一种具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机的制作方法

[技术领域]

本实用新型涉及智能家居技术和工程领域，具体地说是一种具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机。

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背景技术：
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链式电动开窗机是近十多年来建筑领域的新宠，主要用于高窗开启和自动消防排烟开启。但普通链式电动开窗机只是通过直流电压的方向变化执行开窗和关窗的动作，至于开了多少距离，关了多少距离，有没有开到位，有没有关到位，链式电动开窗机是否正常工作？等一系列问题由于链式电动开窗机自身无法输出反馈信息，因此监控系统无法得知也无法做出准确的判断进而进行下一步的控制。

在智能家居领域由于链式电动开窗机无法输出状态信息，因此通过app远程控制链式电动开窗机也无法真正了解窗户的状态，是开着还是关着，是坏了还是正常工作，正常工作的话开启的距离或者角度是多大？目前的做法是通过在窗户上安装窗磁来获取窗户的状态，而窗磁只能被动的告诉使用者窗户是开着的还是关着的，其自身并无开关窗的功能也无法告诉使用者开了多大，使得智能家居的智能化自动化功能大打折扣。

由于传统的链式电动开窗机无法了解自己的状态及位置，因此外部也无法控制传统的链式电动开窗机准确无误地运动到预先设定的位置。因而，若能让链式电动开窗机了解自己的状态和位置并对外输出各种有关它的信息并可接收通讯协议的控制命令信息进行相应的运行，对于解决组网监控链式电动开窗机和让智能家居领域的链式电动开窗机更加智能更加人性化更加实用，有着非凡的意义。

链式电动开窗机由于采用的是碳刷马达作为驱动马达，而每个碳刷马达的转速都是不一样的，但相同型号的链式开窗机内部减速比是一样的，所以相同型号的链式开窗机会出现工作时速度不一样导致行程长短不一样。尤其在受力不均时更为明显，这对于比较大型的窗户安装一台以上链式开窗机是比较危险不安全的。会导致窗户关闭不严，甚至从高空坠楼等严重后果。

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技术实现要素：
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本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机，解决了链式电动开窗机无法向外部输出开窗机信息的问题，使得链式电动开窗机更加智能更加人性化更加实用。

本实用新型的另一个重要意义就是能解决同一扇窗户上不同链式开窗机之间的同步协同运作问题，会从根本上解决链式开窗机转速不同，行程不同步的问题大大的增加了电动窗的安全性和确保了电动窗的密封性。

为实现上述目的设计一种具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机，包括微型直流电机1、齿轮减速机构2、链条31、铝合金外壳4、控制线路板5、四芯电线6，所述齿轮减速机构2带磁信号输出，所述微型直流电机1的输出端连接齿轮减速机构2，所述齿轮减速机构2的输出端连接链条31，所述链条31与齿轮减速机构2的输出轮啮合传动，所述链条31安装在链条导轨32内，所述链条31在齿轮减速机构2输出轮的带动下做推出或拉回的直线运动，所述齿轮减速机构2一侧或上方处安装有具备闭环反馈控制和通讯功能的控制线路板5，所述微型直流电机1、齿轮减速机构2、链条31、控制线路板5组装后装入铝合金外壳4中，所述控制线路板5用于对外输出信息和接收外部指令，所述微型直流电机1转动使齿轮减速机构2向控制线路板5输出磁信号，所述控制线路板5对收到的磁信号分析处理后调整微型直流电机1的转速，所述四芯电线6一端连接控制线路板5，所述四芯电线6另一端连接至铝合金外壳4外部。

进一步地，所述四芯电线6与铝合金外壳4外部的开窗机控制器10连接，所述开窗机控制器10提供开窗机电源并提供通讯线接口，所述控制线路板5接收由开窗机控制器10发送的各种控制信息以进行开关窗户动作，同时向开窗机控制器10输出各种所需的信息。

进一步地，所述开窗机控制器10为带wifi功能的控制器，所述开窗机控制器10通过wifi信号连接手机app终端11。

进一步地，所述齿轮减速机构2中安装有分12极径向充磁的磁环8，所述磁环8用于输出n和s极交替变化的磁信号，所述控制线路板5中设有霍尔元件9，所述霍尔元件9用于接收磁信号，并与控制线路板5上的单片机相连。

进一步地，所述磁环8充磁方式为径向充磁，所述霍尔元件9采用高灵敏度的单极霍尔，所述控制线路板5的单片机采用pic16f1938芯片。

进一步地，所述四芯电线6为白、棕、黄、绿四色，其中，白色和棕色线为电源线，电源线采用直流电供电，并根据电压方向变化进行开窗或关窗动作，黄色和绿色线为传输信息的通讯线，其通讯协议采用rs-485协议。

进一步地，所述控制线路板5向外输出的信息包括位置信息、当前行程信息、当前运行方向、运行速度、当前电流、可开启最大行程信息，并通过通讯线传输交互的信息，所述控制线路板接收指令(rs485协议类型的指令)包括开窗指令、关窗指令、停机指令、运动到具体位置停止的指令。

进一步地，所述四芯电线6另一端与金属外壳4外部的开窗机控制器10连接，所述控制线路板5接收由开窗机控制器10发送的各种控制信息(rs485协议类型的信息)以进行开关窗户动作，同时向开窗机控制器10输出各种所需的信息。

进一步地，所述四芯电线6中的两根黄绿通讯线可以和其它链式开窗机的黄绿通讯线同色相连，由于通讯协议采用rs485形式，因此可以定义其中一台为主机，其它台为从机。主机每100ms向其它从机发送当前即时的转速和行程信息，从机使用各自控制线路板5上芯片内置的控制算法，调节电机转速，从而达到与主机电机转速一致，行程相同的目的，从而达到同步的功能。

进一步地，所述开窗机控制器10为带wifi功能的控制器，所述开窗机控制器10通过wifi信号连接手机app终端11。

进一步地，所述四芯电线6与组网用本地控制单元12连接，所述组网用本地控制单元12用于提供电源和通讯线接入，所述组网用本地控制单元12设置有多个，每个组网用本地控制单元12上连接有最多四个窗户的链式电动开窗机7，所述组网用本地控制单元12之间通过通讯协议组成一个网络，所述组网用本地控制单元12上连接有本地开关14，所述组网用本地控制单元12通讯连接组网总控单元13。

进一步地，所述四芯电线6连接至控制箱16，所述控制箱16上连接有并联布置的多路开窗机，每路均串联有多个链式电动开窗机7，所述链式电动开窗机7上连接有本地控制模块15、遥控器17，所述本地控制模块15与遥控器17配对使用。

进一步地，所述齿轮减速机构2由依次啮合连接的输入齿轮、传动齿轮和输出齿轮构成，所述输入齿轮与微型直流电机1的输出端啮合连接，所述输出齿轮与链条31啮合连接，所述链条导轨32设置在输出齿轮另一侧，所述输入齿轮、传动齿轮、输出齿轮均固定在铝合金外壳4内，所述铝合金外壳4采用铝合金压铸而成。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型能够让使用app终端的使用者获得窗户和链式开窗机各种真实的状态信息，从而根据实际需要准确判断并发出正确的操作指令，且在大型商业楼宇中，可组网控制链式电动开窗机，在总控单元可以清晰准确地看到每一台链式电动开窗机真实的状态信息，从而正确地操控每一台链式开窗机；

(2)本实用新型是一种将传统的链式电动开窗机升级为具备运行速度可调、地址可寻、各种状态信息可反馈、可通过协议通讯来控制运行，并可通过app终端远程监视控制或组网监视控制实现群控分控的智能化链式电动开窗机；

(3)本实用新型实现链式电动开窗机可以了解自身的状态和位置并反馈各种网络远程监控和组网监控所需要的信息，同时可接收通讯协议的控制命令信息进行相应的运行，为实现通过app远程监控链式电动开窗机和组网监控链式电动开窗机提供了最为基础的底层核心技术；

(4)本实用新型通过在传统链式电动开窗机原有的功能基础上增加了调速、同步和通讯功能，解决了传统链式电动开窗机无法向外部输出开窗机的位置信息(本机的地址)、当前行程信息、当前电流信息、当前运行方向、当前运行速度、可开启最大行程等等一系列信息的问题，实现了将普通传统链式电动开窗机升级为具备地址可寻、各种状态信息可反馈、可通过app终端远程监视控制或组网监视实现群控分控的智能化链式电动开窗机；

(5)本实用新型将传统链式开窗机只能通过直流电方向变化来进行开窗和关窗的转换，升级为除可根据直流电方向变化转换开关窗外，还可以根据外部的通讯协议信息指令进行相应的开关窗及运动到指定位置的功能，值得推广应用。

(6)本实用新型能够让同一扇窗户上的多台链式开窗器以相同的转速相同的行程协同运作，确保了窗户开关过程中的安全性和关闭后的密闭性。

[附图说明]

图1a是本实用新型的总体结构示意图一(重型链式电动开窗机)；

图1b是图1a中ⅰ处的局部放大图；

图2a是本实用新型的总体结构示意图二(轻型链式电动开窗机)；

图2b是图2a中ⅱ处的局部放大图；

图3是本实用新型中磁环和霍尔元件相互关系示意图；

图4是本实用新型中开窗机控制器及手机app终端关系示意图；

图5是本实用新型组网控制示意图；

图6是本实用新型用于大型项目消防排烟结合本地控制的示意图；

图7是本实用新型同步运用方式；

图中：1、微型直流电机2、齿轮减速机构31、链条32、链条导轨4、铝合金外壳5、控制线路板6、四芯电线7、链式电动开窗机8、磁环9、霍尔元件10、开窗机控制器11、手机app终端12、组网用本地控制单元13、组网总控单元14、本地开关15、本地控制模块16、控制箱17、遥控器。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

如附图所示，本实用新型包括微型直流电机1、带磁信号输出功能的齿轮减速机构2、链条31、铝合金外壳4、具闭环反馈控制和具备通讯功能的控制线路板5、四芯电线6，微型直流电机1的输出端连接齿轮减速机构2，齿轮减速机构2的输出端连接链条31，链条31与齿轮减速机构2的输出轮啮合传动，链条31安装在链条导轨32内，链条31在齿轮减速机构2输出轮的带动下做推出或拉回的直线运动，齿轮减速机构2一侧或上方处安装有控制线路板5，微型直流电机1、齿轮减速机构2、链条31、控制线路板5组装后装入铝合金外壳4中，控制线路板5用于对外输出信息和接收外部指令，微型直流电机1转动使齿轮减速机构2向控制线路板5输出磁信号，控制线路板5对收到的磁信号分析处理后调整微型直流电机1的转速，四芯电线6一端连接控制线路板5，四芯电线6另一端连接至铝合金外壳4外部。

其中，四芯电线6与铝合金外壳4外部的开窗机控制器10连接，开窗机控制器10提供开窗机电源并提供通讯线接口，控制线路板5接收由开窗机控制器10发送的各种控制信息以进行开关窗户动作，同时向开窗机控制器10输出各种所需的信息，开窗机控制器10为带wifi功能的控制器，开窗机控制器10通过wifi信号连接手机app终端11；齿轮减速机构2中安装有分12极径向充磁的磁环8，磁环8用于输出n和s极交替变化的磁信号，控制线路板5中设有霍尔元件9，霍尔元件9用于接收磁信号，并与控制线路板5上的单片机相连，磁环8充磁方式为径向充磁，霍尔元件9采用高灵敏度的单极霍尔，控制线路板5的单片机采用pic16f1938芯片；齿轮减速机构2由依次啮合连接的输入齿轮、传动齿轮和输出齿轮构成，输入齿轮与微型直流电机1的输出端啮合连接，输出齿轮与链条31啮合连接，链条导轨32设置在输出齿轮另一侧，输入齿轮、传动齿轮、输出齿轮均固定在铝合金外壳4内，铝合金外壳4采用铝合金压铸而成。

如附图5所示，四芯电线6与组网用本地控制单元12连接，组网用本地控制单元12用于提供电源和通讯线接入，组网用本地控制单元12设置有多个，每个组网用本地控制单元12上连接有最多四个链式电动开窗机7，组网用本地控制单元12之间通过通讯协议组成一个网络，组网用本地控制单元12上连接有本地开关14，组网用本地控制单元12通讯连接组网总控单元13。如附图6所示，四芯电线6连接至控制箱16，控制箱16上连接有并联布置的多路开窗机，每路均串联有多个链式电动开窗机7，链式电动开窗机7上连接有本地控制模块15、遥控器17，本地控制模块15与遥控器17配对使用。

本实用新型中，微型直流电机与齿轮减速机构和链条及链条导轨相连，控制线路板安装在齿轮减速机构一侧或上方或附近，所有的这些部件组合完毕后均装入铝合金外壳之中，四芯电线由控制线路板向机壳外部连接出；微型直流电机转动使齿轮减速机构向控制线路板输出磁信号，控制线路板比较收到的磁信号和期望值之间的偏差，运用控制线路板上单片机调节变量，并将调节变量输回至受控对象微型直流电机以调整微型直流电机的转速，从而达到让链式开窗机按着预先设定的方式精准平稳地运行，控制线路板也对收到的磁信号做即时的分析处理，获得了链式电动开窗机的位置信息(本机的地址)、当前行程信息、当前电流信息、当前运行方向、当前运行速度、可开启最大行程等一系列信息，并可对外反馈。

本实用新型由于其内部齿轮减速机构带磁信号输出，控制线路板中单片机可根据接收到的磁信号计算出调节变量从而控制调节微型直流电机的转速达到需要的运转速度和状态。该链式电动开窗机用安装支架固定于窗户上后通过四芯电线与外部的控制单元连接，接收由控制单元发送的各种控制信息进行开关窗户的动作同时可具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机也向控制单元输出各种所需的信息。

本实用新型中，四芯电线6为白、棕、黄、绿四色，其中，白色和棕色线为电源线，电源线采用直流电供电，并根据电压方向变化进行开窗或关窗动作，黄色和绿色线为传输信息的通讯线，其通讯协议采用rs-485协议。可向外输出的信息包括：位置信息(本机的地址)、当前行程信息、当前运行方向(开窗/关窗)、运行速度、当前电流、可开启最大行程信息等等；可接收并实施的指令包括：开窗指令、关窗指令、停机指令、运动到具体位置停止的指令等。同时具备调速、同步和通讯功能的链式电动开窗机也可通过黄色和绿色两根通讯线接收来自外部控制单元的采用rs-485协议形式的开窗/关窗/停止/运行至指定位置等命令，运行相应的动作。

本实用新型具备其它一切普通链式电动开窗机所具备的基本功能和性能，如正向直流电开窗、反向直流电关窗、0v停止、过载保护、柔性关闭(在临近窗户完全关闭前一段距离减速减力)、关窗遇阻反转等。即本实用新型在普通链式电动开窗器的功能上增加了可向相关控制单元或者智能楼宇控制系统输出诸如位置信息(本机的地址)、当前行程、当前运行方向(开窗/关窗)、运行速度、当前电流、可开启最大行程等信息的功能和可以接收各种采用rs-485协议形式的开窗、关窗、停机、运动到具体位置等等命令信息并相应实施的功能。该链式电动开窗机具备了对外输出信息和接收外部信息指令并实施的功能，能够让app终端的使用者获得窗户和链式开窗机各种真实的状态信息，从而准确判断并发出正确的操作指令；在大型商业楼宇中，可组网控制链式电动开窗机，在总控单元可以清晰准确地看到每一台链式电动开窗机真实的状态信息，从而按实际需要正确地操控每一台链式开窗机。

该链式电动开窗机可对外交互位置信息(本机的地址)、当前行程信息、当前运行方向(开窗/关窗)、运行速度、当前电流、可开启最大行程信息等等信息，交互的信息通过两根通讯线传输，通讯协议采用rs-485协议；其内部带输出磁信号功能的齿轮减速机构中装了一个分12极径向充磁的永磁铁圆环，用于输出n和s极交替变化的磁信号，控制线路板中的霍尔元件接收磁信号，由线路板上的单片机进行计算处理，单片机分析处理收集到的信号，再向受控对象微型直流电机输出一个控制变量以调整微型直流电机的转速，从而达到让链式开窗机按着预先设定的方式精准平稳地运行，同时减速机构输出的磁信号也被即时分析处理，因此单片机也得到了链式开窗机的所有的信息并向外部输出。

本实用新型中，微型直流电机为动力部件，带动齿轮减速机构转动，齿轮减速机构再带动链条运动，微型直流电机带动齿轮减速机构转动，减速机构中的磁环对控制线路板中的霍尔元件输出n/s相间的磁信号，线路板中的单片机分析处理收到的磁信号，比较收到的磁信号和期望值之间的差异，再输回到受控单元(微型直流电机)，控制调整微型直流电机的转速，让开窗机按预先设定的方式精准平稳地运行。该链式电动开窗机按功率大小分为重型链式电动开窗机和轻型链式电动开窗机两种，主要区别在于体积、电机、齿轮减速机构的结构和材质、外壳、线路板的布局大小。重型的体积较大、电机功率较大、齿轮减速机构采用夹板型减速机构、齿轮主要为金属机加工而成、外壳为铝挤型，轻型的体积小巧、电机功率较小、齿轮减速机构中的齿轮直接固定在外壳上，外壳采用铝合金压铸而成。

本实用新型中，减速机构中的磁环、线路板中的霍尔元件和单片机是本实用新型的核心。磁环充磁方式为径向充磁，充磁极数越多对微型直流电机的控制精度越高。霍尔元件采用高灵敏度的单极霍尔，单片机采用美国microchip公司的pic16f1938，预置控制算法，算法的参数根据实际调校，计算结果产生的控制变量通过单片机产生的pwm模式输回给受控单元微型直流电机以调节转速达到理想的运行状态。单片机产生的pwm模式通过h桥驱动传输给微型直流电机，h桥驱动采用2个n通道的mosfet和2个p通道mosfet构成，pwm模式通过n通道的mosfet作用在微型直流电机上；mosfet采用美国英飞凌公司的irf7343或者irf7341和irf7342的组合；对外部输出通讯采用封装为so-8的485芯片，通讯协议采用rs-485

协议。

本实用新型与带wifi功能的开窗机控制器和手机app终端配合使用，本实用新型装在窗户上与带wifi功能的开窗机控制器相连，带wifi功能的开窗机控制器装在家庭内墙上，控制器提供开窗机电源并提供通讯线接口让本实用新型的黄绿两根通讯线接入。手机下载app，并通过相关设置和操作让控制器中wifi模块连上家庭的无线网络与后台服务器相连，这样本实用新型所输出的信息就能通过网路传输到手机上的app终端中，并可根据手机app中反映的本实用新型真实的状态通过手机app终端进行正确有效的控制。

本实用新型组网控制使用说明，在一些使用开窗机数量较多的场合，尤其是高档办公楼或者酒店等建筑，往往需要较为灵活和人性化的控制方式。如果链式电动开窗机实现了通讯功能，那么则能更好的体现控制方式的灵活和人性化，并且更加智能。如附图5所示，组网用本地控制单元提供本实用新型所需的电源和通讯线接入，本实用新型与组网用本地控制单元交互各种信息。同时组网用本地控制单元自身具备组网功能，组网用控制单元之间可以通过各种通讯协议组成一个网络，最后经由组网总控单元接入楼宇智能化控制系统或不接入单独成为一个系统，总控跟单元可以是一个带显示屏的控制器或者直接是台电脑。总控单元可以显示每一个本实用新型的状态信息，然后操作者可以根据实际状态和需要进行正确必要的开关窗户操作。

本实用新型在一些诸如需要楼层总控(消防联动，火警时自动开启窗户排烟)同时日常需要个性化窗户控制的楼宇中，可以更为灵活便捷的运用。如附图6所示，本实用新型通过本地控制模块可连接本地开关，本地控制模块具备遥控接收功能，同时可与遥控器对码配对，灵活分组。本实用新型和本地控制模块之间通过通讯协议进行通讯，本地控制模块将接收到的开关信号或遥控器命令转化成本实用新型可辨识的协议内容传输给本实用新型，本实用新型根据收到本地控制模块传输过来的协议内容进行相应的动作。通过本实用新型和本地控制模块的组合，大大节省了现场布线的材料费和人工费用，并且灵活分组实现日常对开窗机的个性化控制。

本实用新型对于大型的窗户需要使用多台同型号链式开窗机同步运行的运用，可有效确保不同的链式开窗机之间的转速和行程一致同步。多台链式开窗机黄绿通讯线同色相连，通讯协议采用rs485形式，设定一个主机，由主机每100ms向其它从机发送当前的转速和行程位置信息，从机收到后利用各自所述控制线路板5上芯片内置的控制算法调节电机的转速，从而达到与主机电机保持转速和行程同步一致。本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。