在現在人們的生活中，智能化家居憑借其便利高效的特點已成為了不可或缺的一部分，具有隨外界環境變化實現自動開合功能的智能窗簾同樣走進了人們的生活中。目前，市場上的絕大多數智能窗簾系統采用外部電源供電，如果窗簾邊沒有插座的話，便需要重新布線，既影響美觀同時也增加了安全隱患。而對于采用鋰電池供電的電機來說，電池充電時需要將窗簾拆卸給增加了不便。由此存在著另一個問題，低價位的智能窗簾在遇到停電等突發情況時窗簾無法正常開合，而支持停電開合的智能窗簾價格均在千元以上，其昂貴的價格無法做到大面積普及。

　　本文設計的這一款智能窗簾控制，以AT89C52單片微控制器作為MCU,硬件電路包含電機驅動模塊、人機交互模塊、傳感器模塊、顯示及操作模塊、太陽能驅動充電模塊和系統時鐘模塊共六大模塊，成功解決了當下市場中智能窗簾外部供電和特殊狀況下的使用問題，具有廣闊的應用開發前景。

　　1 太陽能智能窗簾系統結構設計

　　本系統運行的流程主要是：傳感器在未收到用戶定時或遠程操作的情況下檢測當前光照強度、濕度和大氣壓，在達到用戶自己設定的閾值時，自動放下窗簾并且調整開合大小;當檢測到光照強度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號或到達設置的開窗簾時間時，便會自動升起窗簾。而在遠成操作模式下，用戶可借助藍牙模塊和短信模塊，實現窗簾的遠程開合功能。

　　1.1 主控芯片

　　主控芯片我們使用來自ATMEL公司生產的AT89C52芯片，其性能既可以滿足本設計系統的性能，并且價格低廉。

　　1.2 光敏電阻模塊

　　光敏電阻是實現光線亮度自動檢測的主要元器件，其阻值隨著光線亮度變化從而輸出相對應的高低電平，并將電平模擬量通過ADC0832模數轉換芯片轉化為數字量傳輸給單片機，與所設定的光照強度閾值對應的電平進行比較，判斷當前是否需要進行打開窗簾或關閉窗簾的動作，并且將當前環境溫度通過2.2寸LCD液晶顯示屏進行顯示。

　　其光敏電阻模塊的工作原理為：在外部環境光照較強的狀態下，光敏電阻表現出低電阻值的狀態;在外部環境光照較暗的狀態下，低電平輸入單片機。同時由于光敏電阻輸出的是連續的模擬電平信號，必須通過ADC模數轉換器(Analogto-digital converter)將其模擬電平信號轉換成離散的數字電平信號并輸入單片機接口，才能使電機驅動模塊正常工作，讓電機進行順時針方向或逆時針方向轉動來實現窗簾的開合。

　　1.3 溫度傳感器模塊

　　使用溫度傳感器為DS18B20,其具有抗干擾能力強、響應速度快、性價比高、工作溫度范圍大的特點。DS18B20屬于單總線專用芯片，接口簡單且硬件開銷低。同時采用鍍錫引腳，抗氧化且不易生銹，充分保障了在不同環境下系統的正常工作。

　　1.4 氣壓傳感器模塊

　　使用氣壓傳感器的核心芯片為MPX4115,集成了片上技術、雙極運算放大器和薄膜電阻網絡，可以提供高輸出信號和溫度補償。其原理是利用彈性應力和大氣壓力相互平衡的特點，通過MPX4115芯片測量設備內置真空金屬膜盒所受彈性應力，通過數模轉換器后得出精準的大氣壓力。

　　1.5 時鐘模塊

　　時鐘模塊采用了內部時鐘方式，在其輸入端XTAL1和輸出端XTAL2加上兩個30皮法的電容構成振蕩電路，一般的晶振頻率在1.2M赫茲到12M赫茲之間，考慮到本系統設計對于時鐘并沒有特別要求且正常頻率即可滿足，所以選擇12M赫茲晶振驅動電路。

　　同時考慮到在系統的調試過程中或許會出錯，需要隨時復位，本設計增設了復位電路，起到保護的作用，避免出現CPU誤讀程序或是死機等現象。在這里我們采用了手動按鍵復位方式，在單片機輸入端RST上加上一個高電平，這樣便可以在電源正VCC端與RST端增設加一個復位按鍵，當運行出錯時手動按下復位鍵即可完成復位功能。

　　1.6 人機交互模塊

　　室內通信采用HC-05藍牙模塊，當用戶在室內發送指令的時候，經由該系統便可以可將指令從手機內置的藍牙串口助手直接發送至控制系統，從而實現窗簾的人工控制升降升降。室外通信則采用GPRS A6-B mini短信模塊實現接收短信功能，將該模塊外接于在控制電路上，當用戶位于戶外時，可以通過發短信的方式實現遠程控制。

　　1.7 電機模塊

　　窗簾升降的動力借助于ULN2003電機驅動模塊來驅動四相六線的5V步進電機來完成。其原理來自對單片機發出脈沖的感應，步進電在接受脈沖后便自動旋轉角度，根據脈沖數，電機將決定轉角幅度，脈沖數越高，旋轉角度越大，最終根據脈沖數來決定窗簾的全開全閉或者半開半閉。由引腳P3.0、P3.1、P3.2和P3.3控制別用以控制步進電機的四相。

　　1.8 太陽能驅動模塊

　　該部分主要由太陽能電池板及蓄電池、開關控制電路、降壓模塊和過沖、緩沖保護電路共四個部分所組成。所用太陽能電池板型號為APM36M100W108X80,尺寸為800mm×1080mm×40mm,可提供100W的能量。蓄電池考慮到家用電池需要較好的容量放電性能以保證其可靠性，這里我們選用戶用型的GEL蓄電池，同時GEL蓄電池充電后可以保證其回復電量在實際電池容量的95%以上，具有及其可靠的均衡性。降壓模塊采用芯片7805降壓，將蓄電池提供的12V直流電壓轉成5 V的直流電壓。同時出于保證蓄電池的可靠穩定和防止電池過充現象的目的，本設計增設了過沖和緩沖保護電路。

　　2 系統軟件設計

　　AT89C52單片機控制模塊程序以Keil Vision3軟件為編程環境，使用C語言進行編程。89C52單片機模塊是系統的控制模塊，其核心功能是當亮度、溫度和氣壓同時達到一定條件時，窗簾開啟，在窗簾開啟過程中，如果環境變化則不影響窗簾的開啟，而是等開啟動作完成后根據環境狀況再進行動作。當亮度、溫度和氣壓達到窗簾關閉的條件時，窗簾關閉，并且在關閉過程中，如果外界環境變化則不影響窗簾的關閉，待關閉動作完成后再根據環境狀況進行相應動作。其主要動作流程為：傳感器在未收到用戶定時或遠程操作的情況下檢測當前光照強度、濕度和大氣壓，在達到用戶自己設定的閾值時，自動放下窗簾并且調整開合大小;當檢測到光照強度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號或到達設置的開窗簾時間時，便會自動升起窗簾。

　　主程序采用循環結構，主要完成單片機的初始化、液晶屏顯示內容初始化、按鍵掃描、電機運行，計時等功能。同時循環檢測各個端口是否有數據發送以及異常信號，如果發現則根據具體內容采取相應行動。

　　3 結語

　　最終測試采取人工測試方式，包括顯示數據可靠性、電機轉動可靠性、光敏電阻感光可靠性和遠程控制可靠性。經測試，系統所有功能運行正常，遠程控制響應時間較短，各模塊間配合較好，該智能窗簾系統設計成功實現了利用太陽能這種可持續清潔能源，解決了目前市場上的智能窗簾供電問題和特殊狀況下使用問題，具有廣闊的市場發展前景。

　　參考文獻

　　[1]蔡江林，賈黎明，方信佳基于太陽能驅動的自動輔窗設計電子制作，2016,(11)：9-10.

　　[2]游佳，易紅梅，李明璐基于STC89C52單片機的智能窗簾控制系統。西部皮革2018, 40(22)：72.

　　作者：李子圣

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