本发明涉及智能家居技术领域，特别是涉及一种智能开关窗户。
背景技术：
随着科技的发展，智能化的生活也越来越深入人心，环保、节能日益受到重视，能源的合理利用、节能产品的研制和开发取得了很大的进展。除了我们日常已经离不开的智能手机外，智能家电诸如智能窗户也已经走进我们的生活。80年代前期c.m.lampert、c.g.granqvist等首先提出将电致变色材料应用于建筑物、汽车、飞机等节能采光系统中，形成能动态调节太阳辐射能透过率的“智能窗”(smartwindow)。近年来，智能窗的研究及应用一直是研究的热点。每一个家都离不开窗户。然而世界上的许多案例可以看出，非智能窗户的使用让不少家庭在天气变化的时候会忘记关窗户或者要紧忙地去关窗户，甚至因暂时不在家中而无法关窗，这对我们造成了很大的不便。近几年，随着智能家居的盛行，智能窗户也随之盛行起来，并且我们对智能窗户有很大的期望和要求，希望它能给我们带来便利。
目前市场上拥有的智能窗户主要是外接式智能关窗器，其附着在窗户上，使用在履带或链条上的齿轮的正转和反转来实现窗户的开关，但传统的智能窗户存在的主要存在以下问题：一、必须依赖外悬挂装置，美观性差，与家居环境不协调；二、传动大多采用传动带设计，可靠性，稳定性差，寿命短，只有实现单纯的开关功能；三、安装繁琐，集成度低，主要依靠蓝牙或红外信号进行数据的传输，远程控制范围有限。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种集成度高、可靠稳定的智能开关窗户，以解决上述现有技术存在的问题，并使智能开关窗户可实现远程控制。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种智能开关窗户，包括框架、窗框、单片机、无线通信模块和风光雨传感器，所述框架和所述窗框通过齿轮和齿条传动连接，所述齿轮连接有步进电机，所述步进电机设置在所述框架或所述窗框上，所述窗框在所述步进电机的驱动下能够相对于所述框架开启和闭合；所述步进电机、所述无线通信模块和所述风光雨传感器均与所述单片机电连接，所述风光雨传感器设置在所述智能开关窗户外侧，所述单片机和所述无线通信模块镶嵌在所述框架或所述窗框内。
优选地，所述齿条设置在所述窗框上，所述框架上设有用于容纳所述齿条的导槽，所述步进电机设置在所述框架上，所述步进电机与所述框架之间设有离合器，所述齿轮在所述离合器的控制下能够贯穿所述框架上的通孔与所述齿条啮合或分离，所述框架上设有用于保护所述步进电机和所述齿轮的保护罩。
优选地，所述齿轮通过电磁离合器连接有步进电机，所述电磁离合器与所述单片机电连接。
优选地，还包括红外检测模块，所述红外检测模块设置在所述框架和/或所述窗框上，所述红外检测模块用于测量所述框架和所述窗框之间的距离，所述红外检测模块与所述单片机电连接。
优选地，所述红外检测模块包括若干个阵列分布的分离型光电传感器；所述分离型光电传感器的发光器设置在所述框架上，所述分离型光电传感器的收光器设置在所述窗框上；或所述分离型光电传感器的收光器设置在所述框架上，所述分离型光电传感器的发光器设置在所述窗框上；或所述分离型光电传感器的收光器中的一部分设置在所述框架上，另一部分设置在所述窗框上，所述分离型光电传感器的收光器中的一部分设置在所述窗框上，另一部分设置在所述框架上；所述发光器与所述收光器一一相对设置且均与所述单片机电连接。
优选地，所述无线通信模块能够通过中间服务器与手机控制软件和/或计算机控制软件交互数据，所述无线通信模块能够通过中间服务器获得网络上的天气数据。
优选地，所述风光雨传感器设置在建筑物的窗台或框口侧面上，所述风光雨传感器能够检测户外的风速、光照强度和湿度。
优选地，所述齿条的材料为不锈钢。
优选地，所述无线通信模块为wifi模块。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明通过与框架、窗框与单片机、无线通信模块和齿轮和齿条传动系统的深度集成，做到一体化设计，窗户安装即系统安装，不需要用户自己操作。本发明的齿条、齿轮与步进电机的方式进行传动，不仅可靠性高，而且窗户动作精准，配合红外检测模块可实现开启任意大小。同时单片机和无线通信模块的功能拓展性高，能够实现远程及联合控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明智能开关窗户的主视结构示意图；
图2为本发明智能开关窗户的一种侧视结构示意图；
图3为本发明智能开关窗户的另一种侧视结构示意图；
图4为本发明智能开关窗户的工作流程图；
其中：1-框架，2-窗框，3-单片机，4-无线通信模块，5-齿轮，6-齿条，7-步进电机，8-离合器，9-保护罩，10-电磁离合器，11-发光器，12-收光器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种集成度高、可靠稳定的智能开关窗户，以解决上述现有技术存在的问题，并使智能开关窗户可实现远程控制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1～图2所示：本实施例提供了一种智能开关窗户，包括框架1、窗框2、单片机3、无线通信模块4和风光雨传感器，本实施例中窗框2有两个，如传统的窗户一样，窗框2能够在框架1上滑动，本实施例仅控制其中的一个窗框2滑动，而在窗框2较多的情况下，也可设置多个传动系统以分别控制窗框2的启闭。此外，本实施例的窗户为水平滑动式，但并不以此为限，本实施例的智能开关窗户同样适用于垂直滑动式窗户。
框架1和窗框2通过齿轮5和齿条6构成的传动系统连接，齿轮5连接有步进电机7。步进电机7使齿轮5正转或反转，进而通过齿条6带动窗框2进行移动。在非超载的情况下，步进电机7的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机7按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。使用步进电机7，可以控制窗户移动的范围，实现半开窗，1/4开窗等功能。
齿条6固定设置在窗框2上，且框架1上设有用于容纳齿条6的导槽，齿条6的材料优选为不锈钢。步进电机7设置在框架1上，步进电机7也可以嵌入框架1中，步进电机7与框架1之间设有离合器8，齿轮5在离合器8的控制下能够贯穿框架1上的通孔与齿条6啮合或分离。嵌入式的结构不仅美观，而且动作时噪声小，安装更方便。需要说明的是，本实施例的离合器8为手动控制的离合器8，通过拨动离合器8可带动步进电机7滑动，进而使齿轮5相对于齿条6滑动以实现啮合或分离，当需要手动开启或关闭窗框2时，需拨动离合器8使齿轮5和齿条6分离，在手动操作结束后，应保持齿轮5和齿条6啮合，以便于自动控制。框架1上设有用于保护步进电机7和齿轮5的保护罩9，以便于拆装维护步进电机7和齿轮5。
为实现闭环控制，本实施例的智能开关窗户还可包括红外检测模块，红外检测模块设置在框架1和/或窗框2上，红外检测模块用于测量框架1和窗框2之间的距离，且当正在控制窗框2进行开关操作时实时反馈距离信息和行进距离，并判断是否遇障，如遇障则反馈数据给单片机3。在窗框2处于静止时，对突然出现的改变距离的情况也进行报告，并在障碍物离开后可自动关窗，以起到防盗的功能。
优选地，红外检测模块包括若干个阵列分布的分离型光电传感器，分离型光电传感器的发光器11和收光器12可采用以下任意方法布置。一、发光器11设置在框架1上，收光器12设置在窗框2上；二、收光器12设置在框架1上，发光器11设置在窗框2上；三、收光器12中的一部分设置在框架1上，另一部分设置在窗框2上，收光器12中的一部分设置在窗框2上，另一部分设置在框架1上。而无论采用何止布置方式，发光器11与收光器12均需一一相对设置，以满足对射的要求。红外检测模块可测出窗框2与框架1之间的距离，从而判断窗户目前的状态(开启或关闭或开启的大小)以及是否需要开关，进一步可以做到防盗、防夹手的功能。由于太阳光中含有可对红外线收光器12产生干扰的红外线，该红外线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。本实施例的红外检测模块通过设置多点对射采集信号，能够抵抗外界的强光干扰。而分离型光电传感器具体的间距和阵列数量以及发光器11和收光器12的布置位置可根据具体光照情况灵活选取。
步进电机7、无线通信模块4和风光雨传感器均与单片机3电连接，单片机3优选为32位单片机3，以提高扩展性能。风光雨传感器设置在智能开关窗户外侧，单片机3和无线通信模块4镶嵌在框架1或窗框2内。无线通信模块4优选为wifi模块，wifi模块，属于物联网传输层，功能是将串口或ttl电平转为符合wifi无线网络通信标准的嵌入式模块，其内置无线网络协议ieee802.11b.g.n协议栈以及tcp/ip协议栈，通过wifi模块，可以远程实现数据的接收和发送。无线通信模块4能够通过中间服务器与手机控制软件和/或计算机控制软件交互数据，无线通信模块4还能够通过中间服务器获得网络上的天气数据。在本实施例中，用户可以在很远的地方通过手机或计算机等设备发送开关窗户的指令，指令数据通过中间服务器和wifi模块传送到单片机3上，从而控制步进电机7和传动系统开关窗户。
风光雨传感器(图中未示出)设置在建筑物的窗台或框口侧面上，风光雨传感器能够检测户外的风速、光照强度和湿度，并将检测信号传递给单片机3和/或中间服务器。
如图4所示：本实施例智能开关窗户的控制方法为：
拨动离合器8，使齿条6和齿轮5分离，即为手动模式，适用于停电的时候。手动模式时，电机不被供电，窗户可以通过人力随意移动，与传统的窗户一样使用。
拨动离合器8，使齿条6和齿轮5啮合，即为自动模式。自动模式分为wifi模块控制模式和风光雨传感控制模式，wifi控制模式为高优先级。用户可在手机控制软件(如app)上进行操作和指令下达，指令数据通过wifi模块发送信号到单片机3从而控制步进电机7的转动。风光雨传感器为低优先级，在用户不下达操作指令时，进入风光雨传感器控制，风光雨传感器通过对户外环境的检测，测出环境数据，然后将环境数据发送给单片机3，当数值超出预定的区间数值时，可为亮度过低、湿度过高或风力过大，单片机3即控制步进电机7关窗；若环境数据中的亮度、湿度和风力均处在预定的区间数值时，单片机3即控制电机开窗，若窗户已处于开启状态则不动作。
红外检测模块用于测量窗框2到框架1之间的距离，以甄别窗户是否处于开启状态，且在窗框2开关时还可以实时测距，若出现异常值，则发出警报信号给单片机3，使步进电机7停止运转，单片机3还可通过wifi模块和中间服务器发送警报信息给用户，实现报警和防夹手的功能。
手机控制软件(如app)包括可显示当前窗户状态(开闭程度)。且中间服务器每15分钟从中国天气网或地方天气网更新当前天气情况和雾霾指数。若出现下雨、下雪、冰雹或雾霾指数过高的情况且窗户处于开启状态时，中间服务器则向用户发送是否关闭的请求，若在2分钟内没有收到响应，则自动向单片机3发送关闭窗户的指令，并向用户提醒当前的窗户状态。
实施例二
如图3所示：本实施例提供了一种智能开关窗户，本实施例与实施例1的不同之处在于：齿轮5通过电磁离合器10连接有步进电机7，电磁离合器10与单片机3电连接，以实现自动切换窗户为手动控制或自动控制，而不必受手动式离合器8所处工况的限制，提高了装置的整体自动化程度。若要手动开关窗户，则可通过手机控制软件或计算机控制软件首先将电磁离合器10分离，然后即可进行手动开关窗户的操作。其他技术特征和技术效果均与实施例1相同。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。