一种基于单片机的室内环境智能调节装置
阅读说明：本技术 一种基于单片机的室内环境智能调节装置 (Indoor environment intelligent regulation device based on singlechip ) 是由 魏芸 郑秀梅 胡月 葛贝贝 李波 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于单片机的室内环境智能调节装置。装置包括室内环境监测模块、室外环境监测模块、控制单元、显示单元、窗扇运动机构以及动力模块。其中的控制单元可对室内外环境监测模块监测到的数据进行处理、分析及决策,并向显示屏发送显示传感器监测数据、向窗扇运动机构中的电机及室内空调发送指令和信号,控制活动窗扇的开闭和开度以及空调的启停和送风参数。所发明装置通过自然通风与机械通风的智能切换,能在稀释室内污染的同时改善室内热环境,且能耗小,解决了现有装置无法在能耗较低情况下兼顾室内热舒适与空气品质的难题；此外,所发明装置还具有多项人性化设计,能够保证用户的使用安全并提升用户的使用体验。(The invention discloses an indoor environment intelligent adjusting device based on a single chip microcomputer. The device comprises an indoor environment monitoring module, an outdoor environment monitoring module, a control unit, a display unit, a window sash movement mechanism and a power module. The control unit can process, analyze and make a decision on the data monitored by the indoor and outdoor environment monitoring modules, send and display sensor monitoring data to the display screen, send instructions and signals to the motor in the window sash movement mechanism and the indoor air conditioner, and control the opening and closing of the movable window sash and the starting, stopping and air supply parameters of the air conditioner. The device can improve the indoor thermal environment while diluting indoor pollution through intelligent switching of natural ventilation and mechanical ventilation, has low energy consumption, and solves the problem that the existing device cannot give consideration to indoor thermal comfort and air quality under the condition of low energy consumption; in addition, the device has multiple humanized designs, so that the use safety of the user can be ensured, and the use experience of the user can be improved.)
技术领域
本发明属于室内通风与空气调节领域，涉及一种基于单片机的室内环境智能调节装置。
背景技术
现代社会人们有80％以上的时间都在室内环境中度过。然而当前，室内环境的热舒适改善与空气品质提升难以平衡。自然通风模式对室内空气品质的提升效果好，但对室内热湿环境的改善效果差；机械通风模式只能改善室内热湿环境，需要配合空气净化装置使用才能同时提升室内空气品质，不仅能耗高，而且效果不佳；自然通风与机械通风模式的手动结合不仅费时费力，而且由于普通民众缺乏室内环境控制经验，很难获得同时满足热舒适性和空气品质的室内环境。因此急需开发一种室内环境智能调节装置，通过自动切换自然通风与机械通风模式，营造安全、舒适、健康的室内环境。
现有自然通风装置大多不能兼顾室内热舒适和空气品质。如CN207960292U公开了一种可调节风量的无动力气窗。该气窗可通过室外风压大小自动调节气窗的开度，从而控制室内新风量。然而，此发明仅从室外新风能够稀释室内污染物的角度提出了一种改善室内空气品质的通风装置，未考虑到室外空气的引入对室内热湿环境的影响；且由于该气窗没有任何动力装置，无法实现对窗户开度的准确控制。
为了准确控制窗户的开度，CN105201326B提供了一种智能检测夜间卧室窗户开度的方法。该发明是使用包含红外成像设备、红外图像处理设备及单片机等设备的平台对人体图像进行分析，判断人体是否存在汗水。在未检测到汗水时，平台将发送关窗动作指令控制窗户关闭；在检测到汗水时，平台发送开窗动作指令控制窗户开启，并根据接收到的实时风速信息控制窗户开度。该发明能够根据人体发汗情况通过开关窗户调节室内人员的热舒适，但是不能提升室内空气品质。
目前只有一些智能家居领域的室内环境控制系统或装置同时考虑了室内热舒适及空气品质。如CN104777749B公开了一种窗户控制方法、装置及系统。该发明通过将设备监测出的室内环境信息发送给移动终端并返回人员从终端输入的控制指令，从而实现对窗户的开闭控制。但由于此发明的开关窗动作都是基于用户从终端输入的指令，智能化程度有待提高。
为了提高智能化程度，CN109631241B发明了一种建筑室内舒适环境调节系统，通过接收空调、新风组件、照明组件、加湿及除湿器、暖气片及窗户等智能家具组件的感应数据，进行处理分析后向相应的组件发出控制指令，进而实现对室内环境的智能调节。该系统虽然能实现对家具环境的智能控制，但由于未在室外设计传感器，无法在综合分析室内外空气参数后向各家具组件发送指令，极易造成室外污染较为严重、室外空气过冷过热或暴雨天气下等的自动开窗动作，需要浪费大量能耗去解决由此引入的室外污染、冷热负荷及湿负荷等；且该设计中各家具组件均需具有无线通信功能才能通过无线通信接收处理中心的控制指令。具备此功能的家具不仅价格昂贵，且要持续通电才能正常接收及发送信号，能耗大且存在一定的安全隐患。
综上所述，目前的室内环境自动开关窗系统无法兼顾室内空气污染的稀释和室内热舒适的调节；基于智能家居的室内环境调节系统未考虑室外空气参数对室内环境的影响，且能耗大，存在安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于单片机的室内环境智能调节装置，解决现有技术中装置无法在能耗较低情况下兼顾室内热舒适与空气品质的难题。
本发明的技术方案如下：
一种基于单片机的室内环境智能调节装置，包括室内环境监测模块、室外环境监测模块、控制单元、显示单元、窗扇运动机构以及动力模块。其中，控制单元、显示单元、窗扇运动机构以及动力模块集成于智能调节装置控制盒体内部，盒体放置在窗框内侧；所述室内环境监测模块用于监测室内空气参数并将数据实时发送给控制单元；所述室外环境监测模块用于监测室外空气参数及室外天气状况，同时将数据实时发送给控制单元；所述控制单元用于接收室内外环境监测模块中各传感器的实时监测数据，进行处理分析后向窗扇运动机构和室内空调系统发送相应指令和信号，并将室内外环境监测模块监测到的数据实时发送给显示单元；所述显示单元用于接收控制单元发送的数据，并在显示屏上显示当前室内外空气参数值及室外天气信息；所述窗扇运动机构用于接收控制单元发出的开关窗动作指令，并带动活动窗扇运动到指定开度或关闭；所述动力模块用于为单片机及电机供电。
进一步地，所述基于单片机的室内环境智能调节装置可应用于内开类型或外开类型的平开窗；
进一步地，所述室内环境监测模块包括但不仅限于温湿度传感器、CO2浓度传感器、O3浓度传感器、TVOC浓度传感器、PM2.5传感器、微生物传感器；
进一步地，所述室外环境监测模块包括但不仅限于温湿度传感器、O3浓度传感器、PM2.5传感器、雨滴传感器；
进一步地，所述控制单元包含单片机、红外发射管及红外接收管，单片机用于接收信号、处理数据及发出指令和信号，红外发射管用于接收单片机发出的空调启停指令及送风温度设定值，并将其转换为红外信号向空调发出，红外接收管用于实时接收空调的启停状态及送风参数实时数据，并将其返回至单片机；
进一步地，所述控制单元内的单片机内置程序对室外天气状况、室内温湿度和室内多种空气污染的处理优先级有默认排序，用户也可按照自身需求通过显示单元中的显示屏和按键自行调整优先级；
进一步地，所述控制单元内的单片机内置程序对不同室内外环境下窗户的开度有默认设置，能控制窗扇运动到指定开度，并为用户提供了有限种不同的开度，用户可依据自身需求通过显示单元中的显示屏和按键进行更改；
进一步地，所述显示单元包含显示屏、显示屏背面连接模块和按键，显示屏能够通过显示屏背面连接模块实时显示室内及室外环境监测模块监测出的空气参数，并在用户有按键操作时显示相应的界面；
进一步地，所述窗扇运动机构包括电机及转动轴、卡槽、推拉杆等器件，卡槽固定在活动窗扇的窗框上，推拉杆一端通过螺丝与电机转动轴轴承固定，另一端头部下方连接滚珠，滚珠卡在卡槽内，可来回滚动。电机的正转、反转和停止转动会通过推拉杆同步带动窗扇实现自动开启或闭合动作；
进一步地，所述窗扇运动机构内的电机在停止转动后人力无法扭动，因此能保证电机停止运动后窗扇处于关紧或稳定开启状态；
进一步地，所述窗扇运动机构内的推拉杆可通过旋开螺丝快速与电机分离。在出现意外断电、紧急情况或其他特殊情况时，室内人员可手动开关窗；
进一步地，动力模块包括变压电源，可将输入的220V电压分别转换为控制单元所需电压以及窗扇运动机构中电机所需电压，并通过不同的端口输出；
进一步地，室内空调应具有红外功能，以接收及发射红外信号。
本发明提供了一种基于单片机的室内环境智能调节装置，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可基于室内外环境参数，通过单片机控制活动窗扇的开闭及开度、空调的启停及送风参数，实现自然通风与机械通风模式的智能切换，在稀释室内污染的同时改善室内热环境，且能耗小，解决了现有装置无法在能耗较低情况下兼顾室内热舒适与空气品质的难题；
2.所发明装置具有多项人性化设计，能够保证用户的使用安全并提升用户的使用体验。这些设计包括：装置内含变压电源将220V输入电压转化为安全电压，可以保证用户的使用安全；窗扇运动机构内的电机在停止转动后人力无法扭动，能提高窗户的防盗功能；用户在不使用装置时能将电机与推拉杆分离，手动进行开关窗调节，以应对意外断电等突发情况；用户能够对室外天气状况、室内温湿度和室内多种空气污染的处理优先级以及窗户开度进行自定义设置，以满足不同用户的个性化需求。
本发明装置可通过单片机实现自然通风与机械通风模式的智能切换，从而同时保证室内环境的热舒适与空气品质，营造安全、舒适、健康的室内环境。
附图说明
图1是一种基于单片机的室内环境智能调节装置外部示意图：(a)外开类型平开窗关闭状态的立体图；(b)外开类型平开窗关闭状态的俯视图；(c)外开类型平开窗窗扇开启至某角度的立体图；(d)外开类型平开窗窗扇开启至某角度的俯视图；
图2是所述装置控制盒体的内部结构图；
图3是将所述装置应用于外开类型平开窗的整体示意图；
图中：1、控制盒体；2、室内环境监测模块；3、室外环境监测模块；4、显示屏；5、显示屏按键；6、电源连接孔；7、卡槽；8、推拉杆；9、电机转动轴轴承；10、控制单元；11、单片机；12、红外发射管；13、红外接收管；14、显示屏背面连接模块；15、电机；16、电机固定底座；17、转动轴；18、转动轴固定块；19、动力模块；20、控制单元与显示屏背面连接模块之间的穿线管；21、显示屏背面连接模块与电机之间的穿线管；22、电机与供电模块之间的穿线管；23、外开类型平开窗窗户；24、外开类型平开窗窗框。
具体实施方式
以下将结合附图和技术方案，详细说明本发明提供的一种基于单片机的室内环境智能调节装置。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是所述基于单片机的室内环境智能调节装置的外部示意图，包括控制盒体1、室内环境监测模块2、室外环境监测模块3、显示屏4、显示屏按键5、电源连接孔6、卡槽7、推拉杆8以及电机转动轴轴承9；
图2是所述装置控制盒体1的内部结构图，包括控制单元10、显示屏背面连接模块14、电机15、电机固定底座16、转动轴17、转动轴固定模块18、动力模块19、控制单元与显示屏背面连接模块之间的穿线管20、显示屏背面连接模块与电机之间的穿线管21以及电机与供电模块之间的穿线管22；
其中，控制单元10中包括单片机11、红外发射管12以及红外接收管13。
所述基于单片机的室内环境智能调节装置在外开类型平开窗上应用的具体操作步骤如下：
步骤1，将控制盒体1固定在窗框内侧；卡槽7固定于活动窗扇的窗框上，内开类型平开窗卡槽在活动窗扇外侧固定，外开类型平开窗卡槽在活动窗扇内侧固定；将推拉杆8一端连接的滚珠放入卡槽7，保证其能在卡槽内部正常滚动，另一端与电机转动轴轴承9通过螺丝固定，安装后的整体示意图如图3所示；
步骤2，将室内环境监测模块2放置于室内合适位置、保证传感器周围空气流通，以监测出室内空气环境中的温湿度、CO2、O3、TVOC气体浓度、PM2.5颗粒物浓度以及微生物含量等；
步骤3，将室外环境监测模块3放置在室外合适位置，保证传感器周围空气流通，以监测出室外空气中的温湿度、O3浓度、PM2.5颗粒物浓度等，且室外传感器上方无遮挡，以监测到室外是否下雨及雨量信息；
步骤4，将所述装置通过控制盒体1侧面的电源连接孔6与220V交流电接通，为整个装置供电；
步骤5，待显示屏4初始化完成开始显示数据后，即可正常使用本装置。
工作原理：
(1)当控制单元10内的单片机11通过室内环境监测模块2、室外环境监测模块3的监测数据判断出当前室内需要开窗通风时，单片机11向窗扇运动机构中的电机15发送电机正转指令及转动角度信号，电机接收到指令后动作，正转到指定角度后停止运动，窗户开启到指定角度；
(2)当控制单元10内的单片机11通过室内环境监测模块2、室外环境监测模块3的监测数据判断出当前室内需要关窗时，单片机11向窗扇运动机构中的电机15发送电机反转指令及转动角度信号，电机接收到指令后动作，反转到指定角度后停止运动，窗户关闭到指定角度；
(3)当控制单元10内的单片机11通过室内环境监测模块2、室外环境监测模块3的监测数据判断出当前室内环境需要使用空调系统进行调节时，红外发射管12向室内空调系统发出开启指令及送风参数设定值信号，室内空调系统接收到开启指令后自动开启并通过送风参数设定值信号进行送风风速、送风温度等参数的调节，红外接收管13接收空调系统的送风参数实时数据，以确定送风参数达到设定值；
(4)当控制单元10内的单片机11通过室内环境监测模块2、室外环境监测模块3的监测数据判断出当前室内空调系统需要改变送风参数以调节室内环境时，红外发射管12向室内空调系统发出送风参数调整指令，空调系统接收到红外指令后自动调整送风参数，红外接收管13接收空调系统的送风参数实时数据，以确定送风参数达到设定值；
(5)当控制单元10内的单片机11通过室内环境监测模块2、室外环境监测模块3的监测数据判断出当前室内环境需要关闭空调系统时，红外发射管12向室内空调系统发出关闭指令，空调接收到红外指令后自动关闭，红外接收管13接收空调系统的状态信息，以确定空调系统正常关闭；
(6)所述装置长时间不使用时，应关闭电源，以保护电机及内部电路。
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