一种环境应变智能窗系统的制作方法

本发明涉及空间环境的监控和安全防护技术领域，具体涉及一种环境应变智能窗系统。

背景技术：

随着人们生活水平的提高和科技的进步，基于居家生活需要的环境及安全智能应变技术得到了发展，市场上出现了一些家居用的安全防护和远程控制系统，这类系统关注人们生活的安全和舒适性需要，给人们的生活带来了便利。但在家居以外的场合，例如工厂厂房或仓库等，也会对环境条件和安全性提出较高要求，例如一些加工原料或产品在加工和存放时，对厂房或仓库内外环境要求较高，且保存不当还会导致原料或产品变质，甚至导致某些易燃或有毒气体泄露，不仅要求适当通风，室内温度适宜，也要避免空气中的灰尘进入，恶劣天气还要做好防护，这就要求厂房或仓库的窗户具备一定的智能化，能够监测不同的室内外环境变化并根据环境需要采取对应措施。

目前市场上的环境应变产品关注居家生活的较多，而且大多数只能实现简单的自动开窗关窗，针对条件判断和环境控制缺乏完整的解决方案。例如中国发明专利cn201210214794.2中提到的一种多功能窗户，采用温度感应器和雨滴感应器采集相应的天气信号并将其传递给电动装置，电动装置控制窗户的开关，能满足简单条件下的基本防护需要，但防护要素仍然不够充分，而且缺乏对条件如温度和雨量数据的具体分析，易受误差影响，对环境的适应性和应变敏感度也不高。

技术实现要素：

本发明主要是解决例如普通厂房或库房的窗户无法实现智能开关以及无法对环境变化和异常状况作出响应的问题，引入环境信息采集单元、控制单元和执行单元，基于预设条件对监控空间(厂房或库房)进行安全防护以及环境应变与调节，确保安全生产，为产品及原材料提供最佳环境条件，实现无人化、智能化管理。

本发明的技术方案如下：

一种环境应变智能窗系统，包括窗体和执行单元，所述窗体至少包括一扇推拉窗和滑轨，所述推拉窗能够在所述执行单元带动下沿所述滑轨往复移动，所述执行单元设置在所述窗体的上边缘和/或下边缘，与所述推拉窗的边框连接，还包括环境信息采集单元，所述环境信息采集单元进一步包括基础环境信息采集模块和异常信号采集模块，所述基础环境信息采集模块包括采集基础环境信息的光传感器、风传感器和雨水传感器，还包括气体传感器、粉尘传感器、温度传感器、声音传感器和湿度传感器中的至少一种，所述异常信号采集模块包括防盗传感器。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述基础环境信息采集模块包括采集基础环境信息的光传感器、风传感器和雨水传感器，还同时包括气体传感器、粉尘传感器、温度传感器和声音传感器，所述防盗传感器包括红外探测器和压力传感器。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述基础环境信息采集模块还包括湿度传感器，所述湿度传感器设置在监控空间的室内，具有比雨水传感器更高的检测精度。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，还包括控制单元，所述环境信息采集单元与所述控制单元电连接，所述控制单元接收各传感器的检测信号，根据对各环境因素的预设条件来作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体打开或关闭的指令，并控制执行单元执行相应的操作。

上述环境应变智能窗系统，在窗体包括推拉窗和滑轨的基本结构上，增加了环境信息采集单元、控制单元和执行单元，只需控制执行单元即可实现推拉窗的开启和关闭，安装在室内的气体传感器用于检测监控空间内是否产生或者自外界流入易燃、有毒和腐蚀性气体，粉尘传感器用于检测室内灰尘颗粒状况，及时关闭推拉窗避免外界灰尘落到原料或产品上，光传感器、风传感器、雨水感应器可检测风雨阴晴天气，提供基础防护，基于防盗和防闯入的红外探测器和压力传感器用于感应窗外是否有人或其他生物活动或闯入，并对闯入动作进行确认，可基于不同的防护等级及监测精度需要而灵活设置红外探测器和压力传感器的安装位置以及预置控制单元的判断条件。

声音传感器一方面可用来监测外界传入的声能(噪音)，一方面可以用来监测因监控空间内的异常变化如异常流动或气体流体泄漏等产生的声能，及时通过窗体防护或向主控中心预警。

优选的，粉尘传感器包括pm2.5传感器，气体传感器包括甲烷传感器。

基于环境条件的调节需要的温度传感器、湿度传感器可检测温度、湿度数据，并可将温度、湿度数据可经控制单元上传至主控中心，主控中心分析汇总多间厂房或库房的温度情况后，再根据实际天气条件决定开窗程度。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述气体传感器、粉尘传感器、温度传感器、声音传感器和湿度传感器设置在监控空间的室内不受干扰、空气流通的位置，使其检测数据更准确，所述光传感器、风传感器和雨水传感器设置在监控空间的室外能够直接暴露在光照、风、雨自然条件的位置，优选安装在被监控空间的房顶和/或室外高处。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述红外探测器安装在窗体外侧顶部，所述压力传感器埋设在窗体外侧的地面上，或者所述红外探测器安装在窗体内侧顶部，所述压力传感器埋设在窗体内侧的地面上。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述执行单元为电动驱动杆装置，所述电动驱动杆装置包括推杆、缸体和动力组件，所述电动驱动杆装置的缸体和动力组件固定装配在窗体的边缘墙壁上，所述推杆的连接头连接所述推拉窗的边框，通过所述推杆在缸体中伸缩带动所述推拉窗移动，所述推杆的长度与推拉窗的有效行程配合，使执行单元能够控制推拉窗的完全开启和完全关闭。

与目前智能窗系统中常用的齿条导轨机构相比，电动驱动杆装置不仅价格低，而且安装和控制简单，拆装维修方便。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述风传感器和雨水传感器与所述控制单元的连接线路上设置电气隔离装置，传感器接入室内后先经过电气隔离装置再接入控制单元，采取电气隔离方式避免雷击风险。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述控制单元具备防爆和电气隔离功能，所述控制单元还包括通讯端口，所述通讯端口连接至主控中心，当同一监控空间内具有多个需要控制的窗体时，所述控制单元连接所述多个需要控制的窗体的执行单元，同时控制同一监控空间内的所有窗体的状态保持或开启、关闭动作。

如上所述的一种环境应变智能窗系统，所述控制单元同时预置有用来与各传感器信号进行比对的预设条件以及针对各预设条件设定的响应优先级。响应优先级的设置有效避免了控制单元因为同时接收到不同的传感器信号而作出不一致的响应的问题，响应优先级的设定原则可结合生产安全、物料安全和一般防护的需要进行设定。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种环境应变智能窗系统，引入环境信息采集单元、控制单元和执行单元，不仅能够实现针对不同环境条件要求自动调整监控空间内的窗体开闭及开度，还能实时监测室内有毒、有害和易燃易爆及腐蚀性气体，以及灰尘浓度、异常噪音，并且感应风、雨、阴、晴天气，掌握光照、风力、降雨情况，为安全防护和环境调整做好应对措施。

本发明的一种环境应变智能窗系统，利用防盗感应器监测窗外是否有人或其他生物，以及监测是否有闯入行为，及时关窗或报警，避免对监控空间内存放的原料或产品或其它物品造成影响。

本发明的一种环境应变智能窗系统，控制单元具备的存储和通信功能，有助于汇总分析监控空间内的环境状况，结合主控中心统一处理数据，可提前做出预测，同时避免监测误差，可适时介入干预，进一步节省成本，便于管理。

本发明的一种环境应变智能窗系统，针对被监控空间的实际环境需要而规划监控目标，特别适合(但不限于)生产型企业的工厂厂房或库房，以满足对空间内环境和周边环境的自动化智能监控和调整，所有传感器的选择都基于了安全生产或原料、物料的实际需要，而且可以通过控制单元的预设响应优先级来保证响应精度及准确性，具有非常高的实用价值和推广价值。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

在附图中：

图1为本实施例1的一种环境应变智能窗系统主体结构图。

图2为窗体外侧组件安装示意图。

图3为环境应变智能窗系统的控制原理图。

图4为实施例1中的各传感器信号优先级设置示意图。

图5为实施例2中的环境应变智能窗系统的控制原理图。

图6为实施例2中的各传感器信号优先级设置示意图。

图中各附图标记所代表的组件为：

推拉窗1，固定窗2，滑轨3，光传感器4，风传感器5，雨水传感器6，气体传感器7，粉尘传感器8，温度传感器9，声音传感器10，控制单元11，电动驱动杆装置12，红外探测器13，压力传感器14，通讯端口15。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

参见图1-3，本实施例以工厂厂房或库房为例，提供一种环境应变智能窗系统具体应用。

参见图1，图1为本实施例1的一种环境应变智能窗系统主体结构，包括窗体，窗体包括一扇推拉窗1、一扇固定窗2和用于推拉窗1移动的滑轨3，推拉窗1在滑轨3上移动，实现窗体的开启和闭合以及开度调整。

结合图2和图3，本实施例的环境应变智能窗系统包括环境信息采集单元，环境信息采集单元进一步包括基础环境信息采集模块和异常信号采集模块，基础环境信息采集模块包括采集基础环境信息的光传感器4、风传感器5和雨水传感器6，还包括气体传感器7、粉尘传感器8、温度传感器9和声音传感器10，异常信号采集模块包括防盗传感器。

环境信息采集单元通过上述各传感器采集基础环境信息和异常信号，作为用来控制窗体开合调整的依据。

在本实施例中，通过控制单元11接收环境信息采集单元传递的信号，并通过执行单元对窗体的开合作出调整。

执行单元可以安装在窗体的上边缘和/或下边缘，本实施例中为了驱动平稳，在窗体的上边缘和下边缘均安装有执行单元，所述执行单元与推拉窗1的边框连接，执行单元具有控制推拉窗1在滑轨3上往复运动的功能，只需通过控制单元11控制执行单元，即可实现推拉窗1的开启和关闭。

本实施例中所述执行单元选择电动驱动杆装置12，电动驱动杆装置12包括推杆、缸体和动力组件，将电动驱动杆装置12的缸体和动力组件固定装配在窗体的边缘墙壁上，推杆的连接头连接推拉窗1的边框，推杆在缸体中伸缩带动推拉窗1移动。电动驱动杆装置12技术比较成熟，市面上的产品规格型号丰富，与目前智能窗系统中常用的齿条导轨机构相比，不仅价格低，而且安装和控制简单，拆装维修方便。推杆的有效行程与推拉窗1的有效行程配合，使执行单元能够控制推拉窗1的完全开启和完全关闭，即推杆全部收回时，带动推拉窗1完全开启，推杆全部伸出时，带动推拉窗1完全关闭。

下面对环境信息采集单元2所包括的各传感器及预设响应条件作详细介绍：

光传感器4是基于光敏元件的传感器，在本实施例中主要用来检测环境光，用来区分日夜、阴晴和光强，可采用市面成熟的太阳光传感器，其设置在窗户内侧或外侧皆可，但必须是能够被日光照射到的位置，例如光传感器4采集光强信号，并将光强信号转化为电信号传递给控制单元11，控制单元11根据对光强的预设条件来作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体打开或关闭的指令，并控制执行单元执行相应的操作。

风传感器5和雨水传感器6可检测风雨天气，以提供风雨来临自动关窗防护功能，在本实施例中，风传感器5为三叶风标式监测传感器，可监测风力大小，雨水传感器6为表面式检测，能够检测感应器表面湿度，保证风雨天气及时关闭推拉窗1。风传感器5和雨水传感器6安装在厂房或库房外部，优选为开阔的顶部，能直接暴露在风雨中以提供准确的信号，风传感器5和雨水传感器6与控制单元11的连接线路上设置电气隔离装置，采取电气隔离装置可有效避免雷击风险。控制单元11根据对风力或雨水的预设条件(风力阈值、降水量阈值)来作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体打开或关闭的指令，并控制执行单元执行相应的操作。

本实施例中的气体传感器7、粉尘传感器8、温度传感器9、声音传感器10设置在厂房或库房室内不受干扰、空气流通处，优选的，对这些传感器进行防爆处理，使其检测数据更准确，也能够避免产生电火花导致爆炸。

气体传感器7可以将气体的成份、浓度信息转换成可以被控制单元识别的电信号，可检测的气体类型视工厂生产类型以及周边环境而定，因此，气体传感器7可以为将数种气体检测功能集成为一体的传感器，也可以是针对不同检测对象而设置的多个不同类型的传感器，一般而言，易燃或有毒气体如氢气、甲烷、co等是需要密切监控的对象，如果厂房或库房内存放的物料因为易腐蚀、易酸化等对工厂其他一些气体排放物例如so2、h2s比较敏感，或者在一些情况下，一些化工原料或产品自身就可能产生异常的有毒或腐蚀性气体的排放，从而对人体或设备造成损害，因此，也要对该类腐蚀性气体进行检测，优选的，本实施例的气体传感器既能检测易燃气体和有毒气体，也能检测酸性等腐蚀性气体，当监控的气体浓度过高时，气体传感器7将检测信号直接传给控制单元11，控制单元11除了直接控制执行单元进行窗体的打开(排放源在被监控的厂房或库房内)或关闭(排放源在被监测的厂房或库房外)外，还可将信息发送至主控中心，及时采取应对措施。

工矿或化工企业常存放有甲烷和其他易燃物品，作为较佳的实施方式，本实施例中针对易燃气体进行检测的气体传感器包括隔爆兼本安型甲烷传感器，甲烷爆炸极限的实验值为5％～15％，遇火极易发生爆炸，选用了隔爆兼本安型甲烷传感器，能够检测空气中的甲烷浓度，及时预警并通过对窗体的操作来阻隔或稀释气体，避免发生爆炸火灾事故。

为了能够根据气体排放源确定对窗体的操作指令，控制单元11可预置有根据气体类型而确定的判断程序，当气体类型被程序标记为来自被监控空间外的气源时，气体浓度超过规定阈值，控制单元11控制执行单元关闭窗体，当气体类型被程序标记为来自被监控空间内的气源时，气体浓度超过规定阈值，控制单元11控制执行单元开启窗体。

为了防止控制单元11对气体的气源来路判断错误，也为了应对一些气体无法预判气源来路(既有可能来自被监控空间外，也有可能来自被监控空间外)，可在预置根据气体类型而确定的判断程序的基础上，增加一个延时判断程序，在执行单元对窗体作出响应动作并延时一段时间(几十秒到若干分钟)后如果气体浓度仍然超过阈值，则控制单元11控制执行单元对窗体作出与前次相反的响应和/或向主控中心发送报警信号，及时预警。

粉尘传感器8用于检测室内灰尘颗粒状况，及时关闭推拉窗1避免外界灰尘落到原料或产品上，本实施例选用常见的pm2.5传感器，pm2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质例如，重金属、微生物等，且在大气中的停留时间长，除了对原料或产品有影响外，对工作人员的身体也造成伤害，在室内设置pm2.5传感器显得十分必要。

温度传感器9用来检测室内温度并将室内温度转换成电信号传输至控制单元11，控制单元11可根据预设条件参数直接作出响应，控制执行单元对窗体进行相应的操作，优选的，通过设置在室外的温度传感器(图中未示出)为控制单元11提供比对信号。当然，也可以由控制单元11直接将信息上传至主控中心，主控中心分析汇总多间厂房或库房的温度情况后，统一调度，逐个厂房或库房决定开窗程度。

声音传感器10一方面用来监测外界传入的声能(噪音)，这是因为同一个工厂内通常有很多作业车间，有的车间在生产时会产生强大的噪音，从而对相对安静的厂房或库房内的工作人员产生影响，也会对一些敏感设备造成伤害，需要及时屏蔽这种噪音，同时声音传感器10也可以用来监测因厂房或库房内的异常变化产生的声能，例如产品、原料的异常流动，气体或流体的泄露等(此时声音传感器10需要靠近异常源设置)，采用声敏元件捕捉一定频率范围的噪声，例如50khz以上的噪声，声音传感器10监测到的噪音信号传导到控制单元11后，由控制单元11根据预设条件来作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体关闭的指令，和/或将信号传递到主控中心，便于主控中心及时发现和处理不期望的异常。

异常信号采集模块的防盗传感器通过检测异常闯入信号来工作，在本实施例中，至少包括红外探测器13，在此基础上，可以进一步包括压力传感器14。其设置有两种方案，第一种方案所述红外探测器13安装在窗体外侧顶部，所述压力传感器14埋设在窗体外侧的地面上，第二种方案所述红外探测器13安装在窗体内侧顶部，所述压力传感器14埋设在窗体内侧的地面上(图1中示例了第二种方案)，红外探测器13的热电元件检测人体或其他生物的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电信号传送至控制单元11，压力传感器14能检测地面压力信号转换成电信号传送至控制单元11，在第一种方案中，红外探测器13和压力传感器14配合使用，感应窗外是否有人或其他生物活动，长时间逗留则控制单元11控制执行单元关闭对应推拉窗1，在第二种方案的判断则简单而准确，由于红外探测器13安装在窗体内侧顶部，红外探测器13检测到生物体移动信号即直接可由执行单元执行关闭推拉窗1的动作，以对闯入行为进行震慑或者中止闯入行为，压力传感器14检测到地面压力信号则预示红外探测器13的检测信号无误，此时，控制单元11同时向主控中心预警。

环境信息采集单元各传感器与控制单元11电连接，将检测到的多路传感器信号发送至控制单元11作初步处理及存储，控制单元11将接收到的信号与内置的预设条件信息比对，作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体打开或关闭的指令，并控制执行单元执行相应的操作，控制单元11可把汇总信息全部或部分发送至主控中心，同一个厂房或库房如果有多个需要控制的窗体，可连接同一个控制单元11，也即控制单元11具备同时控制同一厂房或库房内的所有窗体开启和关闭的功能。

在需要监控的每间厂房或库房内均设置控制单元11，控制单元11选用具有通讯端口15的工控机，通讯端口15连接至工厂的主控中心，所述工控机具有数据存储及传输功能，并具有可编程功能，可预置比对程序作为对各传感器信号的响应依据，每个控制单元11都能与主控中心进行数据交互。

为了避免控制单元11因为同时接收到不同的传感器信号而作出不一致的响应，优选对可编程的工控机设定响应优先级，响应优先级的设定原则可结合生产安全、物料安全和一般防护的需要进行设定，一般是生产安全＞物料安全＞一般防护，作为举例而非限制，在本实施例中响应优先级的设定原则可根据气体传感器7信号＞红外探测器13信号和压力传感器14信号＞粉尘传感器8信号、温度传感器9信号和声音传感器10信号＞光传感器4信号、风传感器5信号和雨水传感器6信号四个先后级别来控制(参见图4)，当然，每一级所包括的各传感器信号也可根据实际需要进一步设定优先级。

本实施例的环境应变智能窗系统工作时，各传感器将检测信号发送给控制单元11，控制单元11先对数据预处理，再与主控中心通信。一般情况下，可直接由控制单元11根据检测信号控制执行单元对窗体进行保持或开关操作，主控中心根据控制单元11的请求以及人工判断的需要可随时对控制单元11的指令作出人工干预(例如对优先级作出干预)，如检测到紧急或危险情况，主控中心发出命令，控制单元11接收后，控制执行单元开启或关闭窗体，不仅能够根据基础环境条件变化实现自动开关窗，还能实时监测有毒、有害和易燃易爆气体以及异常闯入等情况，做到提前预警和紧急预警，控制单元11具备的编程、存储和通信功能有助于汇总分析厂房或库房的环境状况，再利用主控中心统一处理数据，既能避免传感器的检测误差，也可提前做出预测和/或适时介入干预，进一步提高监控和响应精度，节省成本，便于管理。

实施例2

参见图5、图6，本实施例在实施例1环境应变智能窗系统的基础上，在基础环境信息采集模块增加了一个湿度传感器，该湿度传感器同样设置在厂房或库房室内不受干扰、空气流通处(位置不再具体示出)。

与雨水传感器6主要检测天气不同，设置在厂房或库房内的湿度传感器主要检测室内湿度，其灵敏度要高于雨水传感器6，对于一些易潮解需要保持干燥环境的生产物料或产品而言，根据湿度预警来采取光照、通风等措施或者隔绝外部湿空气的进入是必要的。

同样的，控制单元11根据对湿度的预设条件来作出是否需要保持窗体现有状态或者将窗体打开或关闭的指令，并控制执行单元执行相应的操作，湿度传感器的信号一般较为稳定和准确。

湿度传感器信号作为物料安全信号，当将其接入控制单元11后，其被响应的优先级次序示例如图6所示。

本实施例其他设置以及整个工作过程均可与实施例1相同，在此不再重复介绍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，例如，虽然本发明的具体实施方式是以库房或厂房为例进行的说明，但当将同样的应变系统和控制手段应用到其他监控空间时，也同样在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。