CN214835666U - 一种基于ZigBee网络的新型智能窗 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ZigBee网络的新型智能窗，包括窗体、窗帘、移动装置、传感器、ZigBee协调器和控制单元；移动装置包括驱使玻璃板开合的第一移动装置，以及驱使窗帘布开合的第二移动装置；传感器包括pm2.5传感器、温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器，ZigBee协调器连接分别与各传感器连接，接收各传感器采集的信息；控制单元包括控制器，ZigBee协调器与控制器通信，将各传感器采集的信息发送至控制器，控制器的输出端分别与第一移动装置和第二移动装置连接，根据采集信息控制第一移动装置和第二移动装置工作。本实用新型智能窗在用户手动控制的基础上还可以进行自动控制，可以满足用户的多种使用需求，并且成本较低，便于在产业上推广和使用。

Description

一种基于ZigBee网络的新型智能窗

技术领域

本实用新型涉及智能控制领域，尤其涉及一种基于ZigBee网络的新型智能窗。

背景技术

随着科学技术的发展和人们对生活、工作环境要求的不断提高，智能建筑的发展已经不仅仅是楼宇自控水平的提高和安防设施的齐备，而是向着自动化、智能化和环保节能的方向发展。智能窗是智能建筑中的楼宇智能化设备，应用于智能建筑上，如各类住宅，尤其是使用家用空调的住宅，各类酒店、宾馆、大型写字楼等，大空间的建筑：如体育场馆、各种会展馆与其它场馆等。

目前现有的技术主要实现了通过用户手动控制开关，或远程控制开关让窗户进行开关，其优点在于解决了一些大型场所，如体育馆等的通风不便的问题，但仍具有智能化不足的缺点。同时，现在的智能窗大部分只能实现单一的传感器处理，如温度高了就要开窗通风，温度低就会关窗保温，而无法实现多传感器同步进行。其优点在于对单一因素的影响处理较好，精准控制，但缺点在于不能多维度的考虑用户处在室内的舒适度。其次，目前市面上的智能窗系统多为和其他家具一起联系的智能家居系统，这种一体式的智能家居系统在很大程度上方便了家居智能化的进程，而其缺点在于成本较高，并未考虑到只需要单体智能窗的用户群体。

鉴于此，本发明提供了一种智能的、多传感器综合控制的、成本较低的新一代智能窗装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供提供一种智能的、多传感器综合控制的、成本较低的基于ZigBee网络的智能窗装置。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种基于ZigBee网络的新型智能窗，包括窗体、窗帘、移动装置、传感器、ZigBee协调器和控制单元；窗体包括窗框和玻璃板；窗帘包括滑轨与窗帘布；移动装置包括驱使玻璃板开合的第一移动装置，以及驱使窗帘布开合的第二移动装置，第一移动装置设置在窗框内，第二移动装置设置在滑轨内；传感器包括pm2.5传感器、温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器，ZigBee协调器连接分别与各传感器连接，接收各传感器采集的信息，pm2.5传感器、第一温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器和ZigBee协调器通过有漏孔的封装盒设置在窗框与室外相邻的一面；控制单元包括电路盒，电路盒设置在窗框与室内相邻的一面，电路盒内设有控制器，ZigBee协调器与控制器通信，将各传感器采集的信息发送至控制器，控制器的输出端分别与第一移动装置和第二移动装置连接，根据采集信息控制第一移动装置和第二移动装置工作，控制器还连接有电源。

进一步地，所述第一移动装置与第二移动装置结构相同，均包括轮组A、轮组B，驱使轮组A旋转的电机，以及绕轮组A、轮组B运转的轮带，轮带上设有驱动块，驱动块包括基体，基体上设有供轮带穿过的孔，基体下部开设有套装于玻璃板或窗帘布上部的凹槽，凹槽内壁设有若干卡固玻璃板或窗帘布的弹性贴片；在电机的作用下，轮带绕轮组A、轮组B运转，带动驱动块横向移动，驱使玻璃板或窗帘布开合。

进一步地，所述控制器还连接有无线通讯模块，利用无线通讯模块将各传感器采集的环境数据上传至云平台，供用户查询。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型智能窗在用户手动控制的基础上还可以进行自动控制，为用户提供了更好的智能家居体验，使得用户每时每刻都能查看窗户状态及室内外环境，并能安心地交给系统控制窗户。

2、本实用新型采用多传感器，综合考虑室内外环境因素，使智能窗能应对不同环境做出合理的反应，大大方便了人们的生活。

3、本实用新型将控制硬件进行封装化，使用户可以根据具体情况，对所需要的窗户进行智能化控制，同时通过采用ZigBee技术，本产品也可以根据用户需求加入其他智能家居进行组网，无需其他更高技术要求，大大方便了用户的体验。

4、本实用新型可以满足用户的多种使用需求，并且成本较低，便于在产业上推广和使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的工作原理图；

图3为第一移动装置的结构示意图；

图4为驱动块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-2所示，一种基于ZigBee网络的新型智能窗，包括窗体、窗帘、移动装置、传感器、ZigBee协调器5和控制单元6。

窗体包括窗框11和玻璃板12；窗帘包括滑轨21与窗帘布22；移动装置包括驱使玻璃板12开合的第一移动装置31，以及驱使窗帘布22开合的第二移动装置32，第一移动装置31设置在窗框11内，第二移动装置32设置在滑轨21内。

传感器包括pm2.5传感器41、温湿度传感器42、光敏传感器43、红外传感器44，ZigBee协调器5连接分别与各传感器连接，接收各传感器采集的信息，pm2.5传感器41、第一温湿度传感器42、光敏传感器43、红外传感器44和ZigBee协调器5通过有漏孔的封装盒7设置在窗框11与室外相邻的一面。

控制单元6包括电路盒61，电路盒61设置在窗框11与室内相邻的一面，电路盒61内设有控制器62，ZigBee协调器5与控制器62通信，将各传感器采集的信息发送至控制器62，控制器62的输出端分别与第一移动装置31和第二移动装置32连接，控制器62还连接有电源63。

所述控制器62还连接有无线通讯模块64，利用无线通讯模块64将各传感器采集的环境数据上传至云平台，供用户查询。

如图3-4所示，所述第一移动装置31与第二移动装置32结构相同，均包括轮组A311、轮组B312，驱使轮组A311旋转的电机313，以及绕轮组A311、轮组B312运转的轮带314，轮带314上设有驱动块315，驱动块315包括基体3151，基体3151上设有供轮带314穿过的孔3152，基体3151下部开设有套装于玻璃板或窗帘布上部的凹槽3153，凹槽3153内壁设有若干卡固玻璃板或窗帘布的弹性贴片3154；在电机313的作用下，轮带绕轮组A、轮组B运转，带动驱动块横向移动，驱使玻璃板或窗帘布开合。

pm2.5传感器用于检测外部环境空气中的悬浮细颗粒物含量。pm2.5传感器采用GP2Y1014AU型号，其默认优先级为2，可以根据用户需求调节改变其控制优先级。用户可先根据国家标准和当地环境进行悬浮细颗粒物含量阈值设定。当外界悬浮细颗粒物含量高于悬浮细颗粒物含量阈值时，pm2.5传感器判断外界为污染空气，并将该信号传递至Zigbee协调器中，随后Zigbee协调器将该信号传递至控制装置中的控制器中。在该种情况下，控制器通过判断悬浮细颗粒物含量大小，分级控制移动装置使得窗体保持不同程度的开合，以保证健康新鲜的空气进入，且不对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。所述分级控制为在空气中pm2.5含量为75～115μg/m³(注：微克每立方米)时保持窗体总体四分之一打开，pm2.5含量为115μg/m³以上时保持窗体关闭，pm2.5含量为75μg/m³以下时为优质空气。同理，当外界的悬浮细颗粒物含量低于悬浮细颗粒物含量阈值时，pm2.5传感器判断外界为优质空气，并通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体打开，且可以对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。通过pm2.5传感器和Zigbee协调器的设置，可以使得当外界空气质量差时，窗体始终保持关闭，从而有效减少pm2.5对室内人员健康产生的负面影响。

温湿度传感器用于检测空气中温度和湿度。温湿度传感器采用DHT11型号，其默认优先级为4，当户外湿度超过指标则默认雨雪天气，默认优先级为3，可以根据用户需求调节改变其控制优先级。所述型号元件内部有一个NTC测温元件测试温度，还有一个电阻式感湿元件进行湿度测试，从而实现对温湿度的数据采集。当外界温湿度超过指标时，温湿度传感器判断外界为雨雪天气，进行默认优先级为3的控制，并将该信号传递至Zigbee协调器中，随后Zigbee协调器将该信号传递至控制装置中的控制器中。在该种情况下，控制器通过控制移动装置使得窗体关闭，且不对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。当外界温湿度未超过指标时，温湿度传感器判断外界为良好天气，进行默认优先级为3的控制，用户可输入适合自己生活的温湿度范围来控制窗户开关。当外界温湿度超过设定范围时，温湿度传感器通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体打开，且不对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。当外界温湿度低于设定范围时，温湿度传感器通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体关闭，且不对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。当外界温湿度在设定范围时，温湿度传感器通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体打开，且可以对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。这样就能够在晴朗的天气开窗通风保持室内的空气流通，又能够避免因天气骤变，用户开窗导致的经济财产损失；同理，在夜晚或其它用户休息的时间，有时用户会开窗通风入眠，当突然起风或者降雨时，用户就需要起床关闭门窗，会影响用户的睡眠，而本申请中控制方法能够在室外降雨或者室外风速达到设定值时控制启闭不必要的被迫性起床次数，减少了大风降雨意外情况造成的睡眠质量不佳的问题。另外，在用户夜晚休息时，有时也会开空调降温，但是往往不会一直开启空调，当温度或者时间到达设定值时，空调就会自动关闭，此时屋内处于密闭空间，随着时间推移温度很快就会提高，人们会被迫醒来继续开空调或者起床开窗通风，这样反而影响了良好睡眠；而本申请中不用用户起床就能够打开窗户实现室内温度的调节，减少了用户不必要的起床次数，提高睡眠质量。

光敏电传感器用于探测室外光线。用户可先根据当地环境进行光线强度设定。当外界光线强度高于光线强度阈值时，光敏电传感器判断外界为强光，并将该信号传递至Zigbee协调器中，随后Zigbee协调器将该信号传递至控制装置中的控制器中。在该种情况下，控制器通过判断光线强度，分级控制移动装置使得窗帘保持不同程度的开合，以保证光线进入。所述分级控制为强光时保持窗帘关闭，中强光时保持窗帘总体四分之一打开，光线强度低于光线强度阈值时保持窗帘打开。所述分级标准由用户自行设定。当光线强度低于光线强度阈值时，光敏电传感器判断外界为健康光线，并通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗帘打开。通过光敏电传感器和Zigbee协调器的设置，可以使得室内保持良好的采光并营造优质生活环境。

红外传感器用于检测是否有人在窗外。红外传感器采用HC-SR501型号，其默认优先级为1，用户不可调。所述型号传感器是一种由高热电系数材料制成的红外探测元件，其内部将两个探测元件通过极性相反方式串联在一起，从而减弱环境所带来的干扰。所述探测元件能够把探测并接收到的红外辐射转变成电信号，然后经场效应管放大后再输出。所述红外传感器有一个由塑料制成的菲涅尔透镜以放大信号。当窗外有人员长久滞留时，所述红外传感器判断外部环境危险，并将该信号传递至Zigbee协调器中，随后Zigbee协调器将该信号传递至控制装置中的stm32单片机中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体关闭，且不对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。同时控制装置向用户发送相关信息以示警。同理，当窗外无人员长久滞留时，红外传感器判断外界环境安全，并通过Zigbee协调器将信号传递至控制器中。在该种情况下，控制器将控制移动装置使得窗体打开，且可以对其他打开窗体的低优先级信号做出响应。通过红外传感器和Zigbee协调器的设置，可以保证用户财产安全，及时报警。

ZigBee协调器包括ZigBee硬件设计及ZigBee组网设计。

ZigBee硬件设计采用CC2530芯片作为协调器来组建ZigBee网络。通过该芯片可以给ZigBee网络中各个节点分配地址，进行统一处理。然后各节点通过终端传感器采集数据，将其传送给协调器。协调器不存储数据，而是把数据实时地传送给控制器。ZigBee网络的数据采集节点将终端传感器采集的信息通过ZigBee网络传送至控制器进行处理，再经无线通讯模块，将数据传送至云平台，实时地将各传感器信息反馈给用户，方便用户查看与控制。

ZigBee组网设计首先要进行网络初始化，包括网络协调器设置、信道扫描和配置网络参数三个步骤。然后因ZigBee网络由三个节点组成，分别是协调器、路由节点和终端设备，所以要将节点通过协调器加入网络形成网络。若用户想加入其他智能家居，可采取直接加入相应的协调器、路由节点和终端设备来组建新的网络，十分便捷。

所述控制器62采用stm32单片机，stm32单片机具低功耗、高集成度、结构简单的优点，能很好地进行控制操作。本智能窗的控制系统以stm32单片机为核心，将ZigBee协调器作为输入，无线通讯模块、移动装置作为输出，和ZigBee模块共同使用3.3v的电源供电。

本实用新型提供一种实施例的智能窗的控制方法，包括以下步骤：通过红外传感器检测是否有被盗窃的危险，若有危险则控制器控制启闭装置关闭窗户；若无危险，通过Pm2.5传感器检测室外空气质量，若超过用户设置阈值则关闭窗户；若检测到室外空气良好，则通过室外温度传感器检测室外温度判断室外的温度是否大于预设值，通过湿度传感器检测室外湿度判断室外是否有雨雪等恶劣天气，若室外温湿度大于预设值时，控制器控制启闭装置关闭窗户。通过光敏传感器检测光照强度，光照强度超过用户设置阈值时自动打开窗帘。

需要说明的是，本实用新型的设备结构和附图主要对本实用新型的原理进行描述，在该设计原理的技术上，装置的动力机构、供电系统及控制器等的设置并没有完全描述清楚，而在本领域技术人员理解上述实用新型的原理的前提下，可清楚获知其动力机构、供电系统及控制系统的具体。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于ZigBee网络的新型智能窗，其特征在于，包括窗体、窗帘、移动装置、传感器、ZigBee协调器和控制单元；窗体包括窗框和玻璃板；窗帘包括滑轨与窗帘布；移动装置包括驱使玻璃板开合的第一移动装置，以及驱使窗帘布开合的第二移动装置，第一移动装置设置在窗框内，第二移动装置设置在滑轨内；传感器包括pm2.5传感器、温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器，ZigBee协调器连接分别与各传感器连接，接收各传感器采集的信息，pm2.5传感器、第一温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器和ZigBee协调器通过有漏孔的封装盒设置在窗框与室外相邻的一面；控制单元包括电路盒，电路盒设置在窗框与室内相邻的一面，电路盒内设有控制器，ZigBee协调器与控制器通信，将各传感器采集的信息发送至控制器，控制器的输出端分别与第一移动装置和第二移动装置连接，根据采集信息控制第一移动装置和第二移动装置工作，控制器还连接有电源。

2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的新型智能窗，其特征在于，所述第一移动装置与第二移动装置结构相同，均包括轮组A、轮组B，驱使轮组A旋转的电机，以及绕轮组A、轮组B运转的轮带，轮带上设有驱动块，驱动块包括基体，基体上设有供轮带穿过的孔，基体下部开设有套装于玻璃板或窗帘布上部的凹槽，凹槽内壁设有若干卡固玻璃板或窗帘布的弹性贴片；在电机的作用下，轮带绕轮组A、轮组B运转，带动驱动块横向移动，驱使玻璃板或窗帘布开合。

3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的新型智能窗，其特征在于，所述控制器还连接有无线通讯模块，利用无线通讯模块将各传感器采集的环境数据上传至云平台，供用户查询。

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