一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種避免布線操作、智能化程度高，高效節(jié)能的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)及控制方法。它包括：遠程控制終端，采用無線和以太網(wǎng)通訊方式與協(xié)調(diào)器單元通信，完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和信息的查詢；協(xié)調(diào)器單元，與遠程控制終端進行遠程通信，與驅(qū)動器單元和傳感器單元間建立ZigBee通信，進行采光信息的接收和用戶指令接收，并將現(xiàn)場信息送回遠程終端；系統(tǒng)具有采用模糊控制PID控制，并且光照強度能根據(jù)記錄的用戶設(shè)定喜好進行自整定。
【專利說明】一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以改善室內(nèi)照明環(huán)境，舒適性為目標的智能控制系統(tǒng)，具體地說是涉及一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)及控制方法，屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代建筑科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和信息化設(shè)備的普及，現(xiàn)代化建筑中控制設(shè)備的智能化已經(jīng)成為當今建筑發(fā)展的潮流。傳統(tǒng)的百葉窗簾控制方式已經(jīng)不能滿足人們對家居舒適性及自動化的需求，智能式電動百葉窗逐漸進入日常生活成為現(xiàn)代化建筑的必備之物。目前，市場上出現(xiàn)的一些百葉窗控制系統(tǒng)在很大程度上還屬于手動控制主要存在以下不足:
[0003](I)系統(tǒng)多采用有線控制方式，布線復(fù)雜，成本高。
[0004](2)無法實現(xiàn)百葉窗狀態(tài)的遠程監(jiān)視和控制。
[0005](3)不能根據(jù)安裝位置的朝向，季節(jié)及每天不同時間段進行調(diào)節(jié)。
[0006](4)大多是通過提拉窗簾調(diào)節(jié)室內(nèi)的光照，缺少對窗簾葉片角度的調(diào)節(jié)。
[0007](5)缺少對用戶控制習(xí)慣的記錄并修正的功能。
[0008](6)缺乏定時打開和關(guān)閉功能。
[0009](7)現(xiàn)在的百葉窗大多只能手動地調(diào)節(jié)高度，不能根據(jù)室內(nèi)外光照強度自動調(diào)整，舒適性
[0010]差，能源利用效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明提供一種避免復(fù)雜布線、智能化程度高、高效節(jié)能、光舒適度好的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)及控制方法。
[0012]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0013]一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，它包括:
[0014]驅(qū)動器單元，采用模糊PID控制方式調(diào)節(jié)百葉窗葉片角度和整體開度；
[0015]傳感器單元，采集室內(nèi)和室外光照度和室內(nèi)人員有無信息，并送入?yún)f(xié)調(diào)器單元和驅(qū)動器單元；
[0016]協(xié)調(diào)器單元，與遠程控制終端進行有線和/或無線通信，與驅(qū)動器單元和傳感器單元間建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信，接收傳感器單元發(fā)送來的光照度和室內(nèi)人員有無信息及用戶發(fā)送的指令，并將傳感器數(shù)據(jù)和現(xiàn)場控制的狀態(tài)送到遠程終端；
[0017]遠程控制；終端，包括手機和各種電腦，采用以太網(wǎng)和無線傳輸方式與協(xié)調(diào)器單元通信，完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和用戶、環(huán)境信息的查詢。
[0018]所述協(xié)調(diào)器單元包括:
[0019]處理器模塊，負責(zé)完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換并協(xié)調(diào)本單元其它模塊運行；
[0020]3G模塊，實現(xiàn)協(xié)調(diào)器單元與遠程控制終端的通信；[0021]人機交互模塊，完成參數(shù)設(shè)定和信息查詢；
[0022]通訊狀態(tài)指示模塊，用于顯示以太網(wǎng)和ZigBee通訊狀態(tài)；
[0023]存儲模塊，用于存儲光照強度、人員有無信息以及通訊狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0024]ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，實現(xiàn)ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)建立。
[0025]所述驅(qū)動器單元包括:
[0026]驅(qū)動器處理模塊，其內(nèi)部存儲基于實際調(diào)試經(jīng)驗建立的PID模糊表以及根據(jù)窗簾不同朝向、季節(jié)和時間建立的太陽照射角度表，并根據(jù)此得出此時的期望光照強度；
[0027]百葉窗驅(qū)動模塊，窗簾整體開度和窗簾葉片角度的控制，兩者都采用模糊PID方式控制。其中窗簾整體開度采用采用直流電機控制，包括直流電機轉(zhuǎn)向控制和轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)速由PWM斬波完成；窗簾葉片角度采用步進電機控制，包括電機轉(zhuǎn)向和步進電機步數(shù)，電機步數(shù)由輸入脈沖數(shù)控制；
[0028]ZigBee驅(qū)動器節(jié)點，完成傳感器單元和協(xié)調(diào)器單元的通信；
[0029]時鐘模塊，為系統(tǒng)提供基準時間，用于系統(tǒng)期望光強表查詢和定時控制。
[0030]所述驅(qū)動器單元還設(shè)有紅外接收模塊，與遙控器配合，完成參數(shù)設(shè)定和信息查詢。
[0031]所述傳感器單元包括:
[0032]設(shè)置在室內(nèi)的若干光照度傳感器和若干檢測人員的熱釋紅外傳感器以及設(shè)置在室外的若干光照度傳感器；
[0033]ZigBee傳感器節(jié)點，定時將傳感器采集的光照度和人員有無情況發(fā)送至ZigBee驅(qū)動器節(jié)點和ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點。
[0034]一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，
[0035]步驟一，利用熱釋紅外傳感器檢測室內(nèi)是否有人，若無人則驅(qū)動器單元進入休眠模式；如檢測有人，則轉(zhuǎn)入步驟二 ；
[0036]步驟二，判斷當前是手動狀態(tài)還是自控控制狀態(tài)；如是手動狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟三，否則轉(zhuǎn)入步驟四；
[0037]步驟三，系統(tǒng)處于手動控制模式，此時自動控制模式處于禁止狀態(tài)，用戶根據(jù)個人喜好進行窗簾葉片角度和窗簾整體開度的手動調(diào)節(jié)；如果熱釋紅外傳感器檢測不到人員，則將驅(qū)動器單元轉(zhuǎn)入省電模式；
[0038]步驟四，系統(tǒng)處于自動控制模式，此時系統(tǒng)提供若干模式供用戶事先選擇，并按照選定的模式將百葉窗葉片角度和整體升降開度調(diào)整到設(shè)定模式，隨后利用室內(nèi)光照度傳感器獲取的光照強度平均值為模糊PID控制的輸入，并以此進行百葉窗葉片角度和整體升降開度的進一步調(diào)整，以此作為模糊PID控制的輸出，以滿足當前環(huán)境的要求，此后系統(tǒng)將定時檢測室內(nèi)光照度并進行百葉窗的調(diào)整；
[0039]如果室外光照度傳感器檢測到外部光照度過高，為減少對視力的損失，則強制百葉窗葉片向上翻轉(zhuǎn)，將陽光反射到室內(nèi)天花板，葉片翻轉(zhuǎn)角度由驅(qū)動器根據(jù)室內(nèi)光照度進行調(diào)節(jié)，直至符合設(shè)定模式的要求；
[0040]如果在自動控制模式下收到手動控制模式信號，則強制轉(zhuǎn)入步驟三；
[0041]如果熱釋紅外傳感器檢測不到人員，則驅(qū)動器單元進入省電模式，此時窗簾葉片角度和提升驅(qū)動沒有輸出，窗簾葉片和整體開度維持當前狀態(tài)不變。
[0042]所述步驟三中，系統(tǒng)還建立窗簾不同朝向、季節(jié)和時間建立的太陽照射角度表，按設(shè)定時間進行用戶習(xí)慣的光照度進行統(tǒng)計，并以此對系統(tǒng)預(yù)設(shè)模式的期望光照度進行修正，實現(xiàn)自學(xué)習(xí)能力。
[0043]所述步驟四中，
[0044]通過室外光照度傳感器可以獲得室外的光照強度L，室內(nèi)每個窗簾控制區(qū)域都對應(yīng)了兩個照度傳感器，讀取兩個光照度傳感器的值，并取其平均值作為室內(nèi)的光照強度Y;
[0045]系統(tǒng)期望光強R表示，設(shè)定在i時刻室外的光照強度為Li,室內(nèi)平均光照強度為Yi,系統(tǒng)此刻期望光照強度為Ri, e,為i時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差，e, = R1-Yi,
為i_l時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差，Aei為i時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差變化率，Aei = 辦為窗簾葉片角度控制的輸出，Ei為窗簾整體開度控制輸出值，Lmax強制葉片向上翻轉(zhuǎn)室外光照強度，Lfflin窗簾葉片控制和窗簾整體開度切換的室外光照度；
[0046]設(shè)定窗簾初始的角度為O度，控制范圍為O到180度，窗簾葉片角度為30度時，窗簾葉片角度輸出為03(|，窗簾葉片角度為80度時，窗簾葉片角度輸出為08(|，窗簾葉片角度為100度時，窗簾葉片角度輸出為Oltltl ；
[0047]系統(tǒng)首先判斷室外光照強度Li是否大于Lmax,若是Li大于Lmax則說明室外的光照很強烈，為避免陽光通過地板反射傷害眼睛，強制將窗簾的葉片角度控制范圍設(shè)定在度100到180度之間，此時窗簾葉片向上傾斜，室外的陽光將通過葉片照射至天花板，陽光經(jīng)天花板反射至室內(nèi)，再根據(jù)此時室內(nèi)光照強度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)窗簾葉片，此時的計算公式為
【權(quán)利要求】
1.一種百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，其特征是，它包括: 驅(qū)動器單元，采用模糊PID控制方式調(diào)節(jié)百葉窗葉片角度和整體開度； 傳感器單元，采集室內(nèi)和室外光照度和室內(nèi)人員有無信息，并送入?yún)f(xié)調(diào)器單元和驅(qū)動器單元； 協(xié)調(diào)器單元，與遠程控制終端進行有線和/或無線通信，與驅(qū)動器單元和傳感器單元間建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信，接收傳感器單元發(fā)送來的光照度和室內(nèi)人員有無信息及用戶發(fā)送的指令，并將傳感器數(shù)據(jù)和現(xiàn)場控制的狀態(tài)送到遠程終端； 遠程控制；終端，包括手機和各種電腦，采用以太網(wǎng)和無線傳輸方式與協(xié)調(diào)器單元通信，完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定和用戶、環(huán)境信息的查詢。
2.如權(quán)利要求1所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述協(xié)調(diào)器單元包括: 處理器模塊，負責(zé)完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換并協(xié)調(diào)本單元其它模塊運行； 3G模塊，實現(xiàn)協(xié)調(diào)器單元與遠程控制終端的通信； 人機交互模塊，完成參數(shù)設(shè)定和信息查詢； 通訊狀態(tài)指示模塊，用于顯示以太網(wǎng)和ZigBee通訊狀態(tài)； 存儲模塊，用于存儲光照強度、人員有無信息以及通訊狀態(tài)數(shù)據(jù)； ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，實現(xiàn)ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)建立。
3.如權(quán)利要求1所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述驅(qū)動器單元包括: 驅(qū)動器處理模塊，其內(nèi)部存儲基`于實際調(diào)試經(jīng)驗建立的PID模糊控制規(guī)則表以及根據(jù)窗簾不同朝向、季節(jié)和時間建立的太陽照射角度表，并根據(jù)此得出此時的期望光照強度；百葉窗驅(qū)動模塊，窗簾整體開度和窗簾葉片角度的控制；其中窗簾整體開度采用采用直流電機控制，包括直流電機轉(zhuǎn)向控制和轉(zhuǎn)速控制，轉(zhuǎn)速由PWM斬波完成；窗簾葉片角度采用步進電機控制，包括電機轉(zhuǎn)向和步進電機步數(shù)，電機步數(shù)由輸入脈沖數(shù)控制； ZigBee驅(qū)動器節(jié)點，完成傳感器單元和協(xié)調(diào)器單元的通信； 時鐘模塊，為系統(tǒng)提供基準時間，用于查表和定時控制。
4.如權(quán)利要求3所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述驅(qū)動器單元還設(shè)有紅外接收模塊，與遙控器配合，完成參數(shù)設(shè)定和信息查詢。
5.如權(quán)利要求1所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)，其特征是，所述傳感器單元包括: 設(shè)置在室內(nèi)的若干光照度傳感器和若干檢測人員的熱釋紅外傳感器以及設(shè)置在室外的若干光照度傳感器； ZigBee傳感器節(jié)點，定時將傳感器采集的光照度和人員有無情況發(fā)送至ZigBee驅(qū)動器節(jié)點和ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點。
6.一種權(quán)利要求1所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是， 步驟一，利用熱釋紅外傳感器檢測室內(nèi)是否有人，若無人則驅(qū)動器單元進入省電模式；如檢測有人，則轉(zhuǎn)入步驟二 ； 步驟二，判斷當前是手動狀態(tài)還是自控控制狀態(tài)；如是手動狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入步驟三，否則轉(zhuǎn)入步驟四； 步驟三，系統(tǒng)處于手動控制模式，此時自動控制模式處于禁止狀態(tài)，用戶根據(jù)個人喜好進行窗簾葉片角度和窗簾整體開度的手動調(diào)節(jié)；如果熱釋紅外傳感器檢測不到人員，則將驅(qū)動器單元轉(zhuǎn)入省電模式；步驟四，系統(tǒng)處于自動控制模式，此時系統(tǒng)提供若干模式供用戶事先選擇，并按照選定的模式將百葉窗葉片角度和整體升降開度調(diào)整到設(shè)定模式，隨后利用室內(nèi)光照度傳感器獲取的光照強度平均值為模糊PID控制的輸入，并以此進行百葉窗葉片角度和整體升降開度的進一步調(diào)整，以此作為模糊PID控制的輸出，以滿足當前環(huán)境的要求，此后系統(tǒng)將定時檢測室內(nèi)光照度并進行百葉窗的調(diào)整； 如果室外光照度傳感器檢測到外部光照度過高，為減少對視力的損失，則強制百葉窗葉片向上翻轉(zhuǎn)，將陽光反射到室內(nèi)天花板，葉片翻轉(zhuǎn)角度由驅(qū)動器根據(jù)室內(nèi)光照度進行調(diào)節(jié)，直至符合設(shè)定模式的要求； 如果在自動控制模式下收到手動控制模式信號，則強制轉(zhuǎn)入步驟三； 如果熱釋紅外傳感器檢測不到人員，則驅(qū)動器單元進入省電模式，此時窗簾葉片角度和提升驅(qū)動沒有輸出，窗簾葉片和整體開度維持當前狀態(tài)不變。
7.如權(quán)利要求6所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述步驟三中，系統(tǒng)還建立窗簾不同朝向、季節(jié)和時間建立的太陽照射角度表，按設(shè)定時間進行用戶習(xí)慣的光照度進行統(tǒng)計，并以此對系統(tǒng)預(yù)設(shè)模式的期望光照度進行修正，實現(xiàn)自學(xué)習(xí)能力。
8.如權(quán)利要求6所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述步驟三中， 通過室外光照度傳感器可以獲得室外的光照強度L，室內(nèi)每個窗簾控制區(qū)域都對應(yīng)了兩個照度傳感器，讀取兩個光照度傳感器的值，并取其平均值作為室內(nèi)的光照強度Y ； 系統(tǒng)期望光強R表示，設(shè)定在i時刻室外的光照強度為Li,室內(nèi)平均光照強度為Yi，系統(tǒng)此刻期望光照強度為Ri, e,為i時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差，e, = R1-Yi, eg為i_l時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差，Aei為i時刻期望光照和室內(nèi)光照的誤差變化率，Aei =e1-eg，Oi為窗簾葉片角度控制的輸出，Ei為窗簾整體開度控制輸出值，Lmax強制葉片向上翻轉(zhuǎn)室外光照強度，Lfflin窗簾葉片控制和窗簾整體開度切換的室外光照度； 設(shè)定窗簾初始的角度為O度，控制范圍為O到180度，窗簾葉片角度為30度時，窗簾葉片角度輸出為03(|，窗簾葉片角度為80度時，窗簾葉片角度輸出為08(|，窗簾葉片角度為100度時，窗簾葉片角度輸出為Oltltl ； 系統(tǒng)首先判斷室外光照強度Li是否大于Lmax，若是Li大于Lmax則說明室外的光照很強烈，為避免陽光通過地板反射傷害眼睛，強制將窗簾的葉片角度控制范圍設(shè)定在度100到180度之間，此時窗簾葉片向上傾斜，室外的陽光將通過葉片照射至天花板，陽光經(jīng)天花板反射至室內(nèi)，再根據(jù)此時室內(nèi)光照強度調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)窗簾葉片，此時的計算公式為
9.如權(quán)利要求8所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述窗簾葉片角度模糊控制表和窗簾提拉模糊控制表設(shè)計如下， 輸入變量為誤差ei和誤差變化率Aei角度模糊控制表輸出變量為ΛΚρ，AKi, AKd，提升模糊控制表輸出變量為ΔΑ ΔΑ ? AK隸屬度函數(shù)采用靈敏性強的三角函數(shù)，輸入變量 e。Δ e!論域:[_6，_o，, ~?, _2，-1,0,1,2, 3,4, 5,6]
輸出變量 ΛΚΡ，AKi, AKd 論域:[-3，-2.5，_2，-1.5，_1，-0.5,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3]
輸出變量Δ Ip,Δ ZiiA 心論域:[_3，-2.5,-2,-1.5,-1,-0.5,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3] 輸入輸出的模糊集為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，
記為{NB，NM，NS, Z, PS, PM, PB} 其中Λ Kp，AKi,I，Δ心采用相同的控制規(guī)則，最后通過比例因子獲得最后的結(jié)果； 窗簾葉片角度PID參數(shù)，
10.如權(quán)利要求7所述的百葉窗簾智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述窗簾不同朝向、季節(jié)和時間建立的太陽照射角度表，是根據(jù)設(shè)定年數(shù)的氣候信息和用戶舒適度調(diào)查的表，該表描述了一年中每季度每月每天的期望光強舒適度值，當系統(tǒng)初始化時默認根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定模式的期望光照強度進行控制，當系統(tǒng)開始使用后，每月對用戶的設(shè)定習(xí)慣進行一個統(tǒng)計分析，設(shè)定系統(tǒng)每月統(tǒng)計出的用戶平均設(shè)定光照強度為Pi,系統(tǒng)默認的期望光強度為P，系統(tǒng)采用一季度的值作為采樣值使用，當前光照期望光強設(shè)定值為Q = Ρ^δΟ^ο+Ρ^βΟ^ο+Ρ^^Ιδ^ο+Ρ^^δ^ο其中Pi當前季度第三月的用戶平均設(shè)定光照強度；P1-!當前季度第二月的用戶平均設(shè)定光照強度；P1-2當前季度第一月的用戶平均設(shè)定光照強度。用Q完成系統(tǒng)期望光強的自整定。`
【文檔編號】E06B9/32GK103774973SQ201410014664
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】李歧強, 段勝才, 孫文健, 趙祖明 申請人:山東大學(xué)