窗户遇风雨自动关闭系统

1.一种窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是包括感应部分、控制部分和电动窗，感应部分具有感应电路，感应电路由雨水传感器电路和风速传感器电路并联组成，雨水传感器电路包括雨水传感器YS、电阻R7和电阻R8，所述的雨水传感器YS采用红外对射管，红外对射管包括接收管LED和发射管NPN-PHPTO，电阻R7与接收管LED串联，电阻R8与发射管NPN-PHPTO串联；
风速传感器电路包括风速传感器FS、晶体三极管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6和放大器LM324，风速传感器FS由热敏电阻RT1、热敏电阻RT2、电阻R3、可调电阻R1和可调电阻R2组成，热敏电阻RT1与电阻R3以及可调电阻R1串联，热敏电阻RT2与可调电阻R2串联，热敏电阻RT1和热敏电阻RT2的一端相连后与晶体三极管相连；可调电阻R1和可调电阻R2的一端共同接地；风速传感器FS具有a、b、c和d共4个端子，a端和ｂ端为加热铂金丝,ｃ端和ｄ端为热电偶；风速传感器FS的d端与放大器LM324的反相输入端相连，电阻R6、电阻R5和电阻R4串联，电阻R6的一端接电源VCC，电阻R6与晶体三极管Q1的发射极相连，晶体三极管Q1的基级与放大器LM324的输出端相连，发射管NPN-PHPTO的输出端与电阻R4相连；
控制部分包括电压比较器LM111、可调电阻R10、电阻R11、电容C1、触发器FF1、触发器FF2、晶体三极管Q2、电容C2、晶体二极管D1和继电器K，电压比较器LM111的反相输入端P2与可调电阻R10相连，电压比较器LM111的同相输入端P3与放大器LM324的输入端2端相连，电压比较器LM111的输出端P7与电阻R11相连，电阻R11和地线之间串接有电容C1，电阻R11、触发器FF1以及触发器FF2串联后与晶体三极管Q2的基极相连，电容C2和晶体三极管D1并联，晶体三极管Q2的集电极与电容C2以及晶体二极管D1的共同端相连，电容C2和晶体二极管D1并联的另一共同端与电源VCC相连，继电器K与晶体二极管D1并联后与电动窗相连；
电阻R9的一端与发射管NPN-PHPTO的输出端以及电压比较器LM111的同相输入端P3相连。
2.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的风速传感器FS采用热电偶式风速传感器。
3.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的红外对射管采用市售的DS453Q/DS455Q型号的红外对射管。
4.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的可调电阻R1、可调电阻R2和可调电阻R10采用WS30型可调电阻。
5.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的电阻R3~R9采用RT11型电阻。
6.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的晶体二极管D1采用1N4001型晶体二极管。
7.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的晶体三极管Q1和晶体三极管Q2采用市售的9013型晶体三极管。
8.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的继电器K采用CD4098型继电器。
9.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的电容C1和电容C2为电解电容。
10.根据权利要求1所述的窗户遇风雨自动关闭系统，其特征是所述的触发器FF1和触发器FF2采用40106施密特触发器。

窗户遇风雨自动关闭系统\n技术领域\n[0001] 本发明窗户遇风雨自动关闭系统涉及一种用于检测风雨并自动关窗的窗户，特别适用于办公、住宅等使用的智能感应窗。\n背景技术\n[0002] 目前日常生活中所用的都是普通窗户，还没有实现开关窗的自动化，而有时在意外的时候，如遇到刮风下雨等天气骤变而没有及时关窗，导致家庭财物遭受损失，窗户若能实现遇雨水自动的关闭是非常必要的。市场上已有各种自动电动窗，但是都不具备检测风雨的功能。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是针对上述不足之处提供一种窗户遇风雨自动关闭系统，在现有的电动窗基础上增加了风雨感应模块，实现了自动感应窗外风雨并即时自动关窗，并且可以根据楼层的高度以及风速大小进行相应的调节。\n[0004] 窗户遇风雨自动关闭系统是采取以下技术方案实现的：窗户遇风雨自动关闭系统包括感应部分、控制部分和电动窗，感应部分具有感应电路，感应电路由雨水传感器电路和风速传感器电路并联组成，雨水传感器电路包括雨水传感器YS、电阻R7和电阻R8，所述的雨水传感器YS采用红外对射管，红外对射管包括接收管LED和发射管NPN-PHPTO，电阻R7与接收管LED串联，电阻R8与发射管NPN-PHPTO串联，红外对射管用于对控制电路的信号输入；\n[0005] 风速传感器电路包括风速传感器FS、晶体三极管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6和放大器LM324，风速传感器FS由热敏电阻RT1、热敏电阻RT2、电阻R3、可调电阻R1和可调电阻R2组成，热敏电阻RT1与电阻R3以及可调电阻R1串联，热敏电阻RT2与可调电阻R2串联，热敏电阻RT1和热敏电阻RT2的一端相连后与晶体三极管相连；可调电阻R1和可调电阻R2的一端共同接地；风速传感器FS具有a、b、c和d共4个端子，a端和ｂ端为加热铂金丝,ｃ端和ｄ端为热电偶；风速传感器FS的d端与放大器LM324的反相输入端相连，电阻R6、电阻R5和电阻R4串联，电阻R6的一端接电源VCC，电阻R6与晶体三极管Q1的发射极相连，晶体三极管Q1的基级与放大器LM324的输出端相连，发射管NPN-PHPTO的输出端与电阻R4相连；\n[0006] 控制部分主要对传感器输入信号进行分析处理，并由继电器控制电动窗，控制部分包括电压比较器LM111、可调电阻R10、电阻R11、电容C1、触发器FF1、触发器FF2、晶体三极管Q2、电容C2、晶体二极管D1和继电器K，电压比较器LM111的反相输入端P2与可调电阻R10相连，电压比较器LM111的同相输入端P3与放大器LM324的输入端2相连，电压比较器LM111的输出端P7与电阻R11相连，电阻R11和地线之间串接有电容C1，电阻R11、触发器FF1以及触发器FF2串联后与晶体三极管Q2的基极相连，电容C2和晶体三极管D1并联，晶体三极管Q2的集电极与电容C2以及晶体二极管D1的共同端相连，电容C2和晶体二极管D1并联的另一共同端与电源VCC相连，继电器K与晶体二极管D1并联后与电动窗相连；\n[0007] 电阻R9的一端与发射管NPN-PHPTO的输出端以及电压比较器LM111的同相输入端P3相连。\n[0008] 电动窗的主要工作原理是，通过一个电机来带动窗户延着轨道来回运动，或者通过一套机械装置转动百叶窗，并控制电机的正反转来实现的。其中的核心就是电机，现在市场上电机的品牌和种类很多，但最终就是无非两大类：交流电机和直流电机控制。电机分别设于窗框的两侧，被电机驱动转动的两个同步带轮；在两个同步带轮之间设置的同步带；\n固定连接活动窗扇和同步带的连接件，活动窗被电机通过前述的同步带轮，同步带和连接件带动移动以打开和关闭电动窗。\n[0009] 所述的风速传感器FS采用热电偶式风速传感器，所述的热电偶式风速传感器采用市售的JX01100364型风速传感器。热电偶式风速传感器的原理是在a端和ｂ端输入恒定38mA的加热电流，以供给热电偶一个工作环境温度，此时，在ｃ端和ｄ端出现一个约7mV的热电势。在测量风速时，风流使热电偶的工作环境温度下降，ｃ端和ｄ端的热电势发生变化，其值为风速的函数。因此通过热电势的测量可以计算出相应的风速值。\n[0010] 所述的红外对射管采用市售的DS453Q/DS455Q型号的红外对射管。\n[0011] 所述的可调电阻R1、可调电阻R2和可调电阻R10采用WS30型可调电阻，用来调试输入电压。\n[0012] 所述的电阻R3~R9采用市售的RT11型电阻。\n[0013] 所述的晶体二极管D1采用市售的1N4001型晶体二极管，用于保护继电器K的线圈。\n[0014] 所述的晶体三极管Q1和晶体三极管Q2采用市售的9013型晶体三极管。\n[0015] 所述的继电器K采用市售的CD4098型继电器。\n[0016] 所述的电容C1和电容C2为电解电容。\n[0017] 所述的触发器FF1和触发器FF2采用40106施密特触发器。\n[0018] 电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。\n比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。\n[0019] 传输特性当Ui＞Ur时，运放输出Uo高电平，当Ui＜Ur时，运放输出Uo低电平。\n因此，以Ur为界，当输入电压Ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。\n[0020] 本发明中集成电压比较器LM111可将模拟信号转换成二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号。其特点：比集成运放的开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且不需外加限幅电路就可直接驱动TTL、CMOS和ECL等集成数字电路；有些芯片带负载能力很强，还可直接驱动继电器和指示灯。在实际中信号会受到各方面的干扰，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，施密特触发器最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。同时，施密特触发器还可利用其回差电压来提高电路的抗干扰能力。\n[0021] 工作原理：本发明中的雨水传感器YS的接收管与发射管正相对，由于红外光在水中和空气中的吸收系数不同，从而通过空气和水后的光强也是不同的。当没有雨水通过接收管与发射管的中间时，接收管没有收到相应的信号，输出高电平；当雨水通过接收管与发射管的中间时，发射管光照强度发生变化时，接收端输出的电信号强度也会因此产生变化，输出高电平，据此就可捡测出是否有雨水。\n[0022] 热电偶式风速传感器FS具有可靠性好、性能稳定等优点，利用铂热电阻作为探头，裸露在被测空气中。本发明利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏元件两端电压发生变化。\n在不同楼层风速是不一样的，可调电阻R1和可调电阻R2可调节不同楼层不同风速对关窗的要求。风速增大，受控电流增大，风速传感器c端输出电压增大，反之风速传感器c端输出电压减小。\n[0023] 电压比较器LM111分析来自于雨水传感器YS和风速传感器FS输出的信号，无论是风速过大或者是有雨水，电压比较器LM111的同相输入端P3的电位都会大于电压比较器LM111的反相输入端P2的电位，电压比较器LM111的输出端P7为高电平，经触发器FF1和触发器FF2对波形整形，晶体三极管Q2处于饱和状态，继电器K动作，从而驱动电动窗的电机，关闭窗户。只要有雨水，红外对射管就会输出高电平，电压比较器LM111的同相输入端P3的电位大于电压比较器LM111的反相输入端P2的设定值，电动窗会动作关闭窗户。如果风速过小，风速传感器的c端输出电压小于电压比较器LM111的反相输入端P2的设定值，电压比较器LM111的P7端输出低电平，经触发器FF1和触发器FF2对波形整形，晶体三极管Q2处于截止状态，继电器K不动作，电动窗不动作。\n[0024] 本发明的优点：本发明窗户遇风雨自动关闭系统设计合理、结构简单、灵敏度高，利用传感元件自动探测室外的环境，根据天气的不断变化，在遇到突然下雨或风速过大时自动关闭窗户，可以有效避免家庭财产的损失，同时可以根据不同楼层风速的不同设定需要关闭窗户的参数，很好地满足了人性的需求。为现代人日益忙碌的日常生活提供了极大方便和财产的保护。\n附图说明\n[0025] 以下将结合附图对本发明作进一步说明：\n[0026] 图1是本发明窗户遇风雨自动关闭系统的电路图。\n[0027] 图2是本发明窗户遇风雨自动关闭系统的红外对射管的对射原理图。\n[0028] 图3是热电偶风速传感器的结构图。\n[0029] 图4是风速传感器输出电压与风速的关系曲线图。\n[0030] 图5是本发明窗户遇风雨自动关闭系统的风速传感器电路图。\n具体实施方式\n[0031] 参照附图1~5，本发明窗户遇风雨自动关闭系统包括感应部分、控制部分和电动窗\n1，感应部分具有感应电路，感应电路由雨水传感器电路和风速传感器电路并联组成，雨水传感器电路包括雨水传感器YS、电阻R7和电阻R8，所述的雨水传感器YS采用红外对射管，红外对射管包括接收管LED和发射管NPN-PHPTO，电阻R7与接收管LED串联，电阻R8与发射管NPN-PHPTO串联，红外对射管用于对控制电路的信号输入；\n[0032] 风速传感器电路包括风速传感器FS、晶体三极管Q1、电阻R4、电阻R5、电阻R6和放大器LM324，风速传感器FS由热敏电阻RT1、热敏电阻RT2、电阻R3、可调电阻R1和可调电阻R2组成，热敏电阻RT1与电阻R3以及可调电阻R1串联，热敏电阻RT2与可调电阻R2串联，热敏电阻RT1和热敏电阻RT2的一端相连后与晶体三极管相连；可调电阻R1和可调电阻R2的一端共同接地；风速传感器FS具有a、b、c和d共4个端子，a端和ｂ端为加热铂金丝,ｃ端和ｄ端为热电偶；风速传感器FS的d端与放大器LM324的反相输入端相连，电阻R6、电阻R5和电阻R4串联，电阻R6的一端接电源VCC，电阻R6与晶体三极管Q1的发射极相连，晶体三极管Q1的基级与放大器LM324的输出端相连，发射管NPN-PHPTO的输出端与电阻R4相连；\n[0033] 控制部分主要对传感器输入信号进行分析处理，并由继电器控制电动窗，控制部分包括电压比较器LM111、可调电阻R10、电阻R11、电容C1、触发器FF1、触发器FF2、晶体三极管Q2、电容C2、晶体二极管D1和继电器K，电压比较器LM111的反相输入端P2与可调电阻R10相连，电压比较器LM111的同相输入端P3与放大器LM324的输入端2端相连，电压比较器LM111的输出端P7与电阻R11相连，电阻R11和地线之间串接有电容C1，电阻R11、触发器FF1以及触发器FF2串联后与晶体三极管Q2的基极相连，电容C2和晶体三极管D1并联，晶体三极管Q2的集电极与电容C2以及晶体二极管D1的共同端相连，电容C2和晶体二极管D1并联的另一共同端与电源VCC相连，继电器K与晶体二极管D1并联后与电动窗\n1相连；\n[0034] 电阻R9的一端与发射管NPN-PHPTO的输出端以及电压比较器LM111的同相输入端P3相连。\n[0035] 所述的风速传感器FS采用热电偶式风速传感器，所述的热电偶式风速传感器采用市售的JX01100364型风速传感器。热电偶式风速传感器的原理是在a端和ｂ端输入恒定38mA的加热电流，以供给热电偶一个工作环境温度，此时，在ｃ端和ｄ端出现一个约7mV的热电势。在测量风速时，风流使热电偶的工作环境温度下降，ｃ端和ｄ端的热电势发生变化，其值为风速的函数。因此通过热电势的测量可以计算出相应的风速值。\n[0036] 所述的红外对射管采用市售的DS453Q/DS455Q型号的红外对射管。\n[0037] 所述的可调电阻R1、可调电阻R2和可调电阻R10采用WS30型可调电阻，用来调试输入电压。\n[0038] 所述的电阻R3~R9采用市售的RT11型电阻。\n[0039] 所述的晶体二极管D1采用市售的1N4001型晶体二极管，用于保护继电器K的线圈。\n[0040] 所述的晶体三极管Q1和晶体三极管Q2采用市售的9013型晶体三极管。\n[0041] 所述的继电器K采用市售的CD4098型继电器。\n[0042] 所述的电容C1和电容C2为电解电容。\n[0043] 所述的触发器FF1和触发器FF2采用40106施密特触发器。\n[0044] 当风速为0m／s时，可调电阻 R2和热敏电阻RT2的阻值之比小于可调电阻R1和热敏电阻RT1以及电阻R3之和的比值，放大器LM324输出低电平，晶体三极管Q1的基极电位降低，晶体三极管Q1的集电极电流增大，由于两个半桥的分流比约为10：1，由并联电路分流原理知热敏电阻RT1的电流增大，使得铂热电阻阻值增加，风速传感器的c端电压降低，最终反馈电路调解使风速传感器的c端电位和d端接近，达到平衡状态，并以c端电压作为表征风速的输出值。当风速增大时，对流散热增加，热敏电阻RT1温度降低，其阻值减小，使得风速传感器的c端电压高于d端电压，放大器LM324输出电压降低，导致晶体三极管Q1的基极电流增加、集电极电流升高，使得热敏电阻RT1阻值增加，最终达到一新的稳定平衡点。由此可知，风速增大，受控电流增大，风速传感器的c端输出电压增大。由于采用了差动式测量，且两个测量半桥配置的传感元件同为铂电阻，气体温度对电路测量值的影响可以忽略不计，在不附加其他温度补偿电路的情况下，可以在较宽的温度范围下使用，适合于大多数现场测量环境。