中高端寫字樓智能光控多功能百葉窗的設(shè)計研究

楊晨 王成 梁嘉偉 丁江濤 楊為民 王明

摘 要：隨著智能家居的不斷普及，智能家居給人們的生活帶來了極大的便利?，F(xiàn)如今人們在辦公樓內(nèi)工作一天，如外界光線較強或較暗時對眼睛傷害特別大，為了改善辦公環(huán)境，達到使人眼舒適的效果，從而設(shè)計這款具有自動感光功能的百葉窗。該百葉窗具有控制采光和自動補光的功能，當外界光線太強時通過信號分析可自動調(diào)節(jié)百葉窗的進光量，當光線較弱時補光功能自動打開保證屋內(nèi)光線充足。在滿足國家標準的辦公環(huán)境下，完成對于光照不足情況下的作業(yè)。解決了在辦公室、家中辦公時，陽光過強或過暗對眼睛的危害。

關(guān)鍵詞：智能百葉窗;光控系統(tǒng);智能家電

引言

近年來我國經(jīng)濟高速發(fā)展，為了提高用戶的生活品質(zhì)，給用戶帶來更良好的體驗，人們對于智能家居的需求越來越大，各大電子器件公司也不斷加大智能化研究的投入。在日常生活中，普通的窗簾在打開時，陽光全部射入室內(nèi)，陽光充足時，光照強度過大，會刺激人的眼睛，影響人們的正常辦公。拉上窗簾時，室內(nèi)過暗，也會導(dǎo)致無法正常辦公。根據(jù)《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2013規(guī)定，室內(nèi)學習及辦公的最適宜光照強度為300lx（lx：勒克斯），上下偏差值為10%。為此設(shè)計了一款智能百葉窗，可以根據(jù)外部的光照強度自動調(diào)整葉片的開閉角度，使屋內(nèi)始終保持較為合適的光照強度，制造最佳的辦公環(huán)境。降低了太陽光對于人眼的刺激作用，極大的提高了辦公效率。

第一章 智能百葉窗的工作原理

當內(nèi)外光傳感器檢測到光線強度后，單片機接收到光信號與設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)做對比。舵機根據(jù)對比值轉(zhuǎn)動，進而帶動葉片轉(zhuǎn)動。室內(nèi)光照傳感器接收室內(nèi)光照變化，單片機接收光信號與設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)做對比。如果達到設(shè)定范圍，讓舵機停止并保持此時角度;反之舵機繼續(xù)轉(zhuǎn)動調(diào)整葉片，直到找到最適宜的光線強度為止。

第二章 百葉窗整體設(shè)計

百葉窗是設(shè)計的硬件基礎(chǔ)，為實現(xiàn)其自動擺轉(zhuǎn)葉片的功能，將一扇普通的百葉窗進行改裝，把原來手動改變?nèi)~片轉(zhuǎn)動方向的萬向節(jié)和聯(lián)結(jié)桿拆下，在對應(yīng)轉(zhuǎn)動的金屬桿的一端裝入舵機并固定，使百葉窗的葉片能在最大限度內(nèi)擺動。

第三章 補光系統(tǒng)的組裝與調(diào)試

為解決陰天等外部光線不足的特殊情況，在百葉窗的內(nèi)側(cè)加裝補光系統(tǒng)。根據(jù)國家標準室內(nèi)學習及辦公的最適宜光照強度為300lx，上下偏差值為10%。經(jīng)計算選擇三個型號大小相同的燈管，且它們補光的色澤相同，3個燈管光照強度分別是150lx，60lx，60lx，用傳感器測量外部的光照強度。當光照強度為0lx到60lx的時候，光信號輸入單片機，單片機接收型號與數(shù)據(jù)對比，此時3個燈管都打開。同理，當光照強度為60lx到120lx的時候，150lx和一個60lx的燈管打開。當光照強度為120lx到180lx的時候，150lx的燈管打開，如果光照強度高于270lx時，所有燈管都應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

第四章 電路系統(tǒng)及相關(guān)電子元器件的工作原理

智能窗簾的電路模塊較多，主要由電機驅(qū)動模塊，光照模塊，中央控制模塊，電路顯示模塊等許多電路控制模塊組成;是一個較為完整的電子系統(tǒng)。在此簡單介紹上述電路模塊。

電機驅(qū)動模塊與電機驅(qū)動機相接的是ULN2003芯片。既可以在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，也可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。

光照模塊，采用BH1750芯片最為合適。芯片內(nèi)部有精度較高的光敏二極管，運算放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可實現(xiàn)光信號的儲存與讀取，進而實現(xiàn)光照數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

中央控制模塊，選擇STC89C52芯片，與傳統(tǒng)的STC89C51相比，內(nèi)部多一個EEPROM 空間，可以實現(xiàn)串口下載程序，指令執(zhí)行速度快一倍，極大提高了復(fù)雜程序設(shè)計指令的執(zhí)行時間。其具有8k字節(jié)的Flash，512字節(jié)的RAM， 32 位的I/O 口線，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，看門狗定時器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。

電路顯示模塊，選用LCD12864顯示電路。帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字。也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。

第五章 臨界值設(shè)置方法

為了使用戶獲得更良好的體驗，增加了臨界值調(diào)節(jié)面板。用戶可以通過電路板上的加減兩個按鈕改變光照臨界值，尋找肉眼更適宜的光照強度。

電系統(tǒng)的原理圖如圖所示。

第六章 實驗數(shù)據(jù)與實驗結(jié)論

舵機完成180°轉(zhuǎn)動，所需的時間為66s;

舵機每轉(zhuǎn)動6°，百葉窗葉片轉(zhuǎn)動3°，所需的時間為2.2s;

該百葉窗主要實現(xiàn)功能如下：

可根據(jù)光線強度變化自動開合百葉窗;

可根據(jù)用戶意愿設(shè)定進光量;

通過控制面板實現(xiàn)窗簾的實時手動開合;

通過控制面板實現(xiàn)手動與自動模式的切換;

第七章 結(jié)語

隨著智能家居市場投入的不斷擴大，在選擇居家產(chǎn)品方面，人們考慮便利性、經(jīng)濟性、實用性的同時，更多的會考慮到健康、綠色、環(huán)保等因素。智能家居的健康化、綠色化成為了亟需解決的問題。該智能百葉窗，通過控制傳感器采光與輸入數(shù)據(jù)、內(nèi)外光照量做對比，控制百葉窗自動開合的角度。補光系統(tǒng)接受到信號之后，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的差值實現(xiàn)自動補光。解決了在辦公室、家中，陽光過強或過暗對眼睛的危害。