太阳能智能调温变色百叶窗的设计

王恒亮 刘妮 徐同杰 化柄淇

摘  要：文章设计了一套基于太陽能发电的单片机智能调节室内温度湿度的变色百叶窗。利用太阳能电池板，结合ADS1115转换芯片以及STC89C52RC单片机、风速传感器以及温湿度传感器检测并发送数据信息，实现了具有能够主动调节室内温湿度以及控制室内进光量的智能百叶窗，解决了当前窗户被动式、灵活性差、功能单一的问题。

关键词：单片机;传感器;百叶窗;太阳能电池板;液晶变色玻璃

中图分类号：TU855 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）22-0030-02

Abstract： In this paper， a set of color-changing blinds based on solar power generation is designed， which can intelligently adjust the temperature and humidity of the room. Using solar panels， combined with ADS1115 conversion chip， STC89C52RC single chip microcomputer， wind speed sensor and temperature and humidity sensor， we detected and sent data information， so the intelligent louver which can actively adjust the indoor temperature and humidity and control the amount of light in the room was realized. The problems of passivity， poor flexibility and single function of theblinds are solved.

Keywords： single chip microcomputer; sensor; shutter; solar panel; liquid crystal discoloration glass

1 研究背景及意义

窗户作为家居的必需品，具有通风透气，透光等作用。就目前来看，窗户虽然种类繁多，如平面窗平门窗、推拉窗、折叠窗、百叶窗，但其功能单一，非智能。目前家庭、办公室采用的大多是普通窗户，只能人为打开透气或者关闭，灵活性差，而且离开家或者办公室前必须关闭窗户，极不方便，并且在阳光强烈时尤其在夏季，强光穿过玻璃会使室内温度升高，必须配有窗帘来阻挡阳光，自身不能遮阳。因此，发明一款通过温度湿度智能调节的百叶窗势在必行[1]，本文设计的百叶窗能够根据室内温度自动调整窗户开关以及开的角度，并且可以根室外风速来控制窗户是否开关，如果外边的风速达到一定限度，单片机会优先控制窗户关闭，防止窗户以及室内物品的损坏。而且，这款百叶窗利用太阳能发电，更加节能环保，符合现代节能减排的生活理念。

2 设计方案

2.1 整体设计方案

太阳能智能调温变色百叶窗主要由四部分模块组成：百叶窗主体液晶变色玻璃模块、动力系统模块、信息采集系统模块和单片机控制系统模块。其中采集系统模块由风速传感器和温湿度传感器组成。利用太阳能发电[2]，主要通过风速检测器和温湿度传感器检测数据对实时外部环境进行采集，将数据传输给单片机，单片机对采集的风速以及温度的数据进行分析判断进而控制舵机带动玻璃转动不同角度以及液晶变色玻璃的透明与否。该系统的整体硬件框架结构如图1所示。

2.2 百叶窗液晶变色玻璃模块

液晶面板由中间一层液晶两侧为两片精致的无钠玻璃素材组成。当光束通过中间层液晶时，液晶本身会顺序排列立或扭转排列，最终阻隔或使光束顺利通过，如图2所示。

液晶调光玻璃是中间一层液晶膜（俗称调光膜， 液晶膜）两侧为玻璃，液晶膜由PVB/EVA膜覆盖在最中央，经过高温高压成型[3]，构造如图3所示。

液晶变色玻璃能够阻挡98%以上的紫外线以及39%以上的红外线，能够有效防止室内温度的升高，还能防止室内物品因为紫外线的直接照射而褪色，老化。达到雾化时雾化度达到90%以上，能有效阻挡光线进入，节省了购置窗帘的费用以及安置窗帘的空间，在一定程度上还能保护隐私，同时具有一定的隔音效果，使用寿命长，响应时间短。

2.3 动力系统及单片机控制模块

此系统当开启时，会先使舵机归位，然后取一定时间内风速的平均值，当平均风级高于七级时，不论室内温湿度多高多低都会关窗，但会根据室内温度的高低控制玻璃的雾化或透明，如果风速满足开窗的条件，系统就会根据室内温度的高低输出不同的命令[4]。

当室内温度高于28℃时，系统会控制液晶变色玻璃达到雾化的状态，以防止阳光进入室内，使室内温度升高，然后系统会根据风速的大小控制舵机带动玻璃转动不同的角度，例如，当风级在3级与7级之间时，舵机会带动玻璃转动15°，之后系统进入待机检测阶段。

若室内温度低于18℃时，此时系统会命令窗户关闭，并且达到透明状态，之后进入待机检测阶段。

2.4 风速传感器

三杯式风速传感器工作带动一个小直流发电机产生直流电压，风速越高，产生的直流电压越高，最高可产生1.2V直流电压。

2.5 温湿度传感器

若室内温度在18℃与28℃之间时，因为此段温度是适合人的正常活动，此时系统会接着检测室内的湿度，若湿度高于80%时，此时由于室内温度适宜，不宜让玻璃转动太大角度，所以只转动15°，并且会让玻璃达到透明状态，让阳光进如室内，降低室内湿度;若湿度在30%与80%之间，此时室内温度湿度适宜，所以此时系统会延时检测;若室内湿度低于30%时，系统会命令舵机带动玻璃关闭，防止室内太干燥，而此时室内温度适宜，所以此时命令窗户的雾化与否不变，尽量减少温度变化幅度太大，之后系统进入待机检测阶段。

3 性能分析与实物图

采用了高效率的太阳能电池板，具有不占空间，不影响室内采光优势，同时绿色环保。如果有多余的电能，也可以存储在锂电池组中，光照不好时给系统供电，确保了即使在阴雨天也可提供充足的电能来运作该百叶窗系统。运用的三杯风速传感器具有良好的防侵蚀、抗腐蚀优点，从而有效保证仪表在长期使用的状态下不起锈，同时内部采用顺滑的轴承系统，确保了采集信息的准确性。采用液晶变色玻璃，能在雾化以及透明之间转换，有效保护隐私;功耗低，响应时间短，雾化或者透明状态下都能阻挡90%以上，雾化时甚至能达到98%以上，可保护室内的陈设不因紫外辐照而出现褪色、老化等情况，保护人员不受紫外线直射而引起的疾病，抑制室内温度的升高。采用金属齿轮舵机，扭曲力度大。运用百叶窗造型，不论是在外观上，还是在保证通风效果、保护隐私上都有较好的表现。图4为实物图。

4 结束语

本设计采用节能环保的太阳能电池板作为供电系统，利用ADS1115转换芯片以及STC89C52RC单片机、风速传感器以及温湿度传感器检测并发送数据信息，实现了具有能够主动调节室内温湿度以及控制室内进光量的智能百叶窗。本设计既可有效遮挡阳光及紫外线，又能保证良好的通风效果，并且延长百叶窗的使用寿命，更符合现代人们方便与智能的生活理念。本设计可以应用到居家，办公室以及医院、商场等公共场所。

参考文献：

[1]陈吉婷，赵康，何浩波.基于单片机的防雨、防尘智能窗户控制系统设计[J].工业控制计算机，2017（03）：115-117.

[2]蔡江林，贾黎明，方信佳，等.基于太阳能驱动的自动辅窗设计[J].电子制作，2016（01）：9-10.

[3]史蕾蕾.一种使公交车车窗玻璃变色装置的设计[J].汽车实用技术，2016（9）：76-77.

[4]穆斯.机械设计出版社[M].机械工业出版社，2012，03.