CN105275306A - 一种智能门窗控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开一种智能门窗控制系统，门窗包括框、扇、电动执行机构、开启功能配件，通过电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇的开启度，该系统包括传感器、蓝牙模块、控制器，传感器与开启功能配件一体化成形，所述传感器包括感应发生元件和感应器件，开启功能配件包括固定端和开启端，感应发生元件安装在固定端和开启端的一个中，感应器件安装在固定端和开启端的另一个的对应位置中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，传感器采集的数据通过蓝牙模块上传到控制器，控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据获取最佳开启度，并将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构。还提供了一种采用这种智能门窗控制系统的方法。

Description

一种智能门窗控制系统及方法

技术领域

本发明属于智能家居的技术领域，尤其涉及一种智能门窗控制系统以及方法。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，人们对生活品质的要求越来越高，智能家居慢慢进入民众的生活中。智能门窗作为智能家居的重要组成部分，也越来越受到生产者和消费者的关注。

在目前现有的家居门窗控制系统中，存在以下几种方式：

1.链条式开窗机，24V电压，通过485总线或其他总线控制方式实现联网控制。

2.推杆式(顶杆式)开窗机，24V电压，通过485总线或其他总线控制方式实现联网控制。

3.链条式开窗机，推杆式(顶杆式)开窗机，用交流电，电压为220V。

4.其他控制方式为无线电遥控或红外遥控方式。

安装方式多为外置，即在门窗的框面以外安装。上述产品的设计推力均为标准型，大致分为150N，300N，350N等等。

总控单元放置于室内的强电箱或单独的电控箱内，总控单元可以连接本地的电脑(网线连接)，通过软件调整设置，并进行控制；也可以连接另外的移动终端(平板电脑，智能手机等，可以通过WIFI进行操作)；也可以连接远程服务器(固定IP地址)，如云服，继续数据备份或者远程操作。

可以连接其他的传感器，如温湿度传感器，危险气体传感器，报警传感器等。

另外，还存在单独的门窗安防报警系统和防火自动排烟系统。系统的大概组成为：

1.安装于门窗框面以外的窗磁或门磁传感器，有线联系系统或者无线连接。

2.位于室内的控制模块(ap),通过路由器，连接本地控制终端或者云服务器。

3.云服务器可以与移动终端等进行通讯。

当窗磁传感器报警后，可以将报警信号通过上述系统发送至移动终端。功能相对简单，仅起到报警的作用。

防火自动排烟系统多用于公建，属于消防控制的一部分。综合了开窗电机(24v),总线控制，本地控制终端(消防控制中心内的消防控制系统)，烟雾传感器，等。当发生火灾时，即烟雾报警发生，并综合其他传感器和总控机制，所有关联的门窗强制电动或气动开启。

以上所有的控制系统的核心机制都在于通过控制终端(单片机，微处理器，电脑等)，并结合关联的程序，以传感器信号为依据，进行逻辑控制，然后通过系统向远程或近场的移动终端发送事件通知；或者用移动终端进行近场或远程的直接干预控制。而非真正的以自学习方式或综合数据分析方面的智能控制。

另外，外露的部件影响了门窗的整体美观程度，对客户的体验是很大的伤害，也不利于智能系统的推广。

而且，在智能系统的部署过程中，需要在墙面挖槽埋线管，还需要重新装修工作面，这些也不利于智能系统的推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种智能门窗控制系统，其能够通过自学习和综合数据分析，最大效率地利用自然通风实现对室内环境的主动控制和调节，从而将室内环境调整为用户最喜欢的模式；而且没有在门窗可见表面外置部件，整体美观大方，用户体验感好；在智能系统的部署过程中，不需要在墙面挖槽埋线管，也无需重新装修工作面，大大降低了人工成本并提高了安装效率。

解决上述问题的技术方案是：这种智能门窗控制系统，门窗包括框、扇、电动执行机构、开启功能配件，通过电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇的开启度，该系统包括传感器、蓝牙模块、控制器，传感器与开启功能配件一体化成形，所述传感器包括感应发生元件和感应器件，开启功能配件包括固定端和开启端，感应发生元件安装在固定端和开启端的一个中，感应器件安装在固定端和开启端的另一个的对应位置中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，传感器采集的数据通过蓝牙模块上传到控制器，控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据获取最佳开启度，并将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构。

还提供了一种采用这种智能门窗控制系统的方法，其包括以下步骤：

(1)开始；

(2)传感器采集的数据通过蓝牙模块发送给控制器；

(3)控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度；

(4)控制器将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构；

(5)电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度；

(6)结束。

本发明的控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度，并通过蓝牙模块下发到电动执行机构，电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度，所以能够通过自学习和综合数据分析，最大效率地利用自然通风实现对室内环境的主动控制和调节，从而将室内环境调整为用户最喜欢的模式；传感器与开启功能配件一体地成形，所以没有在门窗可见表面外置部件，整体美观大方，用户体验感好；通过蓝牙模块来传送数据和指令，所以在智能系统的部署过程中，不需要在墙面挖槽埋线管，也无需重新装修工作面，大大降低了人工成本并提高了安装效率。

附图说明

图1是根据本发明的智能门窗控制系统的结构示意图。

图2是根据本发明的智能门窗控制系统窗的一个优选实施例的侧视图。

图3是根据本发明的智能门窗控制系统的另一个优选实施例的主视图。

具体实施方式

如图1-3所示，这种智能门窗控制系统，门窗包括框、扇、电动执行机构、开启功能配件，通过电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇的开启度，该系统包括传感器1-9、蓝牙模块12、控制器(优选地为微处理器)，传感器与开启功能配件一体化成形，所述传感器包括感应发生元件和感应器件，开启功能配件包括固定端和开启端，感应发生元件安装在固定端和开启端的一个中，感应器件安装在固定端和开启端的另一个的对应位置中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，传感器采集的数据通过蓝牙模块上传到控制器，控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据获取最佳开启度，并将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构。

通过采用蓝牙模块避免了许多通信线缆的使用，节约了成本；并且蓝牙通讯相对于其它无线通讯方式数据传输更加可靠、通信成本更低廉。本发明的控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度，并通过蓝牙模块下发到电动执行机构，电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度，所以能够通过自学习和综合数据分析，最大效率地利用自然通风实现对室内环境的主动控制和调节，从而将室内环境调整为用户最喜欢的模式；传感器与开启功能配件一体地成形，所以没有在门窗可见表面外置部件，整体美观大方，用户体验感好；通过蓝牙模块来传送数据和指令，所以在智能系统的部署过程中，不需要在墙面挖槽埋线管，也无需重新装修工作面，大大降低了人工成本并提高了安装效率。

另外，传感器还布置在框、扇的内置滑槽中，感应发生元件安装在框和扇的一个的滑槽中，感应器件安装在框和扇的另一个的对应滑槽中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，通过在滑槽内布置多个传感器来获取扇的多个位置上的开启度。这样能够使感应结果更加准确可靠，而且智能门窗的实现功能更多。此外，所述感应器件是干簧管或者霍尔传感器，所述感应发生元件是磁铁，这样设计巧妙，成本低廉，对用户来说使用安全，而且干簧管体积很小，方便安装，非常适合在本发明中使用。当然，也可以采用其它的感应发生元件和感应器件，例如所述感应器件是导电胶条，其安装在框和扇的一侧或两侧，通过框和扇关闭时产生挤压而促使导电胶条导通；或者所述感应器件是微型开关，其安装在框和扇的一个上，通过框和扇关闭时产生挤压而促使微型开关动作。

更进一步地，一组感应发生元件和感应器件分别设在扇的开合侧和对应的框的内侧，或者一组感应发生元件和感应器件设在铰链处，或者一组感应发生元件和感应器件设在连杆处。如图3所示为合页式窗，本发明的若干组感应发生元件和感应器件分别设在：锁对应的扇的外侧和锁孔对应框的内侧，扇的开合侧和对应的框的内侧，合页附近，连杆处。另外，一组感应发生元件和感应器件还可以分别设在扇的开合侧的上下两端和对应的框的内侧。这样能够更准确地获得门窗状态的数据。当然，为了使数据更精确，在兼顾成本的情况下，也可以多采用几组感应发生元件和感应器件。

另外，所述电动执行机构包括电机11、齿轮箱、供电单元，供电单元提供小于等于24V的直流电。在门窗的使用过程中，使用220V交流电驱动的设备进行控制会对用户的心理产生不好的影响，会深化他们的对安全的不安定心理。采用小于等于24V的直流电给用户带来安定心理，而且更加节能。

另外，所述窗还外接窗台板13，窗台板包括太阳能电池板、充电电池，太阳能电池板利用窗外的阳光产生电能，通过充电电池储存来作为所述供电单元。这样实现了由门窗本身增加发电和储能装置，而不必外接电源，省去了开槽和下线管的麻烦。

另外，所述窗台板上设有重量传感器。当重量传感器的感应值超过阈值，就会通知控制器来触发报警。

另外，所述开启功能配件包括开门窗器、联动电锁、把手10中的一个或多个。

另外，所述把手内置相连的单片机、报警单元，蓝牙模块放置在把手中，所述传感器、重量传感器均连接到单片机，当单片机判断传感器或重量传感器出现异常情况时触发报警单元进行本地声光报警。

另外，所述控制器通过路由器将传感器采集的数据上传到云端服务器，云端服务器进行数据分析和智能支持。这样就能够实现双系统运行：云端服务器提供数据分析和智能支持，本地的控制器实现控制端的数据采集和综合逻辑控制。所述控制器还可以配置单独的人机交互界面，用于设置模式输入和调整参数。

另外，云端服务器将数据分析结果传送给用户的移动终端APP，用户通过移动终端APP获取和控制门窗的开启度。

还提供了一种采用这种智能门窗控制系统的方法，其包括以下步骤：

(1)开始；

(2)传感器采集的数据通过蓝牙模块发送给控制器；

(3)控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度；

(4)控制器将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构；

(5)电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度；

(6)结束。

本发明的控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度，并通过蓝牙模块下发到电动执行机构，电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度，所以能够通过自学习和综合数据分析，最大效率地利用自然通风实现对室内环境的主动控制和调节，从而将室内环境调整为用户最喜欢的模式；传感器与开启功能配件一体地成形，所以没有在门窗可见表面外置部件，整体美观大方，用户体验感好；通过蓝牙模块来传送数据和指令，所以在智能系统的部署过程中，不需要在墙面挖槽埋线管，也无需重新装修工作面，大大降低了人工成本并提高了安装效率。

以下更详细地说明本发明。

该发明的技术载体是达到相关门窗规范的门窗，特指框和扇上均有对应的内置滑槽，关联的开启功能配件均安装于滑槽内，并以一定的规则连接在一起，当锁闭或开启时，转动把手或相关机构，可以联动所有的关联部件滑动，扇上的部件与框上的部件间有对应关系，以此实现门窗的锁闭，开启(各种开启，如上悬，下旋，内倒，平开等)。

该发明所关联的一体化传感器，可以是将干簧管(霍尔传感器或导电橡胶)安装于(内置于)；配件的内部或有机的和配件组合在一起，在相对侧安装磁铁；当一端固定，另外一端滑动至指定区域，则干簧管吸合(或断开)，则控制端会接受到一个脉冲信号，以确定配件的关联位置，以此位置来推断配件是锁止状态还是开启状态。在同一个系统中，通过另外的干簧管(霍尔传感器，导电橡胶)安装于(内置于)配件的内部或有机的和配件组合在一起，在相对侧安装磁铁；当一端固定，另外一端滑动至指定区域，则干簧管吸合(或断开)，则控制端会接受到一个脉冲信号，以确定配件的关联位置，以此位置来推断门窗是锁止状态还是开启状态。

在内开内倒窗的应用中，或类似的以连杆结构实现门窗的开启或支撑的应用中，也可以在关联的滑块中内置磁铁，然后在对应的位置上内置干簧管(霍尔传感器或导电橡胶)，这样也可以与上述关联的逻辑设置达到相同的作用。

以上提到的一体化传感器(槽口内安装)，可以准确的判断扇和框的相对位置，准确度可以到毫米级，任何非正常开启或动作均可以被检测出；外窗台板的重力传感器可以提供校正信息用于逻辑分析；最终这套系统同样可以具备安防的功能。

在本系统中提到的窗把手可以有报警功能，通过内置蜂鸣器发出声音报警，内置的LED灯会闪烁。把手内置传感器可以判断窗开启部件的状态，并结合门窗槽口内部的传感器共同判断，是否是非正常开启。报警触发可以由把手内部的电路(单片机或简单逻辑电路)结合外部的和把手内部的传感器，自动发生，然后将状态信号和报警信号发给控制器，而不必经由控制器再发送报警信号。

本系统所指出的执行机构为电机加齿轮箱，或电机加涡轮蜗杆结构的电动执行机构，行程控制和过载保护内建于电机驱动机构的整体结构内，也可以外置。电机可以为有刷或无刷直流电机。整体安装位置可以是框面上或扇面上安装，也可以内置于扇或框的内部。供电采用电池供电，并可以外接太阳能电池板用于充电或直接供电，或者由外接的窗台板进行供电。

关于系统的供电，采用在门窗框以外，对室外侧，框外延安装一种复合了太阳能电池板的窗台板，或上面安装的雨檐板，或在离窗口200MM范围内的其他侧面安装以金属板为载体的太阳能板与外框相连的结构体，在板体内部空间安装蓄电池和充电控制电路，再从板体与框体之间打孔，将电源线通过框体引入室内或扇和框之间的槽口内，再经由扇或框的边缘缝隙内与传感器连接，同时也可以为驱动执行机构供电，为控制器供电，为蓝牙通讯模块供电。同时也可以在框内侧安装USB供电插座，用于移动终端或其他小电器的充电。

本发明中描述的窗台板，可以在外侧与墙体固定处和内侧与窗框连接处，安装重力传感器，用于检测是否有人踩踏，以用于安防功能的补充。重力传感器会与关联的电路相连，并可以调整传感器的灵敏度，相关信号通过蓝牙传输给本地室内的控制器。

本系统中的蓝牙传输模块用自备电池供电，或由外侧的窗台板供电，为低功耗蓝牙模块，安装于扇或框的内侧。

本地室内的控制器可以是微处理器，可以通过网线或内置WIFI模块与本地路由器连接。本地控制器与智能门窗之间用蓝牙或其他无线方式进行通讯，并不排除可以与其他的各种关联传感器进行通讯。本地以嵌入式软件平台为基础的软件进行相关管理和运算，并以算法为核心进行本地传感器和执行设备之间的智能化管理。会以场景加自学习的方式运行。

本地控制器可以感知门窗的开关和锁闭状态，并可以识别门窗的具体朝向和位置(通过阳光、温湿度等传感器)，利用这些数据，可以最大效率的利用自然通风实现对室内环境的控制和调节，而且是主动控制，主动干预，并可以更人性化的将室内环境调整为用户最喜欢的模式。

本地控制器可以配置单独的人机交互界面，用于设置模式输入和调整参数。

本地控制器可以配置不同的端口，以便于与其他的物联网系统建立通讯机制和协同操作。

本地控制器可以经由路由器与云服务器建立连接，用于数据的备份，本地软件更新，综合数据分析，同时云服务器可以在数据分析的基础上对本地控制器的人工智能提供支持。

本发明中还包括用于远程控制和被通知的安装于移动终端的应用程序(APP)，可以随时接受到本地控制器经由云服发送过来的状态信息和控制执行结果信息，也可以实现经由移动终端对本地控制器的直接控制和干预。

本发明和现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明可以带动门窗配件行业的产业化升级。

2.现有的门窗配件产品无法实现感知功能，也无法实现智能化改造，而本发明中的配件一体化传感器可以低成本的解决系统升级，同时可以将门窗的关联控制实现精细化控制和管理。同时可以用于安防系统的需求。

3.本发明中的把手报警装置，可以完全实现本地基于门窗的一体化智能安防控制，系统小巧而有效，并且易部署和升级原有配件。

4.本发明中的外窗台板发电装置可以为门窗的智能升级提供已部署的电源供给，同时在实现方便的同时，兼顾了节能减排的社会需求。

5.本发明实现了物联网中家居智能物联系统的简单实现，主动干预和主动控制可以节约用于空调制冷和采暖方面的能耗，同时兼顾了用户在使用过程中的体验，实现智能，不麻烦。

6.本发明在实现了门窗开关方面的智能化，同时在同一体系下实现了安防系统的部分功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，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，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能门窗控制系统，门窗包括框、扇、电动执行机构、开启功能配件，通过电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇的开启度，其特征在于：该系统包括传感器(1-9)、蓝牙模块(12)、控制器，传感器与开启功能配件一体化成形，所述传感器包括感应发生元件和感应器件，开启功能配件包括固定端和开启端，感应发生元件安装在固定端和开启端的一个中，感应器件安装在固定端和开启端的另一个的对应位置中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，传感器采集的数据通过蓝牙模块上传到控制器，控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据获取最佳开启度，并将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构。

2.根据权利要求1所述的智能门窗控制系统，其特征在于：传感器还布置在框、扇的内置滑槽中，感应发生元件安装在框和扇的一个的滑槽中，感应器件安装在框和扇的另一个的对应滑槽中，当扇的开启度发生变化时，感应器件的导通状态发生变化，通过在滑槽内布置多个传感器来获取扇的多个位置上的开启度。

3.根据权利要求2所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述电动执行机构包括电机(11)、齿轮箱、供电单元，供电单元提供小于等于24V的直流电。

4.根据权利要求3所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述窗还外接窗台板(13)，窗台板包括太阳能电池板、充电电池，太阳能电池板利用窗外的阳光产生电能，通过充电电池储存来作为所述供电单元。

5.根据权利要求4所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述窗台板上设有重量传感器。

6.根据权利要求5所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述开启功能配件包括开门窗器、联动电锁、把手(10)中的一个或多个。

7.根据权利要求6所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述把手内置相连的单片机、报警单元，蓝牙模块放置在把手中，所述传感器、重量传感器均连接到单片机，当单片机判断传感器或重量传感器出现异常情况时触发报警单元进行本地声光报警。

8.根据权利要求1所述的智能门窗控制系统，其特征在于：所述控制器通过路由器将传感器采集的数据上传到云端服务器，云端服务器进行数据分析和智能支持。

9.根据权利要求8所述的智能门窗控制系统，其特征在于：云端服务器将数据分析结果传送给用户的移动终端APP，用户通过移动终端APP获取和控制门窗的开启度。

10.一种采用根据权利要求1所述的智能门窗控制系统的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)开始；

(2)传感器采集的数据通过蓝牙模块发送给控制器；

(3)控制器根据历史数据、现场环境数据和传感器采集的数据计算得到最佳开启度；

(4)控制器将最佳开启度通过蓝牙模块下发到电动执行机构；

(5)电动执行机构驱动开启功能配件来控制扇达到最佳开启度；

(6)结束。