一种智能窗户控制系统

本实用新型涉及窗户控制技术领域，特别涉及一种智能窗户控制系统。

背景技术：

近年来，智能家居在我国成为一个热门话题，智能窗户当然也成为了其中必不可少的一部分，引发了不少研究。

但目前，无论是用于家庭住房的窗户，还是用于商场、医院等公共场所的窗户都是传统型的，即需要人为操作其开启与关闭。传统型窗户在现有技术中，存在着以下问题：特殊人群如年迈老人、小孩、残疾人够不到窗户或者不具有开窗能力。即便有一些家庭住房安装了智能窗户，但是仍旧缺少一种安全防护窗户系统。并且，在如此快的生活节奏中，经常传出在高层建筑中，由于没有及时关闭窗户而致使孩童发生坠楼事件。而现有的防护窗大多是通过在窗户上设置防护网或防护栏来达到防坠落的效果，这些方法不仅对室内的采光存在一定的影响，更为重要的是在火灾等紧急情况下，窗外的防护栏会大大降低人们生存或逃生的可能性，这些都或多或少影响人们的生活质量。

目前，大多数的防护窗户不具有防夹功能，现有的一些具有防夹功能的窗户也是需要在遇到很大的阻力之后才能够停止或下降，这会对用户，尤其是对年龄较小的儿童造成一定的伤害。小孩子天性好动，加上大人有时不在身边看护，小孩子被窗户夹伤或被夹身亡的事故时有发生，据统计，欧美一些国家每年都会出现数起儿童因窗户夹住而窒息的事故。现有防夹窗户的防夹功能检测技术有红外线传感器式、压力传感器式、霍尔传感器式。

红外线传感器式检测技术是利用红外光检测有无异物在窗户移动范围内，通过控制单元发出指令让驱动电机停转或反转带动窗户的停止或反转从而实现了防夹功能。

压力传感器式检测技术是将压力传感器置于窗户上边框内，当窗户上升过程中夹到物体时，压力传感器反馈触发信号，通过控制单元发出指令让驱动电机停转或反转带动窗户的停止或反转从而实现了防夹功能。

霍尔传感器式检测技术利用霍尔元件来监测窗户的运动位置，当运动中的窗户受到横向或正向压力时，它会给驱动电机带来大的负载，当霍尔元件感应的脉冲宽度达一定程度时，控制单元判定窗户在上升过程中遇到了阻力，并通过控制单元发出指令让驱动电机停转或反转带动窗户的停止或反转从而实现了防夹功能。

以上的防夹检测技术或研究存在以下弊端：压力传感器式检测技术的弊端在于成本高且容易误触发；霍尔传感器式检测技术对于检测硬度大的物体效果较好，对于检测硬度小的物体效果不理想。由于目前世界范围内广泛采用的基于霍尔传感器的接触式防夹已经不再适应飞速发展的社会需求，且本实用新型采用无霍尔传感器，大大降低了成本。

因此，设计一款智能安全防护窗户，实现自动关闭和打开窗户的功能，进行通风换气，并且具有安全防护且防夹的性能，给人们带来更加舒适的居家体验。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种智能窗户控制系统，通过开关按键能够实现窗户的自动开启与关闭，并且当检测儿童超过与窗户的安全距离时，窗户将自动关闭；若在窗户关闭过程中检测到有生命体的阻挡，微控制器控制电机驱动模块反转。本实用新型可以有效防止幼儿意外地从窗户坠落事故，避免悲剧的发生。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种智能窗户控制系统，包括玻璃框、窗框、滑槽、开关按键、微控制器、驱动电机、电源，以及两个第一测距传感器和第二测距传感器，其中：

所述玻璃框嵌设于所述窗框内；

所述滑槽竖向开设于所述窗框的左右两侧；

两个所述第一测距传感器分别安装于所述滑槽内；

所述玻璃框的下端设有直齿条，并与所述驱动电机的齿轮相啮合；

两个所述第一测距传感器安装在滑槽内，并与所述微控制器电性连接，用于当检测到有孩童临近窗户时生成第一感测信息并发送至所述微控制器；

两个所述第二测距传感器固定于所述玻璃框的边框上，并与所述微控制器电性连接，用于当检测到窗户在关闭过程中有生命体的阻挡时生成第二感测信息并发送至所述微控制器；

所述开关按键设置于所述窗框或玻璃框上，并与所述微控制器电性连接，用于使用者按压所述开关按键后发送开关信号至所述微控制器；

所述微控制器与所述第一测距传感器、第二测距传感器、开关按键、驱动电机和电源电性连接，用于：

接收所述第一测距传感器发送的第一感测信息并当第一感测信息小于第一预设安全距离值时发送第一控制指令给所述驱动电机带动窗户自动关闭；

接收所述第二测距传感器发送的第二感测信息并当第二感测信息小于第二预设安全距离值时发送第二控制指令给所述驱动电机控制其反转进而防止窗户夹到生命体；

接收所述开关按键发送的开关信息进而驱动所述驱动电机控制窗户自动打开或关闭；

所述驱动电机与所述微控制器电性连接，用于根据所述微控制器输出的第一控制指令、第二控制指令或开关信号自动关闭或打开窗户；

所述电源与所述第一测距传感器、第二测距传感器、微控制器和驱动电机电性连接，用于提供所述第一测距传感器、第二测距传感器、微控制器和驱动电机的工作电源。

进一步的，还包括电机安装槽、齿条固定端和齿轮，其中：

所述电机安装槽凹设于所述窗框下部上表面，用于将所述驱动电机安装在电机安装槽内；

所述齿条固定端位于所述直齿条两端，用于将所述直齿条固定在所述玻璃框下端；

所述齿轮安装于所述驱动电机输出轴上，并与所述直齿条相啮合。

优选的，所述滑槽长度约为0.8-1.0m。

优选的，两个所述第二测距传感器安装于距离所述玻璃框的底端5-10cm处。

优选的，所述第一测距传感器和第二测距传感器采用超声波测距传感器、激光测距传感器或红外线测距传感器。

优选的，所述微控制器采用stm8s单片机。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本实用新型采用红外线传感器来检测是否有孩童靠近窗户，当微控制器接收到安装于窗框内的第一测距传感器输出的第一感测信息，判断是否有儿童靠近窗户，通过收到的信号对驱动电机实行驱动，控制窗户的自动开关，并且在窗户关闭的过程中，安装于玻璃框内的第二测距传感器若检测到有生命体的阻挡，则窗户反转，提高使用安全性，本实用新型还具有操作简单、控制方便的特点，可有效防止孩童及宠物坠楼等安全事故的发生，且相较于目前智能窗户的控制方式、防夹装置以及电路设计，本实用新型还具有结构简单、易调节、操作便捷的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：

图1为本实用新型一种智能窗户控制系统的控制原理结构图；

图2为本实用新型一种智能窗户控制系统的窗户正视图；

图3为本实用新型一种智能窗户控制系统的窗户剖视图；

图4为本实用新型一种智能窗户控制系统的电机安装槽结构放大示意图；

图5为本实用新型一种智能窗户控制系统的红外线传感器电路示意图；

图6为本实用新型一种智能窗户控制系统的整体硬件电路总设计图；

图7为本实用新型一种智能窗户控制系统的控制器原理结构示意图。

【主要符号说明】

1-玻璃框；

2-窗框；

3-滑槽；

4-驱动电机；

5-第一测距传感器；

6-第二测距传感器；

7-电机安装槽；

8-直齿条；

9-齿条固定端；

10-齿轮。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1-7所示，本实用新型公开了一种智能窗户控制系统，包括玻璃框1、窗框2、滑槽3、开关按键(未图示)、微控制器(未图示)、驱动电机4、电源(未图示)，以及两个第一测距传感器5和第二测距传感器6，其中：

所述玻璃框1嵌设于所述窗框2内；

所述滑槽3竖向开设于所述窗框2的左右两侧；优选的，所述滑槽3长度约为0.8-1.0m。

两个所述第一测距传感器5分别安装于所述滑槽3内；

所述玻璃框1的下端设有直齿条8，并与所述驱动电机4的齿轮10相啮合；

两个所述第一测距传感器5安装在滑槽3内，并与所述微控制器电性连接，用于当检测到有孩童临近窗户时生成第一感测信息并发送至所述微控制器；本实施例中，所述第一测距传感器5可根据孩童大致身高调节安装高度。

两个所述第二测距传感器6固定于所述玻璃框1的边框上，并与所述微控制器电性连接，用于当检测到窗户在关闭过程中有生命体的阻挡时生成第二感测信息并发送至所述微控制器；优选的，两个所述第二测距传感器6安装于距离所述玻璃框1的底端5-10cm处。

所述开关按键设置于所述窗框2或玻璃框1上，并与所述微控制器电性连接，用于使用者按压所述开关按键后发送开关信号至所述微控制器；

所述微控制器与所述第一测距传感器5、第二测距传感器6、开关按键、驱动电机4和电源电性连接，用于：

接收所述第一测距传感器5发送的第一感测信息并当第一感测信息小于第一预设安全距离值时发送第一控制指令给所述驱动电机4带动窗户自动关闭；

接收所述第二测距传感器6发送的第二感测信息并当第二感测信息小于第二预设安全距离值时发送第二控制指令给所述驱动电机4控制其反转进而防止窗户夹到生命体；

接收所述开关按键发送的开关信息进而驱动所述驱动电机4控制窗户自动打开或关闭；

所述驱动电机4与所述微控制器电性连接，用于根据所述微控制器输出的第一控制指令、第二控制指令或开关信号自动关闭或打开窗户；

所述电源与所述第一测距传感器5、第二测距传感器6、微控制器和驱动电机4电性连接，用于提供所述第一测距传感器5、第二测距传感器6、微控制器和驱动电机4的工作电源。

进一步参考图4，所述窗户控制系统还包括电机安装槽7、齿条固定端9和齿轮10，所述电机安装槽7凹设于所述窗框2下部上表面，用于将所述驱动电机4安装在电机安装槽7内；所述齿条固定端9位于所述直齿条8两端，用于将所述直齿条8固定在所述玻璃框1下端；所述齿轮10安装于所述驱动电机4输出轴上，并与所述直齿条8相啮合。

优选的，所述第一测距传感器5和第二测距传感器6采用超声波测距传感器、激光测距传感器或红外线测距传感器。本实施例中，如图5所示，所述第一测距传感器5和第二测距传感器6均采用红外传感器，有三根引脚：电源、地、信号，红外线传感器连接上电源后，传感器信号输出模拟量，根据遮挡物距离输出模拟量不同，输出信号引脚连至单片机ad采集口，单片机将模拟量转为数字量。主要运用三角测量方法，将传感器连接至5v电源。

如图6所示，所述微控制器采用最小系统应用系统的st系列stm8s单片机。单片机最小系统包括了单片机正常工作所必须的复位电路、滤波电路、晶振电路、程序刷写接口、电源指示灯电路，stm8s是一种带2k字节时钟、复位和电源管理的中等密度程序和数据存储器，具有低功耗模式、外设的时钟可单独关闭电源管理。与传统的51单片机相比较，stm8s芯片价格便宜，功能较多。单片机最小应用系统中有4个主时钟源，具有灵活的时钟控制特点，带有时钟监控的时钟安全保障系统，低功耗上电和掉电压复位被永远打开，有中断管理、定时器、通信接口、i/o端口。单片机最小应用系统中工作电压为3.0-5.5v，供电电源采用5v电池作为供电，为单片机、指示灯、复位电路等用到供电3.3v电源，传感器、电机驱动、开关信号用到5v电源供电，dc/dc主要将5v转为3.3v，电源实现5v和3.3v。在降压电路过程中存在稳压元器件，稳压二极管以及电容等，同时电源共地处理。

上述电机驱动电路主要用于驱动窗户开关，单片机根据开关信号及传感器信号对驱动电机4进行驱动控制。单片机控制引脚i/o控制三极管，通过三极管控制驱动电机4实现驱动，驱动电机4驱动窗户实现控制。本实施例中，三极管选用s8050，单片机主要控制三极管的基极，控制三极管实现导通与截至作用。

如图7，开关电路主要作为指令信号指示当前控制窗户指令，主要由开关及上拉电路组成，当按下开关按键时单片机采集到电源信号，根据电源信号控制窗户的开关。

窗户控制电路主要对开关信号实现采集、红外线传感器采集，根据控制策略实现对电机驱动。主要分为单片机系统电路以及外围功能电路，系统电路主要分为滤波电路、晶振电路、复位电路、电源指示电路；外围功能电路主要包含dc/dc模块、开关电路、红外线采集电路、电机驱动电路、窗户状态指示灯电路。

整体系统模块主要由多个单独模块整合而成，工作流程主要为：进行各个子模块初始化时钟、i/o口、ad等，其次进行红外线传感器采集和开关输出电平信号采集；根据判断逻辑采集到的开关电平信号进行控制三极管，三极管控制驱动电机4，同时i/o输出信号电路led指示灯。

具体控制原理：

通过安装于所述滑槽3内的第一测距传感器5检测孩童与窗体之间的距离生成第一感测信息，若第一感测信息小于第一预设安全距离值时，则判断为有危险，所述微控制器发送第一控制指令控制所述驱动电机4带动窗户自动关闭。其中，所述第一预设安全距离值为0.5m-0.8m。

通过安装于所述玻璃框1内的第二测距传感器6检测窗户在关闭过程中是否有生命体的阻碍生成第二感测信息，若第二感测信息小于第二预设安全距离值时，则判断为有阻挡，所述微控制器控制驱动电机4反转进而防止窗户夹到生命体。其中，所述第二预设安全距离值为10cm-20cm。

通过按压设置于所述窗框2或玻璃框1上的开关按键，驱动所述驱动电机4控制窗户自动打开或关闭。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。