面向智慧社區(qū)的智能窗設(shè)計

高家琳

【摘 要】現(xiàn)階段的智慧社區(qū)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而使社區(qū)內(nèi)居民的生活更加便捷。但目前市場上所設(shè)計的智能窗在功能使用方面有的過于簡單，有的冗余復(fù)雜。因此研究一種既有智能設(shè)計又操作簡單的智能窗簾，對于提高居民生活質(zhì)量，推動智能家居發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】STM32；智能窗；傳感器；藍(lán)牙

一、前言

現(xiàn)階段的智慧社區(qū)即是指運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，讓社區(qū)內(nèi)的居民生活更加便捷，體驗到住房、家居、醫(yī)院智能化的好處。智能窗目前一直是城市居民關(guān)注的一個焦點(diǎn)，然而目前市場上所設(shè)計的智能窗在功能使用方面有的過于簡單，達(dá)不到進(jìn)一步簡化生活的要求；有的綜合過多，冗余復(fù)雜，致使在使用設(shè)備過程中，操作流程十分繁瑣。顯然上述智能窗簾設(shè)備違背了簡便化的原則。因此設(shè)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(fā)展。同時，采用太陽能這樣清潔能源對整個智能窗設(shè)備供電減少了二氧化碳的排放，順應(yīng)了“美麗中國”的號召?？梢姡藗儠絹碓襟w會到智能家居所帶來的優(yōu)勢。甚至可以想象，在未來人們只需進(jìn)行日常辦公，居住環(huán)境的清潔、安全和使用都會自動設(shè)置好，而面向智慧社區(qū)的智能窗設(shè)計將成為推動這些技術(shù)成果早日達(dá)成的重要基石。

二、系統(tǒng)整體設(shè)計方案

1.主要功能及設(shè)計要求

面向智慧社區(qū)的智能窗設(shè)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(jìn)行詳細(xì)討論，所以在第二章對電源不作分析。下面僅對功能進(jìn)行說明：

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

在自動模式下，應(yīng)將光照檢測模塊放置于室內(nèi)，讓其根據(jù)用戶家中照明情況上升、下降窗簾高度。當(dāng)室內(nèi)光照強(qiáng)度過高時，窗簾將自動下降高度，減弱外來光線的進(jìn)入。當(dāng)室內(nèi)光照強(qiáng)度太低時，窗簾將自動升起，給室內(nèi)提供良好照明環(huán)境。

安防模塊主要包括窗外的人體熱釋電模塊和室內(nèi)的報警模塊。系統(tǒng)檢測到窗外有非合法人員闖入時，室內(nèi)的報警模塊會發(fā)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(nèi)溫度和濕度數(shù)據(jù)，并在液晶模塊上顯示傳感器數(shù)據(jù)?？傮w功能系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。

2.窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計

窗簾的控制設(shè)計包括窗簾、控制窗簾升降的直流電機(jī)和直流電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計。如今在市場上對于窗戶的控制，有些采用步進(jìn)電機(jī)控制窗戶，如李小蘭設(shè)計的智能窗戶控制系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計采用的是直流減速電機(jī)控制窗簾的升起和降落。主控芯片發(fā)出信號，經(jīng)過直流電機(jī)驅(qū)動將信號放大，以此操縱窗簾上升或下降。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

1.系統(tǒng)硬件模塊綜述

首先對系統(tǒng)的硬件模塊進(jìn)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(fù)位電路；電源模塊的詳細(xì)闡述；功能模塊含溫濕度檢測模塊、光照檢測模塊、室內(nèi)照明模塊、安防模塊、液晶顯示模塊、藍(lán)牙模塊、直流減速電機(jī)及其驅(qū)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(jìn)行詳細(xì)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(jī)作為主控芯片，一般選擇51，其價格低廉，開發(fā)相對容易。但是數(shù)據(jù)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(fā)者來說，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要認(rèn)真閱讀芯片手冊上的各個參數(shù)，進(jìn)行分析才能設(shè)計出符合要求的產(chǎn)品。

3.電源模塊

面向智慧社區(qū)的智能窗設(shè)計電源模塊由三部分組成：太陽電池板、蓄電池和12V轉(zhuǎn)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(tǒng)大約一天需要40W的能量。100W足以滿足整個系統(tǒng)維持一天的電源需求。從環(huán)保角度而言，相較于普通電池和循環(huán)可充電池，更加綠色環(huán)保，符合當(dāng)前綠色發(fā)展的趨勢。從價格而言，比普通電池略微昂貴。綜上所述，本設(shè)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(xù)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(fā)電用GEL（凝膠）蓄電池優(yōu)勢在于使用壽命較長，可以達(dá)到五年以上，循環(huán)壽命達(dá)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(fù)實際容量的95%以上；具有可靠的均衡性，存儲量偏差小。

四、結(jié)論

面向智慧社區(qū)的智能窗設(shè)計操作簡單，又具有智能化的特點(diǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，綠色環(huán)保，值得推廣使用。系統(tǒng)用太陽能對整個系統(tǒng)供電，而不是使用傳統(tǒng)的電池或者交流電進(jìn)行供電，極大地降低了功耗，從而達(dá)到綠色環(huán)保的要求；采用藍(lán)牙模塊，芯片成為用戶與下位機(jī)的傳輸媒介。這樣用戶可以通過手機(jī)對窗戶進(jìn)行控制，當(dāng)用戶退出人工模式情況下，系統(tǒng)進(jìn)入自動模式，根據(jù)室內(nèi)燈光環(huán)境控制窗簾。

后續(xù)考慮加上WIFI這一功能，用戶通過手機(jī)可以控制整個系統(tǒng)，并實現(xiàn)與智慧社區(qū)其他智能產(chǎn)品的聯(lián)調(diào)，符合建設(shè)智慧社區(qū)的大趨勢。在供電方面考慮加上其他清潔能源進(jìn)行供電，如風(fēng)能等。

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