CN113530417A - 一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，所述百叶窗自动控制系统包括：传感器信息管理模块，静态信息管理模块，控制信息管理模块，能耗统计模块，控制计算模块，电机控制模块，根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到百叶窗控制模块。支持异形建筑遮挡下的自动控制；支持全年外立面实际太阳光线照射仿真动画；支可在特殊气象或环境下，对百叶窗进行统一自动调整，保护百叶窗及用户安全。

Description

一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统。

背景技术

电动百叶窗分为室内遮阳、室外遮阳两类。百叶窗可以同时调节高度和角度。满足用户在调整遮光的同时，最大化的满足用户的采光需求，对室外景观的需求，并能将必要的冷量、热量屏蔽在用户使用区域以外，节约系统能耗。

现有技术中，电动百叶窗包括人工操作，电机控制和自动调节等多种操作方式。其中，人工操作通常使用手动按键或遥控器调节，使用不便。电机控制百叶窗虽然在一定程度上满足方便了用户的调节，可以根据太阳高度角，为用户提供自动的遮光支持；但对于周边建筑的遮挡考虑因素不足。

现有技术中，电动遮阳系统通常只考虑建筑所在实时太阳高度角因素，室外风雨条件等因素，缺少考虑周边环境遮挡、其他建筑玻璃、金属幕墙反射光线等因素；电动遮阳系统一般为独立控制系统或与智能照明控制系统结合控制。无法与建筑内空调系统结合，充分节约系统能耗；电动遮阳系统在进行调试部署时，仅能输入建筑的经纬度、窗户尺寸等信息，无法自动生成所控电动遮阳外立面图纸，无法进行输入条件的可视化验证；电动遮阳控制系统，仅仅为电动遮阳控制所定制开发，无法将全年电动遮阳与太阳光、遮挡建筑影响、反光建筑影响，进行动态展示，因此不易判断电动遮阳系统的使用情况。往往只能通过用户反馈，才能了解系统的最终使用情况；电动遮阳控制系统，基本为根据某个产品或某类产品定制开发，通用性差。且控制逻辑大都部署在百叶窗中，无法像后台系统一样对随意的对某个、某些或全部百叶窗进行统一的处理；常规电动遮阳系统只能在自动控制或手动控制中二选一，无法进行各类用户优先级的自动调配；常规电动遮阳系统需单独配置电动遮阳系统的独立传感器，无法现有传感器共用传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，以实现在无需百叶窗具备额外传感器的基础上，可处理周边复杂遮蔽环境及气象条件的百叶窗自动控制。

本发明一个或多个实施例提供了一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，所述百叶窗自动控制系统包括：

传感器信息管理模块，用于管理楼宇内的传感器信息，提供获取室内、外传感器数据的接口；

静态信息管理模块，用于管理百叶窗信息和周边楼宇信息；

控制信息管理模块，用于管理百叶窗的调节模式和执行周期；

能耗统计模块，用于统计楼宇或楼层的相关能耗数据；

控制计算模块，用于根据所述百叶窗信息和周边楼宇信息，进行百叶窗控制计算、遮挡物投影测算及仿真模拟；

电机控制模块，用于根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到百叶窗控制模块。

进一步地，所述百叶窗自动控制系统还包括：

控制历史管理模块，用于存储建筑中各个百叶窗的控制条件及控制结果。

可选地，所述静态信息管理模块包括：

百叶窗信息管理单元，用于管理各个百叶窗的基本信息，安装位置信息；

周边楼宇信息管理单元，管理周边的楼宇基本信息，所述管理周边的楼宇基本信息用于计算遮挡物投影信息，及仿真模拟。

可选地，所述控制信息管理模块包括：

模式调节单元，用于根据室内外环境变量按预设周期自动调节指定百叶窗的高度和角度；

其中，所述预设周期包括，执行周期和/或全局周期，所述执行周期包括时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值，根据时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值为每个百叶窗进行周期配置；根据所述全局周期将所有的百叶窗设置为同一个周期。

进一步地，所述控制信息管理模块还包括：

风险条件配置单元，用于配置气象条件恶劣时或发生火灾等紧急情况下，百叶窗的高度和角度。

可选地，所述控制计算模块包括：

百叶窗控制计算单元，用于根据经纬度、窗朝向、日期时间测算出的实时太阳高度及太阳与窗朝向相对的方位夹角，并结合室内人员位置、显示器位置信息，计算出百叶窗的升降位置及角度；

遮挡物投影测算单元，用于异形建筑的外立面的投影计算；

仿真模拟单元，用于生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

可选地，异形建筑的外立面的投影计算包括：

根据窗的坐标、周边遮挡楼宇关键面或关键顶点/棱的坐标，接入太阳高度角和方位角，计算该窗是否属于完全未遮挡、挡住部分窗或窗被完全挡住。

可选地，生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画包括：

根据静态信息管理模块自动绘制被控外立面图纸；

被控外立面图纸复核输入条件是否与实际外立面一致；

输入条件与实际外立面一致时，根据遮挡物投影测算单元及百叶窗控制计算结果，结合室内外的其他静态信息生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

可选地，所述电机控制模块还用于完成百叶窗控制后，将控制后的结果存入控制历史管理模块。

进一步地，所述百叶窗自动控制系统还包括：

验证服务反馈模块，用于根据验证效果与反馈得到的偏差来反向修正预先录入的数据。

有益效果

本发明提出了一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，所述百叶窗自动控制系统包括：传感器信息管理模块，静态信息管理模块，控制信息管理模块，能耗统计模块，控制计算模块，电机控制模块，根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到百叶窗控制模块。仅需百叶窗具有控制模块即可完成基于室内外环境变量的自动控制；提供多种控制模式，支持单个和整体百叶窗的控制整合了电机控制、手动调控、来自外部系统能耗运行调控、风光气象传感、太阳高度方位测算、遮挡物投影测算、百叶窗历史数据存储读取、服务验证反馈等多个数据运算单元及多通道调控模块的动态百叶窗集成控制系统；支持异形建筑遮挡下的自动控制；支持全年外立面实际太阳光线照射仿真动画；可在特殊气象或环境下，对百叶窗进行统一自动调整，保护百叶窗及用户安全。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例的静态信息管理模块的结构框图；

图3为本发明实施例的控制信息管理模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如，程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，有通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。本发明所称的内网为企业内部所使用的网络，本领域技术人员可根据企业自身业务实际情况建立符合自己实际需求的内网。

现有技术中，从对动态百叶遮阳的研究方法层面看，多侧重于通过Designbuilder、Energyplus等仿真软件建立遮阳百叶倾角对全年照明及空调能耗的评价模型，建立不同天气状况下的最佳倾角范围。近期国内已出现通过太阳高度角、方位角及离散的日期分区控制遮阳板升降时间、百叶角与遮阳系数拟合估算等动态测算百叶遮阳的方案，但综合国内现状，尚缺少能够综合利用风光气象传感、同座建筑邻近百叶窗参考方案的、可成熟应用的动态控制方法。

从智能百叶遮阳控制系统的实际工程应用层面看，常规的控制策略执行中进而遇到的问题包括：一方面光照受到实际环境中存在的周边建筑物的遮挡使得传统的百叶控制策略反而在位于遮挡的区域影响了应有的透光；另一方面现代化动态百叶系统虽然受智能家居/智能楼宇的赋能可以整合多种智能传感信息，但实际运作中并不必要为每一扇窗安装独立传感器，反而出现数据冗余和监测能耗提高等弊端。综合国内现状，尚缺少能够大范围推广的、处理周边复杂遮蔽环境及气象均可灵活变更配置的百叶综合控制应用方案及系统。

本发明的目的在于提供一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，以实现在无需百叶窗具备额外传感器的基础上，可处理周边复杂遮蔽环境及气象条件的百叶窗自动控制。

下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1所示，本实施例提供了一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，所述百叶窗自动控制系统包括：

传感器信息管理模块30，用于管理楼宇内的传感器信息，提供获取室内、外传感器数据的接口；

静态信息管理模块40，用于管理百叶窗信息和周边楼宇信息；

控制信息管理模块50，用于管理百叶窗的调节模式和执行周期；

能耗统计模块60，用于统计楼宇或楼层的相关能耗数据；

控制计算模块20，用于根据所述百叶窗信息和周边楼宇信息，进行百叶窗控制计算、遮挡物投影测算及仿真模拟；

电机控制模块10，用于根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到控制计算模块20。综合室内外条件，根据传感器信息管理模块30提供的室外环境信息(室外光线，风速，雨量等)，控制信息管理模块50提供的调节模式、执行周期和例外状况，能耗统计结果，以及控制计算模块20的计算结果，决定百叶窗的升起高度和调节角度。并将相应调节信息发送到控制计算模块20，完成百叶窗控制。

本实施例提出了一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，所述百叶窗自动控制系统包括：传感器信息管理模块30，静态信息管理模块40，控制信息管理模块50，能耗统计模块60，控制计算模块20，电机控制模块10，根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到百叶窗控制模块。

对位于建筑的内部或外部电动百叶窗，依据室根据所述室内、外环境信息、周边楼宇信息，进行百叶窗控制计算、遮挡物投影测算及仿真模拟；支持异形建筑遮挡下的自动控制，以及全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

进一步地，所述百叶窗自动控制系统还包括：

控制历史管理模块70，所述控制历史管理模块70用于存储建筑中各个百叶窗的控制条件及控制结果；为临近百叶窗或者其他相似楼宇提供一些历史控制的数据参考。

具体地，所述静态信息管理模块40包括：

百叶窗信息管理单元401，用于管理各个百叶窗的基本信息，安装位置信息；

周边楼宇信息管理单元402，管理周边的楼宇基本信息，所述管理周边的楼宇基本信息用于计算遮挡物投影信息，及仿真模拟。

具体地，所述控制信息管理模块50包括：

模式调节单元501，用于根据室内外环境变量按预设周期自动调节指定百叶窗的高度和角度；

其中，所述预设周期包括，执行周期和/或全局周期，所述执行周期包括时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值，根据时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值为每个百叶窗进行周期配置；根据所述全局周期将所有的百叶窗设置为同一个周期。

需要说明的是所述模式调节单元用于自动调节；

实际应用过程中调节模式包括:

1、自动调节

由模式调节单元根据室内外环境变量自动调节指定百叶窗的高度和角度。

分时段自动调节

可按月、周、天、小时或分钟为单位，配置每个时段是否开始自动调节。若不开启自动调节，则需设置不进行自动调节时，百叶窗的状态，包括：

保持原有状态；打开状态；关闭状态；自定义状态(打开的高度和角度)

设置自动调节时，每次调节的间隔包括：

时间周期；百叶窗高度、角度变化超过阈值；两者结合

执行周期可为每个百叶窗设置，也可配置全局周期。若两者同时存在，则以全局的周期为准。

需要说明的是，两者结合指的是：同时配置时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值；系统按照配置的时间周期，周期性的计算百叶窗的升起高度和调节角度。如果计算的结果与当前百叶窗的高度和角度的差在阈值内，则不进行调节。若仅高度超过阈值，则仅调节高度；若仅角度超过阈值，则仅调整角度；若两者都超过阈值，则两者同时进行调节。

全局周期是指系统内所有百叶窗统一的执行周期。通过配置全局周期，使多个百叶窗的调节尽量集中在同一时段，减少百叶窗调节时带来的噪声影响时长。

例如：若执行周期设置为：时间周期，并指定时间周期的长度(如1小时)。则根据指定的时间周期，计算百叶窗的升起的高度和角度。

若执行周期设置为：百叶窗高度、角度变化超过阈值，并指定高度、角度变化的阈值(如高度变化阈值为10％，角度变化的阈值为5％，即高度变化低于10％，则不做调整，角度变化低于5％，则不做调整)。此时，系统每分钟计算一次百叶窗的升起高度和角度。若计算的结果与当前百叶窗的高度和角度的差在阈值内，则不进行调节。若仅高度超过阈值，则仅调节高度；若仅角度超过阈值，则仅调整角度；若两者都超过阈值，则两者同时进行调节。

若执行周期设置为：时间周期和百叶窗高度、角度变化超过阈值。并指定时间周期的长度和高度、角度变化的阈值。则系统按照配置的时间周期，周期性的计算每个百叶窗的升起高度和调节角度。如果计算的结果与当前百叶窗的高度和角度的差在阈值内，则不进行调节。若仅高度超过阈值，则仅调节高度；若仅角度超过阈值，则仅调整角度；若两者都超过阈值，则两者同时进行调节。

2、手动调节

可在系统中配置控件(例如：遥控器，机械控制装置)以支持用户手动调节；

进一步地，所述控制信息管理模块还包括：

风险条件配置单元，用于配置气象条件恶劣时或发生火灾等紧急情况下，百叶窗的高度和角度。

如：配置气象条件恶劣时或发生火灾等紧急情况下，百叶窗的高度和角度。此时调节模式不起作用。直到不再满足气象恶劣或火灾等紧急情况的条件为止。这种方式是为了在特殊情况下，保护百叶窗不受破坏。以及应急条件下，保证人员安全。

具体地，所述控制计算模块包括：

遮挡物投影测算单元201，用于异形建筑的外立面的投影计算；

该部分支持异形建筑，特殊外立面的投影计算。

对指定窗户，通过给该窗户的坐标、周边遮挡楼宇关键面(或关键顶点/棱)的坐标、材质、结合太阳高度角和方位角，计算该窗属于：

a.完全未遮挡

此时需通过百叶窗控制计算单元计算该窗户对应百叶窗的高度和角度。

b.挡住部分窗

此时，需要进一步根据侧立面遮挡还是顶面遮挡，决定是否升降百叶窗或者仅调节百叶角度进行遮阳。百叶窗升降高度或角度由百叶窗控制计算单元计算得出。

c.窗被完全挡住

此时，可考虑百叶窗完全打开或升起。

投影计算结果除用于调节百叶窗外，还可以作为可视化的依据，提供对控制的监测、追溯和服务反馈等。

百叶窗控制计算单元202，用于根据经纬度、窗朝向、日期时间测算出的实时太阳高度及太阳与窗朝向相对的方位夹角，并结合室内人员位置、显示器位置信息，计算出百叶窗的升降位置及角度；

若存在遮挡建筑，且遮挡建筑外幕墙为玻璃幕墙，其表面会反射太阳光，需将此部分建筑作为第二光源，加入计算。

仿真模拟单元203，用于生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

根据静态信息管理自动绘制被控外立面图纸(包含外立面轮廓、被控百叶窗位置)用于复核输入条件是否与实际外立面一致。

根据遮挡物投影测算及百叶窗控制计算结果，结合室内外的其他静态信息，自动生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画(太阳光、太阳阴影可真实动态显示)，此功能可同时用于建筑采光计算仿真。

具体地，所述电机控制模块还用于完成百叶窗控制后，将控制后的结果存入控制历史管理模块。

进一步地，所述百叶窗自动控制系统还包括：

验证服务反馈模块80，用于验证对百叶窗的控制是否符合预期。若不符合预期，则根据验证结果调整预先录入的静态信息以及百叶窗控制相关的执行周期或计算参数等信息。动态的百叶控制依靠的是经纬度、太阳高度方位、周边地理信息等预置的静态信息，以及调节模式、执行周期、风险条件等配置信息；对百叶窗的控制预期包括：室内遮光效果，室内光照，能耗优化等。若数据不准确或配置不合理，将导致不能很好的达到预期效果。对比来自控制历史管理模块的百叶窗控制信息，仿真模拟信息，能耗信息及预期效果。根据对比的结果，来修正预先录入的数据(如周边遮挡物位置错报、太阳高度方位随年分、季节、经纬度精度报送存在一定时差等原因)或配置。

综上所述，本发明所述基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统具有如下技术效果：

1)仅需百叶窗具有控制模块即可完成基于室内外环境变量的自动控制；

2)提供多种控制模式，支持单个和整体百叶窗的控制；

3)整合了电机控制、手动调控、来自外部系统能耗运行调控、风光气象传感、太阳高度方位测算、遮挡物投影测算、百叶窗历史数据存储读取、服务验证反馈等多个数据运算单元及多通道调控模块的动态百叶窗集成控制系统；

4)支持异形建筑遮挡下的自动控制；

5)支持全年外立面实际太阳光线照射仿真动画；

6)支持例外状况，可在特殊气象或环境下，对百叶窗进行统一自动调整，保护百叶窗及用户安全。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于室内外环境变量的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述百叶窗自动控制系统包括：

传感器信息管理模块，用于管理楼宇内的传感器信息，提供获取室内、外传感器数据的接口；

静态信息管理模块，用于管理百叶窗信息和周边楼宇信息；

控制信息管理模块，用于管理百叶窗的调节模式和执行周期；

能耗统计模块，用于统计楼宇或楼层的相关能耗数据；

控制计算模块，用于根据所述百叶窗信息和周边楼宇信息，进行百叶窗控制计算、遮挡物投影测算及仿真模拟；

电机控制模块，用于根据所述室内、外环境信息、调节模式、执行周期、能耗统计结果以及控制计算模块的计算结果，控制百叶窗的升起高度和调节角度，并将相应调节信息发送到百叶窗控制模块。

2.根据权利要求1所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述百叶窗自动控制系统还包括：

控制历史管理模块，用于存储建筑中各个百叶窗的控制条件及控制结果。

3.根据权利要求1所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述静态信息管理模块包括：

百叶窗信息管理单元，用于管理各个百叶窗的基本信息，安装位置信息；

周边楼宇信息管理单元，管理周边的楼宇基本信息，所述管理周边的楼宇基本信息用于计算遮挡物投影信息，及仿真模拟。

4.根据权利要求1所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述控制信息管理模块包括：

模式调节单元，用于根据室内外环境变量按预设周期自动调节指定百叶窗的高度和角度；

其中，所述预设周期包括，执行周期和/或全局周期，所述执行周期包括时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值，根据时间周期和百叶窗高度、角度变化阈值为每个百叶窗进行周期配置；根据所述全局周期将所有的百叶窗设置为同一个周期。

5.根据权利要求4所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述控制信息管理模块还包括：

风险条件配置单元，用于配置气象条件恶劣时或发生火灾等紧急情况下，百叶窗的高度和角度。

6.根据权利要求1所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述控制计算模块包括：

百叶窗控制计算单元，用于根据经纬度、窗朝向、日期时间测算出的实时太阳高度及太阳与窗朝向相对的方位夹角，并结合室内人员位置、显示器位置信息，计算出百叶窗的升降位置及角度；

遮挡物投影测算单元，用于异形建筑的外立面的投影计算；

仿真模拟单元，用于生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

7.根据权利要求6述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，异形建筑的外立面的投影计算包括：

根据窗的坐标、周边遮挡楼宇关键面或关键顶点/棱的坐标，接入太阳高度角和方位角，计算该窗是否属于完全未遮挡、挡住部分窗或窗被完全挡住。

8.根据权利要求6所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画包括：

根据静态信息管理模块自动绘制被控外立面图纸；

被控外立面图纸复核输入条件是否与实际外立面一致；

输入条件与实际外立面一致时，根据遮挡物投影测算单元及百叶窗控制计算结果，结合室内外的其他静态信息生成全年外立面实际太阳光线照射仿真动画。

9.根据权利要求2所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述电机控制模块还用于完成百叶窗控制后，将控制后的结果存入控制历史管理模块。

10.根据权利要求1-9任一项所述的百叶窗自动控制系统，其特征在于，所述百叶窗自动控制系统还包括：

验证服务反馈模块，用于根据验证效果与反馈得到的偏差来反向修正预先录入的数据。

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