本发明为申请号0.9、申请日为2019年04月28日、发明名称为“一种传感自动控制型模块化遮阳系统”的分案申请。
本发明涉及遮阳窗遮阳控制领域，尤其涉及一种基于新能源用膜材料的节能遮阳系统。
在现有的遮阳技术，大都使用步进电机带动遮阳布，进行遮阳。参见专利申请号为4.3的中国专利申请，通过设计全遮光运行机构和全遮光驱动机构，实现驱动全遮光卷轴正反转，进而实现对全遮光布帘的收起和放下。
现有技术中的遮光系统缺点如下：寿命短、安装结构复杂、遮阳效果不佳、遮阳方向不可控等，并且遮阳机构无法根据实际的应用环境自动实现遮阳。
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于新能源用膜材料的节能遮阳系统，能够消除静电积累，优化遮阳效果，所述技术方案如下：
本发明提供了一种基于新能源用膜材料的节能遮阳系统，包括恒压源模块、遮阳窗模块、开关模组、处理器模块及传感模块，所述恒压源模块的母线电压端向所述遮阳窗模组提供稳定的母线电压；
所述遮阳窗模块包括卷曲的静电膜和导电层，所述导电层与展开状态下的静电膜相对设置；
所述开关模组的输入端与所述处理器模块连接，所述开关模组的输出端与所述遮阳窗模组连接，所述处理器模块通过控制所述开关模组而对所述遮阳窗模块进行控制；
所述节能遮阳系统还包括h桥控制模块和恒流模块，所述h桥控制模块具有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述恒流模块的第一端口连接，所述恒流模块的第二端口与所述静电膜和导电层中的一个连接，所述静电膜和导电层中的另一个与所述开关模组连接，所述第二输出端与所述开关模组连接；
所述h桥控制模块与处理器模块连接，在处理器模块的控制下，所述h桥控制模块的第一输出端和第二输出端进行电压交变切换。
进一步地，所述h桥控制模块包括第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管，所述第一mos管、第二mos管设置在所述母线电压端与接地端之间的第二支路上，所述第三mos管、第四mos管设置在所述母线电压端与接地端之间的第三支路上，所述第一输出端设置在第一mos管与第二mos管之间，所述第二输出端设置在第三mos管与第四mos管之间；
所述第一mos管的栅极、第二mos管的栅极、第三mos管的栅极、第四mos管的栅极分别与所述处理器模块连接，所述处理器模块控制所述第一mos管和第四mos管导通且第二mos管和第三mos管关闭，或者，所述处理器模块控制所述第二mos管和第三mos管导通且第一mos管和第四mos管关闭。
进一步地，所述恒流模块包括第五mos管、第六mos管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一电阻与第二电阻串联形成第四支路，所述第一电阻与第二电阻的中间连接点与参考地连接，所述第五mos管的漏极与所述第一端口连接，所述第五mos管的源极与所述第四支路的一端连接，所述第四支路的另一端与第六mos管的源极连接，所述第六mos管的漏极与所述第二端口连接；
所述第五mos管与第一电阻之间的电压采样点与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第六mos管与第二电阻之间的电压采样点与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器和第二运算放大器的正相输入端均连接基准电压，所述第一运算放大器的输出端分别与第一三极管和第二三极管的基极连接，所述第二运算放大器的输出端分别与第三三极管和第四三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极均与所述第五mos管的栅极连接，第三三极管的发射极和第四三极管的发射极均与所述第六mos管的栅极连接。
进一步地，所述节能遮阳系统包括多个遮阳窗模块，所述开关模组包括多个电子开关，所述电子开关与遮阳窗模块一一对应，每个遮阳窗模块与电子开关串联成第一支路，各个第一支路并联连接。
进一步地，所述传感模块包括一个或多个传感器，所述传感器与处理器模块的输入端连接，所述电子开关的控制端与处理器模块的输出端连接，所述处理器模块根据传感器的检测结果控制电子开关闭合或者断开。
进一步地，所述恒压源模块包括电源、升压芯片和升压电路，所述电源为光伏电源或蓄电池，所述升压电路包括变压器、第七mos管、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述变压器的初级线圈分别与电源和第七mos管的源极连接，所述第七mos管的漏极通过第五电阻接地，所述第七mos管的栅极与所述升压芯片连接；
所述第三电阻与第四电阻串联形成第五支路，所述变压器的次级线圈分别与母线电压端和第五支路的一端连接，第五支路的另一端接地，所述第三电阻与第四电阻之间设有反馈端，所述反馈端与所述升压芯片的反馈引脚连接。
进一步地，所述节能遮阳系统还包括电压调节模块，所述电压调节模块包括第三运算放大器和第六电阻，所述第三运算放大器的正相输入端与处理器模块的单片机引脚连接，所述第三运算放大器的输出端分别与第三运算放大器的反相输入端和第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与给定电压端和所述恒压源模块的升压芯片的反馈引脚连接。
进一步地，所述节能遮阳系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块与处理器模块的输入端连接，所述处理器模块根据人机交互模块的输入指令对所述开关模组进行控制。
进一步地，所述节能遮阳系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块与处理器模块的输入端连接，所述处理器模块根据人机交互模块的输入指令控制相应的电子开关闭合或者断开。
进一步地，所述节能遮阳系统所述还包括设置在室内的热释电红外传感器，所述热释电红外传感器用于检测人体红外光谱的变化，所述热释电红外传感器与处理器模块的输入端连接；
所述处理器模块根据热释电红外传感器的检测结果切换传感控制模式或人机交互控制模式，当所述热释电红外传感器检测到室内无人，则所述处理器模块根据传感器的检测结果控制电子开关的通断，否则所述处理器模块根据人机交互模块的输入指令控制电子开关的通断。
e.到在需要遮阳的情况下自动展开遮阳窗，在不需要遮阳的情况下自动收起遮阳窗，节约能耗；
f.在室内无人的情况下自动切换传感自动控制模式，在室内有人的情况下切换人机交互控制模式；
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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的附图。
图2是本发明实施例提供的节能遮阳系统中遮阳窗模组与开关模组的电路连接示意图；
图7是本发明实施例提供的节能遮阳系统中处理器模块的单片机引脚结构示意图；
其中，附图标记包括：1-恒压源模块，11-升压芯片，12-变压器，13-二极管，14-第七mos管，15-第五电阻，16-第三电阻，17-第四电阻，18-电容，2-恒流模块，211-第五mos管，212-第六mos管，221-第一电阻，222-第二电阻，231-第一三极管，232-第二三极管，233-第三三极管，234-第四三极管，241-第一运算放大器，242-第二运算放大器，25-参考地，26-第一端口，27-第二端口，3-处理器模块，31-单片机，4-h桥控制模块，41-第一mos管，42-第二mos管，43-第三mos管，44-第四mos管，46-第一输出端，47-第二输出端，5-电压调节模块，51-第三运算放大器，52-第六电阻，53-给定电压端，6-传感模块，7-电子开关，8-遮阳窗，81-导电薄膜，82-电介质层，83-透明导电层，84-玻璃层，85-电源。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在现有技术中，申请号为9.9的中国专利公开了由一种新型材料合成的静电薄膜，如图8所示，主要由弹性卷曲状导电薄膜81、电介质层82、透明导电层83构成，所述透明导电层83贴附在玻璃层84上，其工作原理为：当接入电源85时，所述弹性卷曲状导电薄膜81上和透明导电层83上分别充上正负电子，使得所述弹性卷曲状导电薄膜81在静电力作用下克服自身卷曲力而展开(图8中向左方向展开)，展开状态的导电薄膜81与透明导电层83相对设置，等效为电容器。
本发明实施例中的静电膜与背景技术中提到的专利中的弹性卷曲状导电薄膜81的结构和工作原理均一致，即通过静电引力克服自身卷曲力而展开形成遮阳帘。
在本发明的一个实施例中，提供了一种基于新能源用膜材料的节能遮阳系统，如图1所示，所述遮阳系统包括恒压源模块1、遮阳窗模组、开关模组、处理器模块3及传感模块6，所述恒压源模块1的母线电压端向所述遮阳窗模组提供稳定的母线电压；
所述遮阳窗模组包括多个遮阳窗模块8，所述多个遮阳窗模块设置在同一玻璃内侧(如图9)或不同的玻璃内侧(未图示)，每个遮阳窗模块8包括卷曲的静电膜和导电层，所述导电层与展开状态下的静电膜相对设置；这里所说的卷曲的静电膜，是指在自然状态下，其为卷曲状，在通电后，由于静电膜与导电层上带有不同电性的电荷，在异性相吸的原理下，所述静电膜克服自身的卷曲力而变为平面状态，并且，所述静电膜为深色，所述导电膜为透明无色。
所述开关模组包括多个电子开关7，所述电子开关7与遮阳窗模块8一一对应，每个遮阳窗模块8与电子开关7串联成第一支路，各个第一支路并联连接；
所述传感模块6包括一个或多个传感器，如图1所示，所述传感模块6与处理器模块3的输入端连接，所述电子开关7的控制端与处理器模块3的输出端连接，所述处理器模块3根据传感器的检测结果控制电子开关7闭合或者断开。
可选地，所述传感器为温度传感器和/或设置在室外的光传感器，所述温度传感器包括用于检测室外温度的室外温度传感器和/或用于检测室内温度的室内温度传感器；所述处理器模块3根据室外温度传感器和/或室内温度传感器和/或光传感器的检测结果控制电子开关的通断。可选地，统一控制各个电子开关同步动作。
在本发明的一个实施例中，所述传感模块6包括室内传感器，若所述室内传感器检测到室内温度大于预设的第一温度阈值(比如人体觉得较舒适的温度值23℃)，则控制电子开关7闭合，使得遮阳窗模块8展开。
在本发明的一个实施例中，所述传感模块6包括室外传感器，若所述室外传感器检测到室外温度大于预设的第二温度阈值(比如酷暑的30℃)，则控制电子开关7闭合使得遮阳窗模块8展开。
在本发明的一个实施例中，所述传感模块6为光传感器，若所述光传感器检测到室外光照的光度大于预设的第一光度阈值，则控制电子开关7闭合使得遮阳窗模块8展开。
在本发明的一个实施例中，所述传感模块6包括室内传感器和室外传感器，若检测到室外温度比室内温度高出预设的第三温度阈值(比如10℃)，则控制电子开关7闭合使得遮阳窗模块8展开。
在本发明的一个优选实施例中，所述传感模块6包括室内传感器、室外传感器及室外的光传感器，控制策略如下：在室内温度低于第一温度阈值(比如人体觉得较舒适的温度值23℃)的前提下，若室内温度高于室外温度，且光传感器检测到光度信息低于预设的光度阈值(表示是阴天)，则控制电子开关7闭合使得遮阳窗模块8展开(减缓室内热量向室外扩散的过程)，否则控制电子开关7断开；反之，在室内温度高于第一温度阈值(比如人体觉得较舒适的温度值23℃)的前提下，若室内温度高于室外温度，且光传感器检测到光度信息低于预设的光度阈值(表示是阴天)，则控制电子开关7断开使得遮阳窗模块8收起(加快室内热量向室外扩散的过程)，否则控制电子开关7闭合。
在本发明的一个优选实施例中，所述遮阳系统除了包括传感模块，系统还包括人机交互模块，所述人机交互模块与处理器模块3的输入端连接，所述人机交互模块至少包括与所述电子开关7相同数量的机械式按钮或触屏式按钮或电子输入按钮，所述处理器模块3根据人机交互模块的输入指令控制相应的电子开关7闭合或者断开。可选地，所述人机交互模块为机械式按钮或触摸屏或电子输入设备，人机界面应用市场成熟方案，可是lcd触摸屏方案，可以是按键方案，通过串口等通讯方式把用户信息反馈给模块处理器模块3的单片机31，从而进行指令执行控制。
基于所述传感模块6的传感控制模式和基于人机交互模块的人机交互控制模式可以共存，也可以根据室内是否有人而自动控制，比如，在室内设置热释电红外传感器，用于检测室内是否有人，所述热释电红外传感器与处理器模块3的输入端连接；若所述热释电红外传感器检测到室内无人，则当前自动切换到传感控制模式，即所述处理器模块3根据传感器的检测结果控制电子开关7的通断，若所述热释电红外传感器检测到室内有人，则所述处理器模块3根据人机交互模块的输入指令控制电子开关7的通断。
又或者，可以采用模式控制开关取代热释电红外传感器，所述模式控制开关用于切换传感控制模式或人机交互控制模式。若处于人机交互控制模式下，可以切断传感模块的供电源；若处于传感控制模式下，可以切断人机交互模块的供电源。
如图3所示，所述恒压源模块1包括电源、升压芯片11和升压电路，所述电源为光伏电源或蓄电池，所述升压电路包括变压器12、第七mos管14、第三电阻16、第四电阻17和第五电阻15，所述变压器12的初级线圈分别与电源和第七mos管14的源极连接，所述第七mos管14的漏极通过第五电阻15接地，所述第七mos管14的栅极与所述升压芯片11连接，在本发明的一个优选实施例中，所述升压芯片11采用lt3751芯片，用于控制升压电路的工作状态；
所述第三电阻16与第四电阻17串联形成第五支路，所述变压器12的次级线圈分别与母线电压端和第五支路的一端连接，第五支路的另一端接地，所述第三电阻16与第四电阻17之间设有反馈端，所述反馈端与所述升压芯片11的反馈引脚连接。其中，所述第三电阻16、第四电阻17和第五电阻15均为采样电阻，其中，所述第五电阻15的采样电压反馈到所述升压芯片11；所述第三电阻16与第四电阻17之间的连接点feedback连接到升压芯片11上的feedback脚，形成反馈控制，使所述母线电压端输出恒定的电压值。
在本发明的一个优选实施例中，所述升压电路还包括二极管13和电容18，所述二极管13设置在次级线圈与母线电压端之间，所述二极管13的导通方向为由次级线圈向母线的两端并联在所述第五支路的两端。母线电压端(图中vbus)在完成电压调节后，保持输出恒定电压。
如图4所示，所述h桥控制模块4包括第一mos管41、第二mos管42、第三mos管43、第四mos管44，所述第一mos管41、第二mos管42设置在所述母线电压端与接地端之间的第二支路上，所述第三mos管43、第四mos管44设置在所述母线电压端与接地端之间的第三支路上，所述第一输出端46设置在第一mos管41与第二mos管42之间，所述第二输出端47设置在第三mos管43与第四mos管44之间；
所述第一mos管41的栅极、第二mos管42的栅极、第三mos管43的栅极、第四mos管44的栅极分别与所述处理器模块3连接，所述处理器模块3控制所述第一mos管41和第四mos管44导通且第二mos管42和第三mos管43关闭，或者，所述处理器模块3控制所述第二mos管42和第三mos管43导通且第一mos管41和第四mos管44关闭。
从图4中可以看出，所述第一mos管41的漏极与所述母线电压端连接，第一mos管41的源极与第二mos管42的漏极连接，所述第二mos管42的源极与接地端连接；所述第三mos管43的漏极与所述母线电压端连接，第三mos管43的源极与第四mos管44的漏极连接，所述第四mos管44的源极与接地端连接。图4中的vbus端即与图3中的vbus端连接。
上述四个mos管的栅极分别连接对应的mos管驱动芯片，第一mos管41的第一栅极连接第一mos管驱动芯片，以此类推，当所述单片机31仅向第一mos管驱动芯片和第四mos管驱动芯片输出高电平，则所述第一mos管41和第四mos管44导通，而第二mos管42和第三mos管43未得到栅极电压而关闭，在此情况下，所述第一输出端46输出正电压，所述第二输出端47接地，此时，恒压源模块1给静电膜提供正向电压；
当所述单片机31仅向第二mos管驱动芯片和第三mos管驱动芯片输出高电平，则所述第二mos管42和第三mos管43导通，而所述第一mos管41和第四mos管44未得到栅极电压而关闭，在此情况下，所述第二输出端47输出正电压，所述第一输出端46接地，此时，恒压源模块1(间接通过对应的电子开关7)给导电层提供正向电压。
由处理器模块3控制h桥控制模块2，每隔时间t，进行一次电压交变切换，这样静电薄膜和介质层表面的静电积累会减少很多，以保证薄膜运行稳定，优选地，所述处理器模块3包括单片机和mos管驱动芯片。
如图5所示，所述恒流模块2包括第五mos管211、第六mos管212、第一电阻221、第二电阻222、第一三极管231、第二三极管232、第三三极管233、第四三极管234、第一运算放大器241和第二运算放大器242，所述第一电阻221与第二电阻222串联形成第四支路，所述第一电阻221与第二电阻222的中间连接点与参考地25连接，所述第五mos管211的漏极与所述第一端口26连接，所述第五mos管211的源极与所述第四支路的一端连接，所述第四支路的另一端与第六mos管212的源极连接，所述第六mos管212的漏极与所述第二端口27连接；
所述第五mos管211与第一电阻221之间的电压采样点与所述第一运算放大器241的反相输入端连接，所述第六mos管212与第二电阻222之间的电压采样点与所述第二运算放大器242的反相输入端连接，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的正相输入端均连接基准电压，所述第一运算放大器241的输出端分别与第一三极管231和第二三极管232的基极连接，所述第二运算放大器242的输出端分别与第三三极管233和第四三极管234的基极连接，第一三极管231的发射极和第二三极管232的发射极均与所述第五mos管211的栅极连接，第三三极管233的发射极和第四三极管234的发射极均与所述第六mos管212的栅极连接。
从图中可以看出，所述第一三极管231为npn三极管，所述第一三极管231的集电极连接正电压(vp)；所述第二三极管232为pnp三极管，所述第二三极管232的集电极连接负电压(vn)；所述第三三极管233为npn三极管，所述第三三极管233的集电极连接正电压(vp)；所述第四三极管234为pnp三极管，所述第四三极管234的集电极连接负电压(vn)。优选地，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242均为双电源运放，即如图5所示，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的8脚均连接上述vp正电压，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的4脚均连接上述vn负电压。
参考地25的作用与普通的接地作用不同，其作用是为所述第五mos管211与第一电阻221之间的第一电压采样点以及第六mos管212与第二电阻222之间的第二电压采样点提供参考电压，在参考电压的基础上，所述第一电压采样点得到的第一采样电压与第一运算放大器241正相输入端的基准电压比较。当所述h桥控制模块4的第一输出端46输出正电压时，此时由第一运算放大器241控制第五mos管211的开度，而第六mos管212导通(第二运算放大器242不起调控作用)，若所述第一采样电压较基准电压vref偏大，说明流经第一电阻221(第二端口27)的电流偏大，则所述第一运算放大器241的输出端通过第一三极管231和第二三极管232控制所述第五mos管211的栅极电压变小，则所述第五mos管211的开度减小，使所述第一电阻221(图5中左侧)一端的采样电压下降；反之，若采样电压偏小，则调节第五mos管211的开度变大，使所述第一电阻221一端的采样电压上升，即在每一次采样中，调节所述第二端口27的输出电流稳定在恒流范围。当所述h桥控制模块4的第二输出端47输出正电压时，所述第二电压采样点得到的第二采样电压与第二运算放大器242正相输入端的基准电压比较，此时由第二运算放大器242控制第六mos管212的开度，而第五mos管211导通(第一运算放大器241不起调控作用)，若所述第二采样电压较基准电压vref偏大，说明流经第二电阻222(第一端口26)的电流偏大，则所述第二运算放大器242的输出端通过第三三极管233和第四三极管234控制所述第六mos管212的栅极电压变小，则所述第六mos管212的开度减小，使所述第二电阻222(图5中右侧)一端的采样电压下降；反之，若第二采样电压偏小，则调节第六mos管212的开度变大，使所述第二电阻222一端的采样电压上升，即在每一次采样中，调节所述第一端口26的输出电流稳定在恒流范围。
在本发明的一个优选实施例中，所述遮阳系统还包括电压调节模块5，参见图6，所述电压调节模块5包括第三运算放大器51和第六电阻52，所述第三运算放大器51的正相输入端与处理器模块3的单片机31引脚连接，所述第三运算放大器51的输出端分别与第三运算放大器51的反相输入端和第六电阻52的一端连接，所述第六电阻52的另一端分别与给定电压端53和所述恒压源模块1的升压芯片11的反馈引脚连接。
这里的电压调节模块5的作用是：恒压源模块1输出的高压vbus，这个vbus值是一个定值，我们需要根据负载的大小，及其他使用情况，改变想要得到的电压值，而电压调节模块5正是起到这个作用，其实现原理如下：所述vbus与可以通过以下公式计算得到：
其中vfb是给定电压端53的给定电压值(所述给定电压端53与图3中电阻rs1与rs2的中间点连接)，比如可采用1.22v，rs1,rs2,rs3分别为第三电阻16、第四电阻17、第六电阻52的电阻值，vsp是可以由单片机31控制其大小值，这样vbus和vsp构成一定的函数关系，改变vsp的值可以得到想要的vbus值。
参见图7，startup与图3中升压芯片11的u2脚相连，vsp引脚与图6中第三运算放大器51的3脚相连，s1引脚与图4中第一mos管41的1脚连接，s2引脚与图4中第二mos管42的1脚连接，s3引脚与图4中第三mos管43的1脚连接，s4引脚与图4中第四mos管44的1脚连接，ad引脚与图3中电阻r1与r2连接点相连。
本发明的节能遮阳系统利用传感模块自动控制遮阳窗打开或者关闭，在检测到需要遮阳的情况下自动展开遮阳窗，在检测到不需要遮阳的情况下自动收起遮阳窗，节约能耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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