太陽能智能調溫變色百葉窗的設計

王恒亮 劉妮 徐同杰 化柄淇

摘 ?要：文章設計了一套基于太陽能發電的單片機智能調節室內溫度濕度的變色百葉窗。利用太陽能電池板，結合ADS1115轉換芯片以及STC89C52RC單片機、風速傳感器以及溫濕度傳感器檢測并發送數據信息，實現了具有能夠主動調節室內溫濕度以及控制室內進光量的智能百葉窗，解決了當前窗戶被動式、靈活性差、功能單一的問題。

關鍵詞：單片機;傳感器;百葉窗;太陽能電池板;液晶變色玻璃

中圖分類號：TU855 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0030-02

Abstract： In this paper， a set of color-changing blinds based on solar power generation is designed， which can intelligently adjust the temperature and humidity of the room. Using solar panels， combined with ADS1115 conversion chip， STC89C52RC single chip microcomputer， wind speed sensor and temperature and humidity sensor， we detected and sent data information， so the intelligent louver which can actively adjust the indoor temperature and humidity and control the amount of light in the room was realized. The problems of passivity， poor flexibility and single function of theblinds are solved.

Keywords： single chip microcomputer; sensor; shutter; solar panel; liquid crystal discoloration glass

1 研究背景及意義

窗戶作為家居的必需品，具有通風透氣，透光等作用。就目前來看，窗戶雖然種類繁多，如平面窗平門窗、推拉窗、折疊窗、百葉窗，但其功能單一，非智能。目前家庭、辦公室采用的大多是普通窗戶，只能人為打開透氣或者關閉，靈活性差，而且離開家或者辦公室前必須關閉窗戶，極不方便，并且在陽光強烈時尤其在夏季，強光穿過玻璃會使室內溫度升高，必須配有窗簾來阻擋陽光，自身不能遮陽。因此，發明一款通過溫度濕度智能調節的百葉窗勢在必行[1]，本文設計的百葉窗能夠根據室內溫度自動調整窗戶開關以及開的角度，并且可以根室外風速來控制窗戶是否開關，如果外邊的風速達到一定限度，單片機會優先控制窗戶關閉，防止窗戶以及室內物品的損壞。而且，這款百葉窗利用太陽能發電，更加節能環保，符合現代節能減排的生活理念。

2 設計方案

2.1 整體設計方案

太陽能智能調溫變色百葉窗主要由四部分模塊組成：百葉窗主體液晶變色玻璃模塊、動力系統模塊、信息采集系統模塊和單片機控制系統模塊。其中采集系統模塊由風速傳感器和溫濕度傳感器組成。利用太陽能發電[2]，主要通過風速檢測器和溫濕度傳感器檢測數據對實時外部環境進行采集，將數據傳輸給單片機，單片機對采集的風速以及溫度的數據進行分析判斷進而控制舵機帶動玻璃轉動不同角度以及液晶變色玻璃的透明與否。該系統的整體硬件框架結構如圖1所示。

2.2 百葉窗液晶變色玻璃模塊

液晶面板由中間一層液晶兩側為兩片精致的無鈉玻璃素材組成。當光束通過中間層液晶時，液晶本身會順序排列立或扭轉排列，最終阻隔或使光束順利通過，如圖2所示。

液晶調光玻璃是中間一層液晶膜（俗稱調光膜， 液晶膜）兩側為玻璃，液晶膜由PVB/EVA膜覆蓋在最中央，經過高溫高壓成型[3]，構造如圖3所示。

液晶變色玻璃能夠阻擋98%以上的紫外線以及39%以上的紅外線，能夠有效防止室內溫度的升高，還能防止室內物品因為紫外線的直接照射而褪色，老化。達到霧化時霧化度達到90%以上，能有效阻擋光線進入，節省了購置窗簾的費用以及安置窗簾的空間，在一定程度上還能保護隱私，同時具有一定的隔音效果，使用壽命長，響應時間短。

2.3 動力系統及單片機控制模塊

此系統當開啟時，會先使舵機歸位，然后取一定時間內風速的平均值，當平均風級高于七級時，不論室內溫濕度多高多低都會關窗，但會根據室內溫度的高低控制玻璃的霧化或透明，如果風速滿足開窗的條件，系統就會根據室內溫度的高低輸出不同的命令[4]。

當室內溫度高于28℃時，系統會控制液晶變色玻璃達到霧化的狀態，以防止陽光進入室內，使室內溫度升高，然后系統會根據風速的大小控制舵機帶動玻璃轉動不同的角度，例如，當風級在3級與7級之間時，舵機會帶動玻璃轉動15°，之后系統進入待機檢測階段。

若室內溫度低于18℃時，此時系統會命令窗戶關閉，并且達到透明狀態，之后進入待機檢測階段。

2.4 風速傳感器

三杯式風速傳感器工作帶動一個小直流發電機產生直流電壓，風速越高，產生的直流電壓越高，最高可產生1.2V直流電壓。

2.5 溫濕度傳感器

若室內溫度在18℃與28℃之間時，因為此段溫度是適合人的正常活動，此時系統會接著檢測室內的濕度，若濕度高于80%時，此時由于室內溫度適宜，不宜讓玻璃轉動太大角度，所以只轉動15°，并且會讓玻璃達到透明狀態，讓陽光進如室內，降低室內濕度;若濕度在30%與80%之間，此時室內溫度濕度適宜，所以此時系統會延時檢測;若室內濕度低于30%時，系統會命令舵機帶動玻璃關閉，防止室內太干燥，而此時室內溫度適宜，所以此時命令窗戶的霧化與否不變，盡量減少溫度變化幅度太大，之后系統進入待機檢測階段。

3 性能分析與實物圖

采用了高效率的太陽能電池板，具有不占空間，不影響室內采光優勢，同時綠色環保。如果有多余的電能，也可以存儲在鋰電池組中，光照不好時給系統供電，確保了即使在陰雨天也可提供充足的電能來運作該百葉窗系統。運用的三杯風速傳感器具有良好的防侵蝕、抗腐蝕優點，從而有效保證儀表在長期使用的狀態下不起銹，同時內部采用順滑的軸承系統，確保了采集信息的準確性。采用液晶變色玻璃，能在霧化以及透明之間轉換，有效保護隱私;功耗低，響應時間短，霧化或者透明狀態下都能阻擋90%以上，霧化時甚至能達到98%以上，可保護室內的陳設不因紫外輻照而出現褪色、老化等情況，保護人員不受紫外線直射而引起的疾病，抑制室內溫度的升高。采用金屬齒輪舵機，扭曲力度大。運用百葉窗造型，不論是在外觀上，還是在保證通風效果、保護隱私上都有較好的表現。圖4為實物圖。

4 結束語

本設計采用節能環保的太陽能電池板作為供電系統，利用ADS1115轉換芯片以及STC89C52RC單片機、風速傳感器以及溫濕度傳感器檢測并發送數據信息，實現了具有能夠主動調節室內溫濕度以及控制室內進光量的智能百葉窗。本設計既可有效遮擋陽光及紫外線，又能保證良好的通風效果，并且延長百葉窗的使用壽命，更符合現代人們方便與智能的生活理念。本設計可以應用到居家，辦公室以及醫院、商場等公共場所。

參考文獻：

[1]陳吉婷，趙康，何浩波.基于單片機的防雨、防塵智能窗戶控制系統設計[J].工業控制計算機，2017（03）：115-117.

[2]蔡江林，賈黎明，方信佳，等.基于太陽能驅動的自動輔窗設計[J].電子制作，2016（01）：9-10.

[3]史蕾蕾.一種使公交車車窗玻璃變色裝置的設計[J].汽車實用技術，2016（9）：76-77.

[4]穆斯.機械設計出版社[M].機械工業出版社，2012，03.