CN107575116A - 一种多功能参数设定自动开关窗装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能参数设定自动开关窗装置及其控制方法，所述装置控制的窗户为推拉窗，其特征在于所述装置包括主控制PC机、传感器组、参数设定模块、第一单片机、第二单片机、告警模块、开关窗模块；所述的传感器组包括位移传感器、红外对射传感器、气敏元件传感器、温度传感器、噪声传感器、雨滴传感器和PM2.5传感器；所述主控制PC机分别与第一单片机和第二单片机之间通过串口UART通讯的方式连接；所述参数设定模块包括LCD显示屏、输入键盘与蜂鸣器复位按键，所述告警模块包括LED报警灯、GSM短信模块和蜂鸣器；所述开关窗模块包括电机、继电器。

Description

一种多功能参数设定自动开关窗装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及种自动开关窗装置。

背景技术

居民生活的环境中，室外环境复杂多变，而屋内的人员又无法保证每次都可以及时关上窗户以保证良好的室内居住环境，且随着城市发展和高层建筑的增多，室外环境较大，需要根据室外气候、空气质量、风力及噪声情况及时关窗，因此设计出一款能够满足不同用户自身需求，综合依据各种环境参数的自动开关窗装置，成为现有技术中亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可以同时应对噪声，降雨，温度变化、空气污染、燃气泄漏及防盗的智能开关窗装置，。

本发明所述的一种多功能参数设定自动开关窗装置，所述装置控制的窗户为推拉窗，其特征在于所述装置包括主控制PC机、传感器组、参数设定模块、第一单片机、第二单片机、告警模块、开关窗模块；所述的传感器组包括位移传感器、红外对射传感器、气敏元件传感器、温度传感器、噪声传感器、雨滴传感器和PM2.5传感器；

所述主控制PC机分别与第一单片机和第二单片机之间通过串口UART通讯的方式连接；

所述参数设定模块包括LCD显示屏、输入键盘与蜂鸣器复位按键，所述告警模块包括LED报警灯、GSM短信模块和蜂鸣器；所述参数设定模块与第一单片机相连接，所述告警模块分别与第一单片机和第二单片机相连接，所述参数设定模块用于对噪声传感器和温度传感器的信号进行显示与控制值设定，以及对告警模块的蜂鸣器进行复位；

所述开关窗模块包括电机、继电器，所述继电器的输出回路与电机的控制器相连接，所述电机与窗框相对固定安装，电机的输出轴连接齿轮，齿轮与齿条相咬合，所述齿条安装在推拉窗活动窗扇上，齿条方向与推拉窗滑轨方向平行，所述电机为直流无刷电机，所述继电器为双路继电器，用于控制电机的正反转进而实现开窗与关窗动作；

所述传感器组的雨滴传感器、噪声传感器、温度传感器、PM2.5传感器与第一单片机通过数据线连接，所述红外对射传感器、气敏元件传感器与第二单片机通过数据线相连接；所述气敏元件传感器安装于室内，用于检测室内的可燃与有害气体浓度，所述红外对射传感器用于检测室内的非法侵入；所述温度传感器、PM2.5传感器、雨滴传感器和噪声传感器分别用于检测室内温度与室外的空气PM2.5含量、降雨和噪声情况；所述位移传感器安装在推拉窗上，用于检测活动窗扇的开启状态，所述位移传感器通过数据线与主控制PC机相连接。

所述的一种多功能参数设定自动开关窗装置，其特征是所述第一单片机、第二单片机的型号均为AT89C51。

本发明还提供了所述的一种多功能参数设定自动开关窗装置的控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步骤：

1)装置运行前首先通过输入键盘设定温度传感器的控制值范围和噪声传感器的控制值；

2)启动装置，通过位移传感器检测推拉窗当前的开关状态；

3)当推拉窗为关窗时进入关窗状态下监测，具体为

3.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作，并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息到预设号码；若无则进入步骤3.2)

3.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息，同时保持关窗状态并继续监测；若未检测到非法侵入则进入步骤3.3)

3.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则保持关窗状态并继续监测；若上述情况均未监测到则进入步骤3.4)

3.4)监测温度传感器是否检测到室内温度超过控制值范围高限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作；若否则保持关窗状态并继续检测；

4)当推拉窗为开窗时进入开窗状态下监测，具体为

4.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有保持开窗状态并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若无则进入步骤4.2)

4.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作，同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若未检测到非法侵入则进入步骤4.3)

4.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。

4.4)监测室内温度是低于控制值范围低限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。

与现有技术相比,本发明具有以下优点：

1)本发明提供的智能开关窗装置，采用了多种信号传感器，并采用双单片机和PC机进行控制，设备简单可靠，能够满足日常生活中对推拉窗的智能控制要求，并且采用PC机作为主控设备可以保证系统的可靠性和可扩展性，可以与其他室内智能设备交联，也可以接入网络进行远程控制；

2)在传感器选取上，选用了位移传感器、红外对射传感器、气敏元件传感器、温度传感器、噪声传感器、雨滴传感器和PM2.5传感器，其中位移传感器用于检测开关窗状态、红外对射传感器可以用于室内防盗、气敏元件传感器用于检测室内燃气泄漏检测，温度传感器、噪声传感器、雨滴传感器和PM2.5传感器则分别用于室内温度、室外噪声、降雨及环境PM2.5的检测，通过上述传感器可以检测所有家居状态下可能会引起开关窗的敏感因素，便于进一步实现智能自动化开关窗控制；

3)在硬件上增加了告警模块，可以对红外对射传感器和气敏元件传感器检测到的室内侵入和燃气泄漏进行告警，在告警模块中增加了GSM短信模块，可以向预设的号码进行远程短信告警。

4)在执行机构选取上，采用直流继电器控制直流电机无刷电机，结构简单、动作可靠，适用于长期使用。

5)在控制方法上，通过预设控制逻辑，合理分配不同传感器触发开关窗动作的优先级，将气敏元件传感器设为最优先，红外对射传感器设为次优先，在保证安全的基础上实现防盗，并在此基础上实现基于噪声、室内温度、PM2.5和降雨等信号的开关窗智能控制。

附图说明：

图1是本发明提供的一种多功能参数设定自动开关窗装置的齿轮齿条部分俯视示意图；

图2是本发明一种多功能参数设定自动开关窗装置的推拉窗部分主视示意图；

图3是本发明一种多功能参数设定自动开关窗装置整体结构示意图。

具体实施方式：

本发明提供的一种多功能参数设定自动开关窗装置(参见图1～图3)，所述装置控制的窗户为推拉窗，包括主控制PC机10、传感器组13、参数设定模块15、第一单片机11、第二单片机12、告警模块14、开关窗模块16；所述的传感器组包括位移传感器130、红外对射传感器135、气敏元件传感器136、温度传感器133、噪声传感器132、雨滴传感器134和PM2.5传感器131；

所述主控制PC机分别与第一单片机和第二单片机之间通过串口UART通讯的方式连接；

所述参数设定模块包括LCD显示屏151、输入键盘152与蜂鸣器复位按键153，所述告警模块包括LED报警灯141、GSM短信模块143和蜂鸣器142；所述参数设定模块与第一单片机相连接，所述告警模块分别与第一单片机和第二单片机相连接，所述参数设定模块用于对噪声传感器和温度传感器的信号进行显示与控制值设定，以及对告警模块的蜂鸣器进行复位；

所述开关窗模块包括电机162、继电器161，所述继电器的输出回路与电机的控制器相连接，所述电机与窗框相对固定安装，电机的输出轴连接齿轮4，齿轮与齿条1相咬合，所述齿条安装在推拉窗活动窗扇2上，齿条方向与推拉窗滑轨方向平行，所述电机为直流无刷电机，所述继电器为双路继电器，用于控制电机的正反转进而实现开窗与关窗动作；

所述传感器组的雨滴传感器、噪声传感器、温度传感器、PM2.5传感器与第一单片机通过数据线连接，所述红外对射传感器、气敏元件传感器与第二单片机通过数据线相连接；所述气敏元件传感器安装于室内，用于检测室内的可燃与有害气体浓度，所述红外对射传感器用于检测室内的非法侵入；所述温度传感器、PM2.5传感器、雨滴传感器和噪声传感器分别用于检测室内温度与室外的空气PM2.5含量、降雨和噪声情况；所述位移传感器安装在推拉窗上，用于检测活动窗扇的开启状态，所述位移传感器通过数据线与主控制PC机相连接。

所述一种多功能参数设定自动开关窗装置的控制方法包括以下步骤：

1)装置运行前首先通过输入键盘设定温度传感器的控制值范围和噪声传感器的控制值；

2)启动装置，通过位移传感器检测推拉窗当前的开关状态；

3)当推拉窗为关窗时进入关窗状态下监测，具体为

3.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作，并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息到预设号码；若无则进入步骤3.2)

3.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息，同时保持关窗状态并继续监测；若未检测到非法侵入则进入步骤3.3)

3.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则保持关窗状态并继续监测；若上述情况均未监测到则进入步骤3.4)

3.4)监测温度传感器是否检测到室内温度超过控制值范围高限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作；若否则保持关窗状态并继续检测；

4)当推拉窗为开窗时进入开窗状态下监测，具体为

4.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有保持开窗状态并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若无则进入步骤4.2)

4.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作，同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若未检测到非法侵入则进入步骤4.3)

4.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。

4.4)监测室内温度是低于控制值范围低限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。

实施例

本实施例中，

GSM短信模块选用南京傲屹公司的AYG-53D GSM MODEM，

噪声传感器选用HBR-ZS1噪声传感器，测量范围：30～120dB(A)

温度传感器选用DS18B20温度传感器，测量范围从-55℃到+125℃,分辨率为℃；

直流继电器选用施耐德继电器RXM2LB2BD，直流5A DC24V。

红外对射管选用两束光的ABT-30，探测方式为红外线脉冲可调式，双光束同时遮断检知式。

电机为无刷直流电机。电机采用多个32600锂电池串联给电机供电

雨滴传感器：用来检测室外是否下雨。雨滴传感器的感应探头安装在下雨天雨水能够淋到的地方。

第一单片机、第二单片机的型号均为AT89C51

所述LCD显示屏用于显示传感器输出的噪声和温度的数据。

所述输入键盘具有5个独立按键，分别为选择、设置，加、减和确定按键。按“选择”键，选择进入温度设定或者噪声设定的界面，在进行温度设定时，按“设置”键后，可以按“加”“减”键对温度范围设定，设定好后按“确定”键保存。在噪声设定时：按“选择”键设定的参数界面跳到噪声设定界面，按“设置”后可以按“加”“减”键对噪声值设定；按“确认”键保存。

齿轮固定在电机的输出轴上，齿条与窗框平行固定在活动窗户的塑钢或铝合金边框上，使齿轮和齿条能够卡在一起。当电机转动时，转动的齿轮可以带动齿条水平动作，即带动窗户平移达到关上窗户的目的。

Claims (3)

1.一种多功能参数设定自动开关窗装置，所述装置控制的窗户为推拉窗，其特征在于所述装置包括主控制PC机、传感器组、参数设定模块、第一单片机、第二单片机、告警模块、开关窗模块；所述的传感器组包括位移传感器、红外对射传感器、气敏元件传感器、温度传感器、噪声传感器、雨滴传感器和PM2.5传感器；

所述主控制PC机分别与第一单片机和第二单片机之间通过串口UART通讯的方式连接；

所述参数设定模块包括LCD显示屏、输入键盘与蜂鸣器复位按键，所述告警模块包括LED报警灯、GSM短信模块和蜂鸣器；所述参数设定模块与第一单片机相连接，所述告警模块分别与第一单片机和第二单片机相连接，所述参数设定模块用于对噪声传感器和温度传感器的信号进行显示与控制值设定，以及对告警模块的蜂鸣器进行复位；

所述开关窗模块包括电机、继电器，所述继电器的输出回路与电机的控制器相连接，所述电机与窗框相对固定安装，电机的输出轴连接齿轮，齿轮与齿条相咬合，所述齿条安装在推拉窗活动窗扇上，齿条方向与推拉窗滑轨方向平行，所述电机为直流无刷电机，所述继电器为双路继电器，用于控制电机的正反转进而实现开窗与关窗动作；

所述传感器组的雨滴传感器、噪声传感器、温度传感器、PM2.5传感器与第一单片机通过数据线连接，所述红外对射传感器、气敏元件传感器与第二单片机通过数据线相连接；所述气敏元件传感器安装于室内，用于检测室内的可燃与有害气体浓度，所述红外对射传感器用于检测室内的非法侵入；所述温度传感器、PM2.5传感器、雨滴传感器和噪声传感器分别用于检测室内温度与室外的空气PM2.5含量、降雨和噪声情况；所述位移传感器安装在推拉窗上，用于检测活动窗扇的开启状态，所述位移传感器通过数据线与主控制PC机相连接。

2.如权利要求1所述的一种多功能参数设定自动开关窗装置，其特征是所述第一单片机、第二单片机的型号均为AT89C51。

3.如权利要求1～2任一所述的一种多功能参数设定自动开关窗装置的控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步骤：

1)装置运行前首先通过输入键盘设定温度传感器的控制值范围和噪声传感器的控制值；

2)启动装置，通过位移传感器检测推拉窗当前的开关状态；

3)当推拉窗为关窗时进入关窗状态下监测，具体为

3.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作，并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息到预设号码；若无则进入步骤3.2)

3.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息，同时保持关窗状态并继续监测；若未检测到非法侵入则进入步骤3.3)

3.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则保持关窗状态并继续监测；若上述情况均未监测到则进入步骤3.4)

3.4)监测温度传感器是否检测到室内温度超过控制值范围高限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成开窗动作；若否则保持关窗状态并继续检测；

4)当推拉窗为开窗时进入开窗状态下监测，具体为

4.1)首先监测气敏传感器是否检测到可燃与有害气体泄露，若有保持开窗状态并同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若无则进入步骤4.2)

4.2)监测红外对射传感器是否检测到非法侵入，若监测到非法侵入则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作，同时启动告警模块中LED报警灯、蜂鸣器发出告警，以及通过GSM短信模块发送告警信息；若未检测到非法侵入则进入步骤4.3)

4.3)监测噪声传感器、雨水传感器、PM2.5传感器是否检测到室外噪声超过控制值、降雨或PM2.5值过高，若出现上述任一种情况则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。

4.4)监测室内温度是低于控制值范围低限，若是则由第一、第二单片机控制继电器动作，操作电机运转完成关窗动作；若上述情况均未监测到则保持开窗状态并继续检测。