中高端写字楼智能光控多功能百叶窗的设计研究

杨晨 王成 梁嘉伟 丁江涛 杨为民 王明

摘 要：随着智能家居的不断普及，智能家居给人们的生活带来了极大的便利。现如今人们在办公楼内工作一天，如外界光线较强或较暗时对眼睛伤害特别大，为了改善办公环境，达到使人眼舒适的效果，从而设计这款具有自动感光功能的百叶窗。该百叶窗具有控制采光和自动补光的功能，当外界光线太强时通过信号分析可自动调节百叶窗的进光量，当光线较弱时补光功能自动打开保证屋内光线充足。在满足国家标准的办公环境下，完成对于光照不足情况下的作业。解决了在办公室、家中办公时，阳光过强或过暗对眼睛的危害。

关键词：智能百叶窗;光控系统;智能家电

引言

近年来我国经济高速发展，为了提高用户的生活品质，给用户带来更良好的体验，人们对于智能家居的需求越来越大，各大电子器件公司也不断加大智能化研究的投入。在日常生活中，普通的窗帘在打开时，阳光全部射入室内，阳光充足时，光照强度过大，会刺激人的眼睛，影响人们的正常办公。拉上窗帘时，室内过暗，也会导致无法正常办公。根据《建筑照明设计标准》GB 50034-2013规定，室内学习及办公的最适宜光照强度为300lx（lx：勒克斯），上下偏差值为10%。为此设计了一款智能百叶窗，可以根据外部的光照强度自动调整叶片的开闭角度，使屋内始终保持较为合适的光照强度，制造最佳的办公环境。降低了太阳光对于人眼的刺激作用，极大的提高了办公效率。

第一章 智能百叶窗的工作原理

当内外光传感器检测到光线强度后，单片机接收到光信号与设定的相关数据做对比。舵机根据对比值转动，进而带动叶片转动。室内光照传感器接收室内光照变化，单片机接收光信号与设定的相关数据做对比。如果达到设定范围，让舵机停止并保持此时角度;反之舵机继续转动调整叶片，直到找到最适宜的光线强度为止。

第二章 百叶窗整体设计

百叶窗是设计的硬件基础，为实现其自动摆转叶片的功能，将一扇普通的百叶窗进行改装，把原来手动改变叶片转动方向的万向节和联结杆拆下，在对应转动的金属杆的一端装入舵机并固定，使百叶窗的叶片能在最大限度内摆动。

第三章 补光系统的组装与调试

为解决阴天等外部光线不足的特殊情况，在百叶窗的内侧加装补光系统。根据国家标准室内学习及办公的最适宜光照强度为300lx，上下偏差值为10%。经计算选择三个型号大小相同的灯管，且它们补光的色泽相同，3个灯管光照强度分别是150lx，60lx，60lx，用传感器测量外部的光照强度。当光照强度为0lx到60lx的时候，光信号输入单片机，单片机接收型号与数据对比，此时3个灯管都打开。同理，当光照强度为60lx到120lx的时候，150lx和一个60lx的灯管打开。当光照强度為120lx到180lx的时候，150lx的灯管打开，如果光照强度高于270lx时，所有灯管都应处于关闭状态。

第四章 电路系统及相关电子元器件的工作原理

智能窗帘的电路模块较多，主要由电机驱动模块，光照模块，中央控制模块，电路显示模块等许多电路控制模块组成;是一个较为完整的电子系统。在此简单介绍上述电路模块。

电机驱动模块与电机驱动机相接的是ULN2003芯片。既可以在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，也可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

光照模块，采用BH1750芯片最为合适。芯片内部有精度较高的光敏二极管，运算放大器，模数转换器等，可实现光信号的储存与读取，进而实现光照数据的监测。

中央控制模块，选择STC89C52芯片，与传统的STC89C51相比，内部多一个EEPROM 空间，可以实现串口下载程序，指令执行速度快一倍，极大提高了复杂程序设计指令的执行时间。其具有8k字节的Flash，512字节的RAM， 32 位的I/O 口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，看门狗定时器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。

电路显示模块，选用LCD12864显示电路。带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。

第五章 临界值设置方法

为了使用户获得更良好的体验，增加了临界值调节面板。用户可以通过电路板上的加减两个按钮改变光照临界值，寻找肉眼更适宜的光照强度。

电系统的原理图如图所示。

第六章 实验数据与实验结论

舵机完成180°转动，所需的时间为66s;

舵机每转动6°，百叶窗叶片转动3°，所需的时间为2.2s;

该百叶窗主要实现功能如下：

可根据光线强度变化自动开合百叶窗;

可根据用户意愿设定进光量;

通过控制面板实现窗帘的实时手动开合;

通过控制面板实现手动与自动模式的切换;

第七章 结语

随着智能家居市场投入的不断扩大，在选择居家产品方面，人们考虑便利性、经济性、实用性的同时，更多的会考虑到健康、绿色、环保等因素。智能家居的健康化、绿色化成为了亟需解决的问题。该智能百叶窗，通过控制传感器采光与输入数据、内外光照量做对比，控制百叶窗自动开合的角度。补光系统接受到信号之后，根据输入数据的差值实现自动补光。解决了在办公室、家中，阳光过强或过暗对眼睛的危害。