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基于STM32的智能百叶窗系统设计研究

2020-11-16沈金武李岳军赖晓栋李典航

数码世界 2020年10期

沈金武 李岳军 赖晓栋 李典航

摘要:随着人们对生活质量的重视,百叶窗实用美观且符合大众消费水平所以得到了广泛的使用。但传统的百叶窗清洗不易,遮档功能不强,手动调节遮光度,每一片叶子的紧密性不强,容易出现四周和中间有缝隙,导致隔热性和隔紫外线效果变差室内光线不均匀;且非智能化,特别是当早上光线突变时室内主人尤感不适,不能及时根据外界的光线强度自动调整叶片闭合程度,以达到室内最佳光强度的目的。我们的百叶窗在解决传统百叶窗不足的基础上,对能源的开放和使用、用户体验等方面也进行了相应的创新,在设计方面利用柔性太阳能电池板、主控芯片、光敏传感器、有害气体检测传感器、温湿度传感器、无线通信技术能够实现采集根据光照度自动调节开合度,能够实现自动清洗,自动调节室内温湿度等传统百叶窗所不具备的功能。

关键词:柔性太阳能电池板;自动调节开合度;自动清洗

1 前言

传统的百叶窗需要手动调节遮光度,过于繁琐,而且它的每一片窗叶的紧密度不够,所以容易出现缝隙,这样一来会导致挡热性和挡紫外线的效果变差让室内光线不均匀,带来不适。传统百叶窗的叶片经过长时间的使用容易积累灰尘污渍等,清洗擦拭都比较麻烦,如果卫生不到位容易导致细菌的滋生极可能引起疾病,而且这还会影响室内的美观。窗帘的占有面积较大,传统的百叶窗不加以利用这是资源的浪费。为解决上述问题,我们将采用太阳能供电,在百叶窗装上温湿度传感器,粉尘传感器并将检测数据实时传给中央处理器,使百叶窗能够及时做出反应,为了方便百叶窗的智能控制,我们采用微信小程序或通过语音的方式对百叶窗进行精准控制。通过实时数据上传对其进行监控。这样就能弥补传统百叶窗的缺陷,且满足个人对光线的特殊喜好。

2 系统实现

百叶窗系统框主要由太阳能板粘附在窗框和叶片上做成的窗帘、蓄电池、主控芯片STM32、毛刷、粉尘传感器、光敏传感器、WiFi模块、温湿度传感器、滑轨、步进电机和直流电机等组成。

2.1感知层技术

感知层:承担信息的采集,可以应用的技术包括智能卡、RFID电子标签、识别码、传感器等。物联网的核心是感知层中的技术。而我们的百叶窗主要运用了传感器技术。传感技术主要研究关于从自然信源获取信息,并对之进行处理的(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。传感技术的核心即传感器,是负责实现物联网中物、物与人信息交互的必要组成部分。百叶窗的传感器主要是温湿度传感器、光敏传感器。

窗户作为与外界气体交换的主要通道之一,对室内的温度,湿度的变化情况可以得到一个最先的了解和感知,通过温湿度传感器将室内的温度、湿度转化成电信号,并实时传输给中央处理器进行处理。用户可通过单片机显示屏或手机界面获取的温湿度数据,调整百叶窗状态,对室内环境进行改善。温湿度传感器由于具有价格便宜、便宜与监控系统相连、精度高、体积小、灵敏度优越的优点,使得在我们的项目中有着不可取代的作用。

光敏是对外界光信号或光辐射由响应或转换功能的敏感装置,利用光敏元件将光信号转换为电信号。我们百叶窗项目采用了光敏传感器中最简单的光敏电阻器件,能感应光线的明暗变化,输出微弱的电信号,通过简单电子线路放大处理,并将检测值传给主控单片机控制步进电机,进而控制百叶窗叶片的闭合度实现光线强度的自动调节,营造舒适的居住环境。

2.2传输层技术

物联网传输层主要分有线通信和无线通信,在我们的百叶窗项目中,主要运用了无线通信技术。单片机将传感网络采集到的温湿度、光照强度信息通过Wi-Fi网络上传到后台服务器(物联网平台),手机用户利用4G通信网络登陆物联网平台的微信小程序即可实时观测温湿度,光照强度数据,用户也可凭借此无线传输通信途径在手机上对中央处理器做出百叶窗操控命令。本项目的语音控制功能则是将用户的语音命令解析成相应的代码通过网络上传到后台服务器,进而将数据传输给中央处理器,对其传达的指令生效,实现语音控制百叶窗。因4G通信覆盖范围广,我们的百叶窗无论从手机还是语音,连网即可无障碍实现远程操控。

2.3控制层技术

控制即对系统输出信号进行采集和加工,并将此产生的控制信号施加到系统中,以达到某个特定的目的。在我们的项目中,控制层技术主要由窗体按键、手机微信界面按键操作、语音控制实现,无论从手动、自动控制还是语音控制,都实现了用户使用的最大便捷。此外,步进电机在控制方面也发挥了巨大作用,在百叶窗的底部安装了一个与百叶窗等宽度的滚动毛刷置于百叶窗的窗框下侧,当单片机接收到清洗命令时,利用步进电机以及滑轨来实现毛刷的升降和叶片的翻转。直流电机控制毛刷正反转。通过步进电机拉动滑轨上的滑块进而带动正在自转的毛刷上升或下降,清洗完叶片正面,叶片会翻转完成反面清洗。

2.4软件开发技术

无软件,不智慧。手机里安装相对应的微信App,通过语音或微信小程序对百叶窗进行检测和全面操控。软件的开发使家居设备更智能,用户支配家居工作更便捷。

3 優势

窗帘是一种传统的用来遮挡光线的家具工艺,但是传统的老式窗帘比较厚重,而且占有的面积比较大,清洗十分不方便。我们设计的这款新型百叶窗能够运用微信小程序,主控制芯片,光敏传感器,柔性太阳能板,温湿度传感器,来实现自动清洗,根据光照程度自行调节开合大小,自动调控室内实时温度等传统窗帘所不具备的高级功能。

为了将照射在窗户上的阳光加以利用所以,我们把柔性太阳板贴在了百叶窗表面或窗框上,利用太阳能提供能量。市场上一般的太阳能产品由于重量大,厚度高,不方便携带以及抗弯曲程度太差等多方面原因,没有办法普及。柔性太阳能板是世界太阳能产业的新兴技术产品,主要的光电元件层是由油树脂包封的无定形硅组成,它平铺在柔性材料制成的底板上,从而制成了太阳能电池板。同时它可以弯曲折叠,且便于携带。

窗帘的不易清理也是我们需要考虑的一个重要方面,百叶窗容易沾染灰尘且不易拆卸,但是我们的百叶窗能自己洗澡。当单片机接受到清洗命令时,单片机来控制步进电机转动,然后毛刷顺着百叶窗缓缓向下滚动,再向上滚动。当完成一个清洗周期时,滚动毛刷又自动滚动至初始位置。单片机的命令既可以内设于单片机也可以通过微信小程序发送操作命令。

智能百叶窗能最先感知室内的温度,湿度,PM2.5值和亮度的变化。温湿度传感器可以直接的将温度和湿度这两个基础的物理信号转换为电信号;光敏传感器则是通过光敏元件将光信号转换为电信号,它的传感器模块可以自动检测室内的光照强度并将检测值传给主控单片机,进而控制百叶窗的闭合度。

手机里安装相对应的App,通过语音控制对百叶窗进行全面监控,所有搜集到的信息都将会传送给中央的处理器,中央处理器则会根据这些信息来支配相应的智能家居工作。

4 结束语

本设计所研究的是基于STM32的智能百叶窗的控制系统,实现了百叶窗的自动清洗,自动调节等功能。主要包括单片机STM32、电源电路设计、电机控制、传感器数据采集设计等。智能百叶窗的发展和应用将会给大众带来很大的便利,意义重大。此设备最大的特点就是方便快捷、解放劳动力、使室内办公生活更加舒适。本产品适用于家庭,办公楼,写字楼等。由于将百叶窗与自动化技术结合起来弥补了传统百叶窗的缺点,它将特别赢得年轻一代人的喜爱,因此具有很大的市场前景。

参考文献

[1]唐山杰,杨永川,李艳玲等.一种多功能百叶窗系统的探索研究.中外企业家.2018.08.

[2]李荣荣,等.柔性薄膜太阳能电池的研究进展[j].硅酸盐学报.2014.42(7).