专利名称：全自动智能窗户控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌入式智能控制系统，特别地，涉及一种全自动智能窗户 控制系统。
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、 入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系统。
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系
统，它主要由核心处理器、环境参量检测模块、外围驱动模块、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、外围驱动模块、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；系统同时预留足够接口，可扩展温度、含氧量等其 他环境变量。所述外围驱动模块包括电机驱动电路和声光报警驱动装置，用于 驱动各种外围装置；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系统功能强大，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系统。
图l是本发明全自动智能窗户控制系统的结构框图2是雨滴检测电路原理图3是入侵检测电路原理图4是电机驱动电路原理图5是无线发送电路原理图6是无线接收电路原理图。
具体实施例方式
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系统主要由核心处理器、环境参 量检测模块、外围驱动模块、无线通信模块、人机交互模块组成，其中，环境 参量检测模块、外围驱动模块、无线通信模块、人机交互模块分别与核心处理 器相连。l.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。系统同时预留足够接口，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一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、 RIO、 Rll、 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 Ql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，ll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(l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U 2与电阻R10、 二极管Q2等组成比较电路，电阻 RIO、 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.外围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 外围装置。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C0N51与C0N52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，
7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ln—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，IruSend为核心处理器通用1/0，控制发送电路的通断。当ln—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ln—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 整个系统的功耗。
(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、外围驱动模块、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口交换信息。输入接口包括雨滴检测信号 Int—Rain、入侵检测信号InLlnv、无线接收中断信号Int—Rec、无线接收数据 C0N40 C0N43、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C0N51与C0N52、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。
权利要求
1、一种全自动智能窗户控制系统，其特征在于，它主要由核心处理器、环境参量检测模块、外围驱动模块、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、外围驱动模块、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l所述全自动智能窗户控制系统，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系统，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系统，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 Ql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 Ql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l所述全自动智能窗户控制系统，其特征在于，所述外围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l所述全自动智能窗户控制系统，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系统，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系统，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l所述全自动智能窗户控制系统，其特征在于，所述人机 交互模块包括液晶显示与按键。
全文摘要
本发明公开了一种全自动智能窗户控制系统，它由核心处理器、环境参量检测模块、外围驱动模块、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系统功能强大，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系统。
文档编号G05B19/04GK101510078SQ20091009678
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者宋执环, 王健伟 申请人:浙江大学