[发明专利]一种感知天气的智能天窗控制系统

权利要求书

1.一种基于感知天气智能天窗控制装置的智能天窗控制方法，其特征在于，包括：

天窗框架、天窗挡板、舵机连接件、舵机、角度电位器、多路PWM驱动器、微控制器、无线通信模块、用户控制端、气象服务器；

所述的微控制器、多路PWM驱动器、舵机通过有线方式依次连接；所述天窗挡板与所述角度电位器连接；所述角度电位器与微控制器通过有线方式连接；所述微控制器与所述无线通信模块通过有线方式连接；所述无线通信模块分别与所述的用户控制端、气象服务器通过无线方式依次连接；所述天窗框架采用铝合金材质构成，天窗框架中部嵌入透光性强的玻璃；所述玻璃上部安装有所述天窗挡板；所述的舵机、舵机连接件、天窗挡板依次连接；

所述无线通信模块用于与所述气象服务器进行远程无线通信；

所述气象服务器将天气因素、太阳入射高度角通过无线方式传输至所述无线通信模块，进一步通过无线通信模块传输至所述微控制器；

所述角度电位器用于测量所述天窗挡板的实时张合角度并反馈至所述微控制器；

所述微控制器根据天气因素、太阳入射高度角计算所述天窗挡板的最优张合角度，进一步结合所述天窗的实际张合角度，通过位置式PID控制方法产生占空比控制信号，将占空比控制信号输出至所述多路PWM驱动器，进一步通过所述舵机控制所述天窗挡板的实际张合角度；

所述微控制器将挡板位置信息通过所述无线通信模块无线传输至所述用户控制端；

步骤1：从气象服务器获取天气因素、太阳入射高度角，判断所述天窗上空的天气因素为晴天，气象服务器将晴天时太阳入射高度角无线传输至所述微控制器；

步骤2：根据晴天时太阳入射高度角、太阳入射方位角、屋面坡角通过最小化影子计算天窗挡板的最优张合角度；

步骤3：微控制器根据天窗挡板的最优张合角度、角度电位器测量的天窗挡板的实时张合角度，通过位置式PID控制方法产生占空比控制信号，将占空比控制信号输出至多路PWM驱动器以驱动舵机，进一步通过舵机控制天窗挡板的实际张合角度达到最优张合角度；

步骤2所述晴天时太阳入射高度角定义为α_ht；

步骤2所述太阳入射方位角定义为β_A；

步骤2所述屋面坡角定义为δ；

步骤2所述通过最小化影子计算天窗挡板的最优张合角度为：

微控制器定时从气象服务器中获取第t个时刻的晴天时太阳入射高度角α_ht，对天窗挡板的理论张合角度θ在0°-180°内遍历，实现影子长度最小这一最优解，具体如下：

其中，α_ht为第t个时刻的晴天时太阳入射高度角，β_A为太阳入射方位角，δ为屋面坡角，θ为天窗挡板的理论张合角度，Shadow_length_x为挡板影子在东西方向上投影长度，Shadow_length_y为挡板影子在南北方向上投影长度，Shadow_length为挡板影子长度即优化目标，T为时刻的数量，当Shadow_length为最小值时，对应的θ_*为天窗挡板的最优张合角度；

步骤3所述通过位置式PID控制方法产生占空比控制信号，具体为：

其中，θ_*为天窗挡板的最优张合角度，θ_i为角度电位器测量的天窗挡板的实时张合角度，Error为角度的差值，Kp为PD控制环中比例参数，Kd为PD控制环中的微分参数，Last_Error为上次最佳角度和测量换算得到的当前角度的差值，PWM_out为占空比控制信号；

通过多次调试和选择Kp、Kd参数大小。