智能電子開窗機控制器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能電子開窗機控制器，包括：高速微控制器；溫濕度檢測模塊，與高速微控制器連接，用于檢測溫度及濕度信息，并傳輸至高速微控制器；空氣質量檢測模塊，與高速微控制器連接，用于檢測空氣質量信息，并傳輸至高速微控制器；可燃性氣體及煙霧檢測模塊，與高速微控制器連接，用于檢測可燃性氣體及煙霧信息，并傳輸至高速微控制器；風速檢測模塊，與高速微控制器連接，用于檢測風速信息，并傳輸至高速微控制器；無線通信模塊，與高速微控制器連接，用于收發無線信號；繼電器輸出模塊，與高速微控制器連接。本發明可以根據設定時間開關窗，也可以根據溫濕度、風速、室內空氣質量、室內可燃性氣體及煙霧濃度控制開窗機開關窗。
【專利說明】
智能電子開窗機控制器
技術領域
[0001]本發明屬于控制技術領域，具體地說，涉及一種智能電子開窗機控制器。
【背景技術】
[0002]在現階段國內外開窗機用途非常廣泛，常用于窗戶安裝位置較高或者較遠，靠人力觸及不到的用戶；或者有消防聯動通風、排煙要求的用戶；或者是有氣象開關要求的用戶;或者是對室內有溫度、濕度、空氣指數等要求的用戶。
[0003]目前開窗機越來越成熟，市面上各類開窗機種類繁多，但是相應的控制器卻存在發展緩慢、功能單一、控制不人性化等缺點，比如市面常見的開窗機控制器僅為簡單遙控或者觸摸開關、風速檢測控制開關等。
[0004]本發明的發明人在經過研究后發現，上述功能單一的控制器無法提升人們的生活品質，而升級至智能家居控制系統又會提高用戶的成本，同時也較為復雜。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是，現有開窗機控制器無法實現智能控制的問題。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明公開了一種智能電子開窗機控制器，包括:
[0007]高速微控制器；
[0008]溫濕度檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測溫度及濕度信息，并傳輸至所述高速微控制器；
[0009]空氣質量檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測空氣質量信息，并傳輸至所述高速微控制器；
[0010]可燃性氣體及煙霧檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測可燃性氣體及煙霧信息，并傳輸至所述高速微控制器；
[0011]風速檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測風速信息，并傳輸至所述高速微控制器；
[0012]無線通信模塊，與所述高速微控制器連接，用于收發無線信號；
[0013]繼電器輸出模塊，與所述高速微控制器連接。
[0014]進一步的，所述的智能電子開窗機控制器還包括AC220V-DC24V開關電源，與所述高速微控制器連接。
[0015]進一步的，所述的智能電子開窗機控制器還包括鋰電池備用電源，與所述高速微控制器連接。
[0016]進一步的，所述的智能電子開窗機控制器還包括按鍵，與所述高速微控制器連接，用于輸入用戶設置參數。
[0017]進一步的，所述的智能電子開窗機控制器還包括液晶顯示器，與所述高速微控制器連接，用于顯示當前操作狀態及環境參數。
[0018]進一步的，所述溫濕度檢測模塊為集成化數字溫濕度傳感器，用于將溫度和濕度的模擬信號轉換成電信號。
[0019]進一步的，所述空氣質量檢測模塊利用發光二極管定向發光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線判斷環境灰塵或者顆粒物的濃度，并將所述環境灰塵或者顆粒物的濃度轉換成電壓模擬量。
[0020]進一步的，所述風速檢測模塊為氣象三杯式的風速傳感器，或者基于超聲波的風速傳感器。
[0021 ]進一步的，所述無線通信模塊為藍牙模塊、ZigBee模塊，或者WIFI模塊。
[0022]進一步的，所述繼電器輸出模塊用于控制開窗機完成開窗和關窗動作。
[0023]與現有技術相比，本發明可以獲得包括以下技術效果:
[0024]既可以控制普通開窗機對各類窗戶的智能控制，也可以根據一定通信方式或者通信協議加入到智能家居控制系統中集中控制。
[0025]根據用戶的控制需求，可以對智能電子開窗機控制器進行組合。
[0026]可以根據環境的溫濕度變化、風速變化、室內空氣質量好壞、室內可燃性氣體及煙霧濃度來控制開窗機開窗或者關窗。
[0027]當然，實施本發明的任一產品必不一定需要同時達到以上所述的所有技術效果。
【附圖說明】
[0028]此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0029]圖1所示為本發明智能電子開窗機控制器的結構示意圖；
[0030]圖2所示為本發明智能電子開窗機控制器的工作流程圖；
[0031]圖3所示為本發明智能電子開窗機控制器的接線圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將配合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現過程能充分理解并據以實施。
[0033]圖1所示為本發明智能電子開窗機控制器的結構示意圖。
[0034]本發明的一種智能電子開窗機控制器，包括:高速微控制器;溫濕度檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測溫度及濕度信息，并傳輸至所述高速微控制器;空氣質量檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測空氣質量信息，并傳輸至所述高速微控制器;可燃性氣體及煙霧檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測可燃性氣體及煙霧信息，并傳輸至所述高速微控制器;風速檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測風速信息，并傳輸至所述高速微控制器;無線通信模塊，與所述高速微控制器連接，用于收發無線信號；繼電器輸出模塊，與所述高速微控制器連接;AC220V-DC24V開關電源，與所述高速微控制器連接;鋰電池備用電源，與所述高速微控制器連接;按鍵，與所述高速微控制器連接，用于輸入用戶設置參數;液晶顯示器，與高速微控制器連接，用于顯示當前操作狀態及環境參數。
[0035]具體而言，各個模塊的功能及原理如下:
[0036]溫濕度檢測模塊采用集成化數字溫濕度傳感器，內部原理是利用傳感器可以將溫度和濕度的模擬信號轉換成電信號，為了達到測量精度，要使用模塊內部的A/D轉換器將模擬信號轉換成數字量送入微控制器。溫度測量范圍:-40°C?+123.8°C;溫度測量精度:±
0.4°C ;濕度測量范圍:0?100%RH(相對濕度)；濕度測量精度±3%RH。
[0037]空氣質量檢測模塊利用發光二極管(LED)定向發光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷環境灰塵或者顆粒物的濃度，通過內部模塊變換將灰塵或者顆粒物濃度轉換成電壓模擬量，所以高速微控制器通過內部的A/D轉換器將電壓信號轉換成數字量。測量精度:灰塵或者顆粒物濃度0.I %毫克/立方米(mg/m3)。
[0038]可燃性氣體及煙霧檢測模塊利用氣敏元件作為傳感器，通過電壓放大器后輸出電壓模擬量，通過微控制器的A/D轉換器將電壓信號轉換成數字量。特點是對可燃性氣體(含一氧化碳、甲烷)和煙霧靈敏度極高，檢測范圍500?10000百萬分比濃度(ppm)。
[0039]風速檢測模塊，由于風向對傳感器的影響，風速測量會存在較大誤差，但對于一般用戶來講，這個誤差在允許范圍之內，本發明的智能電子開窗機控制器方便用戶選擇，提供兩種風速檢測模塊，一種是基于氣象三杯式的風速傳感器;另一種是基于超聲波的風速傳感器。前者通過風杯轉動時，主軸帶動多齒轉盤旋轉，可以使光電耦合器檢測的信號處于導通或者截止狀態，對外輸出數字量來換算成風速送入微控制器，但是由于風向關系，對風速測量的精度影響較大，一般對風速精度要求不大或成本要求較低的用戶推薦使用。測量范圍:O?40米/秒(m/s);測量精度:±0.3米/秒。
[0040]后者是利用超聲波在空氣中傳播的時差法測量的，超聲波在空氣中的傳播速度會和風向的氣流速度疊加，若超聲波的傳播方向與風向相同，那么超聲波傳播速度就會加快；反之，若超聲波的傳播方向與風向相反，那么超聲波傳播速度就會變慢。由于超聲波在空氣中傳播速度還受溫度影響，為了保證精度，模塊內部還集成了溫度傳感器，通過計算發射和接收的時間差來量化風速，輸出數字量送入微控制器，精度較高但是成本也相應提升。測量范圍:0?60米/秒(m/s);測量精度:±0.1米/秒。
[0041 ]無線通信模塊根據用戶需求也提供多種解決方案，如藍牙方案、ZigBee方案、WIFI方案等，但是方案不同用途也不同，一般ZigBee方案和藍牙方案是通過無線傳輸協議與智能家居系統通信，方便加入到智能家居控制系統，由智能家居控制系統統一控制，這兩種無線通信方案通信距離短，但是功耗較低;而WIFI方案更加靈活，用戶可以通過WIFI連接到互聯網，與智能電子開窗機控制器遠程通信。這種方案速度較快，方便用戶遠程控制，但是功耗較大，不適合長時間使用備用電池供電。
[0042]無線通信模塊不僅可以與高速微控制器連接，也可以與智能電子開窗機控制器的各個檢測模塊連接，比如溫濕度檢測模塊需要在多點檢測，用戶不希望布線，就可以在每個溫濕度檢測模塊連接一個無線通信模塊，直接與控制核心通過無線通信的方式進行無線數據傳輸，使用起來更加靈活方便。
[0043]本發明的智能電子開窗機控制器通過繼電器輸出模塊控制開窗機完成開窗和關窗動作。高速微控制器根據用戶預先設置的參數或者用戶本地、遠程控制繼電器輸出模塊對開窗機進行控制，繼電器輸出模塊輸出為開關量。
[0044]開窗機工作需要24V直流(DC)電源，而本發明的智能電子開窗機控制器內部需要5V直流和3.3V直流電源，所以智能電子開窗機控制器的直流電源可以由兩種方式提供，一種是開窗機配備的開關電源經過變換得到的:220V交流電(AC)電源經過降壓整流及其他變換后輸出24V直流電，再經過直流斬波(DC-DC)轉換將24V直流電變換成智能電子開窗機控制器需要的5V和3.3V直流電；另一種是通過鋰電池組提供的備用7.4V直流電經過DC-DC轉換成5V和3.3V直流電，備用電源平時不會使用，當單相交流電停電或者開關電源出現故障時才會啟用。
[0045]圖2所示為本發明智能電子開窗機控制器的工作流程圖。
[0046]智能電子開窗機控制器內部的高速微控制器上電以后進行初始化，包括系統時鐘設置、通用輸入輸出端口設置、中斷設置等，然后加載基本模塊，包括各個檢測模塊端口定義，檢查各個模塊是否存在，寫入列表后由用戶設置控制規則和控制參數。最后進入循環操作，每次進入循環前判斷是否手動操作，如果是手動模式，則直接將控制權交給用戶，直接控制繼電器輸出模塊操作開窗機動作；如果是自動模式，則根據用戶預先設置好的規則和參數來檢測各個模塊的參數，一旦達到預先設置的閾值，控制核心會自動控制繼電器輸出模塊操作開窗機動作。
[0047]由于控制核心處理任務量大，控制規則多，所以本發明的智能電子開窗機控制器采用實時操作系統，利用內部的任務調度器管理這些任務。首先把各個模塊設計成任務，比如溫濕度檢測設計成溫濕度檢測任務，風速檢測設計成風速任務等。然后根據這些任務的實時性設置優先級和檢測時間，比如溫濕度檢測任務優先級低，實時性要求不高，可以設置每隔0.5秒檢測一次，可燃性氣體/煙霧檢測任務優先級最高，實時性求高，必須在0.01秒之內檢測完成。
[0048]設置規則:
[0049 ] (I)溫濕度:室內溫度(避免陽光直射傳感器條件下)在O °C?+40 °C范圍內可供用戶設置關窗或者開窗，低于0°C自動關窗、超過+40°C則自動開窗；室內濕度在O?100%RH(相對濕度)范圍可供用戶設置，一般此項檢測用于檢測室外環境是否降雨。
[0050](2)空氣質量:空氣質量檢測模塊把室內空氣質量從上到下分為5個等級:優秀、良好、輕微污染、中等污染、嚴重污染，用戶可以在任何等級設置開關或者關窗。
[0051](3)可燃性氣體/煙霧:可燃性氣體/煙霧檢測實時性較高，當可燃性氣體及煙霧濃度超過出廠設定閾值，智能電子開窗機控制器會立刻發出開窗命令，默認優先級為等級I(最高)。
[0052](4)風速:雖然風速檢測模塊有兩種模塊可選，但是控制規則都是一致的，即用戶可以根據風速來設置控制規則。
[0053]智能電子開窗機控制器共設置4個優先級，分別從高到低為等級1、等級2、等級3和等級4。但是可燃性氣體/煙霧檢測優先級永遠最高，即不論其他任務優先級是否最高，一旦檢測到可燃性氣體及煙霧濃度超過閾值，則立刻無條件開窗，以保證用戶人身財產安全;其次是室內溫度低于(TC或者高于+40°C，智能電子開窗機控制器自動控制關窗和開窗。優先級等級提升，其任務的重要性和緊迫性也相應提升，高優先級任務可以打斷低優先級任務，同級優先級任務無法打斷其他同級優先級任務。
[0054]控制規則:
[0055](I)基本控制規則:用戶可以設置時間控制開關窗;可以溫度O0C?+40°C范圍內可以設置開窗或關窗；可以在濕度在75%RH以下設置開窗或關窗；可以在空氣質量優于嚴重污染設置開窗或關窗，可以在風速10米/秒以下設置開窗或關窗，可燃性氣體及煙霧濃度不允許設置，一旦檢測到濃度超過閾值，則無條件開窗。
[0056](2)特殊控制規則:
[0057]當檢測到可燃性氣體及煙霧濃度超過閾值，智能電子開窗機控制器控制開窗，該項控制優先級為等級I;
[0058]當溫度高于+40°C時，智能電子開窗機控制器控制開窗，該項控制優先級為等級2;
[0059]當濕度在75%RH以上，溫度低于(TC以下，空氣質量優于中等污染(含中等污染)，風速10米/秒以上，智能電子開窗機控制關窗，以上控制優先級為等級3。
[0060]當設定時間到，智能電子開窗機控制器控制開關窗，該項控制優先級為等級4。
[0061]圖3所示為本發明智能電子開窗機控制器的接線圖。
[0062]把開關電源連接單相交流電，通過開關電源將交流(AC)220V轉換成直流(DC)24V，連接到開窗機和智能電子開窗機控制器為其提供工作電源，為了提升靈活性和防止掉電，設計了鋰電池備用電源。智能電子開窗機控制器的繼電器輸出模塊與開窗機連接，控制開窗機打開窗戶和關閉窗戶的工作。手動開關與智能電子開窗機控制器連接，主要完成手動控制開窗機的操作。
[0063]具體實施步驟如下:
[0064]步驟A:將單相交流電按圖3接入開關電源中，開關電源可以將市電220V交流電轉換成開窗機工作所需的24V直流電輸出。然后將開關電源的輸出端接入智能電子開窗機控制器中，此時智能電子開窗機控制器的5V電源和3.3V指示燈亮起，表示供電正常。將鋰電池備用電源的正負極分別接入到智能電子開窗機控制器中，此時智能電子開窗機控制器的備用電源指示燈綠燈亮起，表示備用電源接入，如果紅燈亮起表示備用電源投入工作。最后將手動開關接入智能電子開窗機控制器中。智能電子開窗機控制器接線完成。
[0065]步驟B:智能電子開窗機控制器上電之后初始化，檢測模塊是否存在，這個過程持續3-5秒，然后提示初始化完成，通過按鍵設置開關窗時間，按所接入模塊的預設參數控制開窗機完成開窗或者關窗動作。其中可燃性氣體及煙霧濃度會提示強烈不建議修改。然后按下啟動按鍵后智能電子開窗機控制器開始工作。
[0066]步驟C:設置無線通信模塊，按照各自模塊連接說明連接無線網絡。
[0067]實際測試:
[0068]智能電子開窗機控制器按圖3與吉林化工學院實訓綜合樓307室的安裝在塑鋼窗上的開窗機相連接。
[0069]測試一:將所有模塊全部接入，用戶跳過設置時間開關窗，設置溫度在15?30°C，濕度在70%RH以下，空氣質量優于輕微污染(含輕微污染)，風速10米/秒以下控制開窗機開窗，跳過設置可燃性氣體及煙霧濃度，即保持出廠設置，窗戶處于關閉狀態。
[0070]按下啟動按鍵后智能電子開窗機控制器開始工作。當前溫度23.5°C，濕度39%RH，室內空氣質量良好，外界風速3-4米/秒。開窗機打開窗戶。
[0071 ]當使用加濕器靠近智能電子開窗機控制器的溫濕度檢測模塊時，當前濕度值迅速增大到70%_80%RH，開窗機工作，將窗戶關閉。
[0072]當使用加熱狀態下的吹風機對智能電子開窗機控制器的溫濕度模塊吹熱風之后，濕度逐漸降低，溫度迅速上升到43°C，開窗機工作，將窗戶打開。保持當前溫度在40°C之上，使用粉筆灰將當前空氣質量降低到嚴重污染，開窗機不工作，始終處于打開狀態，證明優先級識別正確，當溫度逐漸低于28°C時，開窗機工作，將窗戶關閉。
[0073]當空氣質量仍為嚴重污染時，窗戶處于關閉狀態，用打火機靠近智能電子開窗機控制器的可燃性氣體/煙霧檢測模塊并噴出氣體后，開窗機立即工作，將窗戶打開。證明優先級識別正確。
[0074]測試二:只選擇溫濕度檢測模塊和無線通信模塊，設置早晨7: 30開窗，下午5:00關窗，溫度在15?30°C，濕度在70%RH以下開窗。當前時間上午10:15，窗戶處于關閉狀態，無線通信模塊選擇WIFI模塊，用戶終端安裝好控制軟件。
[0075]按下啟動按鍵后智能電子開窗機控制器開始工作。當前溫度24.TC，濕度34%RH，開窗機打開窗戶。當用戶通過控制軟件向智能電子開窗機控制器發送關窗命令后，開窗機工作，將窗戶關閉。用戶手動按下開窗開關，開窗機工作，將窗戶打開。
[0076]本發明可以獲得包括以下技術效果:
[0077]本發明主要研究自動控制開窗機工作的智能電子開窗機控制器。這種控制器由新型高速微控制器芯片、各類傳感器、A/D轉換器、通信模塊和繼電器等組成，既可以控制普通開窗機對各類窗戶的智能控制，也可以根據一定通信方式或者通信協議加入到智能家居控制系統中集中控制。
[0078]本發明研究的智能電子開窗機控制器根據以上要求，提供各類傳感器接口，如溫度、濕度、可燃性氣體、煙霧、光線和風速等傳感器，還提供通信接口，如WIF1、ZigBee等模塊，兼容某些智能家居通信協議。為方便用戶選擇，擴大用戶群體，智能電子開窗機控制器還具備模塊化功能，即根據用戶的控制需求，可以對智能電子開窗機控制器進行剪裁和組合。如用戶只需要溫濕度和風速檢測，那么其他傳感器檢測模塊可以相應剪裁掉。
[0079]在最大程度上帶給用戶方便、舒適、安全的使用體驗，智能電子開窗機控制器可以根據用戶設定時間開關窗，也可以根據環境的溫濕度變化、風速變化、室內空氣質量好壞、室內可燃性氣體及煙霧濃度來控制開窗機開窗或者關窗。
[0080]還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系統中還存在另外的相同要素。
[0081]上述說明示出并描述了本發明的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種智能電子開窗機控制器，其特征在于，包括: 高速微控制器； 溫濕度檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測溫度及濕度信息，并傳輸至所述尚速微控制器； 空氣質量檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測空氣質量信息，并傳輸至所述高速微控制器； 可燃性氣體及煙霧檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測可燃性氣體及煙霧信息，并傳輸至所述高速微控制器； 風速檢測模塊，與所述高速微控制器連接，用于檢測風速信息，并傳輸至所述高速微控制器; 無線通信模塊，與所述高速微控制器連接，用于收發無線信號； 繼電器輸出模塊，與所述高速微控制器連接。2.如權利要求1所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，還包括:AC220V-DC24V開關電源，與所述高速微控制器連接。3.如權利要求2所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，還包括:鋰電池備用電源，與所述高速微控制器連接。4.如權利要求3所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，還包括:按鍵，與所述高速微控制器連接，用于輸入用戶設置參數。5.如權利要求4所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，還包括:液晶顯示器，與所述高速微控制器連接，用于顯示當前操作狀態及環境參數。6.如權利要求5所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，所述溫濕度檢測模塊為集成化數字溫濕度傳感器，用于將溫度和濕度的模擬信號轉換成電信號。7.如權利要求6所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，所述空氣質量檢測模塊利用發光二極管定向發光，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線判斷環境灰塵或者顆粒物的濃度，并將所述環境灰塵或者顆粒物的濃度轉換成電壓模擬量。8.如權利要求7所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，所述風速檢測模塊為氣象三杯式的風速傳感器，或者基于超聲波的風速傳感器。9.如權利要求8所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，所述無線通信模塊為藍牙模塊、ZigBee模塊，或者WIFI模塊。10.如權利要求9所述的智能電子開窗機控制器，其特征在于，所述繼電器輸出模塊用于控制開窗機完成開窗和關窗動作。
【文檔編號】G05D27/02GK105955367SQ201610430108
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】趙旭, 龍吉, 蘇偉, 章喜才, 王立國, 瞿文影, 陶忠良, 王順, 周麗榮, 李麗娜, 馬世光, 王娟, 趙丹, 于紅, 蔡龍林
【申請人】吉林化工學院