CN101510078A - 全自动智能窗户控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动智能窗户控制***，它由核心处理器、环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块和人机交互模块组成；本发明的全自动智能窗户控制***功能强大，成本低廉，易于推广；能实现下雨自动关窗、定时开关窗、手自动操作切换、入侵报警等功能。模块化结构，可扩展性强；可添加温度、含氧量等其他环境变量，以进行更优化的窗户相关操作；由于应用场合的不同，检测项目与报警方式可根据需要设置，同时支持个性设置各种报警/提示铃声；可扩展无线通信，实现远程报警或与空调等组成智能家居***。
Description
技术领域
本发明涉及一种嵌入式智能控制***，特别地，涉及一种全自动智能窗户控制***。
背景技术
现在家居的窗户大多需要手动开关，没有智能性。为满足智能家居的要求，从以下四方面考虑：
1、日常生活中，人们为保持室内空气的清新与凉爽，需要经常打开窗户通风。当人们有意或无意的开窗外出时，若遭遇风雨袭击，必然给室内装修和个人生活带来尴尬。所以，窗户遇雨自动关闭能满足人们对智能家居的需求。
2、人们晚上睡觉时，窗户一直关闭会造成通风不畅，若一直开着会容易使人着凉。所以，窗户定时开关能满足人们对智能家居的需求。
3、窗户是小偷入室盗窃的途径之一。人们往往需要安装防盗网。这必将影响景观，给人压抑的感受。不安装又容易引贼入室。所以，拥有入侵报警的窗户能满足人们对智能家居的需求。
4、人们同时也习惯于传统的手动开关窗户，上述新增功不能影响手动功能。手动/自动切换同样能满足人们对智能家居的需求。
现在大部分家具窗户都是非智能性的。有部分家居虽装有遇雨关窗功能，但功能单一，同时价格高昂，难以推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种全自动智能窗户控制***。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种全自动智能窗户控制***，它主要由核心处理器、环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块和人机交互模块组成；其中，所述环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块和人机交互模块分别与核心处理器相连。
进一步地，所述环境参量检测模块包括雨滴检测电路和入侵检测电路等，用于各种环境参量的检测；***同时预留足够接口，可扩展温度、含氧量等其他环境变量。所述***驱动模块包括电机驱动电路和声光报警驱动装置，用于驱动各种***装置；电机驱动电路主要用于驱动电机旋转带动窗户的开启与关闭，声光报警驱动电路主要用于驱动扬声器与灯光等报警装置。所述无线通信模块包括无线发送电路和无线接收电路，主要用于与其它智能设备(如远程报警器、空调控制设备等)进行信息交换。所述人机交互模块包括液晶显示(LCD)与按键。
本发明的有益效果是：本发明的全自动智能窗户控制***功能强大，成本低廉，易于推广。能实现下雨自动关窗、定时开关窗、手自动操作切换、入侵报警等功能。模块化结构，可扩展性强。可添加温度、含氧量等其他环境变量，以进行更优化的窗户相关操作。由于应用场合的不同，检测项目与报警方式可根据需要设置，同时支持个性设置各种报警/提示铃声。可扩展无线通信，实现远程报警或与空调等组成智能家居***。
附图说明
图1是本发明全自动智能窗户控制***的结构框图；
图2是雨滴检测电路原理图；
图3是入侵检测电路原理图；
图4是电机驱动电路原理图；
图5是无线发送电路原理图；
图6是无线接收电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，本发明的全自动智能窗户控制***主要由核心处理器、环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块、人机交互模块组成，其中，环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块、人机交互模块分别与核心处理器相连。
1.环境参量检测模块包括雨滴检测电路、入侵检测电路等，用于各种环境参量的检测。***同时预留足够接口，可扩展温度、含氧量等其他环境变量。
(1)雨滴检测电路
如图2所示，雨滴检测电路由电阻R21、R22、R23，湿敏电阻R24，电容C21，三极管Q21、Q22，发光管Q23，二极管Q24等元器件组成。湿敏电阻R24与电阻R22均与三极管Q21的基极相连，湿敏电阻R24另一端接电源、电阻R22另一端接地。三极管Q21的发射极与三极管Q22的基极连接，三极管Q22的发射极接地。三极管Q21的集电极与三极管Q22的集电极极连接在一起，作为输出Int_Rain，连接点为第一连接点，第一连接点通过R21与电源相连。电阻R23与发光管Q23的正端相连，电阻R23的另一端接电源，发光管Q23的负端接第一连接点，R23起限流作用，发光管Q23作为信号指示。电容C21与二极管Q24并联于第一连接点与地之间，起滤波与稳定信号的作用。
它的检测原理为：湿敏电阻R24在不同湿度下有不同的阻值，在相对干燥的条件下，阻值达到M级或10M级；在绝对潮湿的情况下，阻值只有几百或几十K。如图2，由湿敏电阻R24对雨滴进行检测。当有雨滴触及湿敏电阻R24时，三极管Q21和三极管Q22导通，Int_Rain为低电平。反之三极管Q21和三极管Q22不导通，A点抬高为高电平。因而当有雨滴时，Int_Rain有个由高到低的跳变，输入核心处理器触发中断。
(2)入侵检测电路
如图3所示，入侵检测电路由热释电探头传感器S1，低功耗运算放大器U1，低功耗低失调电压比较器U2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12，可变电阻R13，电容C1、C2、C3、C4、C5，三极管Q1，二极管Q2等元器件组成。热释电探头传感器S1的1端与3端分别接电源与地，2端是信号输出端，2端通过电阻R1接地，通过电容C1连接到三极管Q1的基极。三极管Q1的发射极接地，电阻R2连接于三极管Q1的基极与集电极之间，电阻R3连接于电源与三极管Q1的集电极之间。三极管Q1的集电极通过串联的电容C2与电阻R4连接到低功耗运算放大器U1的正输入端(3脚)。低功耗运算放大器U1的正输入端通过电阻R5连接到电源，通过电阻R6接地。低功耗运算放大器U1的4脚接电源，11脚接地。低功耗运算放大器U1的负输入端(2脚)通过串联的电阻R7与电容C3接地，通过并联的电容C4与电阻R8连接到低功耗运算放大器U1的输出端(1脚)。低功耗运算放大器U1的输出端通过电容C5连接到低功耗低失调电压比较器U2的正输出端(5脚)，低功耗低失调电压比较器U2的正输入端通过电阻R9接地。低功耗低失调电压比较器U2的负输入端(4脚)通过电阻R11分别与电阻R10和二极管Q2的负极相连，电阻R10的另一端接电源，二极管Q2的正极接地。低功耗低失调电压比较器U2的负输入端通过可变电阻R13接地。低功耗低失调电压比较器U2的3脚连接到电源，12脚接地。低功耗低失调电压比较器U2的输出端(2脚)作为该部分电路输出，通过电阻R12连接到电源。
热释电探头的检测原理为：当视场内移动人体辐射出的红外线能量发生变化时，探测元件表面的接收温度场发生变化，产生热电效应，输出与人体移动速度成比例变化的低频交变信号。如图3，热释电探头传感器S1输出的微弱信号经三极管Q1和低功耗运算放大器U1放大后，加至比较电路的反向输出端。低功耗运算放大器U1与电阻R7、电阻R8和电容C3等组成0.1～10Hz的低通滤波放大器。低功耗低失调电压比较器U2与电阻R10、二极管Q2等组成比较电路，电阻R10、二极管Q2组成分压网络，提供比较用的参考电压。因而当有入侵时，输出Int_Inv有个由高到低的跳变，输入核心处理器触发中断。
2.***驱动模块包括电机驱动电路、声光报警驱动装置等，用于驱动各种***装置。电机驱动电路主要用于驱动电机旋转带动窗户的开启与关闭，声光报警驱动电路主要用于驱动扬声器与灯光等报警装置。
(1)电机驱动电路
如图4所示，电机驱动电路由光电耦合器U51、U52，场效应管Q51、Q52、Q53、Q54，电容C51，电阻R51、R52、R53、R54等元器件组成。光电耦合器U51与光电耦合器U52的2端分别连接控制输入信号Con51、Con52；光电耦合器U51与光电耦合器U52的1端分别通过电阻R51、电阻R52连接到电源；光电耦合器U51与光电耦合器U52的3端都接地；光电耦合器U51与光电耦合器U52的4端分别通过电阻R54、电阻R53连接到+12V电源；光电耦合器U51的4端分别连接到场效应管Q52和场效应管Q54的栅极；光电耦合器U52的4端分别连接到场效应管Q51和场效应管Q53的栅极。场效应管Q51的漏极与场效应管Q52的源极同时连接到+12V电源，场效应管Q53的源极与场效应管Q54的漏极同时接地。场效应管Q51的源极与场效应管Q53的漏极相连接，同时连接到电机的一端；场效应管Q52的漏极与场效应管Q54的源极相连，同时连接到电机的另一端。电容C51并联于电机的两端。
光电耦合器U51与U52可以选用TLP521芯片，对核心处理器与电机进行隔离。H桥驱动电路可选用大功率的场效应管Q51～Q54(如IRF640)组成，由核心处理器的控制输入信号CON51与CON52控制。要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，当场效应管Q51管和Q54管导通时，电流就从电源正极经场效应管Q51从左至右穿过电机，然后再经场效应管Q54回到电源负极，从而驱动电机按特定方向转动。当场效应管Q52和Q53导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动。
(2)声光报警驱动装置
可以选用八声道音乐芯片，对于入侵、雨滴、定时器到时、错误提示等采用不同的报警铃声。声道选择使用数控多路复用芯片4051，与核心处理器连接实现个性铃声设置，包括某项是否使用铃声报警、使用何种铃声、铃声持续时间等。
3.无线通信模块包括无线发送电路、无线接收电路等，主要用于与其它智能设备(如远程报警器、空调控制设备等)进行信息交换。
(1)无线发送电路
如图5所示，无线发送电路由发射模块U32，数据编码芯片U31，三极管Q31、Q32、Q33、Q34，电阻R31、R32、R33、R34、R35等元器件组成。发送控制信号端In_Send通过电阻R35连接到三极管Q31的基极，三极管Q31的发射极连接到三极管Q33的基极，三极管Q31的集电极通过电阻R34连接到三极管Q32的基极。三极管Q33的发射极接地，集电极作为发送供电负端(PT-)。三极管Q32的发射极连接+12V电源，集电极作为发送供电正端(PT+)。发射模块U32的1脚连接到发送供电正端(PT+)，3脚连接到发送供电负端(PT-)，4脚为天线(连接一根金属线)，2脚连接到U31的17脚。数据输出端Con30通过电阻R33连接到三极管Q34的基极，三极管Q34的发射极接发送供电负端(PT-)，三极管Q34的集电极通过电阻R32连接到发送供电正端(PT+)。三极管Q34的集电极同时连接到数据编码芯片U31的13脚。其它数据输出端(Con31、Con32、Con33)通过与Con30相同的方式连接分别到数据编码芯片U31的12、11、10脚。数据编码芯片U31的1～9端全部连接到地，18脚连接到发送供电正端(PT+)，14脚连接到发送供电负端(PT-)。电阻R31并联于数据编码芯片U31的15与16脚之间。
发射模块U32可以选用普通发射模块9912，用于信号调制和发射。数据编码芯片U31可以选用PT2262，用于对并行四位数据进行编码。
为了提高发射功率，使用12V直流电源给发射模块U32，数据编码芯片U31供电，即图中PT+与PT-间的电压。由于核心处理器并行接口信号(CON30～CON33)是0～5V的电平信号，所以在核心处理器和数据编码芯片U31之间设计了用于电平转换的接口电路。图中，数据编码芯片U31的10～12脚使用与13脚相同的接口，画图时为了方便而省略。15、16脚之间接入所需频率的震荡电阻R31，阻值越大，则震荡频率越低。经过测试，较低的震荡频率有利于保证远距离传输的稳定性。由于发射电路在上电时相当耗电，需设计电源通断控制电路(即PT+、PT-的产生电路)。如图5所示，In_Send为核心处理器通用I/O，控制发送电路的通断。当In_Send输出为高电平时，Q31、Q32、Q33三个管子都导通并工作在饱和状态，那么PT+＝12V，PT-＝0V，整个发射电路正常工作；当In_Send输出为低电平时，三个管子都截止，那么PT+≈PT-，整个发射电路停止工作。这样整个发射电路就在核心处理器的控制之下，只有在需要发射数据的时候才供电，有效地降低整个***的功耗。
(2)无线接收电路
如图6所示，无线接收电路由接收模块U42，数据解码芯片U41，二极管Q41，电阻R41、R42等元器件组成。数据解码芯片U41的1～9脚全部接地，10、11、12、13脚分别与数据信号Con44、Con43、Con42、Con41相连接。数据解码芯片U41的14脚与U42的3、4脚连接，18脚连接电源。数据解码芯片U41的17脚作为接收到信号中断输出(Int_Rec)，同时通过二极管Q41，电阻R42连接到地。电阻R41并联于数据解码芯片U41的15与16脚之间。接收模块U42的2脚、5脚分别连接到电源与地。接收模块U42的3、4脚连接在一起，同时连接到数据解码芯片U41的14脚。接收模块U42的1脚作为天线，与一根金属线相连。
接收模块U42可以选用普通接收模块9921，用于信号调制和接收。数据解码芯片U41可以选用PT2272，用于解码并输出并行四位数据。
接收电路采用5V直流供电。电阻R41决定接收频率，这里的频率需要与发送端的频率相一致。频率低，则电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率高，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。CON40～CON43为并行输出到核心处理器接口的信号。Int_Rec为接收中断输出，当接收到信息时，Int_Rec产生由高到低的中断，输出到核心处理器。
4.人机交互模块包括液晶显示(LCD)与按键，按键用于人机交互输入，而液晶显示用于人机交互输出。可以选用清达光电的1602液晶与普通按键搭建。它具有以下特点：人机界面友好，LCD实时显示，菜单方式，具有操作提示，操作简单，只需3个按键完成全部操作。
5.核心处理器与环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块、人机交互模块相连接，负责信息收集、处理、输出等。核心处理器完成下雨自动关窗、入侵声光报警、定时开关窗、支持手动/自动操作切换等功能。
可以选用ATMEL公司的AT89C52等芯片搭建。AT89C52为经典51内核处理器，它与其它模块通过各种输入输出接***换信息。输入接口包括：雨滴检测信号Int_Rain、入侵检测信号Int_Inv、无线接收中断信号Int_Rec、无线接收数据CON40～CON43、按键接口等；输出接口包括：无线发送数据CON30～CON33、无线发送控制信号In_Send、电机驱动控制信号CON51与CON52、液晶数据与控制接口、声光报警控制信号等。
由于采用模块化设计，可扩展性强。核心处理器预留接口，可添加温度、含氧量等其他环境变量，进行更优化的窗户相关操作。
由于应用场合的不同，检测项目与报警方式可根据需要设置，同时支持个性设置各种报警/提示铃声。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1、一种全自动智能窗户控制***，其特征在于，它主要由核心处理器、环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块和人机交互模块组成。其中，所述环境参量检测模块、***驱动模块、无线通信模块和人机交互模块分别与核心处理器相连。
2、根据权利要求1所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述环境参量检测模块包括雨滴检测电路和入侵检测电路。
3、根据权利要求2所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述雨滴检测电路包括：电阻R21、R22、R23，湿敏电阻R24，电容C21，三极管Q21、Q22，发光管Q23，二极管Q24。湿敏电阻R24与电阻R22均与三极管Q21的基极相连，湿敏电阻R24另一端接电源、电阻R22另一端接地；三极管Q21的发射极与三极管Q22的基极连接，三极管Q22的发射极接地；三极管Q21的集电极与三极管Q22的集电极极连接在一起，连接点为第一连接点，第一连接点通过R21与电源相连；电阻R23与发光管Q23的正端相连，电阻R23的另一端接电源，发光管Q23的负端接第一连接点，电容C21与二极管Q24并联于第一连接点与地之间。
4、根据权利要求2所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述入侵检测电路包括：热释电探头传感器S1，低功耗运算放大器U1，低功耗低失调电压比较器U2，电阻R1～R12，可变电阻R13，电容C1～C5，三极管Q1，二极管Q2。热释电探头传感器S1的1端与3端分别接电源与地，2端通过电阻R1接地，通过电容C1连接到三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，电阻R2连接于三极管Q1的基极与集电极之间，电阻R3连接于电源与三极管Q1的集电极之间；三极管Q1的集电极通过串联的电容C2与电阻R4连接到低功耗运算放大器U1的正输入端。低功耗运算放大器U1的正输入端通过电阻R5连接到电源，通过电阻R6接地。低功耗运算放大器U1的负输入端通过串联的电阻R7与电容C3接地，通过并联的电容C4与电阻R8连接到低功耗运算放大器U1的输出端。低功耗运算放大器U1的输出端通过电容C5连接到低功耗低失调电压比较器U2的正输出端，低功耗低失调电压比较器U2的正输入端通过电阻R9接地。低功耗低失调电压比较器U2的负输入端(4脚)通过电阻R11分别与电阻R10和二极管Q2的负极相连，电阻R10的另一端接电源，二极管Q2的正极接地。低功耗低失调电压比较器U2的负输入端通过可变电阻R13接地。低功耗低失调电压比较器U2的输出端通过电阻R12连接到电源。
5、根据权利要求1所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述***驱动模块包括电机驱动电路和声光报警驱动装置。所述电机驱动电路包括：光电耦合器U51、U52，场效应管Q51～Q54，电容C51，电阻R51～R54。光电耦合器U51与光电耦合器U52的1端分别通过电阻R51、电阻R52连接到电源；光电耦合器U51与光电耦合器U52的3端都接地；光电耦合器U51与光电耦合器U52的4端分别通过电阻R54、电阻R53连接到+12V电源；光电耦合器U51的4端分别连接到场效应管Q52和场效应管Q54的栅极；光电耦合器U52的4端分别连接到场效应管Q51和场效应管Q53的栅极。场效应管Q51的漏极与场效应管Q52的源极同时连接到+12V电源，场效应管Q53的源极与场效应管Q54的漏极同时接地。场效应管Q51的源极与场效应管Q53的漏极相连接，同时连接到电机的一端；场效应管Q52的漏极与场效应管Q54的源极相连，同时连接到电机的另一端。电容C51并联于电机的两端。
6、根据权利要求1所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述无线通信模块包括无线发送电路和无线接收电路。
7、根据权利要求6所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述无线发送电路包括发射模块U32，数据编码芯片U31，三极管Q31～Q34，电阻R31～R35。电阻R35连接三极管Q31的基极，三极管Q31的发射极连接到三极管Q33的基极，三极管Q31的集电极通过电阻R34连接到三极管Q32的基极。三极管Q33的发射极接地，集电极作为发送供电负端。三极管Q32的发射极连接+12V电源，集电极作为发送供电正端。发射模块U32与数据编码芯片U31相连。三极管Q34的集电极分别与电阻R32相连和数据编码芯片U31相连，三极管Q34的基极连接电阻R33。
8、根据权利要求6所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述无线接收电路包括：模块U42，数据解码芯片U41，二极管Q41，电阻R41、R42。
9、根据权利要求1所述全自动智能窗户控制***，其特征在于，所述人机交互模块包括液晶显示与按键。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090819 |