智能百葉窗的設(shè)計(jì)與研究

（安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽合肥市，230601)劉雪雪 趙夢(mèng)慧 王 楷

在現(xiàn)代科技社會(huì)中，智能家居正逐步被應(yīng)用在室內(nèi)設(shè)計(jì)這一塊，其中智能百葉窗的應(yīng)用越來(lái)越多。傳統(tǒng)的窗簾需要用戶自己手動(dòng)對(duì)窗簾進(jìn)行開關(guān)控制，而且操作過(guò)程中容易受到力或者操作者的心情而發(fā)生波動(dòng)。反之，智能百葉窗可以通過(guò)室內(nèi)外光線變化而對(duì)百葉窗簾的角度進(jìn)行改變，也可以通過(guò)人為的需求進(jìn)行智能化控制，免去了手動(dòng)操作的麻煩。

1 百葉窗智能控制需求

百葉窗的功能多種多樣，比如高樓空調(diào)外機(jī)出會(huì)設(shè)置百葉窗，主要起到美觀作用，同時(shí)也可以增強(qiáng)散熱效果。而房屋內(nèi)的百葉窗則是用于日常生活中的遮陽(yáng)或者少量風(fēng)雨的目的?，F(xiàn)階段大部分室內(nèi)的百葉窗多為手動(dòng)控制，無(wú)法根據(jù)風(fēng)雨大小、陽(yáng)光強(qiáng)弱以及陽(yáng)光照射角度等來(lái)智能控制，人為操作相對(duì)也較為復(fù)雜。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)研究的一種使用性較強(qiáng)的智能百葉窗，就是從人對(duì)室內(nèi)光線強(qiáng)弱、風(fēng)速大小、雨量多少等參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)智能百葉窗控制系統(tǒng)。另外該系統(tǒng)也可以人為通過(guò)遙控器來(lái)控制窗簾的開關(guān)及開光角度大小等。該系統(tǒng)主要通過(guò)光敏傳感器、風(fēng)速傳感雨水傳感器等智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)而成。

2 智能百葉窗方案設(shè)計(jì)

2.1 百葉窗系統(tǒng)的組成

本次設(shè)計(jì)的智能百葉窗系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、百葉窗、智能控制系統(tǒng)以及相關(guān)裝配附件等零部件組成。其中供電系統(tǒng)采用的主要是房屋內(nèi)220V電源，該電源可以通過(guò)面板開關(guān)控制或者是遙控器控制。百葉窗是本次設(shè)計(jì)的中心點(diǎn)，其主要由窗戶本體、百葉窗體以及百葉窗電動(dòng)轉(zhuǎn)子等零部件組成。智能控制系統(tǒng)是本次設(shè)計(jì)的核心，主要由光敏傳感器、風(fēng)速傳感器、雨水傳感器、中央控制系統(tǒng)和提示裝置等零部件組成。其中，光敏傳感器、風(fēng)速傳感器以及雨水傳感器等零部件均與供電系統(tǒng)相連，受供電系統(tǒng)供電；而電動(dòng)轉(zhuǎn)子位于窗戶主體的內(nèi)部并與電源、百葉窗的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和相連；另外，系統(tǒng)內(nèi)還有提示裝置，設(shè)立于窗戶主體的內(nèi)部并與電源相連。

本次中央控制系統(tǒng)主要依托單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行開展研究的，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以STC15F2K60S2單片機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)置的光敏電阻傳感器來(lái)判斷百葉窗受到的光強(qiáng)度，并收集發(fā)送強(qiáng)度數(shù)據(jù)至STC15F2K60S2單片機(jī)組成的控制中心。同時(shí)采用SHT35溫濕度傳感器感知外界環(huán)境的空氣濕度，收集外界雨水等天氣情況，并將收集的信號(hào)傳遞至STC15F2K60S2。STC15F2K60S2單片機(jī)作為本次百葉窗智能控制系統(tǒng)，會(huì)對(duì)收集傳遞來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理分析，處理分析完畢后，會(huì)將具體輸出型號(hào)傳遞至步進(jìn)電機(jī)+ULN2003驅(qū)動(dòng)板等執(zhí)行部件，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)百葉窗上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)百葉窗扇葉開合角度的控制。

2.2 百葉窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由五大部分組成，分別是傳感器模塊、控制模塊、顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及百葉窗開關(guān)執(zhí)行模塊。其中傳感器模塊主要包含三個(gè)傳感器，分別為濕度傳感器、雨水傳感器以及光敏傳感器?？刂浦行膭t是以單片機(jī)與編寫的控制程序組成，負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理并將執(zhí)行程序傳送給下一模塊。

系統(tǒng)主要工作原理是中央控制處理器通過(guò)傳感器輸入檢測(cè)信號(hào)，分別對(duì)百葉窗進(jìn)行控制。例如：雨水傳感器檢測(cè)到下雨量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，中央控制處理器會(huì)根據(jù)雨水傳感器輸入信號(hào)，提示住戶關(guān)閉窗戶；達(dá)到一定值時(shí)，如果未關(guān)閉窗戶，系統(tǒng)可通過(guò)執(zhí)行元件，控制百葉窗關(guān)閉；反之，提示打開。但當(dāng)風(fēng)速傳感器檢測(cè)到外界環(huán)境中的風(fēng)速高于設(shè)定值，中央控制器會(huì)依靠風(fēng)速傳感器傳遞的信號(hào)來(lái)提醒住戶開關(guān)百葉窗。如長(zhǎng)時(shí)間未關(guān)閉，系統(tǒng)便會(huì)通過(guò)控制器發(fā)送控制信號(hào)給執(zhí)行元件，關(guān)閉百葉窗。如風(fēng)速傳感器檢測(cè)到風(fēng)速低于最大閾值時(shí)，中央控制處理器也會(huì)將信號(hào)傳遞至住戶，提示其開啟窗戶。另外，系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)光敏傳感器檢測(cè)到光強(qiáng)小于最小閾值，中央控制處理器也會(huì)將光敏傳感器的信號(hào)傳遞給住戶，提示住戶開關(guān)百葉窗。

3 百葉窗功能與應(yīng)用分析

隨著居家生活質(zhì)量的不斷提高，智能百葉窗已成為家家戶戶窗戶安裝的首選。就本次設(shè)計(jì)的智能百葉窗做具體的功能與作用展示。本次設(shè)計(jì)的智能百葉窗可以根據(jù)窗外光線強(qiáng)度的不同、外界濕度環(huán)境的優(yōu)劣情況以及雨水等天氣自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉窗扇葉開關(guān)角度。具體功能主要變現(xiàn)在三個(gè)方面。第一、自動(dòng)檢測(cè)光線強(qiáng)弱、溫度高低、室外環(huán)境的濕度以及晴雨等天氣狀況，并依據(jù)設(shè)定的控制邏輯，通過(guò)單片機(jī)控制電機(jī)調(diào)節(jié)百葉窗。百葉窗的調(diào)節(jié)范圍可實(shí)現(xiàn)從0°至180°翻轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到雨水或者空氣濕度大于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)便會(huì)控制執(zhí)行單元關(guān)閉百葉窗；當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到雨水、空氣濕度或者光線強(qiáng)度低于某一個(gè)設(shè)定值時(shí)，百葉窗也會(huì)在執(zhí)行系統(tǒng)的作用下，開啟百葉窗。最后，當(dāng)人為想開關(guān)百葉窗時(shí)，可以用過(guò)遙控設(shè)定百葉窗的開啟或者關(guān)閉的狀態(tài)及角度大小等。

3.1 抗紫外線功能

紫外線雖具有消毒殺菌作用，但超過(guò)一定限制的紫外線對(duì)人體健康具有明顯的傷害。而本次選用的智能百葉窗便可有效減少紫外線對(duì)室內(nèi)人員身體健康的傷害。百葉窗根據(jù)光線傳感器監(jiān)測(cè)到的光線強(qiáng)弱后，會(huì)將百葉窗葉片控制在外傾斜，如此可以有效阻擋紫外線的進(jìn)入，起到保護(hù)室內(nèi)人員身體健康的目的。

3.2 防護(hù)功能

窗簾最初的目的是保護(hù)隱私和防止暴曬的作用，但傳統(tǒng)的窗簾在保護(hù)隱私和防止暴曬的同時(shí)無(wú)法起到通風(fēng)換氣、保護(hù)室內(nèi)安全的等作用。而百葉窗可以通過(guò)散葉特有的凹凸結(jié)構(gòu)，將光反射來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)隱私和防止暴曬的作用。另外，百葉窗可以設(shè)計(jì)為多種形式的結(jié)構(gòu)，具有一定美觀性。

3.3 保溫隔熱功能

隨著科技的不斷發(fā)展，百葉窗的材料也在不斷更新?lián)Q代。為了使百葉窗發(fā)揮更大的作用?，F(xiàn)在在制作百葉窗的材料上，我們通過(guò)選用隔熱性好、強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)材料。該材料無(wú)論是夏季高溫還是冬季寒冷都會(huì)對(duì)室內(nèi)的溫度起到很好的隔絕保護(hù)作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冬天暖夏涼目的。與此同時(shí)，隔熱材料的選用還可以減少室內(nèi)溫度變化，減少不必要的空調(diào)工作，最終達(dá)到節(jié)能減排的目的。另外，百葉窗還可以對(duì)噪音起到一定的隔離作用，這是傳統(tǒng)窗簾所無(wú)法達(dá)到的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

百葉窗相比傳統(tǒng)窗簾在隔音隔熱、防紫外線以及噪音等方面具有特有的優(yōu)勢(shì)，使得智能百葉窗日漸興起，本文結(jié)合百葉窗的具體功能需求，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的智能控制方案，并對(duì)系統(tǒng)組成和控制過(guò)程簡(jiǎn)要的分析，以望對(duì)后期智能家具的改進(jìn)推廣起到一定借鑒參考。