基于uC/OS-III的智能门窗控制系统及智能门窗

基于uc/os-iii的智能门窗控制系统及智能门窗
技术领域
1.本实用新型涉及智能家居领域技术领域，具体涉及一种基于uc/os-iii的智能门窗控制系统及智能门窗。


背景技术：

2.随着传感器技术、自动控制技术、电机技术的发展，智能门窗已经出现。在先技术中，大多智能门窗的控制功能少，且大多采用半自动控制模式，要么通过红外遥控驱动电机简单地控制门窗的开合，要么根据获取外部传感器采集的环境信息，并基于该环境信息通过终端设备手动远程控制门窗的开合，自动化程度低，无法根据周围外部环境的变化自动地进行开合，在实际应用中具有很大的局限性。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种基于uc/os-iii的智能门窗控制系统及智能门窗，能够随时了解室内环境情况，并根据环境自动控制门窗开合，同时能够区分各种环境情况的重要程度，重要程度高的任务优先级高，能够抢占低优先级任务的执行权。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.第一方面，本实用新型提供了一种基于uc/os-iii的智能门窗控制系统，包括传感器数据采集模块、stm32主控模块及驱动模块，所述传感器数据采集模块与所述stm32主控模块连接，并用于实时检测环境信息；所述stm32主控模块中嵌入有uc/os-iii实时操作系统，所述uc/os-iii实时操作系统对任务划分优先级并对所有任务进行扫描，所述stm32主控模块优先响应所述uc/os-iii实时操作系统就绪列表中的高优先级任务，并根据任务的要求向所述驱动模块发出控制指令以有顺序地执行；其中，所述任务包括对应不同的所述环境信息相应设置的任务；所述驱动模块与所述stm32主控模块连接，并被配置为根据所述控制指令驱动门窗开合。
6.进一步地，所述传感器数据采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器和灰尘传感器中的至少一种，所述任务对应设置有温湿度控制任务、烟雾控制任务和灰尘控制任务中的至少一种。
7.进一步地，所述智能门窗控制系统还包括红外遥控模块，所述红外遥控模块用于将智能控制模式切换为人工控制模式，所述任务还包括红外遥控任务，所述红外遥控任务被配置为获取开关窗指示信息，并基于所述指示信息通过所述红外遥控模块自动控制门窗开合；其中，所述智能控制模式为所述控制系统根据环境信息自动控制门窗开合，所述人工控制模式为不考虑环境因素变化，人为对门窗进行定时或不定时开合控制。
8.进一步地，所述智能门窗控制系统还包括速度传感器，所述任务还包括速度采集任务，所述速度采集任务设置为中断服务管理任务并被配置为通过所述速度传感器采集门窗的转动速度。
9.进一步地，所述任务还包括开始任务，所述开始任务负责对所述中断服务管理的
函数使能，并创建所述温湿度控制任务、烟雾控制任务、灰尘控制任务及红外遥控任务，所述开始任务执行一次后自行删除。
10.进一步地，所述温湿度控制任务被配置为：检测室内温湿度情况，并根据室内温湿度控制门窗开合，当所述温湿度传感器输出的温度数值大于设定上限或输出的湿度数值小于设定下限时，所述驱动模块驱动开窗；当输出温度数值小于设定下限或者输出湿度数值大于设定上限时，所述驱动模块驱动关窗；
11.所述烟雾控制任务被配置为：检测火灾及煤气泄漏情况，并根据检测结果自动控制门窗开合，当烟雾传感器检测室内烟雾含量大于设定上限时，判断为存在火灾或煤气泄漏隐患，所述驱动模块驱动开窗；
12.所述灰尘控制任务被配置为：检测室内灰尘含量，并根据室内灰尘含量自动控制门窗开合，当灰尘传感器检测室内灰尘含量大于设定上限时，驱动模块驱动开窗。
13.进一步地，所述智能门窗控制系统还包括报警模块，所述报警模块与所述主控模块连接，并被配置为在烟雾含量大于设定上限时发出报警声。
14.进一步地，所述智能门窗控制系统还包括与所述主控模块连接的行程开关模块，所述行程开关模块被配置为：检测门窗开关状态，当门窗完全打开或者关闭后向所述stm32主控模块反馈信息，所述stm32主控模块通过所述驱动模块控制门窗停止运动。
15.进一步地，所述智能门窗控制系统还包括显示模块，所述显示模块被配置为实时显示环境信息。
16.第二方面，本实用新型提供了一种智能门窗，包括门窗及与所述门窗适配连接的如上所述的智能门窗控制系统。
17.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.本实用新型的智能门窗控制系统包括传感器数据采集模块、stm32主控模块及驱动模块，通过传感器数据采集模块采集环境信息，并将环境信息反馈至stm32主控模块，uc/os-iii实时操作系统根据不同任务的优先级，在当前待执行的任务中执行优先级最高的任务，然后通过stm32主控模块控制驱动模块工作，驱动门窗开合。本实用新型能够随时了解室内环境情况，并根据环境自动控制门窗开合，同时能够区分各种环境情况的重要程度，重要程度高的任务优先级高，能够抢占低优先级任务的执行权。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
20.图1为本实用新型实施例的架构示意图；
21.图2为本实用新型实施例可剥夺型调度的步骤图；
22.图3为本实用新型实施例烟雾控制任务设计流程图；
23.图4为本实用新型实施例红外遥控任务设计流程图；
24.图5为本实用新型实施例灰尘控制任务设计流程图；
25.图6为本实用新型实施例温湿度控制任务设计流程图；
26.图7为本实用新型实施例关窗的设计流程图；
27.图8为本实用新型实施例关窗的设计流程图。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
29.实施例
30.第一方面，如图1所示，本实用新型提供了一种基于uc/os-iii的智能门窗控制系统，包括传感器数据采集模块、stm32主控模块及驱动模块。例如，还可包括电源模块，电源模块可以为可充电电源，也可以直接连接外部电源，本实用新型不限于此。
31.所述传感器数据采集模块与所述stm32主控模块连接，并用于实时检测环境信息。例如，环境信息可以包括温湿度、灰尘浓度、烟雾浓度等。
32.所述stm32主控模块中嵌入有uc/os-iii实时操作系统，所述uc/os-iii实时操作系统对任务划分优先级并对所有任务进行扫描，所述stm32主控模块优先响应所述uc/os-iii实时操作系统就绪列表中的高优先级任务，并根据任务的要求向所述驱动模块发出控制指令以有顺序地执行；其中，所述任务包括对应不同的所述环境信息相应设置的任务。例如，stm32主控模块可以为stm32f103型单片机。这里，uc/os-iii实时操作系统是一个可扩展的、可固化的、抢占式的实时内核，支持多任务调度，总是运行就绪任务表中优先级最高的任务，当任务优先级不同时，系统采用可剥夺型调度进行cpu使用权的分配。
33.例如，如图2所示，可剥夺型调度过程可用以下11个步骤进行总结：
34.1)低优先级任务task1处于运行状态，此时中断事件发生；
35.2)如果中断已被使能，task1停止运行，进入中断状态，isr(中断服务程序)获得cpu的使用权；
36.3)isr处理相关的程序；
37.4)isr处理完毕，释放cpu控制权；
38.5)uc/os-iii获得cpu的控制权；
39.6)uc/os-iii在就绪列表中发现存在比task1优先级高的任务task2，因此task1仍然不被执行，task2获得cpu的控制权；
40.7)task2处于运行状态，处理相应的操作；
41.8)task2操作处理完毕，释放cpu的控制权；
42.9)uc/os-iii获得cpu的控制权；
43.10)uc/os-iii在就绪列表中未发现比task1优先级高的任务，task1获得cpu的控制权；
44.11)task1从被打断处继续执行程序。
45.所述驱动模块与所述stm32主控模块连接，并被配置为根据所述控制指令驱动门窗开合。例如，驱动模块可以是通过转动驱动(例如无刷直流电机)，也可以是直线驱动(例如气缸、液压缸等)，门窗的开合可以是转动开合，也可以是移动开合，本实用新型不限于此。
46.工作时，本实用新型的工作过程如下：
47.1)在所有环境指标(温湿度、烟雾含量、灰尘含量)均没有发生异常以及红外遥控键没有按下时，控制系统按照就绪任务优先级大小对任务中所涉及的环境指标和用户指示
信号进行检测；
48.2)当控制系统检测低优先级任务中环境指标发生异常时，此时若没有高优先级任务处于就绪状态，控制系统按照低优先级任务的开关窗指令控制门窗开合；
49.3)当控制系统正在执行低优先级任务的开关窗指令时，高优先级任务处于就绪状态，那么低优先级任务将会被停止，高优先级任务进入运行状态，待高优先级任务处理完成后，若此时没有优先级比低优先级任务高的就绪任务，低优先级任务将从被打断处重新执行；
50.4)当门窗完全打开或者关闭后，控制系统接收行程开关模块反馈的门窗位置状态，并发出控制指令使电机停转，门窗停止运动。
51.本实用新型的智能门窗控制系统包括传感器数据采集模块、stm32主控模块及驱动模块，通过传感器数据采集模块采集环境信息，并将环境信息反馈至stm32主控模块，uc/os-iii实时操作系统根据不同任务的优先级，在当前待执行的任务中执行优先级最高的任务，然后通过stm32主控模块控制驱动模块工作，驱动门窗开合。本实用新型能够随时了解室内环境情况，并根据环境自动控制门窗开合，同时能够区分各种环境情况的重要程度，重要程度高的任务优先级高，能够抢占低优先级任务的执行权。
52.在另外的实施例中，所述传感器数据采集模块包括温湿度传感器、烟雾传感器和灰尘传感器中的至少一种，所述任务对应设置有温湿度控制任务、烟雾控制任务和灰尘控制任务中的至少一种。
53.在另外的实施例中，如图4所示，所述智能门窗控制系统还包括红外遥控模块，所述红外遥控模块用于将智能控制模式切换为人工控制模式，所述任务还包括红外遥控任务，所述红外遥控任务被配置为获取开关窗指示信息，并基于所述指示信息通过所述红外遥控模块自动控制门窗开合；其中，所述智能控制模式为所述控制系统根据环境信息自动控制门窗开合，所述人工控制模式为不考虑环境因素变化，人为对门窗进行定时或不定时开合控制。例如，指示信息的获取可通过按键、触摸屏等进行输入。例如，当用户想要打开门窗或关闭门窗时，通过红外遥控模块遥控电机(即驱动模块)进行正转或反转，此外，遥控器可对门窗进行定时操作，退出人工控制模式只需要按下退出键即可。
54.通过设置红外遥控模块，能够根据用户的个人需求，对门窗的开合及开合程度进行调节，更加灵活。
55.在另外的实施例中，所述智能门窗控制系统还包括速度传感器，所述任务还包括速度采集任务，所述速度采集任务设置为中断服务管理任务并被配置为通过所述速度传感器采集门窗的转动速度。例如，速度传感器可以为霍尔传感器，以驱动模块为无刷直流电机为例，霍尔传感器检测无刷直流电机的转子位置信息和转速信息，并将信息传给stm32主控模块，stm32主控模块提供无刷直流电机电机控制所需的pwm脉冲信号和转向信号，根据霍尔传感器输出的霍尔信号计算电机实际转速，将其与设定转速进行比较，得到无刷直流电机的pwm脉冲信号，使控制系统可以按照特定的速度对门窗进行开合。例如，执行开窗的步骤如图7所示，执行关窗的步骤如图8所示。
56.在另外的实施例中，所述任务还包括开始任务，所述开始任务负责对所述中断服务管理的函数使能，并创建所述温湿度控制任务、烟雾控制任务、灰尘控制任务及红外遥控任务，所述开始任务执行一次后自行删除。例如，转速采集任务为系统最高优先级任务，其
次按优先级降低顺序分别是开始任务、烟雾控制任务、红外遥控任务、灰尘控制任务、温湿度控制任务，当烟雾控制任务、红外遥控任务、灰尘控制任务、温湿度控制任务中仅有一个任务发生时，控制系统执行该任务对应的开关窗指令；当多个任务同时发生时，操作系统按任务优先级大小采用可剥夺型调度对任务进行响应。例如，在门窗没有完全打开或者关闭时，通过转速pid控制得到输出pwm脉冲宽度，利用stm32主控模块中的定时器pwm输出功能控制电机转速，并设置stm32主控模块中控制电机转向的端口输出高低电平使电机正转或反转，直到行程开关发出位置信息示意门窗已经完全打开或者关闭为止。
57.在另外的实施例中，如图6所示，所述温湿度控制任务被配置为：检测室内温湿度情况，并根据室内温湿度控制门窗开合，当所述温湿度传感器输出的温度数值大于设定上限或输出的湿度数值小于设定下限时，所述驱动模块驱动开窗；当输出温度数值小于设定下限或者输出湿度数值大于设定上限时，所述驱动模块驱动关窗。例如，当下雨或者室内温度比较低时，温湿度传感器将温湿度情况传送给stm32主控模块(例如stm32单片机)，单片机根据情况进行判断，发送控制指令给电机(驱动模块)，电机反转关窗。当室内干燥或者温度比较高时，单片机命令电机正转开窗；当温湿度在人体适宜情况时，电机停转。
58.如图3所示，所述烟雾控制任务被配置为：检测火灾及煤气泄漏情况，并根据检测结果自动控制门窗开合，当烟雾传感器检测室内烟雾含量大于设定上限时，判断为存在火灾或煤气泄漏隐患，所述驱动模块驱动开窗。
59.如图5所示，所述灰尘控制任务被配置为：检测室内灰尘含量，并根据室内灰尘含量自动控制门窗开合，当灰尘传感器检测室内灰尘含量大于设定上限时，驱动模块驱动开窗。
60.在另外的实施例中，所述智能门窗控制系统还包括报警模块，所述报警模块与所述主控模块连接，并被配置为在烟雾含量大于设定上限时发出报警声。
61.通过设置报警模块，能够在发生险情时及时报警，提升安全性。
62.在另外的实施例中，所述智能门窗控制系统还包括与所述主控模块连接的行程开关模块，所述行程开关模块被配置为：检测门窗开关状态，当门窗完全打开或者关闭后向所述stm32主控模块反馈信息，所述stm32主控模块通过所述驱动模块控制门窗停止运动。例如，当关窗行程开关输出低电平时，判断为门窗已经完全关闭，驱动模块停止驱动，门窗运动停止；当开窗行程开关输出低电平时，判断为门窗已经完全打开，驱动模块停止驱动，门窗运动停止。
63.在另外的实施例中，所述智能门窗控制系统还包括显示模块，所述显示模块被配置为实时显示环境信息。例如，显示模块可以为触摸屏等。
64.通过设置显示模块，便于用户实时观察到室内的环境信息。
65.第二方面，本实用新型提供了一种智能门窗，包括门窗及与所述门窗适配连接的如上所述的智能门窗控制系统。
66.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。