CN107013124A - 智能窗控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能窗控制系统，包括控制器、手动开关、信号接收器以及气体检测装置，该手动开关、该信号接收器和该气体检测装置分别连接该控制器，其中该控制器适于响应手动开关的操作、该信号接收器的接收信号以及该气体检测装置的气体和颗粒物检测结果，输出窗户的开关控制信号。本发明的智能窗控制系统可根据各种情况，尤其是空气质量状况来决定是否关闭窗户。

Description

智能窗控制系统

技术领域

本发明涉及一种智能窗，尤其是涉及一种根据需要选择开启和关闭窗户的智能窗控制系统。

背景技术

随着物联网技术的不断发展，家居智能化正在成为现实。智能窗就是一种能够实现窗户的开启和关闭控制自动化和智能化的技术。目前的智能窗试图实现定时开关、远程控制、防风防雨、以及安防报警等功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能窗控制系统，可以根据气体状况来控制窗户的开启和关闭。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种智能窗控制系统，包括控制器、手动开关、信号接收器以及气体检测装置，该手动开关、该信号接收器和该气体检测装置分别连接该控制器，其中该控制器适于响应手动开关的操作、该信号接收器的接收信号以及该气体检测装置的气体和颗粒物检测结果，输出窗户的开关控制信号。该气体检测装置包括泵浦激光器、分束器、光强探测器、斩波器、二色镜、检测激光器、腔体、滤光片、位置探测器、前置放大器、锁相放大器以及模数转换器，该泵浦激光器发射泵浦光，通过该分束器后的一部分泵浦光作为归一化的光入射到该光强探测器中，该光强探测器接收到的信号输入到该模数转换器中，通过该分束器的另一部分泵浦光透过该斩波器进入该二色镜，该斩波器的输出信号进入该锁相放大器，该斩波器面向该二色镜的反射面，该检测激光器面向该二色镜的入射面，该二色镜对泵浦光全反射，对检测光透射，泵浦光和检测光经过该二色镜后耦合入该腔体，该腔体中包含有待检测物质，检测光和泵浦光穿过该腔体后入射到该滤光片，该滤光片对泵浦光吸收，对检测光高透，透过该滤光片的检测光由该位置探测器探测偏转信号后输入到该前置放大器中，然后再输入到该锁相放大器中，该锁相放大器中的信号经过模数转换后在该控制器进行数据采集。

在本发明的一实施例中，上述的智能窗控制系统还包括接近传感器，连接该控制器。

在本发明的一实施例中，上述的智能窗控制系统还包括雨量传感器、照度传感器和温度传感器，分别连接该控制器。

在本发明的一实施例中，上述的智能窗控制系统还包括窗帘纱帘控制器，连接该控制器，该窗帘纱帘控制器输出用于控制窗帘电机和纱帘电机的信号。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜和对泵浦光高透，而对检测光是部分透射部分反射。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，位于入射侧的反射镜对检测光和泵浦光高透，位于出射侧反射镜对检测光高透，而对泵浦光部分反射或者全反射。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，位于入射侧的反射镜对检测光部分透射部分反射而对泵浦光高透，位于出射侧的反射镜对检测光部分反射部分透射，而对泵浦光部分反射或者全反射。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜对检测光高透，而对泵浦光高反。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜对检测光高透，位于入射侧的反射镜对泵浦光高反，位于出射侧的反射镜对泵浦光全反射。

在本发明的一实施例中，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜对检测光部分透射部分反射，位于入射侧的反射镜对泵浦光高反，位于出射侧的反射镜对泵浦光全反射。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：智能窗控制系统可根据各种情况来进行窗户的开启和关闭的智能控制，尤其是，可以根据空气质量来进行智能控制，从而改善室内的空气质量。本发明的上述实施例可通过位置及堵转检测功能来检测电机堵转，从而及时关断电机，保护系统的正常运行。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明一实施例的智能窗控制系统的电路结构框图。

图2是光热偏转光谱的基本结构图。

图3是本发明第一实施例的气体检测装置的腔体结构。

图4是本发明第二实施例的气体检测装置的腔体结构。

图5是本发明第三实施例的气体检测装置的腔体结构。

图6是本发明第四实施例的气体检测装置的腔体结构。

图7是本发明第五实施例的气体检测装置的腔体结构。

图8是本发明第六实施例的气体检测装置的腔体结构。

图9是本发明第七实施例的气体检测装置的腔体结构。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的智能窗控制系统的电路结构框图。参考图1所示，本实施例的智能窗控制系统100包括控制器101、气体检测装置102、雨量传感器103、接近传感器104、照度传感器105、信号接收器106、手动开关107、温度传感器108、显示器109、窗帘纱帘控制器110、摄像头供电单元111以及电源112。

各个部件均连接到控制器101。控制器101作为控制系统的核心，负责控制系统的整体运作。智能窗控制系统100可实现多种功能，下面分别加以说明。

首先是窗户电动开关功能。手动开关107连接到控制器101。手动开关设有多个按键。例如设置左、右、中3个按键对开关窗有效。手动开关的输入方式例如为硬线输入或者总线输入。作为举例而非限制，左键按下为右窗向左开到底，右键按下为左窗向右开到底，中键按下全部关窗。为防止瞬间电流过大，可以先左窗回位，再右窗回位。控制器101的开/关窗控制信号分别发送到各个窗(例如左窗和右窗)的窗电机121，以实现所需的开/关控制。在窗户上例如设置限位开关122，以免窗户意外地移动到不希望的位置。

智能窗控制系统100还可以使用遥控器131控制。遥控器131同样设有多个按键，例如左、右、中3个按键。遥控器131发出的遥控信号被信号接收器106接收，并输入与之连接的控制器101。遥控信号的形式例如是红外信号或者蓝牙信号。

智能窗控制系统100还可以使用手机132控制。手机132上可安装有智能窗控制应用程序，用户与程序进行按键、语音、触摸或者其它交互来发出遥控信号。当使用手机控制时，信号接收器106可配置为能够直接或者通过路由器接收蜂窝移动信号，以便接收手机的远程控制。

智能窗控制系统100还具有窗帘电动开关功能。控制器101连接窗帘纱帘控制器110，窗帘纱帘控制器110进一步连接窗纱电机和纱帘电机141。控制器101根据遥控器131或者手机132的控制进行窗帘和窗纱的开合。同时窗纱和纱帘上也可分别设置限位开关142，对开/关位置进行限位。

智能窗控制系统100较佳地还实现位置及堵转检测功能。在窗户上设置位置检测器，例如干簧管，且连接到控制器101。在窗户运行过程中，位置检测器进行位置检测，返回给控制器101一个检测信号。当窗户在运行过程中，或者运行到位而位置检测器没有检测到已经到位的情况下，窗电机121堵转会造成电流上升，控制器101在检测到电流超过一定值时，将窗电机121关断。

智能窗控制系统100还可以设置童锁功能。童锁功能默认不打开，只有遥控器131可以设置童锁功能。当童锁功能打开后，信号接收器106上的LED指示灯亮。此时手动开关107失效，红外开关只能将窗户打开到较小的范围(例如约110mm)，因为没有相应的限位开关，由控制器101的程序根据窗的运动速度设置相应的电机动作时间，打开范围不用十分精确。当童锁功能关闭时，功能恢复正常。

智能窗控制系统100还可以具有通电自动复位功能。在系统刚通电时，检测窗户的位置，如果不是在原位，自动把窗户返回关闭位置。

智能窗控制系统100还可以具有开关误操作复位功能。在左窗向右开到最大，右窗向左开到最大时，系统认为用户需要关窗，将自动把左右窗回到关闭位置，防止瞬间电流过大，先左窗回位，再右窗回位。

智能窗控制系统100还具有下雨自动关窗功能。控制器101可检测与其连接的雨量传感器103的信号，发现下雨后把窗户关闭。可以设置雨停止后不再开窗。下雨时当检测到有人为开窗时，系统认为用户需要开窗，于是自动解除下雨自动关窗功能，一段时间后恢复雨量传感器功能。

智能窗控制系统100还具有防盗感应功能。控制器101可检测接近传感器，发现有人接近后把窗户关闭，并启动语音提示，且危险解除后不再开窗。

智能窗控制系统100还连接摄像头供电单元111，以便为设置在窗户附近的摄像头供电。

随着当今社会工业化的发展，空气污染的问题日渐突出，例如大气中的颗粒物，尤其是粒径小于2.5微米的颗粒物(简称PM2.5)，含有大量有害物质，且在大气中停留时间长、传输距离远，严重影响了人类的健康和生活。因此对人类生活环境中的各种有害气体及时进行定性定量地测量是非常有必要的。

为了保持室内的空气质量，本实施例设置气体检测装置102，它可以通过气体和颗粒物检测来分析空气质量，从而决定是否打开窗户。

光热光谱技术是用于检测气体、液体和固体的物理性能的一种常规技术，其原理是被测样品某一区域吸收泵浦激光的光能后，其吸收的部分会转换为热能，并在被测物质的内部及邻近的媒质中产生温度梯度，由于物质的折射率是温度的函数，所以在被测物质的加热区及邻近的媒质内形成折射率梯度，如果让另一束检测光通过被测样品或者表面邻近具有折射率梯度的区域，则检测光将发生偏转或者散焦，光热光谱技术是通过对光束偏转大小或者散焦程度的测定，来确定被测物质的光学、热学、力学等物理参数。

图2是光热偏转光谱气体检测装置的基本结构图。参考图2所示，气体检测装置200包括泵浦激光器201、分束器202、光强探测器203、斩波器204、二色镜205、检测激光器206、腔体207、滤光片208、位置探测器209、前置放大器210、锁相放大器211以及模数转换器212。

泵浦激光器201发射泵浦激光，当腔体207内的被检测物质对泵浦激光的吸收越强或者泵浦激光的光强越强，所产生的光热偏转信号就越强，检测灵敏度就越高。本发明中对泵浦激光器201没有特定限制，可以是固体激光器、气体激光器或者半导体激光器，可以是连续激光器或者脉冲激光器，可以是可调谐激光器或者单一波长的激光器，只要腔体内的被检测物质能对泵浦激光产生吸收即可。

检测激光器206发射检测激光，在本发明中要求检测光不被腔体207内的被检测物质吸收。对检测激光器的类型没有特定限制，可以是固体激光器，气体激光器或者半导体激光器，可以是连续激光器或者脉冲激光器，可以是可调谐激光器或者单一波长的激光器。

泵浦激光器201发射泵浦光，首先通过分束器202，其作用是分出一小部分小功率的泵浦光作为归一化信号，以消除由于泵浦光功率波动而引起的测量误差，用于归一化的光入射到一个光强探测器210中，光强探测器210接收到的信号输入到模数转换器212中，再输入到控制器101中。

透过分束器202的另一部分泵浦光入射到一个斩波器204并透射到二色镜205，斩波器204的作用是给泵浦光一个周期性调制信号，斩波器204的信号被接入到锁相放大器211中，以抑制光学噪声。

斩波器204面向二色镜205的反射面，检测激光器206面向二色镜205的入射面。二色镜205对泵浦光全反射，对检测光透射，泵浦光的在二色镜205上的反射点和检测光在二色镜205上的透射点并不重合，而是有一定的距离，两束光的距离越近，检测灵敏度越高，泵浦光和检测光经过二色镜205后成平行光束。

泵浦光和检测光耦合入腔体207，腔体207中包含有待检测物质，检测光和泵浦光穿过腔体207后入射到滤光片208，滤光片208对泵浦光吸收，对检测光高透，透过滤光片208的检测光由位置探测器209探测偏转信号。位置探测器209可以是二象限探测器，也可以是四象限探测器。

位置探测器209探测到的信号输入到前置放大器210中，然后再输入到锁相放大器211中，锁相放大器211中的信号经过模数转换后在控制器101进行数据采集。

控制器101可根据气体和颗粒物检测结果，输出控制信号到窗电机121，控制窗户的开启和关闭。由此可以在外界空气质量恶劣时维护室内空气质量。

下面介绍腔体207的各种具体结构。

第一实施例

图3是本发明第一实施例的气体检测装置的腔体结构。参考图3所示，腔体207的两端由两个反射镜302和303组成，这两个反射镜302和303对泵浦光高透，而对检测光是部分透射部分反射，在腔体207中的被测样品吸收泵浦激光的光能后，产生热能，并在邻近的区域中产生温度梯度，从而产生折射率梯度，透过反射镜302的检测光为光线1，由于折射率梯度而产生光束偏转，偏转的光束入射到反射镜303上，反射镜303对光束部分透射部分反射，透射的光线为光线1’，入射到位置探测器209上，反射的光线为光线2，入射到反射镜302上在部分被反射(光线3)，光线3入射到反射镜303上，透射的光线为光线3’入射到位置探测器209上，被反射的光线4继续在腔体207内来回振荡。在腔体内的光线每被反射一次都会因为温度梯度而产生偏转，因此总体上增加了位置探测器209探测到的偏转信号。

在本实施例中，腔体207的两个反射镜302、303的反射率均为大于10％且小于等于100％。

为避免耦合入腔体207内的检测光太弱了无法检测到信号，检测光的光功率应大于1mW。

在装置正式使用之前首先需要用标准气体进行校准，标准气体从气口304充入腔体内，并密封，假设一系列的标准气体中待测物质的浓度为A0、A1、A2……，位置探测器209探测到的光偏转量为a0、a1、a2……，那么可以做出一个变量为光偏转量和待测物质浓度的曲线图。然后抽掉标准气体，充入待测气体，假设位置探测器209探测到的光偏转量为b0，那么根据光偏转量和待测物质浓度的曲线图可以推算出待测气体中待测物质的浓度B0。

第二实施例

图4是本发明第二实施例的气体检测装置的腔体结构。与第一实施例不同的是，本实施例中泵浦光和检测光不再平行，而是在腔体内有一定的夹角，其夹角在2°以内。

第三实施例

图5是本发明第三实施例的气体检测装置的腔体结构。图5中反射镜302对检测光和泵浦光高透，反射镜303对检测光高透，而对泵浦光部分反射(反射率大于10％且小于100％)或者全反射，如果是全反射那么泵浦光在腔体207内来回反射两次，被测物质对泵浦光的吸收也增加两倍，产生的热量也为两倍，相比于普通的光热探测其相应的探测灵敏度增加两倍。

第四实施例

图6是本发明第四实施例的气体检测装置的腔体结构。图6中反射镜302对检测光部分透射部分反射，对泵浦光高透，反射镜303对检测光部分反射部分透射(第一和第二实施例中的情况，反射率大于10％且小于100％)，而对泵浦光部分反射(反射率大于10％且小于100％)或者全反射，如果是全反射那么泵浦光在腔体内来回反射两次，被测物质对泵浦光的吸收也增加两倍，产生的热量也为两倍，产生的温度梯度越明显，相比于第一实施例和第二实施例有更高的探测灵敏度。

此外，类似于第一实施例，透过反射镜302的检测光为光线1，由于折射率梯度而产生光束偏转，偏转的光束入射到反射镜303上，反射镜303对光束部分透射部分反射，透射的光线为光线1’，入射到位置探测器上，反射的光线为光线2，入射到反射镜302上在部分被反射(光线3)，光线3入射到反射镜303上，透射的光线为光线3’入射到位置探测器209上，被反射的光线4继续在腔体207内来回振荡。在腔体207内的光线每被反射一次都会因为温度梯度而产生偏转，因此总体上增加了位置探测器209探测到的偏转信号。

第五实施例

图7是本发明第五实施例的气体检测装置的腔体结构。图7中反射镜302和303对检测光高透，反射镜302和303对泵浦光高反(反射率大于98％)。

当腔体207满足共振条件时，即u_N＝(c/2L)*(N+Θ/π)，其中u_N是纵模在频率坐标上的间隔，c为光速，L为腔长，N为自然数，Θ为光波被反射一次后的相位改变。通过调整两个反射镜302、303之间的距离就可以满足共振条件，此时共振腔中的驻波强度达到最大。当腔内的泵浦光产生共振时，其光强至少为输入光强的10倍，且反射镜302和303的反射率越高，腔内的光强越强。因此被测物质由于吸收而产生的热量也就越多，产生的温度梯度越明显，因此探测灵敏度越高。

第六实施例

图8是本发明第六实施例的气体检测装置的腔体结构。图8中反射镜302和303对检测光高透，反射镜302对泵浦光高反(反射率大于98％)，反射镜303对泵浦光全反射。

当腔体207满足共振条件时，即u_N＝(c/2L)*(N+Θ/π)，其中u_N是纵模在频率坐标上的间隔，c为光速，L为腔长，N为自然数，Θ为光波被反射一次后的相位改变。通过调整两个反射镜302、303之间的距离就可以满足共振条件，此时共振腔中的驻波强度达到最大。当腔内的泵浦光产生共振时，其光强至少为输入光强的10倍，且反射镜1和2的反射率越高，腔内的光强越强。因此被测物质由于吸收而产生的热量也就越多，产生的温度梯度越明显，因此探测灵敏度越高。

第七实施例

图9是本发明第七实施例的气体检测装置的腔体结构。图7中反射镜302和303对检测光部分透射部分反射(反射率大于10％，小于等于100％)，反射镜302对泵浦光高反(反射率大于98％)，反射镜303对泵浦光全反射。

当腔体满足共振条件时，即u_N＝(c/2L)*(N+Θ/π)，其中u_N是纵模在频率坐标上的间隔，c为光速，L为腔长，N为自然数，Θ为光波被反射一次后的相位改变。通过调整两个反射镜302、303之间的距离就可以满足共振条件，此时共振腔中的驻波强度达到最大。当腔内的泵浦光产生共振时，其光强至少为输入光强的10倍，且反射镜302和303的反射率越高，腔内的光强越强。因此被测物质由于吸收而产生的热量也就越多，产生的温度梯度越明显，因此探测灵敏度越高。

此外，类似于第一实施例，透过反射镜302的检测光为光线1，由于折射率梯度而产生光束偏转，偏转的光束入射到反射镜303上，反射镜303对光束部分透射部分反射，透射的光线为光线1’，入射到位置探测器209上，反射的光线为光线2，入射到反射镜302上在部分被反射(光线3)，光线3入射到反射镜303上，透射的光线为光线3’入射到位置探测器209上，被反射的光线4继续在腔体内来回振荡。在腔体207内的光线每被反射一次都会因为温度梯度而产生偏转，因此总体上增加了位置探测器209探测到的偏转信号。

本发明的上述实施例的智能窗控制系统可根据各种情况来进行窗户的开启和关闭的智能控制，尤其是，可以根据空气质量来进行智能控制，从而改善室内的空气质量。本发明的上述实施例可通过位置及堵转检测功能来检测电机堵转，从而及时关断电机，保护系统的正常运行。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种智能窗控制系统，包括控制器、手动开关、信号接收器以及气体检测装置，该手动开关、该信号接收器和该气体检测装置分别连接该控制器，其中：

该控制器适于响应手动开关的操作、该信号接收器的接收信号以及该气体检测装置的气体和颗粒物检测结果，输出窗户的开关控制信号；

该气体检测装置包括泵浦激光器、分束器、光强探测器、斩波器、二色镜、检测激光器、腔体、滤光片、位置探测器、前置放大器、锁相放大器以及模数转换器，该泵浦激光器发射泵浦光，通过该分束器后的一部分泵浦光作为归一化的光入射到该光强探测器中，该光强探测器接收到的信号输入到该模数转换器中，通过该分束器的另一部分泵浦光透过该斩波器进入该二色镜，该斩波器的输出信号进入该锁相放大器，该斩波器面向该二色镜的反射面，该检测激光器面向该二色镜的入射面，该二色镜对泵浦光全反射，对检测光透射，泵浦光和检测光经过该二色镜后耦合入该腔体，该腔体中包含有待检测物质，检测光和泵浦光穿过该腔体后入射到该滤光片，该滤光片对泵浦光吸收，对检测光高透，透过该滤光片的检测光由该位置探测器探测偏转信号后输入到该前置放大器中，然后再输入到该锁相放大器中，该锁相放大器中的信号经过模数转换后在该控制器进行数据采集。

2.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于还包括接近传感器，连接该控制器。

3.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于还包括雨量传感器、照度传感器和温度传感器，分别连接该控制器。

4.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于还包括窗帘纱帘控制器，连接该控制器，该窗帘纱帘控制器输出用于控制窗帘电机和纱帘电机的信号。

5.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于还包括设置在窗户上且连接到该控制器的位置检测器，在窗户运行过程中，该位置检测器进行位置检测，返回给该控制器一个检测信号，控制器在检测到窗电机电流超过一定值时，将该窗电机关断。

6.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，其中：

该两个反射镜和对泵浦光高透，而对检测光是部分透射部分反射；或者

该两个反射镜对检测光高透，而对泵浦光高反。

7.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，位于入射侧的反射镜对检测光和泵浦光高透，位于出射侧反射镜对检测光高透，而对泵浦光部分反射或者全反射。

8.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，位于入射侧的反射镜对检测光部分透射部分反射而对泵浦光高透，位于出射侧的反射镜对检测光部分反射部分透射，而对泵浦光部分反射或者全反射。

9.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜对检测光高透，位于入射侧的反射镜对泵浦光高反，位于出射侧的反射镜对泵浦光全反射。

10.如权利要求1所述的智能窗控制系统，其特征在于，该腔体腔体的两端由两个反射镜和组成，该两个反射镜对检测光部分透射部分反射，位于入射侧的反射镜对泵浦光高反，位于出射侧的反射镜对泵浦光全反射。