智能家居系统 - 图文(7)

这种类型的智能窗设计多样性较强，随感应器类型、嵌入程序设计、外置设备的不同，其系统具有不同的功能和特点。但总体而言其基本由感应器、位移控制设备、单片机、通信模块、远程终端构成，常见的其他附加功能设备还有排风机、报警器、摄像机等等。

感应器作为系统的基础，承担感知功能，在智能窗专利中常见的感应器有湿度传感器、风速传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、煤气传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、雨量传感器、红外传感器、声音传感器、空气质量传感器、烟雾传感器、压力传感器、位移传感器等。

通讯模块负责将传感器采集到的数据通过网络传输给承担中央控制器的单片机或其他设备，并由其通过程序进行判断、处理。处理的结果由位移控制设备或其他附加功能设备执行或交由远程控制端（房屋主人）判断、执行。其物联网结构图和程序图分别如下图所示。

2）常见功能

随配置的传感器种类不同，智能窗会具有不同的功能。一般的智能窗设计都会配置有两种以上的传感器，以对特定的情况进行感应、判断、处理。目前国内智能窗设计基本都具备如下的功能。 1、自动开、闭

当感应器检测到的数值超过设定阈值时，如当风速传感器测得的风速超过了程序设定的风速上限、光强传感器测得光照强度过大、声音传感器测得室外声音分贝过高时，中央控制模块会根据相应的程序设定对位移控制设备下达指令，使窗户关闭。 2、危险警报

家居室内空间的安全一直是消费者关注的重点，智能窗在设计时也针对防盗、防火、防煤气泄漏等进行了改进。当窗户的压力传感器、红外传感器，感知到异

常时会系统自动进行判断、处理，一般处理方式包括关闭窗户、报警器开启、向远程控制端发送报警信息、联网报警，若系统附加有图像采集设备，还可以通过其对可以目标的图像进行采集。当室内发生火灾、煤气泄漏时，系统也可做出相应的判断和处理。 3、实时互通

当前的智能窗大部分都设计有两个控制端，一个为室内中央控制器另一个为移动控制端，移动控制端一般为屋主的手机。屋主通过APP可以随时查看智能窗系统的实时情况，如开闭、各项传感器数据、附加功能组件的运行和实况。同时，其也可以通过APP对智能窗系统下达指令和警报接收。 4、附加功能

部分设计除了增加窗户的基本功能外，还附加设计了部分功能。常见的有排风扇，青岛联合创新技术服务平台有限公司所申请的专利“室内有害气体检测控制系统及控制方法”就在窗户上增加了风扇，当室内有害气体超标、室内洋气含量过低时其会自动打开排风扇辅助室内空气流通。 2.4.2.1 基于功能材料的智能窗

常见于智能窗制造的功能性材料主要有两类，分别是热致变色材料（二氧化钒）、电致变色材料（三氧化钨）。 1）热致变色材料（二氧化钒）

二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物，其相变温度为68℃，发生相变时其由低温状态的半导体单斜晶相转变为金属四方晶相，使红外光透过率急剧降低、反射率增大，从而可以有效阻挡红外线的透过。人们根据这一特性将其应用于制备智能控温薄膜领域。国内亦有将二氧化钒薄膜用于玻璃贴面，使玻璃自身具有根据温度变化调节光线投入率的能力。如，在冬天，当室内温度低时，红外光进入室内，提高室内温度；在夏天室内温度高时，智能窗玻璃自动降低红外光的透过率，阻止室内温度升高。

由于其相变温度较高，故在制造相变玻璃时主要有两种方法。一种是通过加热玻璃基板或变色层使其达到相变温度（68℃），另一种是通过掺杂降低其相变温度使其常温下即可发生相变，其中后者的成本和实用性明显高于前者，故也成为主流的方法。

通过加热玻璃基板或变色层使其达到相变温度的代表性产品为河北省沙河玻璃技术研究院所申请的专利“一种热致变色智能窗及其制备方法”，其为全薄膜

结构，从下到上依次为：基片、电加热层、缓冲层、热致变色层、保护层，或者基片、缓冲层、热致变色层、保护层、电加热层。其中热致变色层材料是掺杂F-、WOx或MgO 的VO 2，掺杂后其相变温度降为50℃。该制备方法中热致变色层采用中频或直流溅射，在缓冲层上生长热致变色层VO2，靶材是V，通过掺杂在膜层中引入0.1% ～ 10%（wt％）的F-、MgO、WOx或MoOx，气体采用Ar 与O2混合气，体积比例Ar:O 2为99:1 ～ 9:1。其采用电加热与热致变色材料的复合结构，通过电加热提高基底温度使VO2在室温下强制发生相变，其结构图如下图所示。

通过掺杂降低二氧化钒的相变温度是目前的主流方法，哈尔滨工业大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国建材国际工程集团有限公司等均使用这种方法制备热致变色智能膜。其通过溅射方法在基片表面制备V2O5或金属钒薄膜，再通过退火处理使掺杂膜变为相变温度为常温的二氧化钒薄膜。常温相变的二氧化钒薄膜具有优异的选择透光性能，详见下图。

2）电致变色材料（三氧化钨）

电致变色是指在外加电压或电场的作用下，材料的颜色或透明度发生稳定可逆的变化，从而可选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散。电致变色

薄膜可分为无机电致变色薄膜( 如WO3、NiO2、MoO3、V2O5等) 和有机电致变色薄膜两大类。其中，WO3因具有响应时间短，循环寿命长等优点成为研究的热点。

北京工业大学使用WO3粉末、乙酰丙酮、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙烯醇蒸馏水或乙醇制备可用于电致热材料的原料，其透光率如下图所示。

暨南大学使用WO3为原料申请了 “一种可电致变色、电化学储能和驱动电子设备的智能玻璃”其除了具有可在电压的作用下改变玻璃的红外光通过率外，同时具有储存电能并驱动电子设备的功效，可用于光线调节及电力供应。其不同电位下的透过率曲线及便色效果图如下图所示。

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