太陽能智能調(diào)溫變色百葉窗的設(shè)計

王恒亮 劉妮 徐同杰 化柄淇

摘 ?要：文章設(shè)計了一套基于太陽能發(fā)電的單片機智能調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度濕度的變色百葉窗。利用太陽能電池板，結(jié)合ADS1115轉(zhuǎn)換芯片以及STC89C52RC單片機、風(fēng)速傳感器以及溫濕度傳感器檢測并發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了具有能夠主動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度以及控制室內(nèi)進光量的智能百葉窗，解決了當(dāng)前窗戶被動式、靈活性差、功能單一的問題。

關(guān)鍵詞：單片機;傳感器;百葉窗;太陽能電池板;液晶變色玻璃

中圖分類號：TU855 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0030-02

Abstract： In this paper， a set of color-changing blinds based on solar power generation is designed， which can intelligently adjust the temperature and humidity of the room. Using solar panels， combined with ADS1115 conversion chip， STC89C52RC single chip microcomputer， wind speed sensor and temperature and humidity sensor， we detected and sent data information， so the intelligent louver which can actively adjust the indoor temperature and humidity and control the amount of light in the room was realized. The problems of passivity， poor flexibility and single function of theblinds are solved.

Keywords： single chip microcomputer; sensor; shutter; solar panel; liquid crystal discoloration glass

1 研究背景及意義

窗戶作為家居的必需品，具有通風(fēng)透氣，透光等作用。就目前來看，窗戶雖然種類繁多，如平面窗平門窗、推拉窗、折疊窗、百葉窗，但其功能單一，非智能。目前家庭、辦公室采用的大多是普通窗戶，只能人為打開透氣或者關(guān)閉，靈活性差，而且離開家或者辦公室前必須關(guān)閉窗戶，極不方便，并且在陽光強烈時尤其在夏季，強光穿過玻璃會使室內(nèi)溫度升高，必須配有窗簾來阻擋陽光，自身不能遮陽。因此，發(fā)明一款通過溫度濕度智能調(diào)節(jié)的百葉窗勢在必行[1]，本文設(shè)計的百葉窗能夠根據(jù)室內(nèi)溫度自動調(diào)整窗戶開關(guān)以及開的角度，并且可以根室外風(fēng)速來控制窗戶是否開關(guān)，如果外邊的風(fēng)速達到一定限度，單片機會優(yōu)先控制窗戶關(guān)閉，防止窗戶以及室內(nèi)物品的損壞。而且，這款百葉窗利用太陽能發(fā)電，更加節(jié)能環(huán)保，符合現(xiàn)代節(jié)能減排的生活理念。

2 設(shè)計方案

2.1 整體設(shè)計方案

太陽能智能調(diào)溫變色百葉窗主要由四部分模塊組成：百葉窗主體液晶變色玻璃模塊、動力系統(tǒng)模塊、信息采集系統(tǒng)模塊和單片機控制系統(tǒng)模塊。其中采集系統(tǒng)模塊由風(fēng)速傳感器和溫濕度傳感器組成。利用太陽能發(fā)電[2]，主要通過風(fēng)速檢測器和溫濕度傳感器檢測數(shù)據(jù)對實時外部環(huán)境進行采集，將數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機對采集的風(fēng)速以及溫度的數(shù)據(jù)進行分析判斷進而控制舵機帶動玻璃轉(zhuǎn)動不同角度以及液晶變色玻璃的透明與否。該系統(tǒng)的整體硬件框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 百葉窗液晶變色玻璃模塊

液晶面板由中間一層液晶兩側(cè)為兩片精致的無鈉玻璃素材組成。當(dāng)光束通過中間層液晶時，液晶本身會順序排列立或扭轉(zhuǎn)排列，最終阻隔或使光束順利通過，如圖2所示。

液晶調(diào)光玻璃是中間一層液晶膜（俗稱調(diào)光膜， 液晶膜）兩側(cè)為玻璃，液晶膜由PVB/EVA膜覆蓋在最中央，經(jīng)過高溫高壓成型[3]，構(gòu)造如圖3所示。

液晶變色玻璃能夠阻擋98%以上的紫外線以及39%以上的紅外線，能夠有效防止室內(nèi)溫度的升高，還能防止室內(nèi)物品因為紫外線的直接照射而褪色，老化。達到霧化時霧化度達到90%以上，能有效阻擋光線進入，節(jié)省了購置窗簾的費用以及安置窗簾的空間，在一定程度上還能保護隱私，同時具有一定的隔音效果，使用壽命長，響應(yīng)時間短。

2.3 動力系統(tǒng)及單片機控制模塊

此系統(tǒng)當(dāng)開啟時，會先使舵機歸位，然后取一定時間內(nèi)風(fēng)速的平均值，當(dāng)平均風(fēng)級高于七級時，不論室內(nèi)溫濕度多高多低都會關(guān)窗，但會根據(jù)室內(nèi)溫度的高低控制玻璃的霧化或透明，如果風(fēng)速滿足開窗的條件，系統(tǒng)就會根據(jù)室內(nèi)溫度的高低輸出不同的命令[4]。

當(dāng)室內(nèi)溫度高于28℃時，系統(tǒng)會控制液晶變色玻璃達到霧化的狀態(tài)，以防止陽光進入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度升高，然后系統(tǒng)會根據(jù)風(fēng)速的大小控制舵機帶動玻璃轉(zhuǎn)動不同的角度，例如，當(dāng)風(fēng)級在3級與7級之間時，舵機會帶動玻璃轉(zhuǎn)動15°，之后系統(tǒng)進入待機檢測階段。

若室內(nèi)溫度低于18℃時，此時系統(tǒng)會命令窗戶關(guān)閉，并且達到透明狀態(tài)，之后進入待機檢測階段。

2.4 風(fēng)速傳感器

三杯式風(fēng)速傳感器工作帶動一個小直流發(fā)電機產(chǎn)生直流電壓，風(fēng)速越高，產(chǎn)生的直流電壓越高，最高可產(chǎn)生1.2V直流電壓。

2.5 溫濕度傳感器

若室內(nèi)溫度在18℃與28℃之間時，因為此段溫度是適合人的正?；顒樱藭r系統(tǒng)會接著檢測室內(nèi)的濕度，若濕度高于80%時，此時由于室內(nèi)溫度適宜，不宜讓玻璃轉(zhuǎn)動太大角度，所以只轉(zhuǎn)動15°，并且會讓玻璃達到透明狀態(tài)，讓陽光進如室內(nèi)，降低室內(nèi)濕度;若濕度在30%與80%之間，此時室內(nèi)溫度濕度適宜，所以此時系統(tǒng)會延時檢測;若室內(nèi)濕度低于30%時，系統(tǒng)會命令舵機帶動玻璃關(guān)閉，防止室內(nèi)太干燥，而此時室內(nèi)溫度適宜，所以此時命令窗戶的霧化與否不變，盡量減少溫度變化幅度太大，之后系統(tǒng)進入待機檢測階段。

3 性能分析與實物圖

采用了高效率的太陽能電池板，具有不占空間，不影響室內(nèi)采光優(yōu)勢，同時綠色環(huán)保。如果有多余的電能，也可以存儲在鋰電池組中，光照不好時給系統(tǒng)供電，確保了即使在陰雨天也可提供充足的電能來運作該百葉窗系統(tǒng)。運用的三杯風(fēng)速傳感器具有良好的防侵蝕、抗腐蝕優(yōu)點，從而有效保證儀表在長期使用的狀態(tài)下不起銹，同時內(nèi)部采用順滑的軸承系統(tǒng)，確保了采集信息的準(zhǔn)確性。采用液晶變色玻璃，能在霧化以及透明之間轉(zhuǎn)換，有效保護隱私;功耗低，響應(yīng)時間短，霧化或者透明狀態(tài)下都能阻擋90%以上，霧化時甚至能達到98%以上，可保護室內(nèi)的陳設(shè)不因紫外輻照而出現(xiàn)褪色、老化等情況，保護人員不受紫外線直射而引起的疾病，抑制室內(nèi)溫度的升高。采用金屬齒輪舵機，扭曲力度大。運用百葉窗造型，不論是在外觀上，還是在保證通風(fēng)效果、保護隱私上都有較好的表現(xiàn)。圖4為實物圖。

4 結(jié)束語

本設(shè)計采用節(jié)能環(huán)保的太陽能電池板作為供電系統(tǒng)，利用ADS1115轉(zhuǎn)換芯片以及STC89C52RC單片機、風(fēng)速傳感器以及溫濕度傳感器檢測并發(fā)送數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了具有能夠主動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度以及控制室內(nèi)進光量的智能百葉窗。本設(shè)計既可有效遮擋陽光及紫外線，又能保證良好的通風(fēng)效果，并且延長百葉窗的使用壽命，更符合現(xiàn)代人們方便與智能的生活理念。本設(shè)計可以應(yīng)用到居家，辦公室以及醫(yī)院、商場等公共場所。

參考文獻：

[1]陳吉婷，趙康，何浩波.基于單片機的防雨、防塵智能窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機，2017（03）：115-117.

[2]蔡江林，賈黎明，方信佳，等.基于太陽能驅(qū)動的自動輔窗設(shè)計[J].電子制作，2016（01）：9-10.

[3]史蕾蕾.一種使公交車車窗玻璃變色裝置的設(shè)計[J].汽車實用技術(shù)，2016（9）：76-77.

[4]穆斯.機械設(shè)計出版社[M].機械工業(yè)出版社，2012，03.