模块（2）和窗体，其中太阳能及控制模块与中央控制模块相连接，为整个系统提供电源；中央控制模块又分别与短信模块、液晶显示及按键模块、断电保护模块、检测模块（4）及电机驱动模块（2）相连；检测模块（4）及电机驱动模块（2）还连接窗体。所述短信模块接收并读取短信代码，由数据线传送到中央控制模块，中央控制器接收到短信代码后，对代码进行解析，确认后按照代码指令内容控制电机驱动模块（2）。

所述检测模块（4）包含窗户开关传感器及雨水传感器。如图8所示，检测模块4安装在窗体上，用于对窗户开关状态及周边气象环境情况进行实时监测，实时监控窗户及周边环境情况；通过电机驱动模块打开和关闭窗户；断电保护模块可以实时记录系统工作模式，克服了突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误。所述的短信模块是TC35I模块（3）。

如图2所示，所述中央控制模块包括继电器驱动电路（1）、单片机控制模块（5）、电压转换模块（6），它们与TC35I模块（3）、检测模块（4）和电机驱动模块（2）一起组成控制系统。

所述太阳能及控制模块采用HG型太阳能智能充电控制器，在该控制器的接线面上有对应的太阳能电池板接线端子、12V蓄电池接线端子、负载接线端子，负载端输出电压为12V；太阳能电池板的两极与太阳能智能充电控制器的太阳能电池板接线端子相连接，蓄电池的正负极与太阳能智能充电控制器的蓄电池接线端子相连接，中央控制控制模块的两极与太阳能智能充电控制器的负载接线端子相连接。

如图8所示，所述电机驱动模块（2）安装在窗户上，如图9所示，电机驱动模块（2）包括电机（7）、内螺旋杆（8）、卡扣（9）、外螺旋管（10）及单刀双掷开关（11），具体安装如下：电机（7）的转轴与内螺旋杆（8）相连，电机（7）转动带动内螺旋杆（8），使内螺旋杆（8）旋转，在内螺旋杆（8）的外侧是一与内螺旋杆（8）相配套的外螺旋管（10），外螺旋管（10）外壁安装有一个凸起卡扣（9），同时在螺旋管外侧的金属外壳的内壁两端安装有2个单刀双掷开关（11）。

太阳能智能充电控制器的负载接线端子（12V输出电压）与中央控制器供电电源的两极相连接，输入的12V电压一路与电压转换模块相连接，通过图4的电压转换电路将12V电源转换成5V电源，为单片机控制模块（5）及TC35I模块（3）等电路供电；另一路分别与控制电机的2个继电器的4个常开触头一端相连接，通过单片机控制继电器驱动电路（1）通断，控制电机驱动模块（2）的正负极连接相反。

如图3所示，所述继电器驱动电路具体的连接方法：线圈两端并联一个发光二极管与普通IN4188二极管，线圈一端接5V电源正极一端与PNP型三级管的发射极相连接，三极管的集电极接地，基极与单片机控制模块（5）中的单片机STC89C58的P2.2引脚相连。

如图4所示，所述电压转换模块（6）由2个电容及一个LM7805构成。

如图5和图6所示，所述单片机控制电路（5）由一块STC89C58单片机及其控制电路组成，具体连接方法如下单片机的5、6引脚接断电保护模块AT24C02的SDA和SCL端,18、19引脚接外部时钟电路，20、40引脚接5V电源，3、4引脚与按键相连接，21引脚外接雨水传感器Y1端，22引脚接窗开关传感器的Y2端，23、24引脚分别接入2个继电器电路的控制端口，25、26引脚分别与TC35i模块3的18、19引脚相连接，27、28引脚分别与图6中显示器的4、6引脚相连接，32-39引脚分别与对应的图6中显示器的7-14引脚相连接。继电器驱动电路如图3所示，第二个继电器与之完全相同，在此不再赘述。

为了克服突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误，系统设有断电保护模块以便实时记录系统工作模式。断电保护模块电路连接方法如图6所示，AT24C02的1、2、3、4、7引脚接地，5号引脚与图5所示单片机89C58的6号引脚相连接，6号引脚与单片机89C58的5号引脚相连接，8号引脚与VCC相连后分别接2个10K电阻，再接AT24C02的5、6号引脚。

如图7所示，所述TC35I模块具体连接方法如下，1-5和6-10引脚分别接5V电源的正极和负极，15引脚接一按键后接地，18、19引脚分别与单片机的25、26引脚相连接，24-29与相对应的SIM卡插槽引脚相连接，32引脚接1K欧电阻后接一发光二极管最后与5V电源正极相连接。TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3-4.8V，电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA，2.5A峰值；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s-115kb/s,自动波特率为1.2kb/s-115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(ShortMessageService,短消息)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35i由供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35I的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

具体使用步骤如下：

1.在初次安装好后先打开蓄电池开关，使用电池板对蓄电池进行充电。当太阳能智能充电控制器面板上的状态指示灯为绿色常亮时表示蓄电池电压在正常范围内，可以使用。

2.第一次充电完成后然后插入SIM卡，打开中央控制模块开关，当TC35I模块（3）指示灯由熄灭状态变为75ms亮/3s熄时表明TC35I已登录网络处于待机状态。显示器出现work1/work2字样，表示已准备好，可随时发送控制短信。显示器第一行显示工作方式work1/work2，第二行显示窗户开关状态open/closed。

3.控制

（1）短信控制状态，此时显示器第一行显示work1（可通过1键更改），

如果使用者想要打开窗户，可使用手机发送代码“open”（不含引号）到系统内的SIM卡上，系统收到短信后会判断是否是指定的指令，如果是则通过电机驱动模块（2）打开窗户，并发送应答短信“之前窗户状态closed，短信指令为open，已完成指令open”。如果发送错误则无应答。

如果使用者想要关闭窗户，可使用手机发送代码“close”（不含引号）到系统内的SIM卡上，系统收到短信后会判断是否是指定的指令，如果是则通过电机驱动模块（2）关闭窗户，并发送应答短信“之前窗户状态open，短信指令为close，已完成指令close”。如果发送错误则无应答。

（2）手动控制状态，系统启动后可由使用者直接通过面板上的开关按键进行窗户的开启与闭合。按1键，显示器第一行由work1字样变为work2字样，此时可按下2键可对窗户进行开/关。

（3）自动控制状态，当窗户处于开启状态，雨水传感器接收到有雨信号时，会自动关闭窗户，当自动控制与短信/手动控制冲突时自动控制失效，每天早上系统重启时恢复自动控制。

本系统中窗户的开关由窗户开关传感器进行监测，可以保证窗户的安全完整的开与关。

系统自带断电保护功能，系统工作时断电前可以自动记录当前工作状态，接电后自动恢复断电前工作状态。

系统软件中带有继电器防短路功能，会自动防止两继电器同时开启。

太阳能智能充电控制器的作用为控制太阳能电池及负载的工作状态，自动检测太阳能电池板的电压，防止蓄电池反向充电及蓄电池过充电或过放电造成电池的损坏。当负载电流过大时控制器能够自动切断负载电源，防止烧坏负载。

本系统中窗户的机械开关部分，当短信模块接收到短信后，中央控制模块会启动电机（7），电机（7）进行正转或反转，电机（7）带动中心内旋螺杆（8）转动，使外侧的外螺旋管（10）伸出或缩入，当外螺旋管（10）伸出或缩入到一定长度时，外螺旋管（10）外侧的卡扣（9）会触碰到窗户开关传感器，使电机（7）断电，但是可以反向缩入或伸出，例如短信模块接收到开窗命令后，中央控制模块为电机（7）供电，电机（7）旋转带动中心内旋螺杆（8），内旋螺杆（8）将外侧的外螺旋管（10）推出，窗户打开，当外螺旋管（10）前进到一定距离时，外螺旋管（10）外侧卡扣（9）触碰到窗户开关传感器，外螺旋管（10）停止前进，然后当短信模块接收的关窗指令时，中央控制模块为电机（7）供电，电机（7）旋转带动中心内旋螺杆（8），内旋螺杆（8）将外侧的外螺旋管（10）拉入，窗户关闭，当外螺旋管（10）后退到一定距离时，外螺旋管（10）外侧卡扣（9）触碰到窗户开关传感器，外螺旋管（10）停止后退。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，包括太阳能及控制模块、中央控制模块、液晶显示及按键模块、短信模块、断电保护模块、检测模块、电机驱动模块和窗体，其特征是太阳能及控制模块与中央控制模块相连接；中央控制模块又分别与短信模块、液晶显示及按键模块、断电保护模块、检测模块及电机驱动模块相连；检测模块及电机驱动模块安装在窗体上；断电保护模块实时记录系统工作模式,克服突然断电或关机给系统带来的识别当前窗开关状态的错误；检测模块包含窗户开关传感器及雨水传感器。

2.根据权利要求1所述的一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，其特征是：所述中央控制模块包括继电器驱动电路、单片机控制模块、电压转换模块，它们与TC35I模块、检测模块和电机驱动模块一起组成控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，其特征是：所述电机驱动模块包括电机、内螺旋杆、卡扣、外螺旋管及单刀双掷开关，电机的转轴与内螺旋杆相连，电机转动带动内螺旋杆，使内螺旋杆旋转，在内螺旋杆的外侧是一与内螺旋杆相配套的外螺旋管，外螺旋管外壁安装有一个凸起卡扣，同时在螺旋管外侧的金属外壳的内壁两端安装有两个单刀双掷开关。

4.根据权利要求1所述的一种由太阳能供电并使用短信控制的智能窗系统，其特征是：所述断电保护模块电路连接方法如下：AT24C02的1、2、3、4、7引脚接地，5号引脚与单片机89C58的6号引脚相连接，6号引脚与单片机89C58的5号引脚相连接，8号引脚与VCC相连后分别接2个10K电阻，再接AT24C02的5、6号引脚。