面向智慧社區的智能窗設計

高家琳

【摘 要】現階段的智慧社區運用網絡技術，從而使社區內居民的生活更加便捷。但目前市場上所設計的智能窗在功能使用方面有的過于簡單，有的冗余復雜。因此研究一種既有智能設計又操作簡單的智能窗簾，對于提高居民生活質量，推動智能家居發展具有重要意義。

【關鍵詞】STM32；智能窗；傳感器；藍牙

一、前言

現階段的智慧社區即是指運用網絡技術，讓社區內的居民生活更加便捷，體驗到住房、家居、醫院智能化的好處。智能窗目前一直是城市居民關注的一個焦點，然而目前市場上所設計的智能窗在功能使用方面有的過于簡單，達不到進一步簡化生活的要求；有的綜合過多，冗余復雜，致使在使用設備過程中，操作流程十分繁瑣。顯然上述智能窗簾設備違背了簡便化的原則。因此設計一種采用清潔能源，操作簡單的智能窗顯的尤為重要。操作簡便的智能窗可以很大程度上提高用戶的體驗，用戶便會推廣智能窗的使用，這樣反過來會推到智能窗的發展。同時，采用太陽能這樣清潔能源對整個智能窗設備供電減少了二氧化碳的排放，順應了“美麗中國”的號召。可見，人們會越來越體會到智能家居所帶來的優勢。甚至可以想象，在未來人們只需進行日常辦公，居住環境的清潔、安全和使用都會自動設置好，而面向智慧社區的智能窗設計將成為推動這些技術成果早日達成的重要基石。

二、系統整體設計方案

1.主要功能及設計要求

面向智慧社區的智能窗設計功能分為人工模式、自動模式、安防功能、顯示功能。另外，為所有功能模塊提供電源的供電模塊將在第三章加進行詳細討論，所以在第二章對電源不作分析。下面僅對功能進行說明：

在人工模式下，用戶能夠使用手機app控制窗簾的上升和下降，也能夠通過使用手機app控制室內照明。

在自動模式下，應將光照檢測模塊放置于室內，讓其根據用戶家中照明情況上升、下降窗簾高度。當室內光照強度過高時，窗簾將自動下降高度，減弱外來光線的進入。當室內光照強度太低時，窗簾將自動升起，給室內提供良好照明環境。

安防模塊主要包括窗外的人體熱釋電模塊和室內的報警模塊。系統檢測到窗外有非合法人員闖入時，室內的報警模塊會發出尖銳的報警聲，提醒用戶注意安全。

顯示模塊主要由液晶模塊和溫濕度采集模塊組成。溫濕度模塊采集室內溫度和濕度數據，并在液晶模塊上顯示傳感器數據。總體功能系統框圖如圖2.1所示。

2.窗簾控制系統設計

窗簾的控制設計包括窗簾、控制窗簾升降的直流電機和直流電機驅動電路設計。如今在市場上對于窗戶的控制，有些采用步進電機控制窗戶，如李小蘭設計的智能窗戶控制系統的設計研究就是采用這樣的控制方式，有些采用控制窗簾的方式。本文提出的智能窗設計采用的是直流減速電機控制窗簾的升起和降落。主控芯片發出信號，經過直流電機驅動將信號放大，以此操縱窗簾上升或下降。

三、系統硬件設計方案

1.系統硬件模塊綜述

首先對系統的硬件模塊進行簡要闡述，包括主控芯片的選擇，主控芯片包含芯片與芯片的復位電路；電源模塊的詳細闡述；功能模塊含溫濕度檢測模塊、光照檢測模塊、室內照明模塊、安防模塊、液晶顯示模塊、藍牙模塊、直流減速電機及其驅動電路，其中安防模塊包含了人體熱釋電模塊和報警模塊。下面將依次進行詳細展開說明。

2.主控芯片的選擇與比較

對于主控芯片的選擇有兩種方案。

方案一：采用八位單片機作為主控芯片，一般選擇51，其價格低廉，開發相對容易。但是數據位引腳不充裕且硬件資源有限。51系列引腳圖如圖3.1所示。

芯片的引腳圖可以使用戶對芯片有初步的了解，但對于開發者來說，這是遠遠不夠，還需要認真閱讀芯片手冊上的各個參數，進行分析才能設計出符合要求的產品。

3.電源模塊

面向智慧社區的智能窗設計電源模塊由三部分組成：太陽電池板、蓄電池和12V轉5V的降壓模塊輸出。

第一部分，太陽電池板板尺寸為40*100cm，大約提供100W的能量，整個系統大約一天需要40W的能量。100W足以滿足整個系統維持一天的電源需求。從環保角度而言，相較于普通電池和循環可充電池，更加綠色環保，符合當前綠色發展的趨勢。從價格而言，比普通電池略微昂貴。綜上所述，本設計的電源模塊采用太陽能電池板更為合理。

第二部分，為了能夠更加充分高效地利用太陽能這一清潔能源，需要在太陽能充足時將其儲存起來，在能源不充足的情況下釋放出來，將儲存的太陽能變成可以連續供電的能源。這時候就需要蓄電池儲存能源。在本課題中，蓄電池選擇戶用型的GEL（凝膠）蓄電池，GEL（凝膠）蓄電池的充放電時間為一天為周期。光伏發電用GEL（凝膠）蓄電池優勢在于使用壽命較長，可以達到五年以上，循環壽命達到一千次以上；具有良好的低溫放電性能，在溫度較低情況下，能夠放出實際存儲量的80%以上；具有良好的容量放電性能，充電后可以回復實際容量的95%以上；具有可靠的均衡性，存儲量偏差小。

四、結論

面向智慧社區的智能窗設計操作簡單，又具有智能化的特點，運行穩定，綠色環保，值得推廣使用。系統用太陽能對整個系統供電，而不是使用傳統的電池或者交流電進行供電，極大地降低了功耗，從而達到綠色環保的要求；采用藍牙模塊，芯片成為用戶與下位機的傳輸媒介。這樣用戶可以通過手機對窗戶進行控制，當用戶退出人工模式情況下，系統進入自動模式，根據室內燈光環境控制窗簾。

后續考慮加上WIFI這一功能，用戶通過手機可以控制整個系統，并實現與智慧社區其他智能產品的聯調，符合建設智慧社區的大趨勢。在供電方面考慮加上其他清潔能源進行供電，如風能等。

【參考文獻】

[1] 余頔頔. 實用簡易電動窗簾的設計[J]. 數字技術與應，2010（04）： 50-52.

[2] 劉宣，胡學龍，顧慶明. 基于PT2262/PT2272的機器人遙控系統的設計[J]. 國外電子測量技術，2007（09）： 37-38.

[3] Hagleitne C， Hierlemann A， Lange D. Smart single-chip gas sensor microsystem[J]. Nature414，2001， 11（24）： 293-296.

[4] 胡錦，鄧鵬. 基于WIFI的智能窗簾控制系統設計[J]. 信息通信，2018（03）：201-202.

[5] 倪亞玲，李曉寧，張小紅. 基于Android的無線智能家居系統設計與研究[J]. 計算機應用與軟件，2017，34（11）：97-102.