环境感应智能空调窗户结合系统

李小宁

摘 要：现有的空调系统工作时不考虑外部环境，使用时常出现长时间不关闭，未及时关窗导致冷气散失等现象，由此将造成一定程度的能源浪费。本作品可以通过分析室内外的温湿度、气流和空气质量等情况，智能控制空调的工作模式以及窗户的开闭。

关键词：空调系统；步进电机；自动控制模式；风力感应

中图分类号：TU831.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.123

1 整体设计

本作品主要由机械模块、控制模块2部分构成。各模块功能如下：①机械模块主要由电机、丝杠、滑块等组成，电动控制窗户的关闭及敞开程度；②控制模块主要由各类传感器、显示屏及主控芯片组成，采集室内外温湿度、气流、空气质量等信息，分析并输出控制信号。

本系统工作时，控制模块先通过传感器采集各类所需数据，通过一定的判断算法确定窗户的开闭和空调工作模式的设置，驱动机械模块实现窗户的运动，输出电信号控制空调的工作。为了适应个人习惯，窗户可以实现点动控制，也可以按动切换按钮使窗户与滑块脱开，进行自由推动。

2 结构设计

图1所示为机械结构。

2.1 机械模块

2.1.1 步进电机

步进电机有2种控制模式，即自动控制模式和手动控制模式。对于自动控制模式而言，当控制系统打开时，系统自动测试环境因素，步进电机与控制系统连接，受其控制，经感应模块测试室内外温度湿度风力等环境因素后经算法分析，得出窗户的闭合度，作出一定方向的转动；而对于手动控制模式而言，当控制系统关闭时，通过电动开关手动控制窗户的开关度。

2.1.2 丝杆

丝杆将步进电机与滑块连接，将步进电机的转动转化为窗户的横向移动，步进电机的转动方向决定滑块移动方向。

2.1.3 连接杆

滑块分别处于传动机构和窗户上，通过连接杆连接。一般状态下，连杆将滑块连接，步进电机控制窗户的开关度。当步进电机或其他设备损坏，不能正常使用使用时，为了能保证窗户的正常打开，可通过连杆上的按钮将两滑块分开。

2.1.4 点动开关

当不需要智能控制窗户开关时，可通过电动开关决定窗户的开关度，每点一次窗户，向相应的方向移动一定的距离。

2.2 室外感应模块

2.2.1 温湿度感应

室内与室外温度对比，设置一个温湿度比较范围。当室内外温湿度差超过范围时，根据智能判断决定空调开关情况。

2.2.2 风力感应

风力感应置于窗外。当有向窗内吹风时，将测试出风的大小，然后根据设置范围，在规定范围内的风力下决定开窗大小。

3 控制模块

如图2所示，采用MCS-51单片机为控制系统核心，接收温湿度风力感应模块采集的户外温度风力信号，室内温度信号和设定的空调温度信号，单片机根据内部时钟和中断处理，控制空调的开关和窗户的开关大小。同时，也可根据需要手动控制。

室外温度感应器测量室外温度，将温度信号传给控制器与室内温度对比，分析温度差。室外感应器测试室外湿度风力，综合分析后决定空调与窗户的开关，将信号传给步进电机，控制开窗大小。具体可分为以下几种情况：①当室外温度高时，关闭窗户，打开空调，空调降温，减少冷气流失；②当室外因天气等原因温度低于室内温度时，关闭空调，根据天气决定开窗情况，利用环境温度降温；③当室外温度低于室内温度，室内温湿度与设定温湿度在适当范围内时，关窗不开空调；④当室外温度低于室内温度且低于设定温度范围时，关窗关闭空调，进行室内保温；⑤当室内温度低于室外温度时，开窗关闭空调，利用环境温度升温。

4 设计优势

本设计具有以下优势：①智能控制空调的开关，缩短空调的使用时间，减少不必要的浪费；②空调与窗户相结合，最大限度地利用自然通风降温，保证空气质量；③使空调启动次数减少，延长了空调的使用寿命。

5 结束语

现有的空调温控模式是不考虑外界温度变化的，而窗户可以作为一个室内外温度沟通的媒介，同时能起到通风换气的租用，以弥补空调调节容易造成的空气湿度降低的问题。本系统在设计算法中也考虑了室内外湿度、气流和空气质量等因素的影响，并设计相关的子算法，实现对于空气加湿器、空气净化器及新风系统等其他电器的联动控制，体现了智能家居的设计思想。

参考文献

[1]宰文姣，汪华章.基于步进电动机的智能窗户控制系统设计[J].微特电机，2015，43（6）.

[2]贺道坤，段向军.用于环境检测的智能窗户装置研究[J].工业安全与环保，2014，40（10）.

[3]赵亭.基于GSM的智能空调控制系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23（7）.

〔编辑：刘晓芳〕