一种机电一体化智能窗
技术领域
本发明涉及生活居家领域，具体涉及一种机电一体化智能窗。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
由于楼房朝向、房屋结构以及日照方向等因素，房屋在一天中无法充分利用自然光照，存在采光的问题。普通的窗户仅仅能够透光，防止外物进入，难以根据日照角度调整采光面，满足居民的采光需求。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种机电一体化智能窗，通过机电一体化的结构帮助采光。
一种机电一体化智能窗，包括电控部分和结构部分。所述电控部分包括控制单元，光学传感器，风速传感器，转动电机。所述光学传感器能够实时采集光照信息，所述风速传感器能实时采集风力信号，通过控制单元分析光照与风力并带动所述电机转动进而带动外窗玻璃运动。
优选地，所述的机电一体化智能窗控制单元，所述控制单元的内核均为STM32F429系列，STM32F429的内置程序使用双变量拟合进行程序的判断，通过对所述光学传感器与所述风速传感器所产生的双信号进行分析，从而实现在复杂情况下的对于外窗玻璃控制，可以完成复杂的运算和判断，并在极短的时间内给予反馈。
优选地，将多个所述光学传感器放置于所述外窗顶部的不同位置，从而能够从多个角度接收光照并且比较强度，将结果交给所述控制单元等待反馈，进而实现全天日照的追踪。
优选地，所述转动电机型号均为MG99R。
优选地，所述风速传感器使用三叶片涡轮式构造，所述叶片能够最大程度的被风力带动，从而将底部的磁铁产生旋转，所述磁铁的旋转进一步产生感应电流，经过芯片的分析后被RS485线路传输至控制中枢，实现灵敏度高，安全可靠的要求。
优选地，所述结构部分为内窗部分及外窗部分，所述内窗部分设有双齿条-齿轮机构，侧窗板及内窗玻璃，所述双齿条-齿轮机构包括齿轮、上下齿条，所述上下齿条分别位于所述齿轮上下两侧，可分别相对于齿轮单独运动，所述内窗玻璃包括左窗玻璃和右窗玻璃，左窗玻璃连接于所述上齿条，右窗玻璃连接于所述下齿条，所述左右内窗玻璃通过所述上下齿条的带动实现相对于所述齿轮的单独运动，所述外窗部分包括曲柄-伸缩杆机构、翻转机构、联动机构、非标准齿轮及外窗玻璃，所述非标准齿轮包括齿轮一、齿轮二、齿轮三，通过在所述三个齿轮上开依次减小的同心于齿轮轴的圆弧形凹槽，实现对曲柄的不同程度限位，内窗及外窗可分别实现开合功能，外窗包括多片外窗玻璃，能通过外窗玻璃不同的开合角度实现不同的采光需要。
优选地，所述曲柄-伸缩杆机构包括三组分别固定于齿轮上的曲柄以及与所述三组曲柄相配合的伸缩杆，所述曲柄-伸缩杆机构一端固定于所述侧窗板，另一端分别连接所述外窗的多块窗玻璃上。通过所述非标准齿轮的不同限位程度带动所述曲柄不同程度向外推进，进而带动所述伸缩杆实现不同程度的伸长。
优选地，所述翻转机构包括所述每块外窗玻璃及所述曲柄-伸缩杆机构，所述每块外窗玻璃左右两侧均有所述曲柄-伸缩杆机构与之相连，由所述伸缩杆和所述曲柄不同程度的向外伸展，实现带动所述外窗玻璃左右两侧不同程度的向外移动，进而实现所述每块外窗玻璃不同角度的翻转。
优选地，所述联动机构包括所述非标准齿轮、所述外窗玻璃以及所述曲柄-伸缩杆机构，所述非标准齿轮带动所述曲柄，进一步带动所述伸缩杆运动，所述曲柄-伸缩杆机构进一步带动所述外窗玻璃运动，实现所述每块外窗玻璃不同角度翻转。
发明有益效果：通过将本发明装到窗户处后，在任何地方拿出遥控器选择自己需要的采光模式即可享受到自然光的照射。不仅将室内采光不足的问题解决，还操作简单，灵活使用，在丰富了家居生活的同时增加幸福感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明“机电一体化智能窗”外窗处于翻转状态时的三维结构示意图；
图2为本发明“机电一体化智能窗”外窗处于平动展开时的三维结构示意图；
图3为本发明“机电一体化智能窗”的“联动装置”三维结构示意图；
图4为本发明“机电一体化智能窗”的内窗部分的三维结构示意图；
图中：11为内窗齿轮、12为内窗上齿条、13为内窗下齿条、14为内窗左玻璃、15为内窗右玻璃、16为内窗滑轨、21为外窗两侧支撑墙板、22为非标准齿轮、221为非标准齿轮下、222为非标准齿轮中、223为非标准齿轮上、24为外窗小齿轮、25为大曲柄、251为大曲柄下、252为大曲柄中、253为大曲柄上、26为小曲柄、27为伸缩杆、28为连接块、29为外窗玻璃、291为外窗玻璃下、292为外窗玻璃中、293为外窗玻璃上、3为墙体、41为光传感器左、42为光传感器右、51为电机下(左右一对)、52为电机上、6为风传感器。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
图1为本发明“机电一体化智能窗”在外窗处于翻转状态时的三维结构示意图，图2为本发明“机电一体化智能窗”在外窗处于平动展开时的三维结构示意图，图3为本发明“机电一体化智能窗”的“联动装置”三维结构示意图，图4为本发明“机电一体化智能窗”的内窗部分的三维结构示意图。
如图1、2、3所示，该机电一体化智能窗的外窗部分包括外窗两侧支撑墙板21，非标准齿轮221、222和223，外窗小齿轮24，大曲柄25，小曲柄26，伸缩杆27，连接块28，外窗玻璃29等零部件。
所述非标准齿轮上设有不同等级的限位装置，非标准齿轮22与曲柄——伸缩杆机构(25和27)相连，对曲柄25起到限制和提供动力的作用。曲柄——伸缩杆机构与连接块28相连，连接块28随曲柄25的运动而运动。小曲柄26的两端分别与连接块28和外窗玻璃29相连，小曲柄26随连接块28的运动而运动，带动外窗玻璃29与之相连的一侧运动，同时在出现干涉等情况时起到调节位置的作用。
如图2所示，当本发明“机电一体化智能窗”工作时，置于非标准齿轮221轴处的电机51转动，带动非标准齿轮221转动。大曲柄25端与齿轮轴处是销连接的关系，同时大曲柄25的一支会穿过非标准齿轮22的限位装置，非标准齿轮221的转动会导致齿轮上的限位装置与大曲柄25接触并对其施加曲柄向前伸展的动力。与此同时，非标准齿轮221的转动会带动外窗小齿轮24的传动，外窗小齿轮241的转动会带动非标准齿轮222的转动，非标准齿轮222的转动会带动其上外窗小齿轮242的转动，该外窗小齿轮的转动会进一步带动非标准齿轮223的转动，从而实现五个齿轮同步转动。与非标准齿轮221带动大曲柄251运动的原理相同，非标准齿轮222和非标准齿轮223同样会带动大曲柄252和大曲柄253的向外伸展运动，但由于限位等级不同，齿轮221的限位装置最先与大曲柄251接触，然后齿轮222的限位装置、齿轮223的限位装置再依次与大曲柄252和大曲柄253接触，从而实现齿轮221所连曲柄251伸展程度最大。
如图2、图3所示，大曲柄25向外伸展首先带动连接块28向外运动，从而带动伸缩杆27向外延伸，曲柄——伸缩杆机构起到了提供动力和支撑的作用。和上文所述限位程度不同的原理相同，非标准齿轮221所连接的曲柄——伸缩杆及其所带动的连接块向外移动的距离最远，与非标准齿轮222相连的相同结构移动距离次之，与标准齿轮223相连的相同结构移动距离最小。
如图2所示，当外窗玻璃29左右两侧的两组齿轮22运动同步时，外窗玻璃29可实现平移运动，此时与齿轮221所连外窗玻璃291平动距离最远，与齿轮222所连外窗玻璃292平动距离次之，与齿轮223所连外窗玻璃293平动距离最近。多块外窗玻璃29的不同平动距离可将自然光折射到室内距窗户更远的地方。
如图1所示，当外窗玻璃29左右两侧的两组齿轮22运动不同步时，外窗玻璃29会由于左右两侧平动距离不同而产生倾斜，左右两侧平动距离之差不同时外窗玻璃29的倾斜角度也不同。根据“直角三角形斜边大于直角边”可判断当不加其他结构时外窗玻璃29会由于长度不够而无法实现倾斜，因此要增加小曲柄26结构，此处小曲柄26起调节位置的作用。当多块玻璃29实现不同角度倾斜时，自然光可照进室内更大面积的空间，达到增加采光的目的。
图4为本发明“机电一体化智能窗”的内窗部分的三维结构示意图。如图4所示，该机电一体化智能窗内窗部分包括内窗部件，墙体3。内窗部件由内窗齿轮11，内窗上齿条12，内窗下齿条13，内窗左玻璃14，内窗右玻璃15及内窗滑轨16组成。其中内窗小齿轮11和内窗滑轨16固定于墙体3，内窗左玻璃14和内窗右玻璃15连接于内窗滑轨，内窗上齿条12和内窗下齿条13分别固定于内窗右玻璃15和内窗左玻璃14且均与内窗小齿轮11形成运动副。当内窗小齿轮11转动时，带动内窗上齿条12向右方运动，因内窗上齿条12固连于内窗右玻璃15，故而实现内窗右玻璃15沿内窗滑轨16向右运动。相应的，在内窗右玻璃15向右运动时，内窗左玻璃14按相同原理向左运动。从而实现内窗小齿轮11可通过自身转动同时控制内窗左玻璃14和内窗右玻璃15的开合。
结合图1、2、3、4，通过调节外窗玻璃29的不同程度的平动翻转，内窗玻璃14和内窗玻璃15的开合，可实现多种情况下对自然光的采光需要，增强家居生活舒适度。
图1、2、3、4为本发明机电一体化智能窗在正常安装下的结构示意图，下面结合图1、2、3、4详细描述上述机电一体化智能窗的工作过程：
首先，利用图1、2光照传感器42、41实时感应光照强度，并将光照强度的数据传输至中央处理系统，中央系统根据光照强度大小将光强分级；利用图2风力传感器6实时感应风力强度，并将风力强度的数据传输至中央处理系统，中央系统根据风力强度大小将风力分级；
然后，系统根据光照强度，风力强度的大小选择响应模式并执行，模式分别为夜晚模式(光照强度1<55,光照强度2<55，风力强度<30)，基本模式(光照强度1或者光照强度2>55，风力强度<30)，强风模式(风力强度>30，光照强度为任意值)；
接着，介绍各个模式的运行逻辑和工作过程：
(1)夜晚模式：监测到转换为夜晚模式后，中央控制器利用图1电机52带动内窗齿轮11逆时针转动，从而带动当内窗小齿轮11转动时，带动内窗上齿条12向左方运动，内窗上齿条12固连于内窗右玻璃15，故而实现内窗右玻璃15沿内窗滑轨16向左运动。相应的，在内窗右玻璃15向右运动时，内窗左玻璃14按相同原理向右运动，从而闭合内窗；中央控制器利用图1电机51(右)带动非标准齿轮221(右)顺时针转动，从而带动大曲柄251(右)的弯曲，利用图2电机51(左)带动非标准齿轮221(左)顺时针转动，从而带动大曲柄251(左)的弯曲使得底层窗玻璃291实现闭合；同时非标准齿轮221顺时针转动还能带动小齿轮24逆时针旋转，使得非标准齿轮222顺时针旋转，当旋转至一定角度后限位槽到顶，再带动曲柄252弯曲，使得第二块窗玻璃292闭合；同理非标准齿轮222的旋转也能带动非标准齿轮223的旋转，从而使第三块窗板293闭合，从而实现内外窗玻璃全部闭合，保证了夜晚的安全性。
(2)基本模式：检测到转换为基本模式后，中央传感器再次读取图2风力传感器6数据，当风力强度<15，开启基本模式1；当风力强度>15，开启基本模式2。
基本模式1：中央传感器利用图1电机52带动内窗齿轮11顺时针转动，同(1)夜晚模式的工作原理使得内窗玻璃全部打开；此时中央传感器再次读取图1、2光照传感器42、41的光照强度，当光照强度1－光照强度2>30时，实行基本模式1.1；:当光照强度2－光照强度1>30时，实行基本模式1.2；当光照强度1－光照强度2<30时,实行基本模式1.3。
基本模式1.1：图2左端的电机51顺时针转动到底使得大曲柄251(左)拉直，带动底部窗玻璃291左端开启，又因为非标准齿轮222，非标准齿轮223的限位槽的存在，非标准齿轮221的转动只能使得曲柄252、曲柄253转动一定角度，从而使得窗玻璃292、窗玻璃293左端开启的角度小于底部窗板29的开启角度；而图1右端的电机51不动，从而使得窗板组成一个反射矩阵，从而将斜射入的阳光反射进屋内，扩大光源。
基本模式1.2：基本原理同基本模式1.1，但电机51右端转动，左端不动。
基本模式1.3：图2两端电机51进行同步转动，当光照强度1+光照强度2<400时，电机51转动一定角度，使得大曲柄251弯曲一定角度，从而将底部窗玻璃291拉开，将少量阳光反射进屋内，虽然此时非标准齿轮222,223也在221的带动下进行转动，但是其转动角度使得限位槽接触不到曲柄252和曲柄253，故窗玻璃292和窗玻璃293不会转动；当光照强度1+光照强度2<350时，电机51的转动角度增加，使得非标准齿轮222的转动角度也增加，使222的限位槽接触到曲柄252，从而使窗玻璃292拉开，更多的阳光得以反射进屋内，但非标准齿轮223的限位槽仍然不会接触到曲柄253，使得窗玻璃293不动；当光照强度1+光照强度2<300时，电机51的转动角度增加，使得非标准齿轮223的转动角度继续增加，使223的限位槽接触到曲柄253，从而使窗玻璃293拉开，此时窗户处于窗玻璃全开，且各窗玻璃处于交错的状态，能够最大程度的反射阳光进入屋内。
基本模式2：风力稍强时，关闭内窗玻璃14、15挡风的同时开启外窗玻璃291、292、293进行光源引导，外部窗玻璃的开合逻辑同基本模式1，内部窗玻璃14、15的闭合同夜晚模式。
强风模式：为了阻挡强风，内外窗玻璃14、15、291、292、293全部闭合，操作步骤同夜晚模式。
在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的部件和结构，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不是脱离本发明技术方案的精神和范围。
