基于万物互联技术控制的阳台电动围栏系统设计

黄安川 李啟聪 周亮

（广东好太太科技集团股份有限公司 广东省广州市 511400）

1 引言

阳台及窗户是隔开家庭与外部环境的隔离带，但同时又是守护家庭安全的关卡，他们的安全就是家庭的安全，而传统家庭阳台的防盗功能主要通过在阳台上固定的封闭状防盗网来实现，该防盗网的材料或为焊接的不锈钢管或为小直径不锈钢绳（俗称隐形防盗网），且固定安装于阳台上，为固定式安装，这样的防盗网虽然能起到一定的防盗功能却非常影响阳台美观，如若置身笼中，影响居家心情，这样的防盗网也阻碍异常状况下安全逃生。

传统家庭阳台为了美观不选择安装防盗网，又会面临两种可能：

（1）仅通过门磁感应器触发安全警报到后台，而后台处理具备的延时特点，不能很好的阻止入室盗窃；

（2）不能阻止儿童独自在家，诱发坠楼的安全隐患。

2 阳台电动围栏系统整体设计

2.1 整体运行的逻辑

本设计的阳台电动围栏系统由监测模块、网关（连路由器）、云平台、动力系统、传动系统及围栏组件组成。运动逻辑设计如下：

（1）通过监测模块（无线连）触发信号发至网关，再由网关进入云平台进行信号运算和处理，并将处理后的指令发至电动围栏动力系统的控制模块，进而实现围栏在动力系统的牵引下，在传动系统内展开和收拢。

（2）通过遥控器或监测模块（有线连）发送指令给动力系统的控制模块，进而实现围栏在动力系统的牵引下，在传动系统内展开和收拢。

（3）通过智能音箱发送指令进入云平台进行信号运算和处理，并将处理后的指令发至电动围栏动力系统的控制模块，进而实现围栏在动力系统的牵引下，在传动系统内展开和收拢。

（4）通过APP手机端发送指令云平台进行信号运算和处理，并将处理后的指令发至电动围栏动力系统的控制模块，进而实现围栏在动力系统的牵引下，在传动系统内展开和收拢。

上述四种逻辑运动都将同步上传信息经由云平台到达手机端APP实现实时状态更新，该系统设计方案如图1所述。

图1：阳台电动围栏系统整体设计图

2.2 整体运行的参数

围栏类型：适应U形、L形、一字形阳台

工作电压：～220V

围栏宽度：≤1.7米

运行噪音：≤65db

控制方式：遥控+Wi-Fi远程

2.3 整体系统的构成

2.3.1 监测模块

监测模块主要是用于感知阳台上的环境，触发阳台安防场景。该模块选用摄像头、红外人体传感器、湿度传感器及风量传感器为主要监测设备，它可以通过Zigbee协议模式和网关进行通讯，也可以直接通过线源连接。

2.3.2 网关

网关（连路由器）主要是实现不同协议的用户端的设备与云平台的连接，传递来源于用户端的信息给到云平台，或者将云平台信息指令执行到用户端，该网关（连路由器）主要是通过用户自行选择和购买，具备极强的通配性.该网关（局域网）则需要专门开发，在家庭范围内直接控制Zigbee通讯的设备端。

2.3.3 云平台

云平台是大数据处理器，可依据所设定的逻辑对来自用户端的基础数据进行运算和处理，完成各类数据运算处理，最终完成场景设置并完成对用户端设备进行远程控制，目前云平台主要是飞燕云平台（阿里IOT）。

2.3.4 动力系统

动力系统主要是接受云平台发送的指令，使内置的电机模块正转或反转，为围栏组件提供牵引力，实现围栏自动展开和收拢。该系统位于上/下部轨道端边的中间位置，它包括控制模块、电机模块和行程模块

动力系统设计要点：

（1）为保证围栏的自锁、运行速度及精度，电机首选步进电机，其技术参数如表1。

表1

（2）电机的运行速度为加速和减速变速设计，加/减速度为75mm/s，设定到达两端部的速度为0mm/s，使围栏在展开和收拢时对阳台端部的冲击为0。

（3）电机正常运行速度≥100mm/s。

（4）为保证围栏行程精度，确保围栏准确地停在正确位置，在阳台端部设置有行程模块，该模块首选常闭式机械行程开关，交流供电状态下，额定工作电流为16A，额定电压为125/250V ；直流状态下，额定电流为10A，额定电压为30V。

（5）动力系统须进行防水防尘设计，防水等级IP23以上。

2.3.5 传动系统

传动系统是动力系统和围栏组件重要连接系统，包括固定在阳台上/下部轨道、传动轮、同步带、同步滑块以及移动滑块组成。

传动系统设计要点：

（1）传动系统可依据用户阳台实际情况设置为单向运行和相向运行双开，为保证遇围栏障碍物后仍有足够牵引力，同步带外型首选梯形齿，其材料为聚氨脂+钢丝绳，具体参数如表2。

表2

（2）阳台上/下轨道须保持对称分布，且要注意保证传动轮的同心度，最终实现围栏组件能在轨道内同步顺畅运行。

2.3.6 围栏组件

围栏模块是电动围栏实现防盗功能的主要接触面，不仅能起到是阻止人或猫狗等大体积的活物通过，还能挡风和遮雨，该模块是由若干主轴、加强铰链及布组成，其两端分别和阳台上下轨道内的同步滑块及移动滑块连接。

围栏组件设计要点：

（1）主轴为实心不锈钢材料，其直径≥8mm。

（2）主轴之间的距离介于80～100mm之间。

（3）加强铰链设置有定位片，确保铰链沿同一方向进行折叠。

（4）第一主轴连接在传动系统的同步滑块上，会随着同步滑块移动而运动。

3 电动围栏系统的场景模式

本文的全新技术方案带给用户更好的生活体验，可安装于家庭的各个角落包括阳台及窗户，该方案是通过各类传感技术及物联技术，将具备安防功能电动围栏作为家庭设备端，主动为家庭构建安防系统，安防内容包括攀爬坠楼、非法入侵、非法逃逸、火灾逃生、强风摧毁、暴雨袭击，以下介绍几种场景模式。

3.1 离家/回家模式

当启动离家模式，家里所有照明自动关闭，原本处于开放的电动围栏自动闭合，形成防御屏障，围栏状态主动在手机APP或短信通知。当通过开锁进入室内主动进入回家模式，家里部分照明自动打开，原本处于闭合的电动围栏自动打开，让阳台场景进入观景舒适状态，围栏状态主动在手机APP或短信通知。

3.2 主动防御模式

室内所装摄像头捕捉到有陌生人在室内出现，自动报警到云平台，原本处于开放的电动围栏自动闭合，形成防御屏障，阻止陌生人通过阳台或窗户越出室内，同时入室盗窃报警及围栏状态主动在手机APP或短信通知。

3.3 儿童照顾模式

阳台上所装的人体及摄像头，捕捉到儿童独自去到阳台玩耍，自动上报云平台，原本处于开放的电动围栏自动闭合，形成防护屏障，同时儿童信息及围栏状态主动在手机APP或短信通知。

3.4 天气监控模式

云平台适时监控大数据中天气风量及雨量值（雨量和风量传感器检测到雨量和风量值），当超出设定值时，原本处于开放的电动围栏自动闭合，形成防风防雨屏障，同时报警信息及围栏状态主动在手机APP或以短信通知。

3.5 安全逃生模式

家庭内装的烟雾传感器检测室内火情，自动上报到云平台，原处于闭合的电动围栏将自动收拢，同时报警信息及围栏状态主动在手机APP或以短信通知。

4 结语

电动围栏的研究和运用改变了传统阳台的固定防盗网模式，在居家正常环境下，该电动围栏会自动收拢在阳台端部，保持了原有装修风格和一致性，使阳台具备很高的欣赏性；在异常状态下，该电动围栏会自动展开，有效的阻止了儿童坠楼和非法入侵，甚至能在强风和暴雨下，对阳台及家居形成隔离保护。本文从阳台美观和安全防护两个矛盾体中找到全新的解决方案，为现代阳台设计提供全新思路。