中高端寫字樓智能光控多功能百葉窗的設(shè)計(jì)研究

楊晨 王成 梁嘉偉 丁江濤 楊為民 王明

摘 要：隨著智能家居的不斷普及，智能家居給人們的生活帶來了極大的便利。現(xiàn)如今人們?cè)谵k公樓內(nèi)工作一天，如外界光線較強(qiáng)或較暗時(shí)對(duì)眼睛傷害特別大，為了改善辦公環(huán)境，達(dá)到使人眼舒適的效果，從而設(shè)計(jì)這款具有自動(dòng)感光功能的百葉窗。該百葉窗具有控制采光和自動(dòng)補(bǔ)光的功能，當(dāng)外界光線太強(qiáng)時(shí)通過信號(hào)分析可自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉窗的進(jìn)光量，當(dāng)光線較弱時(shí)補(bǔ)光功能自動(dòng)打開保證屋內(nèi)光線充足。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的辦公環(huán)境下，完成對(duì)于光照不足情況下的作業(yè)。解決了在辦公室、家中辦公時(shí)，陽光過強(qiáng)或過暗對(duì)眼睛的危害。

關(guān)鍵詞：智能百葉窗;光控系統(tǒng);智能家電

引言

近年來我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，為了提高用戶的生活品質(zhì)，給用戶帶來更良好的體驗(yàn)，人們對(duì)于智能家居的需求越來越大，各大電子器件公司也不斷加大智能化研究的投入。在日常生活中，普通的窗簾在打開時(shí)，陽光全部射入室內(nèi)，陽光充足時(shí)，光照強(qiáng)度過大，會(huì)刺激人的眼睛，影響人們的正常辦公。拉上窗簾時(shí)，室內(nèi)過暗，也會(huì)導(dǎo)致無法正常辦公。根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2013規(guī)定，室內(nèi)學(xué)習(xí)及辦公的最適宜光照強(qiáng)度為300lx（lx：勒克斯），上下偏差值為10%。為此設(shè)計(jì)了一款智能百葉窗，可以根據(jù)外部的光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整葉片的開閉角度，使屋內(nèi)始終保持較為合適的光照強(qiáng)度，制造最佳的辦公環(huán)境。降低了太陽光對(duì)于人眼的刺激作用，極大的提高了辦公效率。

第一章 智能百葉窗的工作原理

當(dāng)內(nèi)外光傳感器檢測(cè)到光線強(qiáng)度后，單片機(jī)接收到光信號(hào)與設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)做對(duì)比。舵機(jī)根據(jù)對(duì)比值轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。室內(nèi)光照傳感器接收室內(nèi)光照變化，單片機(jī)接收光信號(hào)與設(shè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)做對(duì)比。如果達(dá)到設(shè)定范圍，讓舵機(jī)停止并保持此時(shí)角度;反之舵機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整葉片，直到找到最適宜的光線強(qiáng)度為止。

第二章 百葉窗整體設(shè)計(jì)

百葉窗是設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)擺轉(zhuǎn)葉片的功能，將一扇普通的百葉窗進(jìn)行改裝，把原來手動(dòng)改變?nèi)~片轉(zhuǎn)動(dòng)方向的萬向節(jié)和聯(lián)結(jié)桿拆下，在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬桿的一端裝入舵機(jī)并固定，使百葉窗的葉片能在最大限度內(nèi)擺動(dòng)。

第三章 補(bǔ)光系統(tǒng)的組裝與調(diào)試

為解決陰天等外部光線不足的特殊情況，在百葉窗的內(nèi)側(cè)加裝補(bǔ)光系統(tǒng)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)學(xué)習(xí)及辦公的最適宜光照強(qiáng)度為300lx，上下偏差值為10%。經(jīng)計(jì)算選擇三個(gè)型號(hào)大小相同的燈管，且它們補(bǔ)光的色澤相同，3個(gè)燈管光照強(qiáng)度分別是150lx，60lx，60lx，用傳感器測(cè)量外部的光照強(qiáng)度。當(dāng)光照強(qiáng)度為0lx到60lx的時(shí)候，光信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)接收型號(hào)與數(shù)據(jù)對(duì)比，此時(shí)3個(gè)燈管都打開。同理，當(dāng)光照強(qiáng)度為60lx到120lx的時(shí)候，150lx和一個(gè)60lx的燈管打開。當(dāng)光照強(qiáng)度為120lx到180lx的時(shí)候，150lx的燈管打開，如果光照強(qiáng)度高于270lx時(shí)，所有燈管都應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。

第四章 電路系統(tǒng)及相關(guān)電子元器件的工作原理

智能窗簾的電路模塊較多，主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，光照模塊，中央控制模塊，電路顯示模塊等許多電路控制模塊組成;是一個(gè)較為完整的電子系統(tǒng)。在此簡單介紹上述電路模塊。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)相接的是ULN2003芯片。既可以在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，也可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。

光照模塊，采用BH1750芯片最為合適。芯片內(nèi)部有精度較高的光敏二極管，運(yùn)算放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的儲(chǔ)存與讀取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光照數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。

中央控制模塊，選擇STC89C52芯片，與傳統(tǒng)的STC89C51相比，內(nèi)部多一個(gè)EEPROM 空間，可以實(shí)現(xiàn)串口下載程序，指令執(zhí)行速度快一倍，極大提高了復(fù)雜程序設(shè)計(jì)指令的執(zhí)行時(shí)間。其具有8k字節(jié)的Flash，512字節(jié)的RAM， 32 位的I/O 口線，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，看門狗定時(shí)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。

電路顯示模塊，選用LCD12864顯示電路。帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式。可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字。也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。

第五章 臨界值設(shè)置方法

為了使用戶獲得更良好的體驗(yàn)，增加了臨界值調(diào)節(jié)面板。用戶可以通過電路板上的加減兩個(gè)按鈕改變光照臨界值，尋找肉眼更適宜的光照強(qiáng)度。

電系統(tǒng)的原理圖如圖所示。

第六章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)論

舵機(jī)完成180°轉(zhuǎn)動(dòng)，所需的時(shí)間為66s;

舵機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)6°，百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)3°，所需的時(shí)間為2.2s;

該百葉窗主要實(shí)現(xiàn)功能如下：

可根據(jù)光線強(qiáng)度變化自動(dòng)開合百葉窗;

可根據(jù)用戶意愿設(shè)定進(jìn)光量;

通過控制面板實(shí)現(xiàn)窗簾的實(shí)時(shí)手動(dòng)開合;

通過控制面板實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)模式的切換;

第七章 結(jié)語

隨著智能家居市場投入的不斷擴(kuò)大，在選擇居家產(chǎn)品方面，人們考慮便利性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性的同時(shí)，更多的會(huì)考慮到健康、綠色、環(huán)保等因素。智能家居的健康化、綠色化成為了亟需解決的問題。該智能百葉窗，通過控制傳感器采光與輸入數(shù)據(jù)、內(nèi)外光照量做對(duì)比，控制百葉窗自動(dòng)開合的角度。補(bǔ)光系統(tǒng)接受到信號(hào)之后，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的差值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)光。解決了在辦公室、家中，陽光過強(qiáng)或過暗對(duì)眼睛的危害。