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已成為了不可或缺的一部分，具有隨外界環(huán)境變化實現(xiàn)自動開合功能的智能窗簾同樣走進了人們的生活中。目前，市場上的絕大多數(shù)智能窗簾系統(tǒng)采用外部電源供電，如果窗簾邊沒有插座的話，便需要重新布線，既影響美觀同時也增加了安全隱患。而對于采用鋰電池供電的電機來說，電池充電時需要將窗簾拆卸給增加了不便。由此存在著另一個問題，低價位的智能窗簾在遇到停電等突發(fā)情況時窗簾無法正常開合，而支持停電開合的智能窗簾價格均在千元以上，其昂貴的價格無法做到大面積普及。

　　本文設(shè)計的這一款智能窗簾控制，以AT89C52單片微控制器作為MCU,硬件電路包含電機驅(qū)動模塊、人機交互模塊、傳感器模塊、顯示及操作模塊、太陽能驅(qū)動充電模塊和系統(tǒng)時鐘模塊共六大模塊，成功解決了當下市場中智能窗簾外部供電和特殊狀況下的使用問題，具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。

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

　　本系統(tǒng)運行的流程主要是：傳感器在未收到用戶定時或遠程操作的情況下檢測當前光照強度、濕度和大氣壓，在達到用戶自己設(shè)定的閾值時，自動放下窗簾并且調(diào)整開合大小;當檢測到光照強度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號或到達設(shè)置的開窗簾時間時，便會自動升起窗簾。而在遠成操作模式下，用戶可借助藍牙模塊和短信模塊，實現(xiàn)窗簾的遠程開合功能。

　　1.1 主控芯片

　　主控芯片我們使用來自ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52芯片，其性能既可以滿足本設(shè)計系統(tǒng)的性能，并且價格低廉。

　　1.2 光敏電阻模塊

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

　　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。同時由于光敏電阻輸出的是連續(xù)的模擬電平信號，必須通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analogto-digital converter)將其模擬電平信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字電平信號并輸入單片機接口，才能使電機驅(qū)動模塊正常工作，讓電機進行順時針方向或逆時針方向轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)窗簾的開合。

　　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、響應(yīng)速度快、性價比高、工作溫度范圍大的特點。DS18B20屬于單總線專用芯片，接口簡單且硬件開銷低。同時采用鍍錫引腳，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)、雙極運算放大器和薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，可以提供高輸出信號和溫度補償。其原理是利用彈性應(yīng)力和大氣壓力相互平衡的特點，通過MPX4115芯片測量設(shè)備內(nèi)置真空金屬膜盒所受彈性應(yīng)力，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器后得出精準的大氣壓力。

　　1.5 時鐘模塊

　　時鐘模塊采用了內(nèi)部時鐘方式，在其輸入端XTAL1和輸出端XTAL2加上兩個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)計對于時鐘并沒有特別要求且正常頻率即可滿足，所以選擇12M赫茲晶振驅(qū)動電路。

　　同時考慮到在系統(tǒng)的調(diào)試過程中或許會出錯，需要隨時復(fù)位，本設(shè)計增設(shè)了復(fù)位電路，起到保護的作用，避免出現(xiàn)CPU誤讀程序或是死機等現(xiàn)象。在這里我們采用了手動按鍵復(fù)位方式，在單片機輸入端RST上加上一個高電平，這樣便可以在電源正VCC端與RST端增設(shè)加一個復(fù)位按鍵，當運行出錯時手動按下復(fù)位鍵即可完成復(fù)位功能。

　　1.6 人機交互模塊

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

　　1.7 電機模塊

　　窗簾升降的動力借助于ULN2003電機驅(qū)動模塊來驅(qū)動四相六線的5V步進電機來完成。其原理來自對單片機發(fā)出脈沖的感應(yīng)，步進電在接受脈沖后便自動旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)脈沖數(shù)，電機將決定轉(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)來決定窗簾的全開全閉或者半開半閉。由引腳P3.0、P3.1、P3.2和P3.3控制別用以控制步進電機的四相。

　　1.8 太陽能驅(qū)動模塊

　　該部分主要由太陽能電池板及蓄電池、開關(guān)控制電路、降壓模塊和過沖、緩沖保護電路共四個部分所組成。所用太陽能電池板型號為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，這里我們選用戶用型的GEL蓄電池，同時GEL蓄電池充電后可以保證其回復(fù)電量在實際電池容量的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。同時出于保證蓄電池的可靠穩(wěn)定和防止電池過充現(xiàn)象的目的，本設(shè)計增設(shè)了過沖和緩沖保護電路。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　AT89C52單片機控制模塊程序以Keil Vision3軟件為編程環(huán)境，使用C語言進行編程。89C52單片機模塊是系統(tǒng)的控制模塊，其核心功能是當亮度、溫度和氣壓同時達到一定條件時，窗簾開啟，在窗簾開啟過程中，如果環(huán)境變化則不影響窗簾的開啟，而是等開啟動作完成后根據(jù)環(huán)境狀況再進行動作。當亮度、溫度和氣壓達到窗簾關(guān)閉的條件時，窗簾關(guān)閉，并且在關(guān)閉過程中，如果外界環(huán)境變化則不影響窗簾的關(guān)閉，待關(guān)閉動作完成后再根據(jù)環(huán)境狀況進行相應(yīng)動作。其主要動作流程為：傳感器在未收到用戶定時或遠程操作的情況下檢測當前光照強度、濕度和大氣壓，在達到用戶自己設(shè)定的閾值時，自動放下窗簾并且調(diào)整開合大小;當檢測到光照強度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號或到達設(shè)置的開窗簾時間時，便會自動升起窗簾。

　　主程序采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，主要完成單片機的初始化、液晶屏顯示內(nèi)容初始化、按鍵掃描、電機運行，計時等功能。同時循環(huán)檢測各個端口是否有數(shù)據(jù)發(fā)送以及異常信號，如果發(fā)現(xiàn)則根據(jù)具體內(nèi)容采取相應(yīng)行動。

　　3 結(jié)語

　　最終測試采取人工測試方式，包括顯示數(shù)據(jù)可靠性、電機轉(zhuǎn)動可靠性、光敏電阻感光可靠性和遠程控制可靠性。經(jīng)測試，系統(tǒng)所有功能運行正常，遠程控制響應(yīng)時間較短，各模塊間配合較好，該智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計成功實現(xiàn)了利用太陽能這種可持續(xù)清潔能源，解決了目前市場上的智能窗簾供電問題和特殊狀況下使用問題，具有廣闊的市場發(fā)展前景。

　　參考文獻

　　[1]蔡江林，賈黎明，方信佳基于太陽能驅(qū)動的自動輔窗設(shè)計電子制作，2016,(11)：9-10.

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

　　作者：李子圣

　　基于太陽能驅(qū)動的智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)推薦太陽能建筑的應(yīng)用與前景