CN105955367A - 智能电子开窗机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电子开窗机控制器，包括：高速微控制器；温湿度检测模块，与高速微控制器连接，用于检测温度及湿度信息，并传输至高速微控制器；空气质量检测模块，与高速微控制器连接，用于检测空气质量信息，并传输至高速微控制器；可燃性气体及烟雾检测模块，与高速微控制器连接，用于检测可燃性气体及烟雾信息，并传输至高速微控制器；风速检测模块，与高速微控制器连接，用于检测风速信息，并传输至高速微控制器；无线通信模块，与高速微控制器连接，用于收发无线信号；继电器输出模块，与高速微控制器连接。本发明可以根据设定时间开关窗，也可以根据温湿度、风速、室内空气质量、室内可燃性气体及烟雾浓度控制开窗机开关窗。

Description

智能电子开窗机控制器

技术领域

本发明属于控制技术领域，具体地说，涉及一种智能电子开窗机控制器。

背景技术

在现阶段国内外开窗机用途非常广泛，常用于窗户安装位置较高或者较远，靠人力触及不到的用户；或者有消防联动通风、排烟要求的用户；或者是有气象开关要求的用户；或者是对室内有温度、湿度、空气指数等要求的用户。

目前开窗机越来越成熟，市面上各类开窗机种类繁多，但是相应的控制器却存在发展缓慢、功能单一、控制不人性化等缺点，比如市面常见的开窗机控制器仅为简单遥控或者触摸开关、风速检测控制开关等。

本发明的发明人在经过研究后发现，上述功能单一的控制器无法提升人们的生活品质，而升级至智能家居控制系统又会提高用户的成本，同时也较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，现有开窗机控制器无法实现智能控制的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种智能电子开窗机控制器，包括：

高速微控制器；

温湿度检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测温度及湿度信息，并传输至所述高速微控制器；

空气质量检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测空气质量信息，并传输至所述高速微控制器；

可燃性气体及烟雾检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测可燃性气体及烟雾信息，并传输至所述高速微控制器；

风速检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测风速信息，并传输至所述高速微控制器；

无线通信模块，与所述高速微控制器连接，用于收发无线信号；

继电器输出模块，与所述高速微控制器连接。

进一步的，所述的智能电子开窗机控制器还包括AC220V-DC24V开关电源，与所述高速微控制器连接。

进一步的，所述的智能电子开窗机控制器还包括锂电池备用电源，与所述高速微控制器连接。

进一步的，所述的智能电子开窗机控制器还包括按键，与所述高速微控制器连接，用于输入用户设置参数。

进一步的，所述的智能电子开窗机控制器还包括液晶显示器，与所述高速微控制器连接，用于显示当前操作状态及环境参数。

进一步的，所述温湿度检测模块为集成化数字温湿度传感器，用于将温度和湿度的模拟信号转换成电信号。

进一步的，所述空气质量检测模块利用发光二极管定向发光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线判断环境灰尘或者颗粒物的浓度，并将所述环境灰尘或者颗粒物的浓度转换成电压模拟量。

进一步的，所述风速检测模块为气象三杯式的风速传感器，或者基于超声波的风速传感器。

进一步的，所述无线通信模块为蓝牙模块、ZigBee模块，或者WIFI模块。

进一步的，所述继电器输出模块用于控制开窗机完成开窗和关窗动作。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

既可以控制普通开窗机对各类窗户的智能控制，也可以根据一定通信方式或者通信协议加入到智能家居控制系统中集中控制。

根据用户的控制需求，可以对智能电子开窗机控制器进行组合。

可以根据环境的温湿度变化、风速变化、室内空气质量好坏、室内可燃性气体及烟雾浓度来控制开窗机开窗或者关窗。

当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1所示为本发明智能电子开窗机控制器的结构示意图；

图2所示为本发明智能电子开窗机控制器的工作流程图；

图3所示为本发明智能电子开窗机控制器的接线图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

图1所示为本发明智能电子开窗机控制器的结构示意图。

本发明的一种智能电子开窗机控制器，包括：高速微控制器；温湿度检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测温度及湿度信息，并传输至所述高速微控制器；空气质量检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测空气质量信息，并传输至所述高速微控制器；可燃性气体及烟雾检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测可燃性气体及烟雾信息，并传输至所述高速微控制器；风速检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测风速信息，并传输至所述高速微控制器；无线通信模块，与所述高速微控制器连接，用于收发无线信号；继电器输出模块，与所述高速微控制器连接；AC220V-DC24V开关电源，与所述高速微控制器连接；锂电池备用电源，与所述高速微控制器连接；按键，与所述高速微控制器连接，用于输入用户设置参数；液晶显示器，与高速微控制器连接，用于显示当前操作状态及环境参数。

具体而言，各个模块的功能及原理如下：

温湿度检测模块采用集成化数字温湿度传感器，内部原理是利用传感器可以将温度和湿度的模拟信号转换成电信号，为了达到测量精度，要使用模块内部的A/D转换器将模拟信号转换成数字量送入微控制器。温度测量范围：-40℃～+123.8℃；温度测量精度：±0.4℃；湿度测量范围：0～100％RH(相对湿度)；湿度测量精度±3％RH。

空气质量检测模块利用发光二极管(LED)定向发光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断环境灰尘或者颗粒物的浓度，通过内部模块变换将灰尘或者颗粒物浓度转换成电压模拟量，所以高速微控制器通过内部的A/D转换器将电压信号转换成数字量。测量精度：灰尘或者颗粒物浓度0.1％毫克/立方米(mg/m³)。

可燃性气体及烟雾检测模块利用气敏元件作为传感器，通过电压放大器后输出电压模拟量，通过微控制器的A/D转换器将电压信号转换成数字量。特点是对可燃性气体(含一氧化碳、甲烷)和烟雾灵敏度极高，检测范围500～10000百万分比浓度(ppm)。

风速检测模块，由于风向对传感器的影响，风速测量会存在较大误差，但对于一般用户来讲，这个误差在允许范围之内，本发明的智能电子开窗机控制器方便用户选择，提供两种风速检测模块，一种是基于气象三杯式的风速传感器；另一种是基于超声波的风速传感器。前者通过风杯转动时，主轴带动多齿转盘旋转，可以使光电耦合器检测的信号处于导通或者截止状态，对外输出数字量来换算成风速送入微控制器，但是由于风向关系，对风速测量的精度影响较大，一般对风速精度要求不大或成本要求较低的用户推荐使用。测量范围：0～40米/秒(m/s)；测量精度：±0.3米/秒。

后者是利用超声波在空气中传播的时差法测量的，超声波在空气中的传播速度会和风向的气流速度叠加，若超声波的传播方向与风向相同，那么超声波传播速度就会加快；反之，若超声波的传播方向与风向相反，那么超声波传播速度就会变慢。由于超声波在空气中传播速度还受温度影响，为了保证精度，模块内部还集成了温度传感器，通过计算发射和接收的时间差来量化风速，输出数字量送入微控制器，精度较高但是成本也相应提升。测量范围：0～60米/秒(m/s)；测量精度：±0.1米/秒。

无线通信模块根据用户需求也提供多种解决方案，如蓝牙方案、ZigBee方案、WIFI方案等，但是方案不同用途也不同，一般ZigBee方案和蓝牙方案是通过无线传输协议与智能家居系统通信，方便加入到智能家居控制系统，由智能家居控制系统统一控制，这两种无线通信方案通信距离短，但是功耗较低；而WIFI方案更加灵活，用户可以通过WIFI连接到互联网，与智能电子开窗机控制器远程通信。这种方案速度较快，方便用户远程控制，但是功耗较大，不适合长时间使用备用电池供电。

无线通信模块不仅可以与高速微控制器连接，也可以与智能电子开窗机控制器的各个检测模块连接，比如温湿度检测模块需要在多点检测，用户不希望布线，就可以在每个温湿度检测模块连接一个无线通信模块，直接与控制核心通过无线通信的方式进行无线数据传输，使用起来更加灵活方便。

本发明的智能电子开窗机控制器通过继电器输出模块控制开窗机完成开窗和关窗动作。高速微控制器根据用户预先设置的参数或者用户本地、远程控制继电器输出模块对开窗机进行控制，继电器输出模块输出为开关量。

开窗机工作需要24V直流(DC)电源，而本发明的智能电子开窗机控制器内部需要5V直流和3.3V直流电源，所以智能电子开窗机控制器的直流电源可以由两种方式提供，一种是开窗机配备的开关电源经过变换得到的：220V交流电(AC)电源经过降压整流及其他变换后输出24V直流电，再经过直流斩波(DC-DC)转换将24V直流电变换成智能电子开窗机控制器需要的5V和3.3V直流电；另一种是通过锂电池组提供的备用7.4V直流电经过DC-DC转换成5V和3.3V直流电，备用电源平时不会使用，当单相交流电停电或者开关电源出现故障时才会启用。

图2所示为本发明智能电子开窗机控制器的工作流程图。

智能电子开窗机控制器内部的高速微控制器上电以后进行初始化，包括系统时钟设置、通用输入输出端口设置、中断设置等，然后加载基本模块，包括各个检测模块端口定义，检查各个模块是否存在，写入列表后由用户设置控制规则和控制参数。最后进入循环操作，每次进入循环前判断是否手动操作，如果是手动模式，则直接将控制权交给用户，直接控制继电器输出模块操作开窗机动作；如果是自动模式，则根据用户预先设置好的规则和参数来检测各个模块的参数，一旦达到预先设置的阈值，控制核心会自动控制继电器输出模块操作开窗机动作。

由于控制核心处理任务量大，控制规则多，所以本发明的智能电子开窗机控制器采用实时操作系统，利用内部的任务调度器管理这些任务。首先把各个模块设计成任务，比如温湿度检测设计成温湿度检测任务，风速检测设计成风速任务等。然后根据这些任务的实时性设置优先级和检测时间，比如温湿度检测任务优先级低，实时性要求不高，可以设置每隔0.5秒检测一次，可燃性气体/烟雾检测任务优先级最高，实时性求高，必须在0.01秒之内检测完成。

设置规则：

(1)温湿度：室内温度(避免阳光直射传感器条件下)在0℃～+40℃范围内可供用户设置关窗或者开窗，低于0℃自动关窗、超过+40℃则自动开窗；室内湿度在0～100％RH(相对湿度)范围可供用户设置，一般此项检测用于检测室外环境是否降雨。

(2)空气质量：空气质量检测模块把室内空气质量从上到下分为5个等级：优秀、良好、轻微污染、中等污染、严重污染，用户可以在任何等级设置开关或者关窗。

(3)可燃性气体/烟雾：可燃性气体/烟雾检测实时性较高，当可燃性气体及烟雾浓度超过出厂设定阈值，智能电子开窗机控制器会立刻发出开窗命令，默认优先级为等级1(最高)。

(4)风速：虽然风速检测模块有两种模块可选，但是控制规则都是一致的，即用户可以根据风速来设置控制规则。

智能电子开窗机控制器共设置4个优先级，分别从高到低为等级1、等级2、等级3和等级4。但是可燃性气体/烟雾检测优先级永远最高，即不论其他任务优先级是否最高，一旦检测到可燃性气体及烟雾浓度超过阈值，则立刻无条件开窗，以保证用户人身财产安全；其次是室内温度低于0℃或者高于+40℃，智能电子开窗机控制器自动控制关窗和开窗。优先级等级提升，其任务的重要性和紧迫性也相应提升，高优先级任务可以打断低优先级任务，同级优先级任务无法打断其他同级优先级任务。

控制规则：

(1)基本控制规则：用户可以设置时间控制开关窗；可以温度0℃～+40℃范围内可以设置开窗或关窗；可以在湿度在75％RH以下设置开窗或关窗；可以在空气质量优于严重污染设置开窗或关窗，可以在风速10米/秒以下设置开窗或关窗，可燃性气体及烟雾浓度不允许设置，一旦检测到浓度超过阈值，则无条件开窗。

(2)特殊控制规则：

当检测到可燃性气体及烟雾浓度超过阈值，智能电子开窗机控制器控制开窗，该项控制优先级为等级1；

当温度高于+40℃时，智能电子开窗机控制器控制开窗，该项控制优先级为等级2；

当湿度在75％RH以上，温度低于0℃以下，空气质量优于中等污染(含中等污染)，风速10米/秒以上，智能电子开窗机控制关窗，以上控制优先级为等级3。

当设定时间到，智能电子开窗机控制器控制开关窗，该项控制优先级为等级4。

图3所示为本发明智能电子开窗机控制器的接线图。

把开关电源连接单相交流电，通过开关电源将交流(AC)220V转换成直流(DC)24V，连接到开窗机和智能电子开窗机控制器为其提供工作电源，为了提升灵活性和防止掉电，设计了锂电池备用电源。智能电子开窗机控制器的继电器输出模块与开窗机连接，控制开窗机打开窗户和关闭窗户的工作。手动开关与智能电子开窗机控制器连接，主要完成手动控制开窗机的操作。

具体实施步骤如下：

步骤A：将单相交流电按图3接入开关电源中，开关电源可以将市电220V交流电转换成开窗机工作所需的24V直流电输出。然后将开关电源的输出端接入智能电子开窗机控制器中，此时智能电子开窗机控制器的5V电源和3.3V指示灯亮起，表示供电正常。将锂电池备用电源的正负极分别接入到智能电子开窗机控制器中，此时智能电子开窗机控制器的备用电源指示灯绿灯亮起，表示备用电源接入，如果红灯亮起表示备用电源投入工作。最后将手动开关接入智能电子开窗机控制器中。智能电子开窗机控制器接线完成。

步骤B：智能电子开窗机控制器上电之后初始化，检测模块是否存在，这个过程持续3-5秒，然后提示初始化完成，通过按键设置开关窗时间，按所接入模块的预设参数控制开窗机完成开窗或者关窗动作。其中可燃性气体及烟雾浓度会提示强烈不建议修改。然后按下启动按键后智能电子开窗机控制器开始工作。

步骤C：设置无线通信模块，按照各自模块连接说明连接无线网络。

实际测试：

智能电子开窗机控制器按图3与吉林化工学院实训综合楼307室的安装在塑钢窗上的开窗机相连接。

测试一：将所有模块全部接入，用户跳过设置时间开关窗，设置温度在15～30℃，湿度在70％RH以下，空气质量优于轻微污染(含轻微污染)，风速10米/秒以下控制开窗机开窗，跳过设置可燃性气体及烟雾浓度，即保持出厂设置，窗户处于关闭状态。

按下启动按键后智能电子开窗机控制器开始工作。当前温度23.5℃，湿度39％RH，室内空气质量良好，外界风速3-4米/秒。开窗机打开窗户。

当使用加湿器靠近智能电子开窗机控制器的温湿度检测模块时，当前湿度值迅速增大到70％-80％RH，开窗机工作，将窗户关闭。

当使用加热状态下的吹风机对智能电子开窗机控制器的温湿度模块吹热风之后，湿度逐渐降低，温度迅速上升到43℃，开窗机工作，将窗户打开。保持当前温度在40℃之上，使用粉笔灰将当前空气质量降低到严重污染，开窗机不工作，始终处于打开状态，证明优先级识别正确，当温度逐渐低于28℃时，开窗机工作，将窗户关闭。

当空气质量仍为严重污染时，窗户处于关闭状态，用打火机靠近智能电子开窗机控制器的可燃性气体/烟雾检测模块并喷出气体后，开窗机立即工作，将窗户打开。证明优先级识别正确。

测试二：只选择温湿度检测模块和无线通信模块，设置早晨7:30开窗，下午5:00关窗，温度在15～30℃，湿度在70％RH以下开窗。当前时间上午10:15，窗户处于关闭状态，无线通信模块选择WIFI模块，用户终端安装好控制软件。

按下启动按键后智能电子开窗机控制器开始工作。当前温度24.1℃，湿度34％RH，开窗机打开窗户。当用户通过控制软件向智能电子开窗机控制器发送关窗命令后，开窗机工作，将窗户关闭。用户手动按下开窗开关，开窗机工作，将窗户打开。

本发明可以获得包括以下技术效果：

本发明主要研究自动控制开窗机工作的智能电子开窗机控制器。这种控制器由新型高速微控制器芯片、各类传感器、A/D转换器、通信模块和继电器等组成，既可以控制普通开窗机对各类窗户的智能控制，也可以根据一定通信方式或者通信协议加入到智能家居控制系统中集中控制。

本发明研究的智能电子开窗机控制器根据以上要求，提供各类传感器接口，如温度、湿度、可燃性气体、烟雾、光线和风速等传感器，还提供通信接口，如WIFI、ZigBee等模块，兼容某些智能家居通信协议。为方便用户选择，扩大用户群体，智能电子开窗机控制器还具备模块化功能，即根据用户的控制需求，可以对智能电子开窗机控制器进行剪裁和组合。如用户只需要温湿度和风速检测，那么其他传感器检测模块可以相应剪裁掉。

在最大程度上带给用户方便、舒适、安全的使用体验，智能电子开窗机控制器可以根据用户设定时间开关窗，也可以根据环境的温湿度变化、风速变化、室内空气质量好坏、室内可燃性气体及烟雾浓度来控制开窗机开窗或者关窗。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能电子开窗机控制器，其特征在于，包括：

高速微控制器；

温湿度检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测温度及湿度信息，并传输至所述高速微控制器；

空气质量检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测空气质量信息，并传输至所述高速微控制器；

可燃性气体及烟雾检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测可燃性气体及烟雾信息，并传输至所述高速微控制器；

风速检测模块，与所述高速微控制器连接，用于检测风速信息，并传输至所述高速微控制器；

无线通信模块，与所述高速微控制器连接，用于收发无线信号；

继电器输出模块，与所述高速微控制器连接。

2.如权利要求1所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，还包括：AC220V-DC24V开关电源，与所述高速微控制器连接。

3.如权利要求2所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，还包括：锂电池备用电源，与所述高速微控制器连接。

4.如权利要求3所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，还包括：按键，与所述高速微控制器连接，用于输入用户设置参数。

5.如权利要求4所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，还包括：液晶显示器，与所述高速微控制器连接，用于显示当前操作状态及环境参数。

6.如权利要求5所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，所述温湿度检测模块为集成化数字温湿度传感器，用于将温度和湿度的模拟信号转换成电信号。

7.如权利要求6所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，所述空气质量检测模块利用发光二极管定向发光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线判断环境灰尘或者颗粒物的浓度，并将所述环境灰尘或者颗粒物的浓度转换成电压模拟量。

8.如权利要求7所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，所述风速检测模块为气象三杯式的风速传感器，或者基于超声波的风速传感器。

9.如权利要求8所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块、ZigBee模块，或者WIFI模块。

10.如权利要求9所述的智能电子开窗机控制器，其特征在于，所述继电器输出模块用于控制开窗机完成开窗和关窗动作。