节能智能窗的制作方法
【专利摘要】一种节能智能窗，其特征在于，整个装置是由窗户和窗帘两部分组成的一体结构。该一体结构包括机械系统和自动控制系统，其中机械系统包括窗户开闭模块1、窗户锁止模块2、窗帘百叶开闭模块3、窗帘升降模块4和支撑整个系统的固定机架5；所述固定机架5，呈长方体框架结构，分为前部和后部，两者分别用于安装本发明的窗户和窗帘。所述控制系统包括微处理器、遥控器、若干传感器、窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机和窗帘升降电机。本发明使用方便，能面向教育、商业、工业等行业的楼房建筑，如大型多媒体教室、会议展览中心、购物中心等，特别适合安装在大层高的房间高处。
【专利说明】节能智能窗
【技术领域】
[0001]本发明属于楼房建筑领域，具体涉及一种智能窗体。
【背景技术】
[0002]大型多媒体教室、会议展览中心、购物中心等室内场所具有空间大、墙面高、人员密度大、需求功能多样等特点，导致其在空气质量方面存在通风难、气味差、夏天闷热、冬天腥臭等问题，在温度调节方面大量依靠空调，在采光方面大量依赖电灯，能耗高，不利于节能减排。
[0003]目前窗的种类主要有固定窗、推拉窗、平开窗、横转旋窗、立转旋窗等，大型多媒体教室、会议展览中心、购物中心等室内窗，特别是高处窗，多为固定式，存在无法开启通风、污浊难以清洗、以及调光不便等问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提出了一种节能智能窗，具有窗户和窗帘一体化结构，便于窗户清洗、节能减排、窗户和窗帘的智能自动控制。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现，
[0006]一种节能智能窗，其特征在于，整个装置是由窗户和窗帘两部分组成的一体结构。该一体结构包括机械系统和自动控制系统，其中机械系统包括窗户开闭模块1(1A和1B)、窗户锁止模块2、窗帘百叶开闭模块3、窗帘升降模块4和支撑整个系统的固定机架5。
[0007]所述固定机架5，呈长方体框架结构，分为前部和后部，两者分别用于安装本发明的窗户和窗帘。机架 5 中，机架杆件 51A、51B、52A、52B、52C、52D、53、54、55A、55B、55C、55D和56均与长方体框架刚性连接。所述机架杆件51A和51B用于支撑一对上下对称的窗户开闭模块I ;所述机架杆件52A、52B、52C和52D构成矩形窗框，窗户内由若干个窗扇单元组成；所述机架杆件52A支撑窗户锁止模块2 ;所述机架杆件53支撑窗帘百叶开闭模块3 ;所述机架杆件54支撑窗帘升降模块4 ;所述机架杆件55A、55B、55C、5?支撑窗户开闭模块I中的导轨19 ;所述机架杆件56用于固定窗帘。
[0008]所述窗户开闭模块1，上下对称布置，包括窗户开闭电机11、电机齿轮12、活动齿条13、滑块14、固定齿条16、导轨19和若干个活动窗单兀；所述的固定齿条16安装于固定机架5的机架杆件51A(或者机架杆件51B)上；所述活动齿条13固定于滑块14上；所述窗户开闭电机11与电机齿轮12同轴共转，所述电机齿轮12与活动齿条13啮合；；所述固定齿条16上同时啮合多个活动窗单元，每个活动窗单元包括窗单元、齿轮15、齿轮17和窗齿轮18，所述齿轮15直接与固定齿条16啮合，所述齿轮15与所述齿轮17同轴，所述窗单元的轴固定于窗齿轮18上,所述窗齿轮18与齿轮17哨合。
[0009]所述窗户锁止模块2，包括若干锁止爪21、窗户锁止电机、转动长轴23和轴承24，窗户锁止电机与转动长轴23同轴连接，若干锁止爪21分别固定在转动长轴23上，转动长轴23由轴承24支撑，轴承24和窗户锁止电机安装固定在机架杆件上。
[0010]所述窗帘百叶开闭模块3，包括百叶窗和窗帘百叶开闭电机，所述窗帘百叶开闭电机与百叶窗的旋转端31相连。所述窗帘百叶开闭电机固定在机架杆件53上，百叶窗上封33固定在机架杆件56上。
[0011 ] 所述窗帘升降模块4，安装固定于机架杆件54上，它包括窗帘升降电机41、同步带传动机构42、卷筒43和百叶窗升降拉绳44，所述的窗帘升降电机41输出轴连接于同步带传动机构42的主动轮转轴45，所述的卷筒43连接于同步带传动机构42的被动轮转轴47，所述百叶窗升降拉绳44缠绕于卷筒43上，所述百叶窗升降拉绳44同时连接于百叶窗的挂垂端32。
[0012]所述控制系统包括微处理器、遥控器、若干传感器、窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机和窗帘升降电机，所述微处理器的信号输入端口连接于遥控器，所述微处理器的采集端口连接若干传感器，所述微处理器的输出端口连接于所述的窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机、窗帘升降电机。
[0013]与现有技术相比，本发明技术方案结合了机械系统和自动控制系统于一体，使用方便。当本发明装置的控制系统能集成各类传感器后，使得智能化窗体更加人性化，控制系统内集成显示器、输入装置等，则使得整个智能系统更为复杂完善，从而使得该智能窗能面向教育、商业、工业等行业的楼房建筑，如大型多媒体教室、会议展览中心、购物中心等，特别适合安装在大层高的房间高处。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1本发明的整体结构示意图。
[0015]图2固定机架5结构示意图。
[0016]图3窗户开闭模块1结构示意图。1A和1B为对称机构。
[0017]图4窗户开闭模块传动原理图。
[0018]图5窗户锁止模块原理图。
[0019]图6窗帘示意图。
[0020]图7窗帘升降模块示意图。
[0021]图8控制系统原理框图。
[0022]标记说明:1A和1B-窗户开闭模块，2-窗户锁止模块，3-窗帘百叶开闭模块，4-窗帘升降模块，5-固定机架，11-窗户开闭电机，12-电机齿轮，13-活动齿条，14-滑块，15-齿轮，16-固定齿条，17-齿轮，18-齿轮，19-导轨，21-锁止爪，22-舵机，23-转动长轴，24-轴承，31-百叶窗旋转端，32-百叶窗挂垂端，52A-机架杆件。
【具体实施方式】
[0023]本发明一体结构包括机械系统和自动控制系统，其中机械系统包括窗户开闭模块
1(1A和1B)、窗户锁止模块2、窗帘百叶开闭模块3、窗帘升降模块4和支撑整个系统的固定机架5，如图1所示。
[0024]所述固定机架5，呈长方体框架结构，分为如图2所示的前部和后部，两者分别用于安装本发明的窗户和窗帘。机架5中，机架杆件51A、51B、52A、52B、52C、52D、53、54、55A、55B.55C.55D和56等均与长方体框架刚性连接。所述机架杆件51A和51B用于支撑一对上下对称的窗户开闭模块1 ;所述机架杆件52A、52B、52C和52D构成矩形窗框，其尺寸取决于窗户大小，一个窗户由多个窗扇组成(图1所不实施例窗户设计有3个窗扇)；所述机架杆件52A支撑窗户锁止模块2 ;所述机架杆件53支撑窗帘百叶开闭模块3 ;所述机架杆件54支撑窗帘升降模块4 ;所述机架杆件55A、55B、55C、5?支撑窗户开闭模块1中的导轨19 ;所述机架杆件56用于固定窗帘。
[0025]如图3、图4所示，所述窗户开闭模块1，上下对称布置以保证受力平衡，如图3所示，包括窗户开闭电机11、电机齿轮12、活动齿条13、滑块14、固定齿条16导轨19和若干个活动窗单元；所述的固定齿条16安装于固定机架5的机架杆件51A(或者机架杆件51B)上；所述活动齿条13固定于滑块14上；所述窗户开闭电机11与电机齿轮12同轴共转，所述电机齿轮12与活动齿条13啮合；；所述固定齿条16上同时啮合多个活动窗单元，每个活动窗单元包括窗单元、齿轮15、齿轮17和窗齿轮18，所述齿轮15直接与固定齿条16啮合，所述齿轮15与所述齿轮17同轴，所述窗单元的轴固定于窗齿轮18上，所述窗齿轮18与齿轮组17啮合；
[0026]所述窗户开闭电机11固定在杆件51B上(实际应用时也可以选择杆件51A)，导轨19固定在杆件55A和55B之间或55C和5?之间。动力从轴线固定的窗户开闭电机11输出(图4)，传递给电机齿轮12和活动齿条13，齿条13与滑块14刚性连接，可以在导轨19上平动。
[0027]齿轮15与固定齿条16啮合，齿轮17与齿轮15同轴一起转动，齿轮17同齿轮18啮合，齿轮18与窗扇单元底座同轴，使固联在齿轮18上的窗扇单元实现平面运动，即滑块14(与窗轴固连)的平动与齿轮18 (与窗扇固连)的转动,确保窗扇实现180°翻转，同时将窗扇始终限定在机架杆件52A、52B、52C和52D构成矩形窗框内。
[0028]所述窗户锁止模块2，包括若干锁止爪21、窗户锁止电机(本实施例选择舵机22实现)、转动长轴23、轴承24部件，如图5所示，舵机22与转动长轴23同轴连接，若干锁止爪21分别固定在转动长轴23上，转动长轴23由轴承24支撑，轴承24和舵机22安装固定在机架杆件52A上。如此，当舵机22旋转时，转动长轴23和锁止爪21随之同步同角度转动，实现窗户锁住或释放功能。若干锁止爪21分别锁住窗扇上部边缘部，图5中机架杆件52A下方。
[0029]所述窗帘百叶开闭模块3，包括百叶窗和窗帘百叶开闭电机，所述窗帘百叶开闭电机与百叶窗的旋转端31相连，窗帘百叶开闭电机的驱动下可以实现百叶窗窗帘的旋转运动。所述百叶窗可直接利用市面上的百叶窗，如图6所示。所述窗帘百叶开闭电机固定在机架杆件53上，百叶窗上封33固定在机架杆件56上。
[0030]如图7所示，所述窗帘升降模块4，安装固定于机架杆件54上，它包括窗帘升降电机41、同步带传动机构42、卷筒43和百叶窗升降拉绳44，所述的窗帘升降电机41输出轴连接于同步带传动机构42的主动轮转轴45,所述的卷筒43连接于同步带传动机构42的被动轮转轴47，所述百叶窗升降拉绳44缠绕于卷筒43上，所述百叶窗升降拉绳44同时连接于百叶窗的挂垂端32(图中未示意)。如此，利用同步带传动机构和卷筒43的传动放松或收紧拉绳，实现百叶窗的升降功能。采用同步带传动来获得较大的传动比，将电机的转矩放大，实现窗帘升降。
[0031]窗帘升降电机和转轴45及47都通过轴承46及48固定在机架杆件54上(图中未不)O
[0032]所述控制系统包括微处理器、遥控器、若干传感器、窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机和窗帘升降电机，所述微处理器的信号输入端口连接于遥控器，所述微处理器的采集端口连接若干传感器，所述微处理器的输出端口连接于所述的窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机、窗帘升降电机。
[0033]所述控制系统，通过传感器获取所需检测量信号，再经微控制器对其处理后，传给执行器，即所述的窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗帘百叶开闭电机、窗帘升降电机，从而完成预期动作。所述传感器及所需检测量包括:(I)控制窗户开闭所需物理量，即室内外温度、室内C02浓度、室内光强、室外PM2.5和室外雨水；(2)控制窗户通风角度所需测量的物理量，即风向；(3)控制窗户行程所需测量的物理量，即位移。
[0034]控制系统分为手动控制模式和自动控制模式，手动控制模式具有高优先级，如图8所示。手动模式和自动模式全部由单片机中的程序及遥控器给出的信号来实现。自动模式下，窗户将根据一端固定的程序，循环读取各个传感器的值，并作出相应动作。
[0035]如果人希望自己控制窗户，则只需按下遥控器上任一功能键，窗户将首先跳出自动模式，进入手动模式，系统将执行遥控器功能键所对应的功能。
[0036]如果人又希望系统回到自动模式，则只需按下遥控器上相应的按键，系统便进入自动模式。
[0037]整个控制系统原理框图如图8所示。
[0038]本发明的工作:
[0039]1、窗户开闭
[0040]当外部天气恶劣，图8中各类传感器采集到的雨水、温度、光照强度、PM2.5等信号，处理器判定超出限制值，指令窗户开闭模块I中的窗户开闭电机工作，使窗户关闭。
[0041]同样，在外部天气较好的情况下，位于室内的传感器探测到C02浓度较高，微处理器判定超出限制值，发出指令窗户开闭模块I中的窗户开闭电机11做逆向转动，窗户开闭模块I控制各个窗户单元同时绕水平轴转动一定角度，进行通风换气。C02浓度临界值以及窗户旋转角度都可由人工设定，这些调节功能由控制系统电路实现。
[0042]2、窗户锁止
[0043]在开窗前，微处理器在实现开窗动作前首先给舵机22信号，使舵机22旋转一确定角度，升起锁止爪21，锁止爪通过轴从箍抱死机架杆件52A上松开，使得窗扇可开启。在关窗后，微处理器又可以发出信号，使舵机反向旋转一确定角度，降下锁止爪，锁止爪通过轴又将抱死机架杆件52A，阻止窗户开启，将窗扇锁紧。
[0044]3、窗帘开闭
[0045]窗帘为细长条状的百叶窗，窗帘百叶开闭电机与控制百叶的旋转机构相联，可通过控制窗帘开闭模块3中的窗帘百叶开闭电机旋转来控制百叶窗开合，实现调节室内光线需求。
[0046]4、窗帘升降
[0047]窗帘升降电机41与控制百叶窗升降的卷绳44相联，通过控制窗帘升降电机41旋转控制窗帘升降。当需要窗帘升降时，微处理器将给窗帘升降电机41信号，使窗帘升降电机41正转或反转，从而使窗帘下降或上升。
[0048]本发明集成各类传感器后具有的应用功能:
[0049]自动模式功能包括:
[0050]1.检测到室内温度高于室外温度5°C，且二者都在20°C以上时，开窗通风。
[0051]2.检测到室内C02浓度值高于健康值500ppm(微克每立方米)时，开窗通风。
[0052]3.通风过程中，开窗角度根据室外风向自动调节，保持与风向的平行。
[0053]4.避免窗户因室外多变风向而导致频繁调节，避免造成“随风摆动”的现象。
[0054]5.检测到室外下雨时自动关窗。
[0055]6.检测到室外PM2.5值较高，自动关窗。
[0056]手动模式功能包括:
[0057]1.可手动开窗，即锁窗机构自动释放窗户，而后窗户开启通风。
[0058]2.可以手动调节风向。当人不希望通风速率大，不希望风对着人吹，可以手动调节窗户至任意角度，从而改变风向。
[0059]3.可手动关窗，即窗户关闭，而后锁窗机构锁死窗户。
【权利要求】
1.一种节能智能窗，其特征在于，整个装置是由窗户和窗帘两部分组成的一体结构，该一体结构包括机械系统和自动控制系统，其中机械系统包括窗户开闭模块(1)、窗户锁止模块(2)、窗帘百叶开闭模块(3)、窗帘升降模块(4)和支撑整个系统的固定机架(5)； 所述固定机架(5)，呈长方体框架结构，分为前部和后部，两者分别用于安装本发明的窗户和窗帘；机架 5 中，机架杆件(51A)、(51B)、(52A)、(52B)、(52C)、(52D)、(53)、(54)、(55A)、(55B)、(55C)、(55D)和(56)均与长方体框架刚性连接；所述机架杆件(51A)和(51B)用于支撑一对上下对称的窗户开闭模块(1);所述机架杆件(52A)、(52B)、(52C)和(52D)构成矩形窗框，窗户内由若干个窗扇单元组成；所述机架杆件(52A支撑窗户锁止模块(2);所述机架杆件(53)支撑窗帘百叶开闭模块(3);所述机架杆件(54)支撑窗帘升降模块(4);所述机架杆件(55A、(55B)、(55C)、(55D)支撑窗户开闭模块(1)中的导轨(19)；所述机架杆件(56)用于固定窗帘； 所述窗户开闭模块(1)，上下对称布置，包括窗户开闭电机(1)、电机齿轮(12)、活动齿条(13)、滑块(14)、固定齿条(16)导轨(19)和若干个活动窗单元；所述的固定齿条(16)安装于固定机架5的机架杆件(51A)，或者机架杆件(51B)上；所述活动齿条(13)固定于滑块(14)上；所述窗户开闭电机(11)与电机齿轮(12)同轴共转，所述电机齿轮(12)与活动齿条(13)啮合；所述固定齿条(16)上同时啮合多个活动窗单元，每个活动窗单元包括窗单元、齿轮(15)、齿轮(17)和窗齿轮(18)，所述齿轮(15)直接与固定齿条(16)啮合，所述齿轮(15)与所述齿轮(17)同轴，所述窗单元的轴固定于窗齿轮(18)上，所述窗齿轮(18)与齿轮组(17)啮合； 所述窗户锁止模块(2)，包括若干锁止爪(21)、窗户锁止电机、转动长轴(23)和轴承(24)，窗户锁止电机与转动长轴(23)同轴连接，若干锁止爪(21)分别固定在转动长轴(23)上，转动长轴(23)由轴承(24)支撑，轴承(24)和窗户锁止电机安装固定在机架杆件上；所述窗帘百叶开闭模块(3)，包括百叶窗和窗帘百叶开闭电机，所述窗帘百叶开闭电机与百叶窗的旋转端(31)相连；所述窗帘百叶开闭电机固定在机架杆件(53)上，百叶窗上封(33)固定在机架杆件(56)上； 所述窗帘升降模块(4)，安装固定于机架杆件(54)上，它包括窗帘升降电机(41)、同步带传动机构(42)、卷筒(43)和百叶窗升降拉绳(44)，所述的窗帘升降电机(41)输出轴连接于同步带传动机构(42)的主动轮转轴(45),所述的卷筒(43)连接于同步带传动机构(42)的被动轮转轴(47)，所述百叶窗升降拉绳(44)缠绕于卷筒(43)上，所述百叶窗升降拉绳(44)同时连接于百叶窗的挂垂端(32)； 所述控制系统包括微处理器、遥控器、若干传感器、窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机和窗帘升降电机，所述微处理器的信号输入端口连接于遥控器，所述微处理器的采集端口连接若干传感器，所述微处理器的输出端口连接于所述的窗户开闭电机、窗户锁止电机、窗户百叶开闭电机、窗帘升降电机。
【文档编号】E05F15/77GK104358488SQ201410457800
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】谢春, 任中强, 李子沐, 傅盛, 石恒佳, 汤易恒 申请人:同济大学