一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗及其工作方法与流程

本发明涉及一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗及其工作方法，属于环保净化、建筑构件技术领域。

背景技术：

雾霾中危害人体的主要成分是细颗粒物pm2.5，其空气动力学当量直径da＜2.5μm，可经呼吸道进入肺部甚至血液循环系统中，导致人体罹患呼吸系统疾病和血液疾病的风险增加。雾霾天气下人们大多停留在室内而且关闭门窗阻止空气流通，但是，长时间关闭门窗导致室内通风换气量不足，造成以下危害：（1）易造成室内co2浓度超过限值1000ppm，使人出现头昏、疲劳、恶心等现象；（2）难以稀释室内散发的异味及甲醛、苯、氨气等污染物，增加人体患病几率。

为了避免长时间关窗的危害，保证人体必要的新风量，雾霾天气下有人活动的房间必需通风换气。如何解决通风与防止室内雾霾污染的矛盾成为人们普遍关心且日益迫切的问题。我国城乡住宅、学校等民用建筑普遍采用开窗自然通风方式，并利用纱窗防灰防虫，但普通纱窗对pm2.5无阻挡作用，防雾霾通风窗是解决该问题的一种有效途径。

目前，防雾霾通风窗主要采取过滤、吸附等物理方法阻止细颗粒物扩散传递，技术途径主要包括改进纱网材料及窗户结构。用于防雾霾纱网的有微孔滤膜、纳米材料等，防雾霾通风窗的结构一般采取多层纱网组合，替代普通纱窗或者与普通纱窗组合使用。例如，专利号201420183367.7公开了一种防雾霾纱窗，窗纱采用空气过滤膜，空气过滤膜上设置有孔径为0.5~1μm的小孔，空气过滤膜和室内侧保护层可以从纱窗上拆卸下来清洗。专利号201710517767.5公开了一种防雾霾纱窗，其窗框与窗纱之间通过安装于窗纱的四边上的磁条固定在一起，窗纱包括室外侧纱网、纳米纤维空气过滤膜和室内侧纱网，在空气过滤膜与室内侧纱网之间的安装间隙内设置有两排小型风扇。专利号201710616001.2公开了一种高分子微米孔阻隔式防雾霾纱网及其制作方法，将多孔性高分子纳米过滤膜复合在网格支撑骨架上，形成高分子微米孔阻隔式防雾霾纱网。专利号201410272399.9公开了一种防雾霾纳米窗纱制作方法，其特点为：采用纳米材料制成的静电纺丝液，喷涂在pet聚酯纤维网窗纱基材上形成纳米纤维膜，再于纳米纤维膜上喷涂纳米二氧化钛，该类窗纱具有自洁性，不需要人工清理。上述防雾霾通风窗存在的缺陷在于：由于防雾霾纱网的透气性、透光性不如普通纱网，因此，不同空气质量条件下防雾霾纱网与普通纱网需要切换，现有防雾霾纱网与普通纱网的切换不方便；另外，防雾霾纱网长时间使用后，表面积累大量微尘，容易造成二次扬尘污染，现有防雾霾纱网的拆卸清洗操作不便，擦拭清灰对高层建筑有安全隐患，而自清洁滤膜材料成本偏高；现有防雾霾通风窗的自动控制程度不高。

综上所述，尽管现有防雾霾通风窗能在一定程度上解决雾霾条件下通风换气问题，然而，仍有以下问题亟待解决：（1）室外空气质量超标与不超标条件下防霾纱网与普通纱网的切换以及窗体结构有待优化；（2）防雾霾纱网表面积累大量微尘，容易造成二次扬尘污染，高效自动清灰措施有待开发；（3）防雾霾通风窗的智能控制程度亟待提升，实时监测、报警提示、自动控制等功能有待加强。

技术实现要素：

为了克服现有技术中防雾霾通风窗防霾纱网与普通纱网切换不便、防雾霾纱网积累微尘易造成二次扬尘污染、自动控制程度低、缺乏提示预警功能等问题，本发明基于智能控制、微孔滤膜过滤、静电除尘、太阳能光伏等原理，提供一种智能控制预警提示自动清灰防雾霾通风窗及其工作方法，该防雾霾通风窗具有监测报警提示、智能控制、防雾霾纱网与普通纱网自动切换、自动清除纱网灰尘、太阳能电源驱动等功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗，它包括防雾霾通风窗窗体，它还包括窗用静电吸尘器、自动控制系统、报警提示系统、移动终端设备和设置在窗用静电吸尘器上部的太阳能电源；所述防雾霾通风窗窗体包含窗框、普通纱网、防雾霾纱网、上部卷管和下部卷管；上部卷管设置在上部护罩内，由上部管状电机驱动，上部卷管固定连接普通纱网的上端部；下部卷管设置在下护罩内，由下部管状电机驱动，下部卷管固定连接防雾霾纱网的下端部，孔隙为1~2μm的微孔滤膜的防雾霾纱网的上端部与普通纱网的下端部连接；所述窗用静电吸尘器采用进风遮挡网依次连接正电钨丝、负电格栅板、用无刷电机驱动的风机和出风遮挡板；所述自动控制系统包含pm2.5传感器和单片机模块，设置在窗用静电吸尘器外侧，pm2.5传感器输出端与单片机模块连接；单片机模块分别与所述上部管状电机和下部管状电机以及风机连接；所述pm2.5传感器实时监测室外pm2.5浓度值并传送给单片机模块，单片机模块根据设定的pm2.5浓度值进行控制，让上部管状电机或下部管状电机旋转进行纱网切换、无刷电机驱动风机吸尘；所述报警提示系统包含lcd显示屏和语音播报器，lcd显示屏和语音播报器与单片机模块连接，lcd显示屏显示当前室外pm2.5浓度，pm2.5浓度超标时利用lcd显示屏及语音播报器进行报警并提示应采取的措施；移动终端设备与单片机模块上连接的wifi模块进行通讯，查询pm2.5传感器监测的pm2.5浓度数据、太阳能电源的电量，对控制装置进行远程控制；太阳能电源与上部管状电机和下部管状电机进行电连接，还与正电钨丝、负电格栅板和风机进行电连接，同时还与pm2.5传感器、单片机模块、lcd显示屏和语音播报器电连接。

所述的一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗的工作方法，采用下列步骤：

（a）当pm2.5传感器监测到的室外pm2.5高于报警阀值75mg/m³时，单片机模块控制防雾霾通风窗窗体的上部管状电机旋转，把普通纱网卷在上部卷管上，切换为防雾霾纱网使用状态，同时，lcd显示屏上的红灯闪烁，pm2.5浓度越高，红灯闪烁频率越快，语音播报器进行语音报警；

（b）当pm2.5传感器监测到的室外pm2.5浓度低于报警阀值75mg/m³时，单片机模块控制防雾霾通风窗窗体的下部管状电机旋转，把防雾霾纱网卷在下卷轴上，切换为普通纱网使用状态，窗用静电吸尘器联动开启，清除防雾霾纱网上的灰尘；同时，lcd显示屏上的红灯停止闪烁；

（c）当pm2.5传感器监测到的室外pm2.5浓度保持正常范围时，防雾霾通风窗窗体使用普通纱网；窗用静电吸尘器关闭，将集尘装置的负电格栅板取出，水洗去除所收集的微尘，晾干后重复使用；

（d）将移动终端设备连入无线wifi网络，与单片机模块上连接的wifi模块进行通讯，查询pm2.5传感器监测的pm2.5浓度数据和太阳能电源的电量，远程控制普通纱网和防雾霾纱网的切换、静电吸尘器的启闭、预警提示系统的开关。

本发明的有益效果是：这种自动清灰预警提示防雾霾通风窗能够实现室外空气质量超标与不超标条件下防雾霾纱网与普通纱网的切换简单方便；利用静电除尘器清除防雾霾纱网积累的微尘，集尘装置可水洗清灰重复使用；可以对pm2.5进行实时监测，并进行显示器及语音提示预警，对健全人和盲聋等残障人员均能及时提醒采取防护措施减少危害；可以进行本地自动控制和移动终端设备控制；由太阳能电源提供所需电力。

总之，本发明的突出特点是简单实用、切换灵活、清灰方便、实时监测、智能控制、节能高效、造价和维护费用低廉，符合人们对健康环保节能的需求，符合产品消费智能化的趋势。雾霾现象短时间内无法消失，生活防护刻不容缓，本发明智能预警提示自动清灰防雾霾通风窗具有很强的实用性，不仅在住宅，而且在学校、幼儿园、医院、办公室等场所具有广阔的应用空间和前景。

附图说明

图1是一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗的整体结构示意图。

图2是防雾霾通风窗的窗体组件正视图。

图3是防雾霾通风窗的窗体组件侧视图。

图4是窗用静电吸尘器的构件示意图。

图5是窗用静电吸尘器的构件分解图。

图6是一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗控制系统的原理框图。

图7是一种预警提示自动清灰防雾霾通风窗的工作方法。

图中：1、防雾霾通风窗窗体，1.1、窗框，1.2、普通纱网，1.3、防雾霾纱网，1.4、上部卷管，1.5、下部卷管，1.6、上部管状电机，1.7、上部护罩，1.8、下部管状电机，1.9、下部护罩，1.10、端盖板，2、窗用静电吸尘器，2.1、进风遮挡网，2.2、正电钨丝，2.3、负电格栅板，2.4、风机，2.5、无刷电机，2.6、出风遮挡板，3、自动控制系统，3.1、pm2.5传感器，3.2、单片机模块，4、预警提示系统，4.1、lcd显示屏，4.2、语音播报器，5、移动终端设备，6、太阳能电源；（a）、室外pm2.5浓度超标状态，（b）、室外pm2.5浓度恢复正常状态，（c）、室外pm2.5浓度正常状态；a、纱网上升；b、纱网下降；c、静电吸尘器关闭；d、静电吸尘器开启；e、lcd显示屏及语音播报器预警；f、lcd显示屏及语音播报器关闭。

具体实施方式

如图1-6所示，这种自动清灰预警提示防雾霾通风窗包括防雾霾通风窗窗体1、窗用静电吸尘器2、自动控制系统3、报警提示系统4、移动终端设备5和太阳能电源6。如图2、3所示，防雾霾通风窗窗体1包含窗框1.1、普通纱网1.2、防雾霾纱网1.3、上部卷管1.4和下部卷管1.5。防雾霾纱网1.3采用孔隙为1~2μm的微孔滤膜作为纱网材料，防雾霾纱网1.3的上端部与普通纱网1.2的下端部连接。上部卷管1.4两端设置在上部护罩1.7内的端盖板1.10上，在上部卷管1.4中设有上部管状电机1.6（型号为dm25te）驱动上部卷管1.4旋转，上部卷管1.4固定连接普通纱网1.2的上端部；下部卷管1.5两端设置在下护罩1.9内的端盖板1.10上，在下部卷管1.5中设有用下部管状电机1.8（型号为dm25te）驱动下部卷管1.5旋转，下部卷管1.5固定连接防雾霾纱网1.3的下端部，上部卷管1.4和下部卷管1.5联动使纱网升降，实现室外空气质量超标与不超标条件下防雾霾纱网1.3与普通纱网1.2的切换。如图4、5所示，窗用静电吸尘器2采用进风遮挡网2.1依次连接正电钨丝2.2、负电格栅板2.3、用无刷电机2.5（型号为28bl44-24140）驱动的风机2.4和出风遮挡板2.6，作为集尘装置的负电格栅板2.3可以取出水洗清灰，晾干后重复使用。如图1和图6所示，自动控制系统3设置在窗用静电吸尘器2外侧，包含pm2.5传感器3.1和单片机模块3.2（型号为stc12c5a60s2），pm2.5传感器3.1输出端与单片机模块3.2连接，单片机模块3.2分别与上部管状电机1.6、下部管状电机1.8以及风机2.4连接；所述pm2.5传感器3.1实时监测室外pm2.5浓度值并传送给单片机模块3.2，单片机模块3.2根据设定的pm2.5浓度值进行控制，让上部管状电机1.6或下部管状电机1.8旋转进行纱网切换、无刷电机2.5驱动风机2.4进行吸尘；报警提示系统4设置在室内，包含lcd显示屏4.1和语音播报器4.2，lcd显示屏4.1和语音播报器4.2与单片机模块3.2连接，lcd显示屏4.1显示当前室外pm2.5浓度值，pm2.5浓度超标时利用所述显示屏及语音播报器进行报警或提示；移动终端设备5与单片机模块3.2上连接的wifi模块（型号为esp8266）进行通讯，查询pm2.5传感器3.1监测的pm2.5浓度数据，对控制装置进行远程控制。太阳能电源6设置在窗用静电吸尘器2的上部，与上部管状电机1.6和下部管状电机1.8进行电连接，还与正电钨丝2.2、负电格栅板2.3和风机2.4进行电连接，同时还与pm2.5传感器3.1、单片机模块3.2、lcd显示屏4.1和语音播报器4.2电连接。

一种自动清灰预警提示防雾霾通风窗的工作方法，如图7所示：

（a）当pm2.5传感器3.1监测到的室外pm2.5高于报警阀值75mg/m³时，单片机模块3.2控制防雾霾通风窗窗体1的上部管状电机1.6旋转，把普通纱网1.2卷在上部卷管1.4上，下部卷管1.5联动，防雾霾纱网1.3随之上升，切换为防雾霾纱网1.3使用状态，同时，lcd显示屏4.1上的红灯闪烁，pm2.5浓度越高，红灯闪烁频率越快；语音播报器4.2进行语音报警，语音提示包括“老人不宜出门”、“出门请戴口罩”、“不宜做间操”，对健全人、尤其对老年人和青少年、盲聋残障人员均及时提醒，以采取防护措施减少危害（图7中a所示）。

（b）当pm2.5传感器3.1监测到的室外pm2.5浓度低于报警阀值75mg/m³时，单片机模块3.2控制防雾霾通风窗窗体1的下部管状电机1.8旋转，使防雾霾纱网1.3下降，同时，窗用静电吸尘器2联动开启，无刷电机2.5驱动的风机2.4进行吸尘，被清除灰尘后防雾霾纱网1.3卷在下部卷管1.5上，上部卷管1.4联动，普通纱网1.2随之下降，切换为普通纱网1.2使用状态；同时，lcd显示屏4.1上的红灯停止闪烁，语音播报器4.2提示“可以正常出门”。（图7中b所示）。

（c）当pm2.5传感器3.1监测到的室外pm2.5浓度保持正常范围时，防雾霾通风窗窗体1使用普通纱网1.2；窗用静电吸尘器2关闭，将集尘装置的负电格栅板2.3取出，水洗去除所收集的灰尘，晾干后重复使用（图7中c所示）。

（d）将移动终端设备5连入无线wifi网络，与单片机模块3.2上连接的wifi模块进行通讯，查询pm2.5传感器3.1监测的pm2.5浓度数据和太阳能电源6的电量，发送命令到单片机模块3.2，控制管状电机1.6和1.8的旋转实现纱网的切换，控制静电吸尘器2的启闭，控制lcd显示屏4.1及语音播报器4.2的开关。

本发明的技术特征之一为：所述防雾霾通风窗的纱网采用微孔滤膜技术有效阻隔pm2.5等细颗粒物，防霾纱网与普通纱网自动切换；本发明的技术特征之二为：基于静电除尘原理利用窗用静电吸尘器自动清除防雾霾纱网积累的灰尘，作为集尘装置的负电格栅板可以取出水洗清灰，晾干后反复使用；本发明的技术特征之三为：所述防雾霾通风窗利用传感、无线通信、语音合成、lcd显示屏显示等技术对pm2.5浓度监测、报警和提示，并本地自动控制和移动终端设备控制；本发明的技术特征之四为：所述防雾霾通风窗窗体、窗用静电吸尘器、自动控制系统、报警提示系统所需的电力由太阳能电源供应；本发明的技术特征之五：所述防雾霾通风窗可以取代普通纱窗安装在窗户上，不用改变窗户的构造，不增加安装难度。