在現(xiàn)在人們的生活中，智能化家居憑借其便利高效的特點(diǎn)已成為了不可或缺的一部分，具有隨外界環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)合功能的智能窗簾同樣走進(jìn)了人們的生活中。目前，市場(chǎng)上的絕大多數(shù)智能窗簾系統(tǒng)采用外部電源供電，如果窗簾邊沒(méi)有插座的話(huà)，便需要重新布線(xiàn)，既影響美觀同時(shí)也增加了安全隱患。而對(duì)于采用鋰電池供電的電機(jī)來(lái)說(shuō)，電池充電時(shí)需要將窗簾拆卸給增加了不便。由此存在著另一個(gè)問(wèn)題，低價(jià)位的智能窗簾在遇到停電等突發(fā)情況時(shí)窗簾無(wú)法正常開(kāi)合，而支持停電開(kāi)合的智能窗簾價(jià)格均在千元以上，其昂貴的價(jià)格無(wú)法做到大面積普及。

　　本文設(shè)計(jì)的這一款智能窗簾控制，以AT89C52單片微控制器作為MCU,硬件電路包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊、傳感器模塊、顯示及操作模塊、太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)充電模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘模塊共六大模塊，成功解決了當(dāng)下市場(chǎng)中智能窗簾外部供電和特殊狀況下的使用問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用開(kāi)發(fā)前景。

　　1 太陽(yáng)能智能窗簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)運(yùn)行的流程主要是：傳感器在未收到用戶(hù)定時(shí)或遠(yuǎn)程操作的情況下檢測(cè)當(dāng)前光照強(qiáng)度、濕度和大氣壓，在達(dá)到用戶(hù)自己設(shè)定的閾值時(shí)，自動(dòng)放下窗簾并且調(diào)整開(kāi)合大小;當(dāng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶(hù)的開(kāi)窗簾信號(hào)或到達(dá)設(shè)置的開(kāi)窗簾時(shí)間時(shí)，便會(huì)自動(dòng)升起窗簾。而在遠(yuǎn)成操作模式下，用戶(hù)可借助藍(lán)牙模塊和短信模塊，實(shí)現(xiàn)窗簾的遠(yuǎn)程開(kāi)合功能。

　　1.1 主控芯片

　　主控芯片我們使用來(lái)自ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52芯片，其性能既可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能，并且價(jià)格低廉。

　　1.2 光敏電阻模塊

　　光敏電阻是實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)亮度自動(dòng)檢測(cè)的主要元器件，其阻值隨著光線(xiàn)亮度變化從而輸出相對(duì)應(yīng)的高低電平，并將電平模擬量通過(guò)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳輸給單片機(jī)，與所設(shè)定的光照強(qiáng)度閾值對(duì)應(yīng)的電平進(jìn)行比較，判斷當(dāng)前是否需要進(jìn)行打開(kāi)窗簾或關(guān)閉窗簾的動(dòng)作，并且將當(dāng)前環(huán)境溫度通過(guò)2.2寸LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示。

　　其光敏電阻模塊的工作原理為：在外部環(huán)境光照較強(qiáng)的狀態(tài)下，光敏電阻表現(xiàn)出低電阻值的狀態(tài);在外部環(huán)境光照較暗的狀態(tài)下，低電平輸入單片機(jī)。同時(shí)由于光敏電阻輸出的是連續(xù)的模擬電平信號(hào)，必須通過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analogto-digital converter)將其模擬電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字電平信號(hào)并輸入單片機(jī)接口，才能使電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊正常工作，讓電機(jī)進(jìn)行順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的開(kāi)合。

　　1.3 溫度傳感器模塊

　　使用溫度傳感器為DS18B20,其具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、性?xún)r(jià)比高、工作溫度范圍大的特點(diǎn)。DS18B20屬于單總線(xiàn)專(zhuān)用芯片，接口簡(jiǎn)單且硬件開(kāi)銷(xiāo)低。同時(shí)采用鍍錫引腳，抗氧化且不易生銹，充分保障了在不同環(huán)境下系統(tǒng)的正常工作。

　　1.4 氣壓傳感器模塊

　　使用氣壓傳感器的核心芯片為MPX4115,集成了片上技術(shù)、雙極運(yùn)算放大器和薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，可以提供高輸出信號(hào)和溫度補(bǔ)償。其原理是利用彈性應(yīng)力和大氣壓力相互平衡的特點(diǎn)，通過(guò)MPX4115芯片測(cè)量設(shè)備內(nèi)置真空金屬膜盒所受彈性應(yīng)力，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器后得出精準(zhǔn)的大氣壓力。

　　1.5 時(shí)鐘模塊

　　時(shí)鐘模塊采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式，在其輸入端XTAL1和輸出端XTAL2加上兩個(gè)30皮法的電容構(gòu)成振蕩電路，一般的晶振頻率在1.2M赫茲到12M赫茲之間，考慮到本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于時(shí)鐘并沒(méi)有特別要求且正常頻率即可滿(mǎn)足，所以選擇12M赫茲晶振驅(qū)動(dòng)電路。

　　同時(shí)考慮到在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中或許會(huì)出錯(cuò)，需要隨時(shí)復(fù)位，本設(shè)計(jì)增設(shè)了復(fù)位電路，起到保護(hù)的作用，避免出現(xiàn)CPU誤讀程序或是死機(jī)等現(xiàn)象。在這里我們采用了手動(dòng)按鍵復(fù)位方式，在單片機(jī)輸入端RST上加上一個(gè)高電平，這樣便可以在電源正VCC端與RST端增設(shè)加一個(gè)復(fù)位按鍵，當(dāng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)手動(dòng)按下復(fù)位鍵即可完成復(fù)位功能。

　　1.6 人機(jī)交互模塊

　　室內(nèi)通信采用HC-05藍(lán)牙模塊，當(dāng)用戶(hù)在室內(nèi)發(fā)送指令的時(shí)候，經(jīng)由該系統(tǒng)便可以可將指令從手機(jī)內(nèi)置的藍(lán)牙串口助手直接發(fā)送至控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的人工控制升降升降。室外通信則采用GPRS A6-B mini短信模塊實(shí)現(xiàn)接收短信功能，將該模塊外接于在控制電路上，當(dāng)用戶(hù)位于戶(hù)外時(shí)，可以通過(guò)發(fā)短信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

　　1.7 電機(jī)模塊

　　窗簾升降的動(dòng)力借助于ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)四相六線(xiàn)的5V步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成。其原理來(lái)自對(duì)單片機(jī)發(fā)出脈沖的感應(yīng)，步進(jìn)電在接受脈沖后便自動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)脈沖數(shù)，電機(jī)將決定轉(zhuǎn)角幅度，脈沖數(shù)越高，旋轉(zhuǎn)角度越大，最終根據(jù)脈沖數(shù)來(lái)決定窗簾的全開(kāi)全閉或者半開(kāi)半閉。由引腳P3.0、P3.1、P3.2和P3.3控制別用以控制步進(jìn)電機(jī)的四相。

　　1.8 太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)模塊

　　該部分主要由太陽(yáng)能電池板及蓄電池、開(kāi)關(guān)控制電路、降壓模塊和過(guò)沖、緩沖保護(hù)電路共四個(gè)部分所組成。所用太陽(yáng)能電池板型號(hào)為APM36M100W108X80,尺寸為800mm×1080mm×40mm,可提供100W的能量。蓄電池考慮到家用電池需要較好的容量放電性能以保證其可靠性，這里我們選用戶(hù)用型的GEL蓄電池，同時(shí)GEL蓄電池充電后可以保證其回復(fù)電量在實(shí)際電池容量的95%以上，具有及其可靠的均衡性。降壓模塊采用芯片7805降壓，將蓄電池提供的12V直流電壓轉(zhuǎn)成5 V的直流電壓。同時(shí)出于保證蓄電池的可靠穩(wěn)定和防止電池過(guò)充現(xiàn)象的目的，本設(shè)計(jì)增設(shè)了過(guò)沖和緩沖保護(hù)電路。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　AT89C52單片機(jī)控制模塊程序以Keil Vision3軟件為編程環(huán)境，使用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。89C52單片機(jī)模塊是系統(tǒng)的控制模塊，其核心功能是當(dāng)亮度、溫度和氣壓同時(shí)達(dá)到一定條件時(shí)，窗簾開(kāi)啟，在窗簾開(kāi)啟過(guò)程中，如果環(huán)境變化則不影響窗簾的開(kāi)啟，而是等開(kāi)啟動(dòng)作完成后根據(jù)環(huán)境狀況再進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)亮度、溫度和氣壓達(dá)到窗簾關(guān)閉的條件時(shí)，窗簾關(guān)閉，并且在關(guān)閉過(guò)程中，如果外界環(huán)境變化則不影響窗簾的關(guān)閉，待關(guān)閉動(dòng)作完成后再根據(jù)環(huán)境狀況進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。其主要?jiǎng)幼髁鞒虨椋簜鞲衅髟谖词盏接脩?hù)定時(shí)或遠(yuǎn)程操作的情況下檢測(cè)當(dāng)前光照強(qiáng)度、濕度和大氣壓，在達(dá)到用戶(hù)自己設(shè)定的閾值時(shí)，自動(dòng)放下窗簾并且調(diào)整開(kāi)合大小;當(dāng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶(hù)的開(kāi)窗簾信號(hào)或到達(dá)設(shè)置的開(kāi)窗簾時(shí)間時(shí)，便會(huì)自動(dòng)升起窗簾。

　　主程序采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，主要完成單片機(jī)的初始化、液晶屏顯示內(nèi)容初始化、按鍵掃描、電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。同時(shí)循環(huán)檢測(cè)各個(gè)端口是否有數(shù)據(jù)發(fā)送以及異常信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)則根據(jù)具體內(nèi)容采取相應(yīng)行動(dòng)。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　最終測(cè)試采取人工測(cè)試方式，包括顯示數(shù)據(jù)可靠性、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可靠性、光敏電阻感光可靠性和遠(yuǎn)程控制可靠性。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)所有功能運(yùn)行正常，遠(yuǎn)程控制響應(yīng)時(shí)間較短，各模塊間配合較好，該智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了利用太陽(yáng)能這種可持續(xù)清潔能源，解決了目前市場(chǎng)上的智能窗簾供電問(wèn)題和特殊狀況下使用問(wèn)題，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]蔡江林，賈黎明，方信佳基于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)輔窗設(shè)計(jì)電子制作，2016,(11)：9-10.

　　[2]游佳，易紅梅，李明璐基于STC89C52單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)。西部皮革2018, 40(22)：72.

　　作者：李子圣

　　基于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)推薦太陽(yáng)能建筑的應(yīng)用與前景