CN114847742A - 一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***，包括窗帘、用于控制窗帘开合度的步进电机、控制器、混合发电单元、蓄电池、传感器单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器，所述传感器单元、混合发电单元、蓄电池、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器均与控制器连接，所述控制器与步进电机连接，步进电机与窗帘连接，所述混合发电单元包括太阳能板和温差发电单元，控制器通过传感器单元传输的数据控制步进电机工作，进而实现窗帘的开合。本发明提供了一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***及方法，能有效避免太阳能板因连续阴雨天无法发电的问题，既实现了太阳能以及温差的合理利用，减少了电能的消耗，也有效降低了人们的生活经济成本。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居器械技术领域，尤其是涉及一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***及方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，智能化家居的便利性已成为人们对它喜爱的原因之一。具有随外界环境变化实现自动开合功能的智能窗帘同样走进了人们的生活中。但智能化窗帘大多需要外部供电，如果在窗帘附近没有插座的话，还需要重新走线，不仅会影响其美观性而且会带来用电的安全隐患。而且在外接电源突然停电时，会出现窗帘无法开合的情况。针对这些问题，研究者们提出了太阳能智能窗帘。太阳能智能窗帘是利用太阳能板吸收太阳能转换为电能，太阳能控制器对***供电和储能电池进行控制，智能窗帘的控制既减少了不可再生资源的消耗，也提高了生活的智能体验。与外接电源的窗帘相比，太阳能窗帘可以节约能源，太阳能作为第一大可再生能源，充分的利用，可以节能减排。但亦存在着诸多的不足之处。如处于连续的阴雨天时或者采阳不好的高楼时，太阳能板无法通过阳光吸收能量，从而导致蓄电池无法供电，便无法实现窗帘的开合；蓄电池的储电量太少不能满足窗帘日常需要的电量；太阳能板成本较高且对安装要求较高，使得智能窗帘的成本较高，价格昂贵，所以很难达到普及等。这些不足在某种程度上限制了该技术的进一步发展和应用。
太阳能智能窗帘与外接电源的工作环境不同，需要太阳能板吸收太阳能转换为电能，太阳能控制器对***供电和储能电池进行控制电机驱动模块接收电脉冲信号转换为机械角位移信号，光感传感器接收外界光信号，通过转换器转换为电信号，将电信号模块处理并传输到电机驱动模块进行控制。太阳能智能窗帘需要光感传感器灵敏，转换为电信号的效率高、太阳能采集和能源管理电路压降大、输出电压不稳定且太阳能板在不同光照强度下电压波动比较大。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***及方法，能有效避免太阳能板因连续阴雨天无法发电的问题，既实现了太阳能以及温差的合理利用，减少了电能的消耗，也有效降低了人们的生活经济成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***，包括窗帘、用于控制窗帘开合度的步进电机、控制器、混合发电单元、蓄电池、传感器单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器，所述传感器单元、混合发电单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器均与控制器连接，所述混合发电单元与蓄电池连接，所述蓄电池通过稳压电路与控制器连接，所述控制器与步进电机连接，步进电机与窗帘连接；
所述混合发电单元包括太阳能板和温差发电单元，所述太阳能板安装在窗户的外边框中，所述温差发电单元包括温差片、前导温板和后导温板，所述前导温板和后导温板安装在窗户的内边框中，所述温差片安装在前导温板和后导温板之间，所述温差片与太阳能板并联并且两者均与控制器连接；
所述传感器单元包括用于实时监测室内外温差的温差传感器、用于实时监测室内环境照度的光线传感器和用于实时监测蓄电池电量的蓄电池传感器，控制器通过传感器单元传输的数据控制步进电机工作，进而实现窗帘的开合；
定时开关模块，用于精确控制窗帘开合的时间；音乐播放模块，用于播放音乐、收听节目；红外遥控器，装有按键可以通过按键实现输入控制；所述控制器还通过蓝牙或Wi-Fi通信模块与移动终端连接；
用户通过红外遥控器或移动终端控制窗帘的开合，也可通过定时开关模块进行时间设定，精确自动控制窗帘的开合，还可以通过音乐播放模块进行播放音乐或收听节目。
一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制方法，包括所述的智能窗帘控制***，所述控制方法包括以下步骤：
发电控制步骤：由蓄电池传感器检测蓄电池的电量，并且将该电量信号传输给控制器，控制器判断混合发电单元是否工作；若蓄电池电量满电，蓄电池直接给步进电机供电；若蓄电池电量未满，则混合发电单元工作，同时将多余的电量储存在蓄电池里；
当混合发电单元工作时：若当温差大于1℃时，由温差片单独发电；若温差小于1℃时，由太阳能板和温差片共同发电。
窗帘控制步骤：每天分成六个时间段，每个时间段对应有预设的窗帘开合程度，环境照度值预设有阈值，不同阈值对应有窗帘开合程度，光线传感器实时获取室内环境照度值；判断当前时间段或环境照度值是否低于预设阈值，从而控制步进电机的工作状态，进而实现相应的窗帘开合程度。
本发明的有益效果主要表现在：能有效避免太阳能板因连续阴雨天无法发电的问题，既实现了太阳能以及温差的合理利用，减少了电能的消耗，也有效降低了人们的生活经济成本；本发明既可以实现自动控制，又可使人们通过蓝牙或Wi-Fi通信模块进行远程控制。
附图说明
图1是一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***的原理框图。
图2是窗帘边框中太阳能板与温差片的安装图。
图3是图中A的放大图。
图4是窗帘机械结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***，包括窗帘、用于控制窗帘开合度的步进电机、控制器、混合发电单元、蓄电池、传感器单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器，所述传感器单元、混合发电单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器均与控制器连接，所述混合发电单元与蓄电池连接，所述蓄电池通过稳压电路与控制器连接，所述控制器与步进电机连接，步进电机与窗帘连接；
所述混合发电单元包括太阳能板82和温差发电单元，所述太阳能板安装在窗户的外边框81中，所述温差发电单元包括温差片84、前导温板83和后导温板85，所述前导温板83和后导温板85安装在窗户的内边框86中，所述温差片84安装在前导温板83和后导温板85之间，所述温差片84与太阳能板82并联并且两者均与控制器连接；
所述传感器单元包括用于实时监测室内外温差的温差传感器、用于实时监测室内环境照度的光线传感器和用于实时监测蓄电池电量的蓄电池传感器，控制器通过传感器单元传输的数据控制步进电机工作，进而实现窗帘的开合；
定时开关模块，用于精确控制窗帘开合的时间；音乐播放模块，用于播放音乐、收听节目；红外遥控器，装有按键可以通过按键实现输入控制；所述控制器还通过蓝牙或Wi-Fi通信模块与移动终端连接；
用户通过红外遥控器或移动终端控制窗帘的开合，也可通过定时开关模块进行时间设定，精确自动控制窗帘的开合，还可以通过音乐播放模块进行播放音乐或收听节目。
一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制方法，包括所述的智能窗帘控制***，所述控制方法包括以下步骤：
发电控制步骤：由蓄电池传感器检测蓄电池的电量，并且将该电量信号传输给控制器，控制器判断混合发电单元是否工作；若蓄电池电量满电，蓄电池直接给步进电机供电；若蓄电池电量未满，则混合发电单元工作，同时将多余的电量储存在蓄电池里；
当混合发电单元工作时：若当温差大于1℃时，由温差片单独发电；若温差小于1℃时，由太阳能板和温差片共同发电。
窗帘控制步骤：每天分成六个时间段，每个时间段对应有预设的窗帘开合程度，环境照度值预设有阈值，不同阈值对应有窗帘开合程度，光线传感器实时获取室内环境照度值；判断当前时间段或环境照度值是否低于预设阈值，从而控制步进电机的工作状态，进而实现相应的窗帘开合程度。
如图1所示，所述控制器为ESP430单片机，蓄电池传感器，设于蓄电池处，用于监测电量是否充足，并传输电池余量的信号给控制器，其信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述蓄电池的储能电池采用的是锂电池要比传统的电池有很多的优点，因为锂电池过放电恢复能力强，比能量高，充电放电效率高，拥有更大的储电容量。移动终端为手机、平板电脑或PC机，其通过蓝牙或Wi-Fi通信模块与控制器通信连接，接收控制器的信号并向控制器发出控制信号。
如图2和图3所示，太阳能板82通过螺钉安装在窗户的外边框81中，在窗户的边框中分别填充前导温板83与后导温板85，在导温板之间留有间隙用于导温片84的安装。并将太阳能板82与温差片84通过并联连接，最后对整体进行固定。
在温差片84与太阳能板82安装在窗户的边框中的时候，对于温差片及太阳能板要做好密封，防止雨水的侵蚀和灰尘的进入，导致发电的效率降低。
如图4所示，窗帘与步进电机的连接为现有技术，比如可以通过皮带传动机构连接，通过步进电机的正反转来控制窗帘的开合。窗帘通过第一滑环5安装在窗帘杆上，窗帘杆通过支架7安装在底座1上，底座1通过螺栓安装在窗框上方的墙面上，窗帘杆的左右两端分别设有挡板7，皮带传动机构包括两个带轮2、3和一个皮带4，两个带轮可转动地安装在底座的左右两端上，两个带轮2、3通过一个皮带4连接，步进电机的输出轴与其中一个带轮连接；皮带4上设有第二滑环16，第二滑环16通过细铁链与窗帘的第一滑环5相连，皮带的转动会带动第二滑环16的移动，第二滑环16通过铁链带动第一滑环5移动，从而窗帘进行移动，当第一滑环5到达窗帘端部时，挡板7便会挡住第一滑环5使其不在移动。
将温差片84及太阳能板82嵌入到窗户的边框中，从窗户上端引出线路，将其接到控制器，传感器单元用来实时采集所需数据，控制器通过传感器传输的数据控制步进电机工作，进而实现窗帘的开合。
窗帘的具体控制方法为：以环境照度值为主，各个时间段设置的预先程序要遵循环境照度值的变化而改变。
S1：每天分成六个时间段，每个时间段窗帘开合程度依据时间段预设的窗帘开合程序和环境照度值的变化而变化，光线传感器实时获取室内环境照度值；
时间段预设的窗帘开合程度：6:30-8:30窗帘打开一半，8:30-10:00窗帘全开，10:00-14:00窗帘关闭，14:00-18:00窗帘全开，18:00-20:00窗帘打开一半，20:00-6:30窗帘关闭。环境照度值为0-50lux，窗帘全开；环境照度值为50-100lux，窗帘开一半；环境照度值为100-500lux，窗帘全闭。
S2：判断当前时间段或环境照度值是否低于预设阈值；
若否，则执行步骤S3；
若是，则执行步骤S4；
S3：控制器便不会调整电路电流的大小，从而步进电机保持静默状态；
S4：控制器使得电路中电流变大，从而步进电机会进入工作状态，使角位移发生转变来控制窗帘的位移：
本发明克服了太阳能板发电在连续阴雨天无法发电、太阳能发电板昂贵的成本、蓄电池的储电能的问题及电路降压大、自身功耗大、输出电压不稳定、能量采集电路效率低等缺点。
Claims (3)
1.一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制***，其特征在于：包括窗帘、用于控制窗帘开合度的步进电机、控制器、混合发电单元、蓄电池、传感器单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器，所述传感器单元、混合发电单元、定时开关模块、音乐播放模块和红外遥控器均与控制器连接，所述混合发电单元与蓄电池连接，所述蓄电池通过稳压电路与控制器连接，所述控制器与步进电机连接，步进电机与窗帘连接；
所述混合发电单元包括太阳能板和温差发电单元，所述太阳能板安装在窗户的外边框中，所述温差发电单元包括温差片、前导温板和后导温板，所述前导温板和后导温板安装在窗户的内边框中，所述温差片安装在前导温板和后导温板之间，所述温差片与太阳能板并联并且两者均与控制器连接；
所述传感器单元包括用于实时监测室内外温差的温差传感器、用于实时监测室内环境照度的光线传感器和用于实时监测蓄电池电量的蓄电池传感器，控制器通过传感器单元传输的数据控制步进电机工作，进而实现窗帘的开合；
定时开关模块，用于精确控制窗帘开合的时间；音乐播放模块，用于播放音乐、收听节目；红外遥控器，装有按键可以通过按键实现输入控制；所述控制器还通过蓝牙或Wi-Fi通信模块与移动终端连接；
用户通过红外遥控器或移动终端控制窗帘的开合，也可通过定时开关模块进行时间设定，精确自动控制窗帘的开合，还可以通过音乐播放模块进行播放音乐或收听节目。
2.一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制方法，其特征在于：包括权利要求1所述的智能窗帘控制***，所述控制方法包括以下发电控制步骤：
由蓄电池传感器检测蓄电池的电量，并且将该电量信号传输给控制器，控制器判断混合发电单元是否工作；若蓄电池电量满电，蓄电池直接给步进电机供电；若蓄电池电量未满，则混合发电单元工作，同时将多余的电量储存在蓄电池里；
当混合发电单元工作时：若当温差大于1℃时，由温差片单独发电；若温差小于1℃时，由太阳能板和温差片共同发电。
3.如权利要求2所述的一种温差和太阳能发电的智能窗帘控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括以下窗帘控制步骤：
每天分成六个时间段，每个时间段对应有预设的窗帘开合程度，环境照度值预设有阈值，不同阈值对应有窗帘开合程度，光线传感器实时获取室内环境照度值；判断当前时间段或环境照度值是否低于预设阈值，从而控制步进电机的工作状态，进而实现相应的窗帘开合程度。
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