基于STM32的智能百葉窗系統設計研究

沈金武　李岳軍　賴曉棟　李典航

摘要：隨著人們對生活質量的重視，百葉窗實用美觀且符合大眾消費水平所以得到了廣泛的使用。但傳統的百葉窗清洗不易，遮檔功能不強，手動調節遮光度，每一片葉子的緊密性不強，容易出現四周和中間有縫隙，導致隔熱性和隔紫外線效果變差室內光線不均勻;且非智能化，特別是當早上光線突變時室內主人尤感不適，不能及時根據外界的光線強度自動調整葉片閉合程度，以達到室內最佳光強度的目的。我們的百葉窗在解決傳統百葉窗不足的基礎上，對能源的開放和使用、用戶體驗等方面也進行了相應的創新，在設計方面利用柔性太陽能電池板、主控芯片、光敏傳感器、有害氣體檢測傳感器、溫濕度傳感器、無線通信技術能夠實現采集根據光照度自動調節開合度，能夠實現自動清洗，自動調節室內溫濕度等傳統百葉窗所不具備的功能。

關鍵詞：柔性太陽能電池板;自動調節開合度;自動清洗

1 前言

傳統的百葉窗需要手動調節遮光度，過于繁瑣，而且它的每一片窗葉的緊密度不夠，所以容易出現縫隙，這樣一來會導致擋熱性和擋紫外線的效果變差讓室內光線不均勻，帶來不適。傳統百葉窗的葉片經過長時間的使用容易積累灰塵污漬等，清洗擦拭都比較麻煩，如果衛生不到位容易導致細菌的滋生極可能引起疾病，而且這還會影響室內的美觀。窗簾的占有面積較大，傳統的百葉窗不加以利用這是資源的浪費。為解決上述問題，我們將采用太陽能供電，在百葉窗裝上溫濕度傳感器，粉塵傳感器并將檢測數據實時傳給中央處理器，使百葉窗能夠及時做出反應，為了方便百葉窗的智能控制，我們采用微信小程序或通過語音的方式對百葉窗進行精準控制。通過實時數據上傳對其進行監控。這樣就能彌補傳統百葉窗的缺陷，且滿足個人對光線的特殊喜好。

2 系統實現

百葉窗系統框主要由太陽能板粘附在窗框和葉片上做成的窗簾、蓄電池、主控芯片STM32、毛刷、粉塵傳感器、光敏傳感器、WiFi模塊、溫濕度傳感器、滑軌、步進電機和直流電機等組成。

2.1感知層技術

感知層：承擔信息的采集，可以應用的技術包括智能卡、RFID電子標簽、識別碼、傳感器等。物聯網的核心是感知層中的技術。而我們的百葉窗主要運用了傳感器技術。傳感技術主要研究關于從自然信源獲取信息，并對之進行處理的（變換）和識別的一門多學科交叉的現代科學與工程技術。傳感技術的核心即傳感器，是負責實現物聯網中物、物與人信息交互的必要組成部分。百葉窗的傳感器主要是溫濕度傳感器、光敏傳感器。

窗戶作為與外界氣體交換的主要通道之一，對室內的溫度，濕度的變化情況可以得到一個最先的了解和感知，通過溫濕度傳感器將室內的溫度、濕度轉化成電信號，并實時傳輸給中央處理器進行處理。用戶可通過單片機顯示屏或手機界面獲取的溫濕度數據，調整百葉窗狀態，對室內環境進行改善。溫濕度傳感器由于具有價格便宜、便宜與監控系統相連、精度高、體積小、靈敏度優越的優點，使得在我們的項目中有著不可取代的作用。

光敏是對外界光信號或光輻射由響應或轉換功能的敏感裝置，利用光敏元件將光信號轉換為電信號。我們百葉窗項目采用了光敏傳感器中最簡單的光敏電阻器件，能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路放大處理，并將檢測值傳給主控單片機控制步進電機，進而控制百葉窗葉片的閉合度實現光線強度的自動調節，營造舒適的居住環境。

2.2傳輸層技術

物聯網傳輸層主要分有線通信和無線通信，在我們的百葉窗項目中，主要運用了無線通信技術。單片機將傳感網絡采集到的溫濕度、光照強度信息通過Wi-Fi網絡上傳到后臺服務器（物聯網平臺），手機用戶利用4G通信網絡登陸物聯網平臺的微信小程序即可實時觀測溫濕度，光照強度數據，用戶也可憑借此無線傳輸通信途徑在手機上對中央處理器做出百葉窗操控命令。本項目的語音控制功能則是將用戶的語音命令解析成相應的代碼通過網絡上傳到后臺服務器，進而將數據傳輸給中央處理器，對其傳達的指令生效，實現語音控制百葉窗。因4G通信覆蓋范圍廣，我們的百葉窗無論從手機還是語音，連網即可無障礙實現遠程操控。

2.3控制層技術

控制即對系統輸出信號進行采集和加工，并將此產生的控制信號施加到系統中，以達到某個特定的目的。在我們的項目中，控制層技術主要由窗體按鍵、手機微信界面按鍵操作、語音控制實現，無論從手動、自動控制還是語音控制，都實現了用戶使用的最大便捷。此外，步進電機在控制方面也發揮了巨大作用，在百葉窗的底部安裝了一個與百葉窗等寬度的滾動毛刷置于百葉窗的窗框下側，當單片機接收到清洗命令時，利用步進電機以及滑軌來實現毛刷的升降和葉片的翻轉。直流電機控制毛刷正反轉。通過步進電機拉動滑軌上的滑塊進而帶動正在自轉的毛刷上升或下降，清洗完葉片正面，葉片會翻轉完成反面清洗。

2.4軟件開發技術

無軟件，不智慧。手機里安裝相對應的微信App，通過語音或微信小程序對百葉窗進行檢測和全面操控。軟件的開發使家居設備更智能，用戶支配家居工作更便捷。

3 優勢

窗簾是一種傳統的用來遮擋光線的家具工藝，但是傳統的老式窗簾比較厚重，而且占有的面積比較大，清洗十分不方便。我們設計的這款新型百葉窗能夠運用微信小程序，主控制芯片，光敏傳感器，柔性太陽能板，溫濕度傳感器，來實現自動清洗，根據光照程度自行調節開合大小，自動調控室內實時溫度等傳統窗簾所不具備的高級功能。

為了將照射在窗戶上的陽光加以利用所以，我們把柔性太陽板貼在了百葉窗表面或窗框上，利用太陽能提供能量。市場上一般的太陽能產品由于重量大，厚度高，不方便攜帶以及抗彎曲程度太差等多方面原因，沒有辦法普及。柔性太陽能板是世界太陽能產業的新興技術產品，主要的光電元件層是由油樹脂包封的無定形硅組成，它平鋪在柔性材料制成的底板上，從而制成了太陽能電池板。同時它可以彎曲折疊，且便于攜帶。

窗簾的不易清理也是我們需要考慮的一個重要方面，百葉窗容易沾染灰塵且不易拆卸，但是我們的百葉窗能自己洗澡。當單片機接受到清洗命令時，單片機來控制步進電機轉動，然后毛刷順著百葉窗緩緩向下滾動，再向上滾動。當完成一個清洗周期時，滾動毛刷又自動滾動至初始位置。單片機的命令既可以內設于單片機也可以通過微信小程序發送操作命令。

智能百葉窗能最先感知室內的溫度，濕度，PM2.5值和亮度的變化。溫濕度傳感器可以直接的將溫度和濕度這兩個基礎的物理信號轉換為電信號;光敏傳感器則是通過光敏元件將光信號轉換為電信號，它的傳感器模塊可以自動檢測室內的光照強度并將檢測值傳給主控單片機，進而控制百葉窗的閉合度。

手機里安裝相對應的App，通過語音控制對百葉窗進行全面監控，所有搜集到的信息都將會傳送給中央的處理器，中央處理器則會根據這些信息來支配相應的智能家居工作。

4 結束語

本設計所研究的是基于STM32的智能百葉窗的控制系統，實現了百葉窗的自動清洗，自動調節等功能。主要包括單片機STM32、電源電路設計、電機控制、傳感器數據采集設計等。智能百葉窗的發展和應用將會給大眾帶來很大的便利，意義重大。此設備最大的特點就是方便快捷、解放勞動力、使室內辦公生活更加舒適。本產品適用于家庭，辦公樓，寫字樓等。由于將百葉窗與自動化技術結合起來彌補了傳統百葉窗的缺點，它將特別贏得年輕一代人的喜愛，因此具有很大的市場前景。

參考文獻

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