基于STM32的智能百葉窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

沈金武　李岳軍　賴曉棟　李典航

摘要：隨著人們對生活質(zhì)量的重視，百葉窗實(shí)用美觀且符合大眾消費(fèi)水平所以得到了廣泛的使用。但傳統(tǒng)的百葉窗清洗不易，遮檔功能不強(qiáng)，手動(dòng)調(diào)節(jié)遮光度，每一片葉子的緊密性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)四周和中間有縫隙，導(dǎo)致隔熱性和隔紫外線效果變差室內(nèi)光線不均勻;且非智能化，特別是當(dāng)早上光線突變時(shí)室內(nèi)主人尤感不適，不能及時(shí)根據(jù)外界的光線強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整葉片閉合程度，以達(dá)到室內(nèi)最佳光強(qiáng)度的目的。我們的百葉窗在解決傳統(tǒng)百葉窗不足的基礎(chǔ)上，對能源的開放和使用、用戶體驗(yàn)等方面也進(jìn)行了相應(yīng)的創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)方面利用柔性太陽能電池板、主控芯片、光敏傳感器、有害氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、無線通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)采集根據(jù)光照度自動(dòng)調(diào)節(jié)開合度，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)清洗，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度等傳統(tǒng)百葉窗所不具備的功能。

關(guān)鍵詞：柔性太陽能電池板;自動(dòng)調(diào)節(jié)開合度;自動(dòng)清洗

1 前言

傳統(tǒng)的百葉窗需要手動(dòng)調(diào)節(jié)遮光度，過于繁瑣，而且它的每一片窗葉的緊密度不夠，所以容易出現(xiàn)縫隙，這樣一來會(huì)導(dǎo)致?lián)鯚嵝院蛽踝贤饩€的效果變差讓室內(nèi)光線不均勻，帶來不適。傳統(tǒng)百葉窗的葉片經(jīng)過長時(shí)間的使用容易積累灰塵污漬等，清洗擦拭都比較麻煩，如果衛(wèi)生不到位容易導(dǎo)致細(xì)菌的滋生極可能引起疾病，而且這還會(huì)影響室內(nèi)的美觀。窗簾的占有面積較大，傳統(tǒng)的百葉窗不加以利用這是資源的浪費(fèi)。為解決上述問題，我們將采用太陽能供電，在百葉窗裝上溫濕度傳感器，粉塵傳感器并將檢測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給中央處理器，使百葉窗能夠及時(shí)做出反應(yīng)，為了方便百葉窗的智能控制，我們采用微信小程序或通過語音的方式對百葉窗進(jìn)行精準(zhǔn)控制。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳對其進(jìn)行監(jiān)控。這樣就能彌補(bǔ)傳統(tǒng)百葉窗的缺陷，且滿足個(gè)人對光線的特殊喜好。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

百葉窗系統(tǒng)框主要由太陽能板粘附在窗框和葉片上做成的窗簾、蓄電池、主控芯片STM32、毛刷、粉塵傳感器、光敏傳感器、WiFi模塊、溫濕度傳感器、滑軌、步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)等組成。

2.1感知層技術(shù)

感知層：承擔(dān)信息的采集，可以應(yīng)用的技術(shù)包括智能卡、RFID電子標(biāo)簽、識(shí)別碼、傳感器等。物聯(lián)網(wǎng)的核心是感知層中的技術(shù)。而我們的百葉窗主要運(yùn)用了傳感器技術(shù)。傳感技術(shù)主要研究關(guān)于從自然信源獲取信息，并對之進(jìn)行處理的（變換）和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)。傳感技術(shù)的核心即傳感器，是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物、物與人信息交互的必要組成部分。百葉窗的傳感器主要是溫濕度傳感器、光敏傳感器。

窗戶作為與外界氣體交換的主要通道之一，對室內(nèi)的溫度，濕度的變化情況可以得到一個(gè)最先的了解和感知，通過溫濕度傳感器將室內(nèi)的溫度、濕度轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并實(shí)時(shí)傳輸給中央處理器進(jìn)行處理。用戶可通過單片機(jī)顯示屏或手機(jī)界面獲取的溫濕度數(shù)據(jù)，調(diào)整百葉窗狀態(tài)，對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行改善。溫濕度傳感器由于具有價(jià)格便宜、便宜與監(jiān)控系統(tǒng)相連、精度高、體積小、靈敏度優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)，使得在我們的項(xiàng)目中有著不可取代的作用。

光敏是對外界光信號(hào)或光輻射由響應(yīng)或轉(zhuǎn)換功能的敏感裝置，利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。我們百葉窗項(xiàng)目采用了光敏傳感器中最簡單的光敏電阻器件，能感應(yīng)光線的明暗變化，輸出微弱的電信號(hào)，通過簡單電子線路放大處理，并將檢測值傳給主控單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而控制百葉窗葉片的閉合度實(shí)現(xiàn)光線強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，營造舒適的居住環(huán)境。

2.2傳輸層技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)傳輸層主要分有線通信和無線通信，在我們的百葉窗項(xiàng)目中，主要運(yùn)用了無線通信技術(shù)。單片機(jī)將傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的溫濕度、光照強(qiáng)度信息通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺(tái)服務(wù)器（物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)），手機(jī)用戶利用4G通信網(wǎng)絡(luò)登陸物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的微信小程序即可實(shí)時(shí)觀測溫濕度，光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，用戶也可憑借此無線傳輸通信途徑在手機(jī)上對中央處理器做出百葉窗操控命令。本項(xiàng)目的語音控制功能則是將用戶的語音命令解析成相應(yīng)的代碼通過網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺(tái)服務(wù)器，進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳輸給中央處理器，對其傳達(dá)的指令生效，實(shí)現(xiàn)語音控制百葉窗。因4G通信覆蓋范圍廣，我們的百葉窗無論從手機(jī)還是語音，連網(wǎng)即可無障礙實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

2.3控制層技術(shù)

控制即對系統(tǒng)輸出信號(hào)進(jìn)行采集和加工，并將此產(chǎn)生的控制信號(hào)施加到系統(tǒng)中，以達(dá)到某個(gè)特定的目的。在我們的項(xiàng)目中，控制層技術(shù)主要由窗體按鍵、手機(jī)微信界面按鍵操作、語音控制實(shí)現(xiàn)，無論從手動(dòng)、自動(dòng)控制還是語音控制，都實(shí)現(xiàn)了用戶使用的最大便捷。此外，步進(jìn)電機(jī)在控制方面也發(fā)揮了巨大作用，在百葉窗的底部安裝了一個(gè)與百葉窗等寬度的滾動(dòng)毛刷置于百葉窗的窗框下側(cè)，當(dāng)單片機(jī)接收到清洗命令時(shí)，利用步進(jìn)電機(jī)以及滑軌來實(shí)現(xiàn)毛刷的升降和葉片的翻轉(zhuǎn)。直流電機(jī)控制毛刷正反轉(zhuǎn)。通過步進(jìn)電機(jī)拉動(dòng)滑軌上的滑塊進(jìn)而帶動(dòng)正在自轉(zhuǎn)的毛刷上升或下降，清洗完葉片正面，葉片會(huì)翻轉(zhuǎn)完成反面清洗。

2.4軟件開發(fā)技術(shù)

無軟件，不智慧。手機(jī)里安裝相對應(yīng)的微信App，通過語音或微信小程序?qū)Π偃~窗進(jìn)行檢測和全面操控。軟件的開發(fā)使家居設(shè)備更智能，用戶支配家居工作更便捷。

3 優(yōu)勢

窗簾是一種傳統(tǒng)的用來遮擋光線的家具工藝，但是傳統(tǒng)的老式窗簾比較厚重，而且占有的面積比較大，清洗十分不方便。我們設(shè)計(jì)的這款新型百葉窗能夠運(yùn)用微信小程序，主控制芯片，光敏傳感器，柔性太陽能板，溫濕度傳感器，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清洗，根據(jù)光照程度自行調(diào)節(jié)開合大小，自動(dòng)調(diào)控室內(nèi)實(shí)時(shí)溫度等傳統(tǒng)窗簾所不具備的高級功能。

為了將照射在窗戶上的陽光加以利用所以，我們把柔性太陽板貼在了百葉窗表面或窗框上，利用太陽能提供能量。市場上一般的太陽能產(chǎn)品由于重量大，厚度高，不方便攜帶以及抗彎曲程度太差等多方面原因，沒有辦法普及。柔性太陽能板是世界太陽能產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)產(chǎn)品，主要的光電元件層是由油樹脂包封的無定形硅組成，它平鋪在柔性材料制成的底板上，從而制成了太陽能電池板。同時(shí)它可以彎曲折疊，且便于攜帶。

窗簾的不易清理也是我們需要考慮的一個(gè)重要方面，百葉窗容易沾染灰塵且不易拆卸，但是我們的百葉窗能自己洗澡。當(dāng)單片機(jī)接受到清洗命令時(shí)，單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后毛刷順著百葉窗緩緩向下滾動(dòng)，再向上滾動(dòng)。當(dāng)完成一個(gè)清洗周期時(shí)，滾動(dòng)毛刷又自動(dòng)滾動(dòng)至初始位置。單片機(jī)的命令既可以內(nèi)設(shè)于單片機(jī)也可以通過微信小程序發(fā)送操作命令。

智能百葉窗能最先感知室內(nèi)的溫度，濕度，PM2.5值和亮度的變化。溫濕度傳感器可以直接的將溫度和濕度這兩個(gè)基礎(chǔ)的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);光敏傳感器則是通過光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它的傳感器模塊可以自動(dòng)檢測室內(nèi)的光照強(qiáng)度并將檢測值傳給主控單片機(jī)，進(jìn)而控制百葉窗的閉合度。

手機(jī)里安裝相對應(yīng)的App，通過語音控制對百葉窗進(jìn)行全面監(jiān)控，所有搜集到的信息都將會(huì)傳送給中央的處理器，中央處理器則會(huì)根據(jù)這些信息來支配相應(yīng)的智能家居工作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)所研究的是基于STM32的智能百葉窗的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了百葉窗的自動(dòng)清洗，自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。主要包括單片機(jī)STM32、電源電路設(shè)計(jì)、電機(jī)控制、傳感器數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)等。智能百葉窗的發(fā)展和應(yīng)用將會(huì)給大眾帶來很大的便利，意義重大。此設(shè)備最大的特點(diǎn)就是方便快捷、解放勞動(dòng)力、使室內(nèi)辦公生活更加舒適。本產(chǎn)品適用于家庭，辦公樓，寫字樓等。由于將百葉窗與自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合起來彌補(bǔ)了傳統(tǒng)百葉窗的缺點(diǎn)，它將特別贏得年輕一代人的喜愛，因此具有很大的市場前景。

參考文獻(xiàn)

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