智能百叶窗的设计与研究

2021-01-25安徽三联学院机械工程学院安徽合肥市230601刘雪雪赵梦慧

石河子科技 2021年3期

（安徽三联学院机械工程学院，安徽合肥市，230601)刘雪雪赵梦慧王楷

在现代科技社会中，智能家居正逐步被应用在室内设计这一块，其中智能百叶窗的应用越来越多。传统的窗帘需要用户自己手动对窗帘进行开关控制，而且操作过程中容易受到力或者操作者的心情而发生波动。反之，智能百叶窗可以通过室内外光线变化而对百叶窗帘的角度进行改变，也可以通过人为的需求进行智能化控制，免去了手动操作的麻烦。

1 百叶窗智能控制需求

百叶窗的功能多种多样，比如高楼空调外机出会设置百叶窗，主要起到美观作用，同时也可以增强散热效果。而房屋内的百叶窗则是用于日常生活中的遮阳或者少量风雨的目的。现阶段大部分室内的百叶窗多为手动控制，无法根据风雨大小、阳光强弱以及阳光照射角度等来智能控制，人为操作相对也较为复杂。本项目所设计研究的一种使用性较强的智能百叶窗，就是从人对室内光线强弱、风速大小、雨量多少等参数来设计智能百叶窗控制系统。另外该系统也可以人为通过遥控器来控制窗帘的开关及开光角度大小等。该系统主要通过光敏传感器、风速传感雨水传感器等智能控制技术设计而成。

2 智能百叶窗方案设计

2.1 百叶窗系统的组成

本次设计的智能百叶窗系统主要由供电系统、百叶窗、智能控制系统以及相关装配附件等零部件组成。其中供电系统采用的主要是房屋内220V电源，该电源可以通过面板开关控制或者是遥控器控制。百叶窗是本次设计的中心点，其主要由窗户本体、百叶窗体以及百叶窗电动转子等零部件组成。智能控制系统是本次设计的核心，主要由光敏传感器、风速传感器、雨水传感器、中央控制系统和提示装置等零部件组成。其中，光敏传感器、风速传感器以及雨水传感器等零部件均与供电系统相连，受供电系统供电；而电动转子位于窗户主体的内部并与电源、百叶窗的转动装置和相连；另外，系统内还有提示装置，设立于窗户主体的内部并与电源相连。

本次中央控制系统主要依托单片机技术进行开展研究的，具体结构设计主要以STC15F2K60S2单片机为基础，通过设置的光敏电阻传感器来判断百叶窗受到的光强度，并收集发送强度数据至STC15F2K60S2单片机组成的控制中心。同时采用SHT35温湿度传感器感知外界环境的空气湿度，收集外界雨水等天气情况，并将收集的信号传递至STC15F2K60S2。STC15F2K60S2单片机作为本次百叶窗智能控制系统，会对收集传递来的信号进行处理分析，处理分析完毕后，会将具体输出型号传递至步进电机+ULN2003驱动板等执行部件，进而驱动百叶窗上的两个驱动电机，实现对百叶窗扇叶开合角度的控制。

2.2 百叶窗控制系统的设计

系统主要由五大部分组成，分别是传感器模块、控制模块、显示模块、驱动模块以及百叶窗开关执行模块。其中传感器模块主要包含三个传感器，分别为湿度传感器、雨水传感器以及光敏传感器。控制中心则是以单片机与编写的控制程序组成，负责对传感器采集的数据进行相关处理并将执行程序传送给下一模块。

系统主要工作原理是中央控制处理器通过传感器输入检测信号，分别对百叶窗进行控制。例如：雨水传感器检测到下雨量超过设定值时，中央控制处理器会根据雨水传感器输入信号，提示住户关闭窗户；达到一定值时，如果未关闭窗户，系统可通过执行元件，控制百叶窗关闭；反之，提示打开。但当风速传感器检测到外界环境中的风速高于设定值，中央控制器会依靠风速传感器传递的信号来提醒住户开关百叶窗。如长时间未关闭，系统便会通过控制器发送控制信号给执行元件，关闭百叶窗。如风速传感器检测到风速低于最大阈值时，中央控制处理器也会将信号传递至住户，提示其开启窗户。另外，系统也会根据光敏传感器检测到光强小于最小阈值，中央控制处理器也会将光敏传感器的信号传递给住户，提示住户开关百叶窗。

3 百叶窗功能与应用分析

随着居家生活质量的不断提高，智能百叶窗已成为家家户户窗户安装的首选。就本次设计的智能百叶窗做具体的功能与作用展示。本次设计的智能百叶窗可以根据窗外光线强度的不同、外界湿度环境的优劣情况以及雨水等天气自动调节百叶窗扇叶开关角度。具体功能主要变现在三个方面。第一、自动检测光线强弱、温度高低、室外环境的湿度以及晴雨等天气状况，并依据设定的控制逻辑，通过单片机控制电机调节百叶窗。百叶窗的调节范围可实现从0°至180°翻转。另外，当传感器监测到雨水或者空气湿度大于设定值时，单片机便会控制执行单元关闭百叶窗；当传感器监测到雨水、空气湿度或者光线强度低于某一个设定值时，百叶窗也会在执行系统的作用下，开启百叶窗。最后，当人为想开关百叶窗时，可以用过遥控设定百叶窗的开启或者关闭的状态及角度大小等。

3.1 抗紫外线功能

紫外线虽具有消毒杀菌作用，但超过一定限制的紫外线对人体健康具有明显的伤害。而本次选用的智能百叶窗便可有效减少紫外线对室内人员身体健康的伤害。百叶窗根据光线传感器监测到的光线强弱后，会将百叶窗叶片控制在外倾斜，如此可以有效阻挡紫外线的进入，起到保护室内人员身体健康的目的。

3.2 防护功能

窗帘最初的目的是保护隐私和防止暴晒的作用，但传统的窗帘在保护隐私和防止暴晒的同时无法起到通风换气、保护室内安全的等作用。而百叶窗可以通过散叶特有的凹凸结构，将光反射来实现保护隐私和防止暴晒的作用。另外，百叶窗可以设计为多种形式的结构，具有一定美观性。

3.3 保温隔热功能

随着科技的不断发展，百叶窗的材料也在不断更新换代。为了使百叶窗发挥更大的作用。现在在制作百叶窗的材料上，我们通过选用隔热性好、强度高的优质材料。该材料无论是夏季高温还是冬季寒冷都会对室内的温度起到很好的隔绝保护作用，进而实现冬天暖夏凉目的。与此同时，隔热材料的选用还可以减少室内温度变化，减少不必要的空调工作，最终达到节能减排的目的。另外，百叶窗还可以对噪音起到一定的隔离作用，这是传统窗帘所无法达到的目的。