CN109322582A - 一种具多功能的智能窗户 - Google Patents

Abstract

本发明的一种具多功能的智能窗户，窗扇沉藏室设置在可移动窗扇的下方，其大小与可移动窗扇相适配，控制室设置在窗扇沉藏室的下方，在控制室的顶部设有密闭的隔离板；遮阳控制系统包括温度传感器、光敏传感器、按键、主控器、继电器、电机、通信模块和电源，温度传感器和光敏传感器组合工作，将探测到的夏季高温季节室外的阳光亮度信息传递给主控制器，主控制器通过继电器打开电机关闭窗帘，遮阳控制系统通过通信模块连接网络。本发明引入了亮度传感设备和室内外传感器和采用自适应分割阈值的汗水检测设备，实现在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行的自动化控制。

Description

一种具多功能的智能窗户

技术领域

本发明属于建筑工程中窗户的技术领域，具体而言是一种具多功能的智能窗户。

背景技术

随着社会发展，人们对生活质量要求不断提高，智能家居成为未来发展趋势，智能窗户应运而生，满足了人们对智能生活的要求，根据开启方式的不同，建筑物的智能窗户可分为固定窗、平开窗和推拉窗等。

其中，固定窗不能开启，虽然采光效果好，但不能通风，且不易进行清洁，仅用于采光和观景用。平开窗一般分为内平开窗和外平开窗，虽然可以完全开启，采光、通风效果好，但在内平开窗开启时，会占用宝贵的室内空间，不符合节约原则和使用需求；虽然外平开窗开启时不占用宝贵的室内空间，但由于窗扇朝外，不仅不方便清洁，而且在风较大的时候，处于高层建筑的玻璃窗扇容易被风吹落，存在安全隐患，故国家相关建筑规范规定，七层以上的建筑窗户不可以采用外平开窗。虽然推拉窗的开启不占有室内外空间，但通风面积较小，最大开启度只能达到整个窗户面积的1/2，且不易清洁，要擦到玻璃朝外的一面很困难。

综上所述现有的智能窗户仍存在以下不足：1、为减小安装空间，大多采用电机通过涡轮、蜗杆和齿条直接带动窗扇滑动，然而窗扇滑动速度不能过高，要求电机必须能够低速转动，这样对电机的要求就非常高，成本升高；2、现有窗户的型材在安装驱动装置时对型材破坏非常大，而且安装不方便，施工非常困难；3、现有智能窗户的驱动装置均为外置式，防水性能差而且不美观；4、现有技术中，并不存在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行智能化开启控制的方案，这样很容易导致以下问题：室内人员流汗很多，但窗户一直处于关闭状态；室内人员不流汗，但窗户一直处于打开状态；又或者，窗户不能根据室内外温差自动控制窗户的开启程度。上述情况都会给卧室中处于睡眠状态的人员造成一定的不适，严重时可能导致受凉或中暑情况发生；5、目前只是采用人工手动控制或是单一的光照控制或温度控制，无法区分夏季和冬季对于阳光的不同需求，节能环保的效率不高。

综上所述可见，现有的各种窗户均存在各自的优缺点，不能完美地符合人们的使用需求，人们啓需一种既可全方位打开，又不占用室内外空间，且清洁方便、使用安全，通风、采光及观景均适宜的智能窗户。

发明内容

本发明的目的是提供一种具多功能的智能窗户，以此来解决现有技术中存在的安装空间大、成本高、对型材破坏非常大、安装不方便，施工非常困难、防水性能差而且不美观；并不存在室内人员流汗很多，但窗户一直处于关闭状态；室内人员不流汗，但窗户一直处于打开状态；又或者，窗户不能根据室内外温差自动控制窗户的开启程度等现象给卧室中处于睡眠状态的人员造成一定的不适，严重时可能导致受凉或中暑情况发生。

本发明通过以下技术方案来实现：一种具多功能的智能窗户，包括窗框本体和至少一扇可移动窗扇、用于储藏沉降窗扇的窗扇沉藏室、用于安放控制系统的控制室、遮阳控制系统和自动开启平台；所述的窗扇沉藏室设置在可移动窗扇的下方，其大小与可移动窗扇相适配，所述的控制室设置在窗扇沉藏室的下方，在控制室的顶部设有密闭的隔离板；在窗框本体内、可移动窗扇的两侧对称设有窗扇升降机构，所述的窗扇升降机构为螺杆传动装置，包括传动螺杆，在所述传动螺杆上套接有窗扇固定架和传动螺母，且所述传动螺母与窗扇固定架卡接，所述窗扇固定架和传动螺母不能随传动螺杆转动、只能在传动螺杆上一起做上下滑行；所述窗扇固定架的另一端与对应窗扇的一侧固定连接，在所述传动螺杆的下端轴接有传动齿轮，所述的传动齿轮与动力传动机构传动连接；所述传动螺杆的上、下端设有无螺纹段；在所述传动螺杆的下端无螺纹段上还套设有上定位支架和下定位支架，且所述的上定位支架能在传动螺杆的无螺纹段做上下滑行，所述的下定位支架与传动螺杆同时转动但不能做上下滑行，在上定位支架与下定位支架之间的传动螺杆上套设有弹簧；

所述遮阳控制系统包括温度传感器、光敏传感器、按键、主控器、继电器、电机、通信模块和电源，

所述温度传感器和光敏传感器组合工作，将探测到的夏季高温季节室外的阳光亮度信息传递给主控制器，主控制器通过继电器打开电机关闭窗帘，所述遮阳控制系统通过通信模块连接网络，人员可以远程控制窗帘的开启和关闭；所述将光敏传感器和温度传感器探测的信息综合分析后传送至主控制器，主控制器区分夏季和冬季，夏季光照强烈时主控制器关闭遮阳帘，冬季需要采暖时主控制器不关闭遮阳帘；所述该系统设置有按

键，按键可以控制该系统强制开启和关闭遮阳帘。

主控器包括主控器单片机、通讯模块、智能插座控制模块、第一传感器信号接收模块以及分控信号发送模块，第一传感器信号接收模块与主控器单片机通过无线相连，主控器单片机同时通过无线与智能插座控制模块以及分控信号发送模块无线相连，通讯模块同时与主控器单片机双向相连；所述分控器包括分控器单片机、分控器信号接收模块以及第二传感器信号接收模块，第二传感器信号接收模块和分控信号接收模块同时与分控器单片机通过无线相连，分控器单片机与电机通过导线相连，分控器信号接收模块同时与主控器中的分控器信号接收模块通过无线相连；主控器内的通讯模块通过外接的电话线或者内置的SIM卡接收来自座机或者手机的信号，用户可以通过拨打电话与通讯模块进行通讯，并通过发送信号使主控器单片机控制与其相连的智能插座控制模块，实现室内智能插座的电源的通断以及室内窗户的打开或者关闭；

所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制；所述开启平台还包括：红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像；可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像；亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度；汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理；供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像；所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像；所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号；

所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备；所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制；其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；其中，所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；

其中，所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。

作为一种优选的技术方案，所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

作为一种优选的技术方案，所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备被集成在同一块集成电路板上。

作为一种优选的技术方案，所述开启平台还包括：无线通信接口，与所述数字信号处理器连接，用于接收并无线发送所述环境亮度和所述温差。

作为一种优选的技术方案，所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。

作为一种优选的技术方案，所述的智能窗户包括窗框和至少两扇可移动窗扇，相邻可移动窗扇之间形成内外平行叠置关系，且各层可移动窗扇均能沉降于窗扇沉藏室内，在窗框本体内及每一扇可移动窗扇的两侧均对称设有窗扇升降机构；所述的智能窗户包括窗框和上下两扇可移动窗扇，所述的动力传动机构包括动力传动轴和分离式磁控开关组合件，设置在上窗扇传动螺杆上的传动齿轮A和分离式磁控开关组合件上的动力臂均套设在动力传动轴上，且所述的传动齿轮A与动力传动轴能一起转动，但所述的动力臂不能与动力传动轴一起转动、而只能在动力传动轴上做上下滑行。

作为一种优选的技术方案，所述传动齿轮A的内壁上设有凹凸齿，所述动力传动轴的外壁上设有与凹凸齿相适配的凹凸槽，以实现传动齿轮A与动力传动轴间的啮合卡接；所述的动力传动轴与动力传动轮相连接，所述的动力传动轮通过皮带与电动机相连接。

作为一种优选的技术方案，在窗扇沉藏室的底部设有窗扇沉降缓冲减震垫。

作为一种优选的技术方案，在所述窗框本体上还设置有遥控信号接收器。

作为一种优选的技术方案，所述通信模块可以连接网络远程控制遮阳帘。

与现有技术相比较，本发明的有益效果：

(1)本发明设置有遮阳控制系统，该控制器不仅解决了窗户遮阳帘根据室外阳光强度自动开启和关闭，还能通过温度传感器检测室外的温度，判断出冬季还是夏季。夏季关闭遮阳帘隔热、冬季打开遮阳帘自然采暖。遮阳控制系统提供了按键，可以实现强制开启或者关闭遮阳帘，供客户的个性化需求。遮阳控制系统还有通信接口连接网络，实现客户远程控制遮阳帘。

(2)稳定性好、结构简单、成本低；通过自动控制装置，实现窗户的高度智能化，提高安全性和舒适性。

(3)于本发明所述的智能窗户，通过在可移动窗扇的下方设置窗扇沉藏室，使得原

本未利用的窗台下方的空间得到充分利用，不仅实现了所有可移动窗扇的完全沉降开启，

而且不占用室内外空间，且清洁方便、使用安全，通风、采光及观景均适宜，并且还可实现远程智能遥控，可完美满足人们对窗户的使用需求，具有推广应用价值。

(4)本发明设置有窗户自动开启平台，针对现有技术中卧室人员在睡眠状态时窗户无法控制的技术问题，引入了亮度传感设备和室内外传感器和采用自适应分割阈值的汗水检测设备，实现在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行的自动化控制。

附图说明

图1为实施例提供的一种智能窗户的正视结构示意图；

图2为实施例提供的智能窗户的侧视结构示意图；

图3是智能窗户自动控制装置示意图；

图4是自动控制装置主控器示意图；

图5是自动控制装置分控器示意图。

图中序号说明：1、窗框本体；2、窗框外轮廓线；3、窗框内轮廓线；4、可移动窗扇；5、上窗扇；6、下窗扇；7、窗扇固定架；8、窗扇沉藏室；9、控制室；10、隔离板；11、窗扇升降机构；11、传动螺杆；12、传动螺母；13、传动螺杆上固定支架；14、传动螺杆下固定支架；15、传动齿轮A；16、传动齿轮B；17、上端无螺纹段；18、下端无螺纹段；19、上定位支架；20、下定位支架；21、弹簧；22、上窗扇上行限位开关；23、下窗扇上行限位开关；24、窗扇下行限位开关；25、动力传动机构；26、动力传动轴；27、分离式磁控开关组合件；28、分离式磁控开关组合件的动力臂；29、动力传动轮；30、皮带；31、电动机；32、遥控信号接收器；33、光控传感器和声控传感器；76、电机；122、磁铁123、磁感应开关；111、光敏传感器；112、温度传感器；113、按键；114、主控器；115、继电器；117、通信模块；118、电源。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1-图5：

本发明设置有窗框本体1和上下两扇可移动窗扇4，在下窗扇6的下方设有用于储藏沉降窗扇的窗扇沉藏室8和用于安放控制系统的控制室9，所述的控制室9设置在窗扇沉藏室8的下方，在控制室3的顶部设有密闭的隔离板10；上窗扇5与下窗扇6之间形成内外平行叠置关系，所述的窗扇沉藏室8的大小与可移动窗扇4相适配，以满足上窗扇5和下窗扇6均能沉降于窗扇沉藏室8内。

在窗框本体1内、可移动窗扇4的两侧对称设有窗扇升降机构11，所述的窗扇升降机构11为螺杆传动装置，包括传动螺杆11，在所述传动螺杆11上套接有窗扇固定架7和传动螺母12，且所述传动螺母12与窗扇固定架7卡接(即：可通过在传动螺母上设置凸台，在窗扇固定架7上设置与凸台相适配的凹槽，实现两者之间的卡接)，所述窗扇固定架7和传动螺母12不能随传动螺杆11转动、只能在传动螺杆11上一起做上下滑行；所述窗扇固定架7的另一端与对应窗扇2的一侧固定连接。

在所述传动螺杆11的上端设有无螺纹段607，在所述传动螺杆11的下端设有无螺纹段608，在下端无螺纹段18上还套设有上定位支架19和下定位支架20，且所述的上定位支架19能在传动螺杆11的无螺纹段608上做上下滑行，所述的下定位支架20与传动螺杆11同时转动但不能做上下滑行，在上定位支架19与下定位支架20之间的传动螺杆11上套设有弹簧21，以防止窗扇下行失控坠落损坏，并且保证下行失控后的传动螺母12在弹簧21的回弹力作用下实现与传动螺杆11的再啮合。所述传动螺杆11上套设有上固定支架603和下固定支架604，所述的上固定支架603和下固定支架604均与窗框本体1固定连接。在窗框本体1内及窗扇2的两侧还对称设有上窗扇上行限位开关22、下窗扇上行限位开关23和窗扇下行限位开关24。在所述传动螺杆11的上、下端设置的无螺纹段，可使传动螺母12的惯性运动在到达无螺纹段时处于静止状态，以防止窗扇上行或下行时出现的失控情形。

在所述传动螺杆11的下端轴接有传动齿轮，所述的传动齿轮与动力传动机构传动连接。所述的动力传动机构25包括动力传动轴26和分离式磁控开关组合件27，设置在上窗扇传动螺杆上的传动齿轮A 15和分离式磁控开关组合件27上的动力臂73均套设在动力传动轴26上，且所述的传动齿轮A 15与动力传动轴26能一起转动(即：可通过在所述传动齿轮A 15的内壁上设置凸齿，在所述动力传动轴26的外壁上设置与凸齿相适配的凹槽，从而实现传动齿轮A 15与动力传动轴26间的啮合卡接，从而产生一起转动)，但所述的动力臂73不能与动力传动轴26一起转动、而只能在动力传动轴26上做上下滑行。当所述的分离式磁控开关组合件27上的动力臂73上行推动传动齿轮A 15向上运动到与设置在下窗扇传动螺杆上的传动齿轮B 16产生啮合传动时，可执行下窗扇6的滑行运动。

所述的动力传动轴26与动力传动轮29相连接，所述的动力传动轮29通过皮带30与电动机31相连接。

作为优选方案，在窗扇沉藏室8的底部设置窗扇沉降缓冲减震垫(图中未示出)，以避免窗扇沉降时被冲击损坏。

作为优选方案，在所述窗框本体1上设置有遥控信号接收器32，以实现遥控所述窗扇的开关动作；本发明还可根据用户需求在窗框本体1上设置光控传感器和声控传感器33，使所述的声控传感器和光控传感器的信号输出端均与遥控信号接收器32的信号输入端相连接，以便实现天黑或突然发生天气变化时，可自动实现窗扇关闭。

通过控制电动机的正转或反转，可使传动螺杆11发生逆时针转动或顺时针转动，从而使传动螺母12带动窗扇固定架7产生上行或下行运动，从而实现窗扇的上行或下行，即窗扇的开启或关闭；由于在下窗扇6的下方设有用于储藏沉降窗扇的窗扇沉藏室8，因此，可同时使上窗扇5和下窗扇6都沉降于窗扇沉藏室8内，实现全方位开启窗扇，达到最大程度的通风、透气和采光；而且可使窗扇分别下行到窗扇沉藏室内，以降低窗扇的高度，方便进行清洁处理；通过控制分离式磁控开关组合件27与传动齿轮A 15的离合状态，可实现动力由传动齿轮A 15传递给传动齿轮B 16，实现上窗扇5与下窗扇6的滑行动力的传递；当传动螺母12上行或下行碰击上行限位开关或下行限位开关时，控制电路会停止电动机的工作；如果发生限位开关失控，电动机仍然继续运行，由于传动螺杆11的上下端设置的无螺纹段，会使传动螺母12进入此区域而处于静止状态，以致进一步保证了安全运行。

综上所述可见：由于本发明所述的智能窗户，通过在可移动窗扇的下方设置窗扇沉藏室，使得原本未利用的窗台下方的空间得到充分利用，不仅实现了所有可移动窗扇的完全沉降开启，而且不占用室内外空间，且清洁方便、使用安全，通风、采光及观景均适宜，并且还可实现远程智能遥控，可完美满足人们对窗户的使用需求，具有推广应用价值。

结合图3-图5，本发明的另一个实施例，本发明设置有遮阳控制系统，包括光敏传感器111：检测室外阳光照射强度，当阳光强度达到设置值时，把信息发送给主控制器114。温度传感器112：检测室外温度信息，根据室外的温度判断是夏季还是冬季，并把该信息发送给主控制器114。按键113：设置有开关、自动工作、手动开启、手动关闭等功能按键。主控制器114：接收光敏传感和温度传感器的信息，在按键设置为自动工作模式时，根据设置的程序，通过继电器115控制电机76工作，开启或关闭遮阳帘。当按键为手动开启或者手动关闭工作模式时，则主控制器按照手动模式优先的顺序执行对应的命令。通信模块117：通过该模块，系统可以连接网络，接收远程命令控制遮阳帘的开启和关闭。电源118：为系统提供电源。

本发明的遮阳控制系统，该控制器不仅解决了窗户遮阳帘根据室外阳光强度自动开启和关闭，还能通过温度传感器检测室外的温度，判断出冬季还是夏季。夏季关闭遮阳帘隔热、冬季打开遮阳帘自然采暖。系统提供了按键，可以实现强制开启或者关闭遮阳帘，供客户的个性化需求。系统还有通信接口连接网络，实现客户远程控制遮阳帘。

参照图1-图4，本发明的控制自动控制装置包括主控器、分控器，以及安装在室内外分别无线连接主控器、分控器的无线触控开关、漏水报警器、防盗报警器、燃气传感器以及风雨传感器，进一步的可以在室内设置与主控器连接的智能插座。漏水报警器放置在室内容易漏水的地方，防盗报警器设置在容易被侵入的门窗处，燃气传感器设置在厨房内，风雨传感器固定在室外的墙壁上。

主控器包括主控器单片机、通讯模块、智能插座控制模块、第一传感器信号接收模块以及分控信号发送模块。第一传感器信号接收模块与单片机通过无线相连，主控器单片机同时通过无线与智能插座控制模块以及分控信号发送模块无线相连，通讯模块同时与主控器单片机双向相连。主控器的分控信号发送模块与分控器的分控信号接收模块通过无线相连。

分控器包括分控器单片机、分控器信号接收模块以及第二传感器信号接收模块，第二传感器信号接收模块和分控信号接收模块同时与分控器单片机通过无线相连，分控器单片机与电机76通过导线相连，分控器单片机同时接受来自磁感应开关123的信号。分控器主要用于通过接收来自第二传感器信号接收模块和分控信号接收模块的信号驱动电机76实现窗户的打开或关闭。

在本实施例中，主控器内的通讯模块可以通过外接的电话线或者内置的SIM卡接收来自座机或者手机的信号，用户可以通过拨打电话与通讯模块进行通讯，并通过发送信号使主控器单片机控制与其相连的智能插座控制模块，实现室内智能插座的电源的通断以及室内窗户的打开或者关闭。第一传感器信号接收模块主要接收室内的漏水报警器、防盗报警器以及燃气传感器的信号，室内一旦发生漏水现象或者有外人进入时，漏水报警器或防盗报警器通过传感器信号接收模块想主控器单片机发送信号，主控器单片机通过通讯模块向用户发送短信，提醒其及时处理。燃气传感器同时与第二传感器信号接收模块相连，当室内有燃气泄露时，燃气传感器通过第一传感器信号接收模块向主控器单片机发送信号，通过通讯模块向用户发送提醒短信，同时通过第二传感器信号接收模块箱分控单片机发送号，将窗户打开，加速室内空气流通。当断电时，可以通过手动打开或闭合窗户。

第二传感器信号接收模块同时与位于室外的风雨传感器通过无线相连，当室外出现大风或者降雨天气时，风雨传感器通过第二传感器信号接收模块想分控器单片机发送信号，分控器单片机控制电机3将窗户关闭。第二传感器信号接收模块同时与安装在室内的无线触控开关以及遥控器通过无线相连，用户在家中可以直接通过按动无线触控开关以及遥控器上的相应按钮实现窗户的打开或闭合。

本发明对于卧室来说，其窗户是决定室内通风情况的重要工具。窗户的开闭和窗户开启的程度决定了室内的温度、湿度以及室内空气的质量。在白天，卧室内的人们可以自行对窗户进行开闭和开启度控制，甚至在白天，可能没有人在卧室内休息，然而在夜间，一般卧室内都存在人员休息，而且人员处于睡眠状态，无法对窗户进行控制，这时只能在睡觉前将窗户控制在打开和关闭两个状态，而在睡眠中无法灵活根据室内外温差和室内人员流汗程度进行窗户的开闭和开启度控制。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，采用视觉机器控制的方式，即使卧室内人员处于睡眠状态，也能灵活根据室内外温差和室内人员流汗程度进行窗户的开闭和开启度控制。

图3为根据本发明实施方案示出的基于室内外温差的窗户自动开启平台的结构方框图，所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制。

接着，继续对本发明的基于室内外温差的窗户自动开启平台的具体结构进行进一步的说明。

所述开启平台还包括：红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像。

所述开启平台还包括：可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像。

所述开启平台还包括：亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度。

所述开启平台还包括：汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理。

所述开启平台还包括：供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。

所述开启平台还包括：移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像。

所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像。

所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值。

所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像。

所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号。

所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备。

所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制。

其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。

可选地，在所述开启平台中：所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备被集成在同一块集成电路板上；所述开启平台还包括：无线通信接口，与所述数字信号处理器连接，用于接收并无线发送所述环境亮度和所述温差；以及，所述无线通信接口可以为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。

另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的基于室内外温差的窗户自动开启平台，针对现有技术中卧室人员在睡眠状态时窗户无法控制的技术问题，引入了亮度传感设备和室内外传感器和采用自适应分割阈值的汗水检测设备，实现在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行的自动化控制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“前上方”、“端部”、“长度”、“宽度”、“内”、“上”、“另一端”、“两端”、“水平”、“同轴”、“底部”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“啮合”、“连接”、“嵌装”、“罩盖”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具多功能的智能窗户，其特征在于，包括窗框本体和至少一扇可移动窗扇、用于储藏沉降窗扇的窗扇沉藏室、用于安放控制系统的控制室、遮阳控制系统和自动开启平台；所述的窗扇沉藏室设置在可移动窗扇的下方，其大小与可移动窗扇相适配，所述的控制室设置在窗扇沉藏室的下方，在控制室的顶部设有密闭的隔离板；在窗框本体内、可移动窗扇的两侧对称设有窗扇升降机构，所述的窗扇升降机构为螺杆传动装置，包括传动螺杆，在所述传动螺杆上套接有窗扇固定架和传动螺母，且所述传动螺母与窗扇固定架卡接，所述窗扇固定架和传动螺母不能随传动螺杆转动、只能在传动螺杆上一起做上下滑行；所述窗扇固定架的另一端与对应窗扇的一侧固定连接，在所述传动螺杆的下端轴接有传动齿轮，所述的传动齿轮与动力传动机构传动连接；所述传动螺杆的上、下端设有无螺纹段；在所述传动螺杆的下端无螺纹段上还套设有上定位支架和下定位支架，且所述的上定位支架能在传动螺杆的无螺纹段做上下滑行，所述的下定位支架与传动螺杆同时转动但不能做上下滑行，在上定位支架与下定位支架之间的传动螺杆上套设有弹簧；

所述遮阳控制系统包括温度传感器、光敏传感器、按键、主控器、继电器、电机、通信模块和电源，

所述温度传感器和光敏传感器组合工作，将探测到的夏季高温季节室外的阳光亮度信息传递给主控制器，主控制器通过继电器打开电机关闭窗帘，所述遮阳控制系统通过通信模块连接网络，人员可以远程控制窗帘的开启和关闭；所述将光敏传感器和温度传感器探测的信息综合分析后传送至主控制器，主控制器区分夏季和冬季，夏季光照强烈时主控制器关闭遮阳帘，冬季需要采暖时主控制器不关闭遮阳帘；所述该系统设置有按键，按键可以控制该系统强制开启和关闭遮阳帘。

主控器包括主控器单片机、通讯模块、智能插座控制模块、第一传感器信号接收模块以及分控信号发送模块，第一传感器信号接收模块与主控器单片机通过无线相连，主控器单片机同时通过无线与智能插座控制模块以及分控信号发送模块无线相连，通讯模块同时与主控器单片机双向相连；所述分控器包括分控器单片机、分控器信号接收模块以及第二传感器信号接收模块，第二传感器信号接收模块和分控信号接收模块同时与分控器单片机通过无线相连，分控器单片机与电机通过导线相连，分控器信号接收模块同时与主控器中的分控器信号接收模块通过无线相连；主控器内的通讯模块通过外接的电话线或者内置的SIM卡接收来自座机或者手机的信号，用户可以通过拨打电话与通讯模块进行通讯，并通过发送信号使主控器单片机控制与其相连的智能插座控制模块，实现室内智能插座的电源的通断以及室内窗户的打开或者关闭；

所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制；所述开启平台还包括：红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像；可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像；亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度；汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理；供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像；所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像；所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号；

所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备；所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制；其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；其中，所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；

其中，所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。

2.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。

3.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备被集成在同一块集成电路板上。

4.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述开启平台还包括：无线通信接口，与所述数字信号处理器连接，用于接收并无线发送所述环境亮度和所述温差。

5.如权利要求6所述的基于室内外温差的窗户自动开启平台，其特征在于：所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。

6.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述的智能窗户包括窗框和至少两扇可移动窗扇，相邻可移动窗扇之间形成内外平行叠置关系，且各层可移动窗扇均能沉降于窗扇沉藏室内，在窗框本体内及每一扇可移动窗扇的两侧均对称设有窗扇升降机构；所述的智能窗户包括窗框和上下两扇可移动窗扇，所述的动力传动机构包括动力传动轴和分离式磁控开关组合件，设置在上窗扇传动螺杆上的传动齿轮A和分离式磁控开关组合件上的动力臂均套设在动力传动轴上，且所述的传动齿轮A与动力传动轴能一起转动，但所述的动力臂不能与动力传动轴一起转动、而只能在动力传动轴上做上下滑行。

7.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述传动齿轮A的内壁上设有凹凸齿，所述动力传动轴的外壁上设有与凹凸齿相适配的凹凸槽，以实现传动齿轮A与动力传动轴间的啮合卡接；所述的动力传动轴与动力传动轮相连接，所述的动力传动轮通过皮带与电动机相连接。

8.根据权利要求1所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，在窗扇沉藏室的底部设有窗扇沉降缓冲减震垫。

9.根据权利要求1或2所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，在所述窗框本体上还设置有遥控信号接收器。

10.根据权利要求1或2所述一种具多功能的智能窗户，其特征在于，所述通信模块可以连接网络远程控制遮阳帘。