光伏发电智能百叶窗系统

张凯莉+邓艳美+高策

摘 要：光伏产业是利用太阳能电池直接把光能转换为电能的一种新能源产业，是新世纪发展最迅猛的新兴产业[1]。本文针对新能源开发与利用的基点，设计一个基于光伏发电的智能百叶窗系统。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电而且永不枯竭；使用太阳能不会造成环境污染，是理想的绿色能源。个体家庭中建立光伏发电系统，可以提供居室内的用电需求，当然智能百叶窗系统同样从中取电，做到了环保无污染的同时，也满足了智能家居的要求。

关键词：智能家居 智能百叶窗系统 光伏发电 高效能源

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0004-02

随着科技的进步，经济的飞速发展，人类不断的追求更加智能化、一体化的服务，“智慧城市”、“物联网”技术也不断的被提上议程。同时一种更加环保、更加高效，并且取之不尽用之不竭的能源来源—— 太阳能，同样进入了人类科技发展的“高速列车”之列，伴随着光伏产业的飞速发展，中国的能源产业也面临着“大换血”，虽然距离完全摒弃旧的能源来源方式，迎接“智能家居”、“高效能源”还有很长的路要走，但是无疑方向是对的。

因此，我拟设计一种基于光伏发电的智能百叶窗系统，以初步解决清洁的家庭能源的来源问题，和设计可远程遥控的智能的百叶窗系统，并通过实验模拟验证系统设计的可行性。

1 系统总体设计方案

1.1 系统功能目标

（1）接收阳光的光伏板将太阳能转化为电能，并将其存储在蓄电池当中。

（2）蓄电池中的电能可以用于整个系统的运转的能源来源。

（3）百叶窗系统可以由红外遥控器控制打开和闭合而无需直接接触。

1.2 系统框架结构

光伏发电智能百叶窗系统应由三大子系统组成：光伏发电系统、能源分配系统，智能百叶窗系统。

（1）光伏发电系统负责将接收到的光能部分转化为电能，并通过直充式充电方法对蓄电池进行充电，将电能存储起来。

（2）能源分配系统将电能进行稳压后分别分配到不同的用电器中，包括：控制百叶窗运动的伺服电机、系统的控制中心—— 单片机等。

（3）智能百叶窗系统负责在屋主进行遥控时能相应的做出动作。

通过三大子系统的有机结合，如图1所示，构成一个完整的光伏发电智能百叶窗系统。

2 各子系统的设计

2.1 光伏发电子系统

光伏发电子系统主要由10 W功率的光伏板、带实时电压显示的自动升降压的稳压模块、12 V蓄电池等组成。当光伏板接受到足够的光照后，会产生一定的、波动的电压，需由稳压模块稳压至13.5 V后对蓄电池进行充电，即直充式充电法。

（1）10 W功率的光伏板。

光伏板选用18 V额定电压，10 W额定功率的多晶太阳能板。

（2）稳压模块。

稳压模块是一种带实时电压显示的自动升降压的可调稳压模块，光伏板的输出端接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池，当蓄电池充满后，可关闭稳压模块的输出端六脚按键开关，停止充电保护电池。

（3）12 V蓄电池。

12 V蓄电池是主要的储能元件，是整个系统的能源来源，采用的是两个6 V 5 Ah的蓄电池串联组成。

2.2 能源分配子系统

能源分配子系统是一块由5 V稳压模块以及一些电源指示灯等外围电路组成的集成板，蓄电池接入5 V稳压模块的输入端，输出端接六脚按键开关和电源指示灯后由两组排针焊成统一供电区域，需要取电的设备可由此模块接入取电。

2.3 智能百叶窗子系统

智能百叶窗子系统由伺服电机、STC89 C52单片机开发板、蜂鸣器电路、红外遥控电路等组成，当红外遥控器按键按下后，红外接收电路接收到红外信号，由单片机I/O口输入，再由单片机进行解码，当解码后的信号码为指定信号码，则触发伺服电机进行动作，从而可以做到百叶窗的遥控开和闭。

（1）伺服电机。

本系统采用的是MG995伺服电机，4.8～7.2V的工作电压，5us的工作死区，9.4kg/cm（4.8V），11kg/cm（6V）的拉力，采用PWM脉宽控制，20ms的信号周期，输出角度与输入信号PWM脉宽关系如图2[2]。从图中可知，本实验需要0°和45°两个角度，即1.5ms和2ms的脉宽。

（2）STC89C52单片机开发板。

单片机是智能百叶窗子系统的核心控制部件，STC89C52单片机开发板具有两个外部中断，两个定时器中断以及一个串口中断[3]。当红外接收头接收到红外信号后，信号端将信号由I/O口输入单片机并触发外部中断，单片机开始进行解码，红外遥控系统框图如图3。同时定时器进行0.5 ms的定时，用于产生PWM波作为伺服电机的控制的信号，单片机系统流程框图见附图1。

（3）蜂鸣器电路。

蜂鸣器电路由一个无极蜂鸣器、NPN三极管、2kΩ电阻和极性电容组成，当蜂鸣器的信号端接收到一定频率的信号后，即可产生声响，用于红外解码后，伺服电机作出相应的动作时的提示作用，告知操作者操作是有效的。

（4）红外遥控电路。

红外遥控电路由红外接收头、10 uF极性电容、200Ω电阻组成，当万能红外遥控器发射红外信号让接收头接收到时，红外接收头的信号端会向单片机输入一系列的二进制码，包括引导码、用户识别码，用户识别反码，操作码，操作码反码。只有操作码和操作码反码是每一个按键不一样的，需要进行解码判别。

3 模拟实验结果

模拟实验结果基本完成设计实验的要求，包括了光伏发电系统、能源分配系统和智能百叶窗系统，结果见图4和图5。

4 结论

模拟实验的成果还是比较令人满意的，尽管过程并不是一帆风顺，也遇到了许多困难，比如舵机的抖动调试问题，红外与舵机的联动，光伏板的稳压模块选型，蓄电池也烧坏了2对，但是经过多次尝试与反复调试之后，最终得以实现预期的功能。当然实验也有需要改进的一些地方，比如：光伏充电采用直充法，利用率并不高，并且对于电池的寿命来说并不是最好的方法；百叶窗的开关角度只是局限了两个角度，或许可以换步进电机作为驱动力，可以做到任意角度的控制等等。

参考文献

[1] 孙晓佳.我国光伏行业多晶硅产业发展及对策建议[J].科技与产业，2011，11（5）：23-37.

[2] 颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京：科学出版社，2006.

[3] 徐惠民，安德宁，丁玉珍.单片微型计算机原理、接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.

摘 要：光伏产业是利用太阳能电池直接把光能转换为电能的一种新能源产业，是新世纪发展最迅猛的新兴产业[1]。本文针对新能源开发与利用的基点，设计一个基于光伏发电的智能百叶窗系统。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电而且永不枯竭；使用太阳能不会造成环境污染，是理想的绿色能源。个体家庭中建立光伏发电系统，可以提供居室内的用电需求，当然智能百叶窗系统同样从中取电，做到了环保无污染的同时，也满足了智能家居的要求。

关键词：智能家居 智能百叶窗系统 光伏发电 高效能源

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0004-02

随着科技的进步，经济的飞速发展，人类不断的追求更加智能化、一体化的服务，“智慧城市”、“物联网”技术也不断的被提上议程。同时一种更加环保、更加高效，并且取之不尽用之不竭的能源来源—— 太阳能，同样进入了人类科技发展的“高速列车”之列，伴随着光伏产业的飞速发展，中国的能源产业也面临着“大换血”，虽然距离完全摒弃旧的能源来源方式，迎接“智能家居”、“高效能源”还有很长的路要走，但是无疑方向是对的。

因此，我拟设计一种基于光伏发电的智能百叶窗系统，以初步解决清洁的家庭能源的来源问题，和设计可远程遥控的智能的百叶窗系统，并通过实验模拟验证系统设计的可行性。

1 系统总体设计方案

1.1 系统功能目标

（1）接收阳光的光伏板将太阳能转化为电能，并将其存储在蓄电池当中。

（2）蓄电池中的电能可以用于整个系统的运转的能源来源。

（3）百叶窗系统可以由红外遥控器控制打开和闭合而无需直接接触。

1.2 系统框架结构

光伏发电智能百叶窗系统应由三大子系统组成：光伏发电系统、能源分配系统，智能百叶窗系统。

（1）光伏发电系统负责将接收到的光能部分转化为电能，并通过直充式充电方法对蓄电池进行充电，将电能存储起来。

（2）能源分配系统将电能进行稳压后分别分配到不同的用电器中，包括：控制百叶窗运动的伺服电机、系统的控制中心—— 单片机等。

（3）智能百叶窗系统负责在屋主进行遥控时能相应的做出动作。

通过三大子系统的有机结合，如图1所示，构成一个完整的光伏发电智能百叶窗系统。

2 各子系统的设计

2.1 光伏发电子系统

光伏发电子系统主要由10 W功率的光伏板、带实时电压显示的自动升降压的稳压模块、12 V蓄电池等组成。当光伏板接受到足够的光照后，会产生一定的、波动的电压，需由稳压模块稳压至13.5 V后对蓄电池进行充电，即直充式充电法。

（1）10 W功率的光伏板。

光伏板选用18 V额定电压，10 W额定功率的多晶太阳能板。

（2）稳压模块。

稳压模块是一种带实时电压显示的自动升降压的可调稳压模块，光伏板的输出端接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池，当蓄电池充满后，可关闭稳压模块的输出端六脚按键开关，停止充电保护电池。

（3）12 V蓄电池。

12 V蓄电池是主要的储能元件，是整个系统的能源来源，采用的是两个6 V 5 Ah的蓄电池串联组成。

2.2 能源分配子系统

能源分配子系统是一块由5 V稳压模块以及一些电源指示灯等外围电路组成的集成板，蓄电池接入5 V稳压模块的输入端，输出端接六脚按键开关和电源指示灯后由两组排针焊成统一供电区域，需要取电的设备可由此模块接入取电。

2.3 智能百叶窗子系统

智能百叶窗子系统由伺服电机、STC89 C52单片机开发板、蜂鸣器电路、红外遥控电路等组成，当红外遥控器按键按下后，红外接收电路接收到红外信号，由单片机I/O口输入，再由单片机进行解码，当解码后的信号码为指定信号码，则触发伺服电机进行动作，从而可以做到百叶窗的遥控开和闭。

（1）伺服电机。

本系统采用的是MG995伺服电机，4.8～7.2V的工作电压，5us的工作死区，9.4kg/cm（4.8V），11kg/cm（6V）的拉力，采用PWM脉宽控制，20ms的信号周期，输出角度与输入信号PWM脉宽关系如图2[2]。从图中可知，本实验需要0°和45°两个角度，即1.5ms和2ms的脉宽。

（2）STC89C52单片机开发板。

单片机是智能百叶窗子系统的核心控制部件，STC89C52单片机开发板具有两个外部中断，两个定时器中断以及一个串口中断[3]。当红外接收头接收到红外信号后，信号端将信号由I/O口输入单片机并触发外部中断，单片机开始进行解码，红外遥控系统框图如图3。同时定时器进行0.5 ms的定时，用于产生PWM波作为伺服电机的控制的信号，单片机系统流程框图见附图1。

（3）蜂鸣器电路。

蜂鸣器电路由一个无极蜂鸣器、NPN三极管、2kΩ电阻和极性电容组成，当蜂鸣器的信号端接收到一定频率的信号后，即可产生声响，用于红外解码后，伺服电机作出相应的动作时的提示作用，告知操作者操作是有效的。

（4）红外遥控电路。

红外遥控电路由红外接收头、10 uF极性电容、200Ω电阻组成，当万能红外遥控器发射红外信号让接收头接收到时，红外接收头的信号端会向单片机输入一系列的二进制码，包括引导码、用户识别码，用户识别反码，操作码，操作码反码。只有操作码和操作码反码是每一个按键不一样的，需要进行解码判别。

3 模拟实验结果

模拟实验结果基本完成设计实验的要求，包括了光伏发电系统、能源分配系统和智能百叶窗系统，结果见图4和图5。

4 结论

模拟实验的成果还是比较令人满意的，尽管过程并不是一帆风顺，也遇到了许多困难，比如舵机的抖动调试问题，红外与舵机的联动，光伏板的稳压模块选型，蓄电池也烧坏了2对，但是经过多次尝试与反复调试之后，最终得以实现预期的功能。当然实验也有需要改进的一些地方，比如：光伏充电采用直充法，利用率并不高，并且对于电池的寿命来说并不是最好的方法；百叶窗的开关角度只是局限了两个角度，或许可以换步进电机作为驱动力，可以做到任意角度的控制等等。

参考文献

[1] 孙晓佳.我国光伏行业多晶硅产业发展及对策建议[J].科技与产业，2011，11（5）：23-37.

[2] 颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京：科学出版社，2006.

[3] 徐惠民，安德宁，丁玉珍.单片微型计算机原理、接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.

摘 要：光伏产业是利用太阳能电池直接把光能转换为电能的一种新能源产业，是新世纪发展最迅猛的新兴产业[1]。本文针对新能源开发与利用的基点，设计一个基于光伏发电的智能百叶窗系统。太阳能光伏系统不仅只在强烈阳光下运作，在阴天也能发电而且永不枯竭；使用太阳能不会造成环境污染，是理想的绿色能源。个体家庭中建立光伏发电系统，可以提供居室内的用电需求，当然智能百叶窗系统同样从中取电，做到了环保无污染的同时，也满足了智能家居的要求。

关键词：智能家居 智能百叶窗系统 光伏发电 高效能源

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0004-02

随着科技的进步，经济的飞速发展，人类不断的追求更加智能化、一体化的服务，“智慧城市”、“物联网”技术也不断的被提上议程。同时一种更加环保、更加高效，并且取之不尽用之不竭的能源来源—— 太阳能，同样进入了人类科技发展的“高速列车”之列，伴随着光伏产业的飞速发展，中国的能源产业也面临着“大换血”，虽然距离完全摒弃旧的能源来源方式，迎接“智能家居”、“高效能源”还有很长的路要走，但是无疑方向是对的。

因此，我拟设计一种基于光伏发电的智能百叶窗系统，以初步解决清洁的家庭能源的来源问题，和设计可远程遥控的智能的百叶窗系统，并通过实验模拟验证系统设计的可行性。

1 系统总体设计方案

1.1 系统功能目标

（1）接收阳光的光伏板将太阳能转化为电能，并将其存储在蓄电池当中。

（2）蓄电池中的电能可以用于整个系统的运转的能源来源。

（3）百叶窗系统可以由红外遥控器控制打开和闭合而无需直接接触。

1.2 系统框架结构

光伏发电智能百叶窗系统应由三大子系统组成：光伏发电系统、能源分配系统，智能百叶窗系统。

（1）光伏发电系统负责将接收到的光能部分转化为电能，并通过直充式充电方法对蓄电池进行充电，将电能存储起来。

（2）能源分配系统将电能进行稳压后分别分配到不同的用电器中，包括：控制百叶窗运动的伺服电机、系统的控制中心—— 单片机等。

（3）智能百叶窗系统负责在屋主进行遥控时能相应的做出动作。

通过三大子系统的有机结合，如图1所示，构成一个完整的光伏发电智能百叶窗系统。

2 各子系统的设计

2.1 光伏发电子系统

光伏发电子系统主要由10 W功率的光伏板、带实时电压显示的自动升降压的稳压模块、12 V蓄电池等组成。当光伏板接受到足够的光照后，会产生一定的、波动的电压，需由稳压模块稳压至13.5 V后对蓄电池进行充电，即直充式充电法。

（1）10 W功率的光伏板。

光伏板选用18 V额定电压，10 W额定功率的多晶太阳能板。

（2）稳压模块。

稳压模块是一种带实时电压显示的自动升降压的可调稳压模块，光伏板的输出端接稳压模块的输入端，稳压模块的输出端串入六脚按键开关后接入蓄电池，当蓄电池充满后，可关闭稳压模块的输出端六脚按键开关，停止充电保护电池。

（3）12 V蓄电池。

12 V蓄电池是主要的储能元件，是整个系统的能源来源，采用的是两个6 V 5 Ah的蓄电池串联组成。

2.2 能源分配子系统

能源分配子系统是一块由5 V稳压模块以及一些电源指示灯等外围电路组成的集成板，蓄电池接入5 V稳压模块的输入端，输出端接六脚按键开关和电源指示灯后由两组排针焊成统一供电区域，需要取电的设备可由此模块接入取电。

2.3 智能百叶窗子系统

智能百叶窗子系统由伺服电机、STC89 C52单片机开发板、蜂鸣器电路、红外遥控电路等组成，当红外遥控器按键按下后，红外接收电路接收到红外信号，由单片机I/O口输入，再由单片机进行解码，当解码后的信号码为指定信号码，则触发伺服电机进行动作，从而可以做到百叶窗的遥控开和闭。

（1）伺服电机。

本系统采用的是MG995伺服电机，4.8～7.2V的工作电压，5us的工作死区，9.4kg/cm（4.8V），11kg/cm（6V）的拉力，采用PWM脉宽控制，20ms的信号周期，输出角度与输入信号PWM脉宽关系如图2[2]。从图中可知，本实验需要0°和45°两个角度，即1.5ms和2ms的脉宽。

（2）STC89C52单片机开发板。

单片机是智能百叶窗子系统的核心控制部件，STC89C52单片机开发板具有两个外部中断，两个定时器中断以及一个串口中断[3]。当红外接收头接收到红外信号后，信号端将信号由I/O口输入单片机并触发外部中断，单片机开始进行解码，红外遥控系统框图如图3。同时定时器进行0.5 ms的定时，用于产生PWM波作为伺服电机的控制的信号，单片机系统流程框图见附图1。

（3）蜂鸣器电路。

蜂鸣器电路由一个无极蜂鸣器、NPN三极管、2kΩ电阻和极性电容组成，当蜂鸣器的信号端接收到一定频率的信号后，即可产生声响，用于红外解码后，伺服电机作出相应的动作时的提示作用，告知操作者操作是有效的。

（4）红外遥控电路。

红外遥控电路由红外接收头、10 uF极性电容、200Ω电阻组成，当万能红外遥控器发射红外信号让接收头接收到时，红外接收头的信号端会向单片机输入一系列的二进制码，包括引导码、用户识别码，用户识别反码，操作码，操作码反码。只有操作码和操作码反码是每一个按键不一样的，需要进行解码判别。

3 模拟实验结果

模拟实验结果基本完成设计实验的要求，包括了光伏发电系统、能源分配系统和智能百叶窗系统，结果见图4和图5。

4 结论

模拟实验的成果还是比较令人满意的，尽管过程并不是一帆风顺，也遇到了许多困难，比如舵机的抖动调试问题，红外与舵机的联动，光伏板的稳压模块选型，蓄电池也烧坏了2对，但是经过多次尝试与反复调试之后，最终得以实现预期的功能。当然实验也有需要改进的一些地方，比如：光伏充电采用直充法，利用率并不高，并且对于电池的寿命来说并不是最好的方法；百叶窗的开关角度只是局限了两个角度，或许可以换步进电机作为驱动力，可以做到任意角度的控制等等。

参考文献

[1] 孙晓佳.我国光伏行业多晶硅产业发展及对策建议[J].科技与产业，2011，11（5）：23-37.

[2] 颜嘉男.伺服电机应用技术[M].北京：科学出版社，2006.

[3] 徐惠民，安德宁，丁玉珍.单片微型计算机原理、接口及应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.