CN104533220A - 一种智能风雨窗系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种智能风雨窗系统及其控制方法涉及的是一种窗户，特别是一种能够根据自然环境因素，自动控制窗户的打开与关闭及窗户开放的大小。包括窗户、输入单元、传感器单元、中心控制单元、执行单元和显示单元；窗户和执行单元相联；窗户、输入单元、传感器单元、执行单元和显示单元分别与中心控制单元相联；输入单元将工作模式信息以及设置的内容发送到中心控制单元，由中心控制单元将指令发送到其他与中心控制单元相联的传感器单元、执行单元和显示单元；传感器单元将采集到的数据信息传送到中央控制单元，由中央控制单元分析、处理数据，并发送指令给执行单元，将处理结果送至显示单元进行显示。控制方法包括手动控制模式和自动控制模式。

Description

一种智能风雨窗系统及其控制方法

技术领域

本发明一种智能风雨窗系统及其控制方法涉及的是一种窗户，特别是一种能够根据自然环境因素，自动控制窗户的打开与关闭及窗户开放的大小。

背景技术

    现在大多数的家庭中所用的都是普通窗户，有少部分家庭使用智能窗户，这种智能仅仅局限于根据雨水，烟雾等因素简单的开关控制以及简单的远程控制。并没有做到集安全，人体舒适度等综合因素去控制利用窗户 ，特别是随着空调的普及，室内外温差极大，人们若不能出门及时方便的获得温差信息，常常导致人们身体不适，甚至感冒。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种智能风雨窗系统及其控制方法，在实现窗户在雨水，烟雾等因素简单的开关控制以及简单的远程控制的基础上，利用Arduino作为控制版，采用烟雾、温度、有毒气体等传感器，实时采集环境因素数值，实现集安全，人体舒适度等综合因素去控制利用窗户，并提供室内外温差提醒；根据人体对阳光，温度，湿度和气流等环境因素的偏好，智能自动控制窗户的开关大小，实现真正意义上的家居智能化自动控制系统。

一种智能风雨窗系统及其控制方法是采取以下技术方案实现的：

一种智能风雨窗系统包括窗户、输入单元、传感器单元、中心控制单元、执行单元和显示单元；窗户和执行单元相联，执行单元控制窗户的开、合及窗户开合大小；窗户、输入单元、传感器单元、执行单元和显示单元分别与中心控制单元相联；输入单元将工作模式信息以及设置的内容发送到中心控制单元，由中心控制单元将指令发送到其他与中心控制单元相联的传感器单元、执行单元和显示单元；传感器单元将采集到的数据信息传送到中央控制单元，由中央控制单元分析、处理数据，并根据处理后的数据发送指令给执行单元，将处理结果送至显示单元进行显示。

所述输入单元为安装在室内的操作面板、手机、电脑或其他具有无线数据传输功能的电子产品；所述输入单元设置的内容包括窗户运行模式、窗户运行方向以及窗户开合大小。

所述传感器单元包括安装在窗户外框上的温度传感器、雨水传感器以及风力传感器，还包括安装在室内的温度、湿度以及有毒气体传感器。

所述执行单元包括步进电机、滑台和驱动器，所述驱动器与中央控制单元相连；滑台安装在窗框上，步进电机与滑台相连，在滑台端部安装有位置传感器，用以感应窗户开合大小，并将实际开合大小信号传送到中心控制单元。

所述驱动器采用L298N作为步进电机驱动芯片，所述驱动芯片的输出端和步进电机的输入端相连。

所述中心控制单元采用Arduino开发板，主控芯片采用Arduino Mega 2560。

所述中心控制单元与网络接口模块相连，使用户可以通过手机，网页查看窗户的现在状态，同时可以通过手机，网页实现对窗户的开关控制，这样，即使没有下雨，也能根据实际需要，远程对窗户实现开关。

所述显示单元采用LCD12864显示屏。

所述网络接口模块采用W5100接口模块。

一种智能风雨窗系统的控制方法，包括手动控制模式和自动控制模式。

所述手动控制模式包括如下步骤：

1）在输入单元上选择手动模式；

2）通过关窗按键或开窗按键选择关窗或开窗；

3）位置传感器将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将根据步骤3传来的信息计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示。

5）在步骤4的过程中按下停止键能中途停止关窗或开窗，从而使窗户开合大小适应用户的需要。

所述自动控制模式包括如下步骤：

1）在输入单元上选择选择自动模式；

2）传感器单元将采集到的温度、湿度、风力以及有毒浓度信息传送到中心控制单元；

3）位置传感器将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将步骤2传来的信息和预设数据比较后，结合步骤3计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示。

5）执行单元的驱动器工作，步进电机带动窗户玻璃在滑台移动，实现窗户的开、合。

在所述自动模式和手动模式下通过无线或者有线网络，能通过网络平台登录YEELINK网站预先申请的账号，在控制界面上对窗户进行开合控制。

在步骤3）中，当中心控制单元判断有毒气体浓度或者温度达到或超过警戒值时，通过网络通知户主，并发出警报。

发明优点：本发明智能风雨窗系统的结构简单，科学合理，根据个人对阳光、温度、湿度和气流等环境因素的偏好，智能自动控制窗户的开关大小，窗户设计能根据人体对阳光，温度，湿度和气流等环境因素的偏好，智能自动控制窗户开合大小。可以根据天气情况，室内温度情况，室内烟尘情况，是否有液化气体泄露情况，及时智能打开或关闭窗户，同时，遇特殊情况（比如液化气泄露或家庭火灾）及时通过网络通知户主，并发出警报。在室内外分别安装温度传感器，实时更新室内室外温差，通过显示屏显示给户主。提示出门前是否需要增减衣物。可以根据不同需要灵活增减传感器，满足社会不同群体的使用需求。自动感应风力大小实现窗户开关以及人性化的远程控制方式弥补了市场上智能窗开关控制方式不灵活不足，保证了家居室内环境的干净安全，操作方便，制作工艺简单。控制精度达毫米级以上，功能先进，设计创新，技术领先具有较好的市场推广价值。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明智能风雨窗系统的系统架构图。

图中：1、驱动电机，2、滑台，3、位置传感器。

具体实施方式

    参照附图1，一种智能风雨窗系统包括窗户、输入单元、传感器单元、中心控制单元、执行单元和显示单元；窗户和执行单元相联，执行单元控制窗户的开、合及窗户开合大小；窗户、输入单元、传感器单元、执行单元和显示单元分别与中心控制单元相联；输入单元将工作模式信息以及设置的内容发送到中心控制单元，由中心控制单元将指令发送到其他与中心控制单元相联的传感器单元、执行单元和显示单元；传感器单元将采集到的数据信息传送到中央控制单元，由中央控制单元分析、处理数据，并根据处理后的数据发送指令给执行单元，将处理结果送至显示单元进行显示。

所述输入单元为安装在室内的操作面板、手机、电脑或其他具有无线数据传输功能的电子产品；所述输入单元设置的内容包括窗户运行模式、窗户运行方向以及窗户开合大小。

所述传感器单元包括安装在窗户外框上的温度传感器、雨水传感器以及风力传感器，还包括安装在室内的温度、湿度以及有毒气体传感器。

所述执行单元包括步进电机1、滑台2和驱动器，所述驱动器与中央控制单元相连；滑台2安装在窗框上，步进电机1与滑台2相连，在滑台2端部安装有位置传感器3，用以感应窗户开合大小，并将实际开合大小信号传送到中心控制单元。

所述驱动器采用L298N作为步进电机驱动芯片，所述驱动芯片的输出端和步进电机的输入端相连。

所述中心控制单元采用Arduino开发板，主控芯片采用Arduino Mega 2560。

所述中心控制单元与网络接口模块相连。

所述显示单元采用LCD12864显示屏。

所述网络接口模块采用W5100接口模块。

一种智能风雨窗系统的控制方法，包括手动控制模式和自动控制模式。

所述手动控制模式包括如下步骤：

1）在输入单元上选择手动模式；

2）通过关窗按键或开窗按键选择关窗或开窗；

3）位置传感器3将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将根据步骤3传来的信息计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机1转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示。

5）在步骤4的过程中按下停止键能中途停止关窗或开窗，从而使窗户开合大小适应用户的需要。

所述自动控制模式包括如下步骤：

1）在输入单元上选择选择自动模式；

2）传感器单元将采集到的温度、湿度、风力以及有毒浓度信息传送到中心控制单元；

3）位置传感器3将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将步骤2传来的信息和预设数据比较后，结合步骤3计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机1转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示。

5）执行单元的驱动器工作，步进电机1带动窗户玻璃在滑台2移动，实现窗户的开、合。

在所述自动模式和手动模式下通过无线或者有线网络，能通过网络平台登录YEELINK网站预先申请的账号，在控制界面上对窗户进行开合控制。

在步骤4）中，当中心控制单元判断有毒气体浓度或者温度达到或超过警戒值时，通过网络通知户主，并发出警报。

实施例：

在室内安装控制面板，上面设置三个按键S1、S2和S3，S1是模式选择按键，可切换手动和自动模式。在滑台右顶端设置的位置传感器，可以精确判断窗户现在的位子。

1）按下S1按键，选择手动模式，再按下S2或者S3按键，中心控制单元先通过位置传感器读取现在窗户的位置，然后将位置数据传递到中心控制单元，中心控制单元将返回的位置数据转换成电机转动步距，再控制驱动器驱动步进电机精确转动实现开关窗。

    2）按下S1按键，选择自动模式，温度，风力，雨水传感器实时感知环境信息，为中心控制单元提供环境参数，中心控制单元将接收到的信号处理后传递给执行机构，转换成相应脉冲，控制步进电机转动，实现窗户开合大小调节。同时将室内外温差反应到中心控制单元，经过温差判断，然后在显示屏上显示今天出门该穿什么样的衣服。

   网络接口模块将系统连入Internet，然后在网络平台（Yeelink网站）上注册一个账号，获得相应的设备号和传感器号，下载客户端，就可以在客户端控制窗户的开关，同时，如果有毒气体传感器一旦检测到有毒气体，就可以通过网络通知户主，自动将窗户立刻打开，并且及时报警。

中心控制单元分别与网络接口模块、显示单元、步进电机驱动器以及输入按键S1、S2、S3相连；中心控制单元采用Arduino中心控制板；步进电机驱动芯片采用L298N驱动芯片，通过设置高速运算放大器将传感器读取到的信号放大；显示单元采用LCD12864液晶显示屏，用于提示用户温差，提示该穿什么样的衣服；位置传感器精确判断窗户的现在位置，为开关窗提供应该转动的步距信息；室内外各安装有一个温度传感器；毒气体传感器ZYMQ-5用于检测有毒气体。

    根据人体对环境因数的偏好，Arduino中心控制板将采集到的信息处理后通过步进电机驱动芯片L298N精确控制窗户开关大小。同时，当遇到下雨或者大风天气时，雨水传感器将信号传递给Arduino控制板，Arduino控制板通过驱动器控制步进电机关闭窗户；同理，在大风来临时，风传感器同样将风信号传递给Arduino控制板，Arduino控制板同样通过驱动器控制步进电机关闭窗户。当家庭有人吸烟、或者有物体被引燃导致灰尘浓度过高时，烟雾传感器将烟雾浓度信号传递到控制板，控制板根据室内温度，光照强度，烟雾浓度适当打开或关闭窗户。当有液化气泄露，或火灾时窗户会自动打开到最大化，同时通过网络向户主发出提示信息。并且启动警铃自动报警，向小区邻居或保安求助。在Arduino控制板上，我们添加网络模块，我们可以通过手机，网页查看窗户的现在状态，同时可以通过手机，网页实现对窗户的开关控制，这样，方便给出门忘记关窗的人一个方便，即使没有下雨，我们也能根据自己的实际需要，远程对窗户实现开关。在室内，留有三个按键S1、S2、S3，两个指示灯。一个是模式选择按键，指示灯显示当前所属模式。一个是关窗按键，一个是开窗按键。户主可以通过按键直接对窗户进行开关控制。同时，我们利用在窗户内外放置温度传感器获得内外温度，通过控制器比较，获得温差，利用显示屏显示出来，并且给出是否增减衣物的温馨提示。

Claims (10)

1.一种智能风雨窗系统，其特征在于：包括窗户、输入单元、传感器单元、中心控制单元、执行单元和显示单元；窗户和执行单元相联，执行单元控制窗户的开、合及窗户开合大小；窗户、输入单元、传感器单元、执行单元和显示单元分别与中心控制单元相联；输入单元将工作模式信息以及设置的内容发送到中心控制单元，由中心控制单元将指令发送到其他与中心控制单元相联的传感器单元、执行单元和显示单元；传感器单元将采集到的数据信息传送到中央控制单元，由中央控制单元分析、处理数据，并根据处理后的数据发送指令给执行单元，将处理结果送至显示单元进行显示。

2.根据权利要求1所述的智能风雨窗系统，其特征在于：所述输入单元为安装在室内的操作面板、手机、电脑或其他具有无线数据传输功能的电子产品。

3.根据权利要求1所述的智能风雨窗系统，其特征在于：所述输入单元设置的内容包括窗户运行模式、窗户运行方向以及窗户开合大小。

4.根据权利要求1所述的智能风雨窗系统，其特征在于：所述传感器单元包括安装在窗户外框上的温度传感器、雨水传感器以及风力传感器，还包括安装在室内的温度、湿度以及有毒气体传感器。

5.根据权利要求1所述的智能风雨窗系统，其特征在于：所述执行单元包括步进电机、滑台和驱动器，所述驱动器与中央控制单元相连；滑台安装在窗框上，步进电机与滑台相连，在滑台端部安装有位置传感器，用以感应窗户开合大小，并将实际开合大小信号传送到中心控制单元。

6.根据权利要求1所述的智能风雨窗系统，其特征在于：所述中心控制单元与网络接口模块相连。

7.权利要求1所述的一种智能风雨窗系统的控制方法，其特征在于：包括手动控制模式和自动控制模式。

8.根据权利要求7所述的智能风雨窗系统的控制方法，其特征在于：所述手动控制模式包括如下步骤，

1）在输入单元上选择手动模式；

2）通过关窗按键或开窗按键选择关窗或开窗；

3）位置传感器将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将根据步骤3传来的信息计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示；

5）在步骤4的过程中按下停止键能中途停止关窗或开窗，从而使窗户开合大小适应用户的需要。

9.根据权利要求7所述的智能风雨窗系统的控制方法，其特征在于：所述自动控制模式包括如下步骤：

1）在输入单元上选择选择自动模式；

2）传感器单元将采集到的温度、湿度、风力以及有毒浓度信息传送到中心控制单元；

3）位置传感器将现在窗户的位置信息传送到中心控制单元；

4）中心控制单元将步骤2传来的信息和预设数据比较后，结合步骤3计算出窗户开合大小，将该大小数据转换成步进电机转动步距，传送到执行单元，同时中心控制单元将处理结果送至显示单元进行显示；

5）执行单元的驱动器工作，电机带动窗户玻璃在滑台移动，实现窗户的开、合。

10.根据权利要求7所述的智能风雨窗系统的控制方法，其特征在于：在所述自动模式和手动模式下通过无线或者有线网络，能通过网络平台登录网站预先申请的账号，在控制界面上对窗户进行开合控制。