面向智慧社区的智能窗设计

高家琳

【摘 要】现阶段的智慧社区运用网络技术，从而使社区内居民的生活更加便捷。但目前市场上所设计的智能窗在功能使用方面有的过于简单，有的冗余复杂。因此研究一种既有智能设计又操作简单的智能窗帘，对于提高居民生活质量，推动智能家居发展具有重要意义。

【关键词】STM32；智能窗；传感器；蓝牙

一、前言

现阶段的智慧社区即是指运用网络技术，让社区内的居民生活更加便捷，体验到住房、家居、医院智能化的好处。智能窗目前一直是城市居民关注的一个焦点，然而目前市场上所设计的智能窗在功能使用方面有的过于简单，达不到进一步简化生活的要求；有的综合过多，冗余复杂，致使在使用设备过程中，操作流程十分繁琐。显然上述智能窗帘设备违背了简便化的原则。因此设计一种采用清洁能源，操作简单的智能窗显的尤为重要。操作简便的智能窗可以很大程度上提高用户的体验，用户便会推广智能窗的使用，这样反过来会推到智能窗的发展。同时，采用太阳能这样清洁能源对整个智能窗设备供电减少了二氧化碳的排放，顺应了“美丽中国”的号召。可见，人们会越来越体会到智能家居所带来的优势。甚至可以想象，在未来人们只需进行日常办公，居住环境的清洁、安全和使用都会自动设置好，而面向智慧社区的智能窗设计将成为推动这些技术成果早日达成的重要基石。

二、系统整体设计方案

1.主要功能及设计要求

面向智慧社区的智能窗设计功能分为人工模式、自动模式、安防功能、显示功能。另外，为所有功能模块提供电源的供电模块将在第三章加进行详细讨论，所以在第二章对电源不作分析。下面仅对功能进行说明：

在人工模式下，用户能够使用手机app控制窗帘的上升和下降，也能够通过使用手机app控制室内照明。

在自动模式下，应将光照检测模块放置于室内，让其根据用户家中照明情况上升、下降窗帘高度。当室内光照强度过高时，窗帘将自动下降高度，减弱外来光线的进入。当室内光照强度太低时，窗帘将自动升起，给室内提供良好照明环境。

安防模块主要包括窗外的人体热释电模块和室内的报警模块。系统检测到窗外有非合法人员闯入时，室内的报警模块会发出尖锐的报警声，提醒用户注意安全。

显示模块主要由液晶模块和温湿度采集模块组成。温湿度模块采集室内温度和湿度数据，并在液晶模块上显示传感器数据。总体功能系统框图如图2.1所示。

2.窗帘控制系统设计

窗帘的控制设计包括窗帘、控制窗帘升降的直流电机和直流电机驱动电路设计。如今在市场上对于窗户的控制，有些采用步进电机控制窗户，如李小兰设计的智能窗户控制系统的设计研究就是采用这样的控制方式，有些采用控制窗帘的方式。本文提出的智能窗设计采用的是直流减速电机控制窗帘的升起和降落。主控芯片发出信号，经过直流电机驱动将信号放大，以此操纵窗帘上升或下降。

三、系统硬件设计方案

1.系统硬件模块综述

首先对系统的硬件模块进行简要阐述，包括主控芯片的选择，主控芯片包含芯片与芯片的复位电路；电源模块的详细阐述；功能模块含温湿度检测模块、光照检测模块、室内照明模块、安防模块、液晶显示模块、蓝牙模块、直流减速电机及其驱动电路，其中安防模块包含了人体热释电模块和报警模块。下面将依次进行详细展开说明。

2.主控芯片的选择与比较

对于主控芯片的选择有两种方案。

方案一：采用八位单片机作为主控芯片，一般选择51，其价格低廉，开发相对容易。但是数据位引脚不充裕且硬件资源有限。51系列引脚图如图3.1所示。

芯片的引脚图可以使用户对芯片有初步的了解，但对于开发者来说，这是远远不够，还需要认真阅读芯片手册上的各个参数，进行分析才能设计出符合要求的产品。

3.电源模块

面向智慧社区的智能窗设计电源模块由三部分组成：太阳电池板、蓄电池和12V转5V的降压模块输出。

第一部分，太阳电池板板尺寸为40*100cm，大约提供100W的能量，整个系统大约一天需要40W的能量。100W足以满足整个系统维持一天的电源需求。从环保角度而言，相较于普通电池和循环可充电池，更加绿色环保，符合当前绿色发展的趋势。从价格而言，比普通电池略微昂贵。综上所述，本设计的电源模块采用太阳能电池板更为合理。

第二部分，为了能够更加充分高效地利用太阳能这一清洁能源，需要在太阳能充足时将其储存起来，在能源不充足的情况下释放出来，将储存的太阳能变成可以连续供电的能源。这时候就需要蓄电池储存能源。在本课题中，蓄电池选择户用型的GEL（凝胶）蓄电池，GEL（凝胶）蓄电池的充放电时间为一天为周期。光伏发电用GEL（凝胶）蓄电池优势在于使用寿命较长，可以达到五年以上，循环寿命达到一千次以上；具有良好的低温放电性能，在温度较低情况下，能够放出实际存储量的80%以上；具有良好的容量放电性能，充电后可以回复实际容量的95%以上；具有可靠的均衡性，存储量偏差小。

四、结论

面向智慧社区的智能窗设计操作简单，又具有智能化的特点，运行稳定，绿色环保，值得推广使用。系统用太阳能对整个系统供电，而不是使用传统的电池或者交流电进行供电，极大地降低了功耗，从而达到绿色环保的要求；采用蓝牙模块，芯片成为用户与下位机的传输媒介。这样用户可以通过手机对窗户进行控制，当用户退出人工模式情况下，系统进入自动模式，根据室内灯光环境控制窗帘。

后续考虑加上WIFI这一功能，用户通过手机可以控制整个系统，并实现与智慧社区其他智能产品的联调，符合建设智慧社区的大趋势。在供电方面考虑加上其他清洁能源进行供电，如风能等。

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