CN105298293A - 智能窗户换气系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种智能窗户换气系统及控制方法，系统包括有远程控制设备，还设置有与远程控制设备通过WiFi模块进行通信用于接收远程控制设备指令的主机，与主机相连用于接收主机的驱动信号驱动窗扇的开闭的机械传动装置，与主机相连用于接收主机的驱动信号驱动空气净化器开闭的空气净化器控制器。方法是主机检测室外是否降雨、气体状况，根据所检测到的雨水和气体信息，控制机械传动装置开关窗，远程控制设备也可以通过蓝牙设备来与主机进行通讯，进而达到开关窗的目的。空气净化器控制器会在关窗后通过蓝牙设备接收主机的命令启动空气净化器进行工作。本发明使用方便，能够通过检测室外环境，控制开关窗及空气净化器，进而保证了室内的良好环境。

Description

智能窗户换气系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种换气系统。特别是涉及一种智能窗户换气系统及控制方法。

背景技术

在日常生活中，人们大部分时间忙于工作或学业，家里是否能在正确的时间段里通风换气就成了问题。如果窗户一直关闭，当室外天气状况良好且空气质量达标时，家里不能及时开窗换气，当使用者回到家里想要开窗换气时，很有可能此时的空气质量较差不适合开窗，这样一来，家里的空气就一直得不到更新；而如果窗户一直开启，会面临以下两个问题：一是天气状况较差如刮风下雨时，会破坏室内环境的整洁，二是室外空气质量不达标时会影响室内空气质量，损坏身体健康。

对于有空气净化器的家庭，还可能面临这样一个问题：空气净化器启停与窗户的开关不能联动。当窗户打开时，空气净化器应停止工作；窗户关闭时，空气净化器应开始工作。而往往现实中只能做到使用者离开家前关窗并开启净化器，但净化器会一直保持工作状态，不能和室外新鲜的空气交换；而如果离家前开窗并关闭净化器时，窗户会一直保持打开的状态，此时当室外空气质量不达标时，反而影响室内空气质量。这样窗户的开关与空气净化器的启停就不能智能联动运行。

普通家庭窗户的这些不便造成了一套廉价易用的监测和控制窗户系统的巨大需求。

特别是当代社会对生活质量的要求越来越高，普通窗户已经不能满足人们需要的智能家居要求。家居除了讲究自然环境、人文环境、生态环境、环保环境外，还要讲究舒适环境和智能环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够自动控制窗户的开关状态的智能窗户换气系统及控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种智能窗户换气系统，包括有远程控制设备，还设置有与远程控制设备通过WiFi模块进行通信用于接收远程控制设备指令的主机，与所述的主机相连用于接收主机的驱动信号驱动窗扇的开闭的机械传动装置，与所述的主机相连用于接收主机的驱动信号驱动空气净化器开闭的空气净化器控制器。

所述的主机设置在窗框上，包括有：通过WiFi模块接收远程控制设备信号的主控制芯片，连接在所述主控制芯片的信号输出端用于驱动机械传动装置运行的电机驱动模块，分别连接在所述主控制芯片的信号输入端用于采集室外天气状况的PM2.5传感器模块和雨水传感器模块，与所述主控制芯片的信号输入端和信号输出端相连用于主控制芯片与空气净化器控制器进行通信的主机蓝牙模块，以及与所述主控制芯片的信号输入端相连用于检测窗扇开关是否到位的限位开关，还设置有通过总开关连接外部电源接口用于给所述的主机中的各部件提供电源的第一电源模块。

所述的主机还包括有设置在窗框上的主机壳体，所述的主控制芯片、电机驱动模块、第一电源模块、WiFi模块和主机蓝牙模块设置在位于所述主机壳体内的电路板上，所述的PM2.5传感器模块和雨水传感器模块分别设置在所述主机壳体位于室外侧的表面上，所述外部电源接口和总开关分别设置在所述主机壳体位于室内侧的表面上，所述的限位开关有开窗限位开关和关窗限位开关，并分别设置在窗扇的开启终点处和关闭终点处所对应的窗框上。

所述的机械传动装置包括有：依次相连的减速电机、联轴器和丝杠，其中，所述的减速电机的驱动信号输入端连接主机中电机驱动模块的输出端，所述的丝杠上螺纹连接有用于带动窗扇移动的滑块，所述滑块的下端固定连接窗扇，所述的减速电机、联轴器和丝杠设置在窗框的室内侧。

所述的空气净化器控制器包括有：控制芯片，与所述控制芯片的信号输入端相连用于接收主控制芯片中的主机蓝牙模块所发出的信号的蓝牙模块，线圈的一端与所述的所述控制芯片的信号输出端相连用于开启空气净化器的继电器，以及与所述控制芯片电源输入端和继电器线圈的另一端相连的第二电源模块，其中，所述的第二电源模块的输入端连接工作电源接口，所述继电器的常开触点连接空气净化器的电源输入端。

所述的空气净化器控制器还包括有壳体，所述的控制芯片、继电器、蓝牙模块和第二电源模块分别设置在位于壳体内的电路板上，所述的工作电源接口设置在所述壳体的表面上，所述继电器的常开触点通过贯穿形成在所述壳体上的引出口的导线连接空气净化器的电源输入端。

一种用于智能窗户换气系统的控制方法，包括如下步骤：

1)判断WiFi模块是否接收到远程控制设备的控制信息，是执行远程控制设备指令，否则判断天气是否为优，当天气为下雨或空气质量非优时进入步骤2)，当天气未下雨或空气质量为优时进入步骤6)；

2)判断关窗限位开关是否被触动，是进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于关闭状态，然后返回步骤1)；

4)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机关闭窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器打开空气净化器；

5)判断关窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤1)，否则重复步骤5)；

6)判断开窗限位开关是否被触动，是进入步骤7)，否则进入步骤8)；

7)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于开窗状态，然后返回步骤1)；

8)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机打开窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器关闭空气净化器；

9)判断开窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤7)，否则重复步骤9)。

所述的远程控制设备指令包括：关窗限位开关是否被触动、开窗限位开关是否被触动、电机驱动模块不输出驱动信号。

当远程控制设备指令为关窗限位开关是否被触动时，进入步骤2)；当指令为开窗限位开关是否被触动时，进入步骤6)；当指令为电机驱动模块不输出驱动信号时，停止电机驱动模块的输出。

本发明的智能窗户换气系统及控制方法，具有以下有益效果：

1.功能全面。本发明能够通过检测室外环境，控制开关窗及空气净化器，进而保证了室内的良好环境，填补了相关领域的空白，是市面上极少有的自动检测开关窗与空气净化器智能联动的设备，只需一套设备即可满足宜居环境的需要。

2.简单易用。本发明使用方便，只需将机械传动装置和主机固定在窗体上，并将空气净化器控制器与空气净化器相连，即可工作。

3.廉价低功耗。本发明集成度高，成本低廉，功耗极低，能够使用市电带动，极大程度降低了使用门槛。

附图说明

图1是本发明的整体构成框图；

图2是本发明机械传动装置的安装示意图；

图3是本发明机械传动装置电路构成框图；

图4是本发明主机壳体结构示意图；

图5是本发明主机电路构成框图；

图6是本发明空气净化器控制器电路构成框图；

图7是本发明空气净化器控制器壳体结构示意图；

图8是本发明智能窗户换气系统控制方法流程图。

图中

A：机械传动装置B：主机

C：空气净化器控制器E：远程控制设备

D：WiFi模块1：主机壳体

2：丝杠3：滑块

4：减速电机5：联轴器

6：PM2.5传感器模块7：雨水传感器模块

8：限位开关9：主控制芯片

10：主机蓝牙模块11：电机驱动模块

12：第一电源模块13：外部电源接口

14：总开关15：控制芯片

16：继电器17：引出口

18：蓝牙模块19：工作电源接口

20：第二电源模块21：窗扇

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的智能窗户换气系统及控制方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种智能窗户换气系统，包括有远程控制设备E，还设置有与远程控制设备E通过WiFi模块D进行通信用于接收远程控制设备E指令的主机B，与所述的主机B相连用于接收主机B的驱动信号驱动窗扇21的开闭的机械传动装置A，与所述的主机B相连用于接收主机B的驱动信号驱动空气净化器开闭的空气净化器控制器C。

如图2、图5所示，所述的主机B设置在窗框上，包括有：通过WiFi模块D接收远程控制设备E信号的主控制芯片9，连接在所述主控制芯片9的信号输出端用于驱动机械传动装置A运行的电机驱动模块11，分别连接在所述主控制芯片9的信号输入端用于采集室外天气状况的PM2.5传感器模块6和雨水传感器模块7，与所述主控制芯片9的信号输入端和信号输出端相连用于主控制芯片9与空气净化器控制器C进行通信的主机蓝牙模块10，和以及与所述主控制芯片9的信号输入端相连用于检测窗扇21开关是否到位的限位开关8，还设置有通过总开关14连接外部电源接口13用于给所述的主机B中的各部件提供电源的第一电源模块12。主控制芯片9通过PM2.5传感器模块6和雨水传感器模块7检测室外是否降雨、气体状况，控制机械传动装置开关窗，远程控制设备E也可以通过蓝牙设备来与主机B进行通讯，进而达到开关窗的目的。

如图2、图4所示，所述的主机B还包括有设置在窗框上的主机壳体1，所述的主控制芯片9、电机驱动模块11、第一电源模块12、WiFi模块D和主机蓝牙模块10设置在位于所述主机壳体内的电路板上，所述的PM2.5传感器模块6和雨水传感器模块7分别设置在所述主机壳体位于室外侧的表面上，所述外部电源接口13和总开关14分别设置在所述主机壳体位于室内侧的表面上，所述的限位开关8有开窗限位开关和关窗限位开关，并分别设置在窗扇21的开启终点处和关闭终点处所对应的窗框上。

如图2、图3所示，所述的机械传动装置A包括有：依次相连的减速电机4、联轴器5和丝杠2，其中，所述的减速电机4的驱动信号输入端连接主机B中电机驱动模块11的输出端，所述的丝杠2上螺纹连接有用于带动窗扇21移动的滑块3，所述滑块3的下端固定连接窗扇21，所述的减速电机4、联轴器5和丝杠2设置在窗框的室内侧。

如图6所示，所述的空气净化器控制器C包括有：控制芯片15，与所述控制芯片15的信号输入端相连用于接收主控制芯片9中的主机蓝牙模块10所发出的信号的蓝牙模块18，线圈的一端与所述的所述控制芯片15的信号输出端相连用于开启空气净化器的继电器16，以及与所述控制芯片15电源输入端和继电器16线圈的另一端相连的第二电源模块20，其中，所述的第二电源模块20的输入端连接工作电源接口19，所述继电器16的常开触点连接空气净化器的电源输入端。

如图7所示，所述的空气净化器控制器C还包括有壳体，所述的控制芯片15、继电器16、蓝牙模块18和第二电源模块20分别设置在位于壳体内的电路板上，所述的工作电源接口19设置在所述壳体的表面上，所述继电器16的常开触点通过贯穿形成在所述壳体上的引出口17的导线连接空气净化器的电源输入端。

本发明的本发明的一种智能窗户换气系统中，由MC9S08JM60单片机作为主机中的主控制芯片，将PM2.5传感器模块、雨水传感器模块、主机蓝牙模块、WiFi模块和限位开关传来的信息通过电机驱动模块驱动电机转动，进而带动窗户开关。其中，所述的PM2.5传感器模块采用GP2Y1010AU0FPM2.5传感器，雨水传感器模块采用FR-04雨水传感器，能够比较全面地检测室外基本的PM2.5的浓度，以及室外是否下雨等。GP2Y1010AU0FPM2.5传感器的工作原理是，一个红外发光二极管和光电子晶体管是对角布置在该装置中，它检测在空气中尘埃的反射光，尤其是它可以有效的检测到非常细的颗粒像PM2.5颗粒。FR-04雨水传感器的工作原理是，当没有雨水时，模块输出高电平，一旦检测到雨水，输出电平被拉低，通过检测输出电平即可判断是否下雨。

本发明空气净化器控制器中的控制芯片是采用MC9S08JM60单片机控制继电器的开关。

本发明中的主机蓝牙模块和空气净化器控制器C中的蓝牙模块采用的HC-05蓝牙模块，远程控制设备可通过HX-M02WiFi模块向主机中的MC9S08JM60单片机发送指令，进而控制电机的状态。

如图8所示，本发明的用于智能窗户换气系统的控制方法，包括如下步骤：

1)判断WiFi模块是否接收到远程控制设备的控制信息，是执行远程控制设备指令，否则通过PM2.5传感器模块和雨水传感器模块判断天气是否为优，当天气为下雨或空气质量非优时进入步骤2)，当天气未下雨或空气质量为优时进入步骤6)；

所述的远程控制设备指令包括：关窗限位开关是否被触动、开窗限位开关是否被触动、电机驱动模块不输出驱动信号。当远程控制设备指令为关窗限位开关是否被触动时，进入步骤2)；当指令为开窗限位开关是否被触动时，进入步骤6)；当指令为电机驱动模块不输出驱动信号时，停止电机驱动模块的输出。

2)判断关窗限位开关是否被触动，是进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于关闭状态，然后返回步骤1)；

4)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机关闭窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器打开空气净化器；

5)判断关窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤1)，否则重复步骤5)；

6)判断开窗限位开关是否被触动，是进入步骤7)，否则进入步骤8)；

7)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于开窗状态，然后返回步骤1)；

8)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机打开窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器关闭空气净化器；

9)判断开窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤7)，否则重复步骤9)。

本发明公开和揭示的所有组合可以通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。

Claims (9)

1.一种智能窗户换气系统，包括有远程控制设备(E)，其特征在于，还设置有与远程控制设备(E)通过WiFi模块(D)进行通信用于接收远程控制设备(E)指令的主机(B)，与所述的主机(B)相连用于接收主机(B)的驱动信号驱动窗扇(21)的开闭的机械传动装置(A)，与所述的主机(B)相连用于接收主机(B)的驱动信号驱动空气净化器开闭的空气净化器控制器(C)。

2.根据权利要求1所述的智能窗户换气系统，其特征在于，所述的主机(B)设置在窗框上，包括有：通过WiFi模块(D)接收远程控制设备(E)信号的主控制芯片(9)，连接在所述主控制芯片(9)的信号输出端用于驱动机械传动装置(A)运行的电机驱动模块(11)，分别连接在所述主控制芯片(9)的信号输入端用于采集室外天气状况的PM2.5传感器模块(6)和雨水传感器模块(7)，与所述主控制芯片(9)的信号输入端和信号输出端相连用于主控制芯片(9)与空气净化器控制器(C)进行通信的主机蓝牙模块(10)，以及与所述主控制芯片(9)的信号输入端相连用于检测窗扇(21)开关是否到位的限位开关(8)，还设置有通过总开关(14)连接外部电源接口(13)用于给所述的主机(B)中的各部件提供电源的第一电源模块(12)。

3.根据权利要求2所述的智能窗户换气系统，其特征在于，所述的主机(B)还包括有设置在窗框上的主机壳体，所述的主控制芯片(9)、电机驱动模块(11)、第一电源模块(12)、WiFi模块(D)和主机蓝牙模块(10)设置在位于所述主机壳体内的电路板上，所述的PM2.5传感器模块(6)和雨水传感器模块(7)分别设置在所述主机壳体位于室外侧的表面上，所述外部电源接口(13)和总开关(14)分别设置在所述主机壳体位于室内侧的表面上，所述的限位开关(8)有开窗限位开关和关窗限位开关，并分别设置在窗扇(21)的开启终点处和关闭终点处所对应的窗框上。

4.根据权利要求1所述的智能窗户换气系统，其特征在于，所述的机械传动装置(A)包括有：依次相连的减速电机(4)、联轴器(5)和丝杠(2)，其中，所述的减速电机(4)的驱动信号输入端连接主机(B)中电机驱动模块(11)的输出端，所述的丝杠(2)上螺纹连接有用于带动窗扇(21)移动的滑块(3)，所述滑块(3)的下端固定连接窗扇(21)，所述的减速电机(4)、联轴器(5)和丝杠(2)设置在窗框的室内侧。

5.根据权利要求1所述的智能窗户换气系统，其特征在于，所述的空气净化器控制器(C)包括有：控制芯片(15)，与所述控制芯片(15)的信号输入端相连用于接收主控制芯片(9)中的主机蓝牙模块(10)所发出的信号的蓝牙模块(18)，线圈的一端与所述的所述控制芯片(15)的信号输出端相连用于开启空气净化器的继电器(16)，以及与所述控制芯片(15)电源输入端和继电器(16)线圈的另一端相连的第二电源模块(20)，其中，所述的第二电源模块(20)的输入端连接工作电源接口(19)，所述继电器(16)的常开触点连接空气净化器的电源输入端。

6.根据权利要求5所述的智能窗户换气系统，其特征在于，所述的空气净化器控制器(C)还包括有壳体，所述的控制芯片(15)、继电器(16)、蓝牙模块(18)和第二电源模块(20)分别设置在位于壳体内的电路板上，所述的工作电源接口(19)设置在所述壳体的表面上，所述继电器(16)的常开触点通过贯穿形成在所述壳体上的引出口(17)的导线连接空气净化器的电源输入端。

7.一种用于权利要求1所述的智能窗户换气系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)判断WiFi模块是否接收到远程控制设备的控制信息，是执行远程控制设备指令，否则判断天气是否为优，当天气为下雨或空气质量非优时进入步骤2)，当天气未下雨或空气质量为优时进入步骤6)；

2)判断关窗限位开关是否被触动，是进入步骤3)，否则进入步骤4)；

3)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于关闭状态，然后返回步骤1)；

4)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机关闭窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器打开空气净化器；

5)判断关窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤1)，否则重复步骤5)；

6)判断开窗限位开关是否被触动，是进入步骤7)，否则进入步骤8)；

7)电机驱动模块不输出驱动信号，保持窗户处于开窗状态，然后返回步骤1)；

8)电机驱动模块输出驱动信号，驱动电机打开窗扇，同时主机通过蓝牙模块控制空气净化器控制器关闭空气净化器；

9)判断开窗限位开关是否被触动，是则电机停止工作返回步骤7)，否则重复步骤9)。

8.根据权利要求7所述的用于智能窗户换气系统的控制方法，其特征在于，所述的远程控制设备指令包括：关窗限位开关是否被触动、开窗限位开关是否被触动、电机驱动模块不输出驱动信号。

9.根据权利要求8所述的用于智能窗户换气系统的控制方法，其特征在于，当远程控制设备指令为关窗限位开关是否被触动时，进入步骤2)；当指令为开窗限位开关是否被触动时，进入步骤6)；当指令为电机驱动模块不输出驱动信号时，停止电机驱动模块的输出。