PAGEii一款利用太陽(yáng)能發(fā)電的單片機(jī)智能調(diào)溫變色百葉窗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本論文設(shè)計(jì)了一款利用太陽(yáng)能發(fā)電的單片機(jī)智能調(diào)溫變色百葉窗。該百葉窗使用太陽(yáng)能電池板，結(jié)合ADS1115轉(zhuǎn)換芯片以及STC89C52RC單片機(jī)、溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器檢測(cè)并發(fā)送數(shù)據(jù)信息。實(shí)現(xiàn)了具有多功能的智能百葉窗。該百葉窗使用風(fēng)速傳感器和溫濕度傳感器收集實(shí)時(shí)的風(fēng)速和溫濕度數(shù)據(jù)，然后把收集到的風(fēng)速和溫濕度數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)分析處理數(shù)據(jù)后，改變液晶變色玻璃的透明狀態(tài)并控制兩個(gè)舵機(jī)帶動(dòng)百葉窗進(jìn)行角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)控制室內(nèi)溫濕度的效果，并且通過(guò)LCD顯示屏顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。另外，使用太陽(yáng)能電池板供電還可以節(jié)約能源。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池板；溫濕度傳感器；風(fēng)速傳感器；液晶變色玻璃；單片機(jī)；百葉窗目錄引言 1第一章緒論 11.1課題研究背景和意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本文主要工作 3第二章太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的總體設(shè)計(jì)方案 42.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 42.2太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 4第三章太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的硬件設(shè)計(jì) 63.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的總體硬件設(shè)計(jì) 63.2溫濕度傳感器DHT11 63.3DC-DC變換器 63.4ADS1115轉(zhuǎn)換芯片 73.5LCD1602液晶顯示器 83.6三杯式風(fēng)速傳感器 83.7液晶變色玻璃 93.8舵機(jī)參數(shù) 10第四章太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的軟件設(shè)計(jì) 124.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗開(kāi)發(fā)環(huán)境 124.2太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)流程 13第五章太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗作品展示 155.1太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)物照片 155.2百葉窗主體液晶變色玻璃實(shí)物照片 155.3單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物照片 165.4太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗實(shí)物照片 165.5太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)測(cè)試 165.6太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗性能分析 175.7太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的創(chuàng)新點(diǎn) 175.8太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的應(yīng)用 18結(jié)論 19參考文獻(xiàn) 20緒論1.1課題研究背景和意義現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展腳步越來(lái)越快，人們的日常工作和生活也將面臨著方方面面的不同的變化，我們的工作習(xí)慣以及生活方式也會(huì)因此而發(fā)生變化。現(xiàn)代生活對(duì)傳統(tǒng)家居的設(shè)計(jì)理念出來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在人們對(duì)家居用品的要求已經(jīng)超越了物理空間的范圍，現(xiàn)在安適、簡(jiǎn)單的居家環(huán)境無(wú)疑更受人們的青睞。在人們的日常生活中，不論是家里還是辦公場(chǎng)所大多都是普通窗戶(hù)，靈活性比較差，只能人為的進(jìn)行開(kāi)窗或關(guān)窗操作，特別是當(dāng)人們有事外出時(shí)還要親自去關(guān)閉，非常不便。當(dāng)在炎熱、光線(xiàn)較強(qiáng)的夏季時(shí)，普通窗戶(hù)因自身無(wú)法遮陽(yáng)所以需要窗簾搭配來(lái)阻擋陽(yáng)光，防止因陽(yáng)光穿過(guò)玻璃使屋內(nèi)變得炎熱。所以，我設(shè)計(jì)了一款可以通過(guò)檢測(cè)風(fēng)速與溫度以及濕度來(lái)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的百葉窗，此百葉窗可以根據(jù)室外風(fēng)速來(lái)控制百葉窗葉片的開(kāi)合，若室外風(fēng)速太高百葉窗就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,防止造成室內(nèi)財(cái)產(chǎn)損失，百葉窗窗葉的開(kāi)合大小也會(huì)依照房間里的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié),使室內(nèi)通風(fēng)既不過(guò)高也不過(guò)低，此外，節(jié)約能源是全球發(fā)展的主題，該百葉窗通過(guò)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行發(fā)電，節(jié)能且環(huán)保，也切合了當(dāng)今節(jié)能減排的主題生活。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)智能窗行業(yè)起步較晚，中國(guó)市場(chǎng)在2010年出現(xiàn)自動(dòng)窗簾后，沒(méi)有進(jìn)行大范圍的的應(yīng)用和推廣，人們對(duì)自動(dòng)窗簾的了解很少。據(jù)悉目前中國(guó)有170家生產(chǎn)窗戶(hù)的廠(chǎng)家擁有國(guó)家專(zhuān)利，售價(jià)各不相同，但對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)較為昂貴，此外這些廠(chǎng)家的技術(shù)也都相差不多，沒(méi)有特別的創(chuàng)新之處[1]。按照控制方式來(lái)分類(lèi)的話(huà)，現(xiàn)在中國(guó)有時(shí)控、聲控和光控類(lèi)型的自動(dòng)窗簾，其中全自動(dòng)類(lèi)的產(chǎn)品有光控，半自動(dòng)類(lèi)的產(chǎn)品則有聲控，如今國(guó)內(nèi)在聲控方面的水平和技術(shù)還是比較成熟的，但是光控的完全自動(dòng)化窗簾因?yàn)樾阅芴^(guò)不穩(wěn)定并且結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，成本較高，售價(jià)方面也比較高所以并不適用于普通的消費(fèi)人群，故該種光控型窗簾不會(huì)被廣泛的應(yīng)用和使用[2]。也正因如此現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)只有部分高端生活的消費(fèi)者走在技術(shù)的前沿。從智能家居產(chǎn)業(yè)來(lái)看，在智能家居元年2014年之后，其市場(chǎng)規(guī)模便開(kāi)始了迅速的發(fā)展與擴(kuò)張。在2017年，國(guó)內(nèi)的智能家電的市場(chǎng)規(guī)模為31億美元，在當(dāng)時(shí)是整個(gè)市場(chǎng)滲透率最高的，幾乎囊括了整個(gè)智能家具市場(chǎng)，占據(jù)了智能家居市場(chǎng)的86.9%，而且所有智能家居類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模為36億美元，同比提高了24.8%[3]。到2018年國(guó)內(nèi)的智能家居行業(yè)繼續(xù)崛起，其市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)突破到65.32億美元，這就要?dú)w功于一些大企業(yè)在科技領(lǐng)域的不斷研發(fā)拓展和人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)科技的大步前進(jìn)。如今正位于導(dǎo)入期與市場(chǎng)培養(yǎng)期的智能家居行業(yè)，是一個(gè)潛力非常雄厚的新興行業(yè)，如果智能家居可以得到大力推行和普及，并為人民大眾所熟悉和接受，那么在將來(lái)，智能家居產(chǎn)業(yè)一定會(huì)有一個(gè)龐大的市場(chǎng)規(guī)模[4]。中國(guó)現(xiàn)如今有超過(guò)1億數(shù)量的智能家居的潛在消費(fèi)者,估計(jì)在將來(lái)的幾年里，我國(guó)智能家居的市場(chǎng)會(huì)維持20%以上的復(fù)合增長(zhǎng)率，其市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模過(guò)萬(wàn)億估計(jì)會(huì)在2022年實(shí)現(xiàn)。如今現(xiàn)在5G平臺(tái)的應(yīng)用與發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使智能家居在產(chǎn)業(yè)化的道路上不斷前進(jìn)，也給智能家居的進(jìn)步帶來(lái)了一場(chǎng)新的機(jī)遇，在給智能家居帶來(lái)了方便的同時(shí)也提供了非常好的條件，用戶(hù)群體對(duì)智能家電類(lèi)的新技術(shù)展現(xiàn)出了濃厚的興趣，現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)各大通訊運(yùn)營(yíng)商緊鑼密鼓的推出各種的智能家居服務(wù)項(xiàng)目，各個(gè)城市也都鼎力支持物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的發(fā)展[5]。所以說(shuō)智能家居的市場(chǎng)需求勢(shì)必會(huì)在5G的發(fā)展與應(yīng)用下得到大大的擴(kuò)展。在國(guó)外，1984年全球第一座智能化的都市辦公大樓于美國(guó)亮世，此后多種多樣的智能家居的設(shè)計(jì)藍(lán)圖紛紛由歐洲、東南亞、加拿大、澳大利亞等接連提出。在1998年，新加坡于“亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”展覽了“未來(lái)之家”項(xiàng)目，從而向世界揭示了新加坡特色的房屋智能系統(tǒng)，其中包含了可視對(duì)講功能、三表抄送功能、監(jiān)控中心功能等很多的先進(jìn)技術(shù)[6]。美國(guó)可以說(shuō)是智能家居發(fā)展的領(lǐng)頭羊，其地位不可撼動(dòng)，美國(guó)一些耳熟能詳?shù)钠髽I(yè)，在這些年來(lái)先后成立了智能家居的設(shè)計(jì)與研發(fā)中心，比如像微軟公司、摩托羅拉公司、IBM公司等，他們分別設(shè)計(jì)的“未來(lái)之家”項(xiàng)目、“居所之門(mén)”項(xiàng)目以及“家庭主任”項(xiàng)目等都比較完善[7]。由此可見(jiàn)在引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)這一方面美國(guó)起著舉足輕重的作用。另外，5G移動(dòng)通訊技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別等智能化技術(shù)都在迅猛發(fā)展和大幅應(yīng)用，智能產(chǎn)品種類(lèi)大幅提升，高新技術(shù)與智能家居技術(shù)的相互結(jié)合，系統(tǒng)生態(tài)也得到完善，將來(lái)的消費(fèi)者市場(chǎng)普及率必然提高。MarkesandMarkes公司根據(jù)最新的調(diào)查結(jié)果表明，2022年全世界的智能家居市場(chǎng)規(guī)模會(huì)超過(guò)1220億美元[8]。目前在發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)窗簾技術(shù)技術(shù)早已發(fā)展的較為成熟且人們使用的也比較多。國(guó)外的自動(dòng)窗簾能夠運(yùn)用無(wú)線(xiàn)電遙控、紅外線(xiàn)或定時(shí)控制來(lái)完成產(chǎn)品的各項(xiàng)功能，還能夠收集各種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷分析來(lái)完成智能窗簾的一些操作，從而可以降低消費(fèi)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且也可以延長(zhǎng)智能窗簾的使用壽命。韓國(guó)對(duì)智能家居和實(shí)現(xiàn)智能小區(qū)比較重視，通過(guò)施行優(yōu)厚的政策來(lái)推動(dòng)智能家居的建設(shè)，并且要求凡是新建在大城市的社區(qū)都要配備智能化的家居系統(tǒng)，所以在80％的新社區(qū)都配備了智能化家居系統(tǒng)的背景下，LG、三星等著名的企業(yè)也應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)智能家居以豪華感和舒適度為重，依靠數(shù)字技術(shù)和數(shù)字家庭發(fā)展，但是因?yàn)闀?huì)消耗大量的能源，所以和現(xiàn)階段低碳、環(huán)保的發(fā)展主題相悖。日本的智能家居使用新型材料和先進(jìn)的技術(shù)，特點(diǎn)主要為注重功能，把人放在第一位并且重視未來(lái)的發(fā)展和環(huán)境的保護(hù)，日本的住宅房屋利用了人工智能技術(shù)與信息和網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)來(lái)完成智能化和現(xiàn)代化[9]。而關(guān)注于家居系統(tǒng)基本功能，則是德國(guó)智能家居的特點(diǎn)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的智能家居類(lèi)產(chǎn)品也發(fā)展的不錯(cuò)，但是比起發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)差距還是較大的。1.3本文主要工作本文的主要工作是設(shè)計(jì)一款太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗。該智能百葉窗主要使用STC89C52RC單片機(jī)、ADS1115轉(zhuǎn)換芯片、溫濕度傳感器和風(fēng)速傳感器收集室外的風(fēng)速以及室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)來(lái)完成智能化的操作，該智能百葉窗可以通過(guò)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行發(fā)電，從而節(jié)約了資源，最終完成可以限制房間內(nèi)的進(jìn)光量并且可以改變房間內(nèi)的溫度和濕度的百葉窗。該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗通過(guò)溫濕度檢測(cè)器和風(fēng)速傳感器對(duì)室內(nèi)外的溫濕度和風(fēng)速進(jìn)行收集，之后單片機(jī)接收收集到的溫濕度和風(fēng)速數(shù)據(jù)，然后對(duì)收集到的溫濕度和風(fēng)速的數(shù)據(jù)對(duì)比判斷，決定智能百葉窗葉片的開(kāi)合角度，控制液晶變色玻璃執(zhí)行透明或者模糊操作。該智能百葉窗整體由單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、信息采集系統(tǒng)模塊、動(dòng)力系統(tǒng)模塊、液晶變色玻璃模塊四大功能模塊組成。太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的總體設(shè)計(jì)方案2.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗是由單片機(jī)、風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器、舵機(jī)、液晶變色玻璃、LCD液晶顯示這幾個(gè)部分組成，如果按功能劃分，舵機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)模塊，單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊，液晶變色玻璃模塊，風(fēng)速傳感器與溫濕度傳感器共同構(gòu)成了采集系統(tǒng)模塊，使用風(fēng)速檢測(cè)器和溫濕度傳感器對(duì)外部和內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行探測(cè)并收集數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷進(jìn)而執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示LCD顯示單片機(jī)舵機(jī)液晶變色玻璃風(fēng)速傳感器溫濕度傳感器信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)處理圖2.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖2.2太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，舵機(jī)率先歸位，之后檢測(cè)風(fēng)速，取得一個(gè)60s的平均風(fēng)速，當(dāng)取得的平均風(fēng)速級(jí)別超過(guò)七級(jí)時(shí)，不管室內(nèi)的溫度和濕度處在多少范圍內(nèi)都會(huì)執(zhí)行關(guān)窗操作，然后依照室內(nèi)的溫度來(lái)判斷是否執(zhí)行液晶玻璃的透明或者模糊的操作，若取得的平均風(fēng)速已經(jīng)達(dá)到了開(kāi)窗操作的要求時(shí)，此時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)就會(huì)依照室內(nèi)溫度的大小發(fā)送各自設(shè)定的命令，執(zhí)行不同的操作。比如：在室內(nèi)溫度高于28℃時(shí)，為防止室內(nèi)溫度繼續(xù)提升，動(dòng)力系統(tǒng)就會(huì)控制液晶玻璃進(jìn)入霧化模式，之后系統(tǒng)再根據(jù)室外風(fēng)速大小調(diào)整百葉窗葉片的開(kāi)合角度，風(fēng)級(jí)處于2級(jí)到3級(jí)的范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)帶動(dòng)百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)15°，風(fēng)級(jí)處于1級(jí)到2級(jí)的范圍內(nèi)時(shí)，百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)30°，風(fēng)級(jí)低于1級(jí)時(shí)，百葉窗葉片則轉(zhuǎn)動(dòng)45°。若此時(shí)室內(nèi)溫度大于28℃，系統(tǒng)就會(huì)調(diào)整液晶玻璃執(zhí)行霧化的操作，來(lái)阻絕陽(yáng)光進(jìn)入房間，降低室內(nèi)溫度。太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的硬件設(shè)計(jì)3.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的總體硬件設(shè)計(jì)太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗分為四個(gè)模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)模塊、信息采集系統(tǒng)模塊、動(dòng)力系統(tǒng)模塊、液晶變色玻璃模塊。主要由溫濕度傳感器DHT11、DC-DC變換器、ADS1115轉(zhuǎn)換芯片、LCD1602液晶顯示器、三杯式風(fēng)速傳感器、液晶變色玻璃、舵機(jī)等組成。其中溫濕度傳感器DHT11和三杯式風(fēng)速傳感器構(gòu)成了信息采集系統(tǒng)模塊，舵機(jī)構(gòu)成了動(dòng)力系統(tǒng)模塊，液晶變色玻璃構(gòu)成了液晶變色玻璃模塊。3.2溫濕度傳感器DHT11DHT11數(shù)字溫濕度傳感器配備了已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出，是一種溫濕度復(fù)合傳感器。其由電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件兩部分構(gòu)成,連接了8位單片機(jī)。而且其擁有自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),這些技術(shù)都使其在溫濕度方面具備很強(qiáng)的可靠性,以及良好且長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。也因此具有抗干擾能力超強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高、品質(zhì)好、反饋迅速等特色。并且DHT11傳感器全部都是經(jīng)過(guò)了很多次校準(zhǔn)的,校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)被儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)傳感器處理檢測(cè)信號(hào)時(shí)就會(huì)使用校準(zhǔn)系數(shù)[10]。其串行接口是單線(xiàn)制,便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成和設(shè)計(jì)。由于功耗較低而且體積較小,所以使得DHT11傳感器已經(jīng)成為了該類(lèi)產(chǎn)品在使用條件嚴(yán)格的市場(chǎng)中的一個(gè)不二之選。DH11與單片機(jī)的接線(xiàn)圖如圖2.2.1所示圖3.1DHT11與單片機(jī)接線(xiàn)圖3.3DC-DC變換器DC-DC變換器是由微型表面安裝集成電路和微型電子元件組成的新型微型電源開(kāi)關(guān)模塊而且利用的是微電子技術(shù)。使用DC-DC變換器，使得電源電路設(shè)計(jì)較為便利，開(kāi)發(fā)時(shí)間短，能夠符合最佳指標(biāo)。能夠用于各種類(lèi)型的儀表。DC-DC變換器主要工作于儀器儀表、電力電子、軍工、科研、通信設(shè)備、路由器、汽車(chē)電子、航空航天等領(lǐng)域[11]。電源模塊還具備著較高的保障性、升級(jí)系統(tǒng)較為便捷的優(yōu)點(diǎn)，所以它將來(lái)的應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越大。目前，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)拓展迅猛、分布式供電系統(tǒng)也在拓展，電源模塊的使用率早就將一次電源甩在了身后。另外電源模塊的功率密度逐漸增大，封裝技術(shù)、高頻軟開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸變廣，轉(zhuǎn)換效率逐漸提升，使其應(yīng)用起來(lái)也變得更加便捷。3.4ADS1115轉(zhuǎn)換芯片ADS1115器件是精確、能耗低、16位、I2C兼容的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），執(zhí)行轉(zhuǎn)換時(shí)采樣的數(shù)據(jù)速率為每秒860個(gè)。封裝使用的是VSSOP-10包和超小型無(wú)引腳X2QFN-10。ADS1115配備了可編程增益放大器（PGA）、數(shù)字比較器、振蕩器、低漂移電壓基準(zhǔn)[12]。由此可知，在功率和空間限制的傳感器測(cè)量時(shí)，使用ADS1115是十分合適的。可編程增益放大器能提供較大的輸入范圍，能夠準(zhǔn)確的檢驗(yàn)信號(hào)。由于A(yíng)DS1115使用了輸入多路復(fù)用器（MUX），所以能夠進(jìn)行兩路差分以及四路單端輸入測(cè)量。ADS1115可以使用數(shù)字比較器執(zhí)行欠壓檢測(cè)以及過(guò)壓檢測(cè)的操作，還能夠以單次模式或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式運(yùn)行。當(dāng)單次模式運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換之后，ADS1115會(huì)主動(dòng)關(guān)閉;

因此，在空閑期間能耗很小。ADS1115引腳圖如圖3.2所示。圖3.2ADS1115引腳圖3.5LCD1602液晶顯示器LCD1602液晶顯示器是由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780、擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100、結(jié)構(gòu)件、電容元件、電阻等組合在PCB板上構(gòu)成的。其使用范圍廣泛，雖然生產(chǎn)方不同，生產(chǎn)的LCD1602芯片也就不相同，但是其操作方式是沒(méi)有不同的。因?yàn)槌杀締?wèn)題，許多的廠(chǎng)家都會(huì)將裸片直接制作到板子上。它的基本原理為：M×N個(gè)顯示單元構(gòu)成點(diǎn)陣圖形式液晶，顯示RAM區(qū)的1024字節(jié)對(duì)應(yīng)于顯示屏64×16個(gè)顯示單元，顯示屏每個(gè)位置的亮暗都是和相應(yīng)字節(jié)的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)的[13]。LCD1602引腳圖如圖3.3所示。圖3.3LCD602引腳圖3.6三杯式風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器是款檢測(cè)風(fēng)速的儀器，造型較小且易于攜帶，很容易安裝。并且可長(zhǎng)期在室外使用。三杯式風(fēng)速傳感器如圖3.4所示。圖3.4三杯式風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器主要由優(yōu)質(zhì)\t"/item/%E9%A3%8E%E9%80%9F%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"鋁合金型材以及\t"/item/%E9%A3%8E%E9%80%9F%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"聚碳酸酯復(fù)合材料制作而成，可以阻止雨水的侵蝕，更加不易腐蝕和老化，還可以精確檢測(cè)風(fēng)速數(shù)據(jù)，其操作比較方便，而且十分的安全可靠。其主要應(yīng)用于天氣、\t"/item/%E9%A3%8E%E9%80%9F%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/_blank"農(nóng)業(yè)、船舶等領(lǐng)域[14]。三杯式風(fēng)速傳感器在有風(fēng)的時(shí)候，風(fēng)力就會(huì)推著傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，然后引起傳感器內(nèi)的感應(yīng)元件發(fā)生脈沖信號(hào)，這時(shí)風(fēng)速便會(huì)與所發(fā)生的脈沖頻率形成線(xiàn)性關(guān)系。然后依據(jù)線(xiàn)性關(guān)系推測(cè)風(fēng)速。這里使用的三杯式風(fēng)速傳感器在風(fēng)力旋轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，使用配備的直流發(fā)電機(jī)來(lái)制造電壓，旋轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，其制造的直流電壓也就越高，最高可產(chǎn)生1.2V直流電壓。三杯式風(fēng)速傳感器參數(shù)表如圖3.5所示。圖3.5三杯式風(fēng)速傳感器3.7液晶變色玻璃百葉窗液晶變色玻璃由三部分組成，兩邊是無(wú)鈉玻璃素材，內(nèi)部是一層液晶，強(qiáng)烈的陽(yáng)光穿過(guò)液晶時(shí)，液晶則會(huì)旋轉(zhuǎn)變?yōu)闆](méi)有規(guī)則的形態(tài)或者表現(xiàn)為整齊排列以此來(lái)使陽(yáng)光穿過(guò)或者隔絕陽(yáng)光。液晶變色玻璃構(gòu)造如圖3.6所示。液晶變色玻璃可以防止屋內(nèi)溫度過(guò)高而造成人體的不適，還可以保護(hù)屋里的財(cái)產(chǎn)物品不因?yàn)殛?yáng)光的照射而變得褪色，這是因?yàn)樵摲N玻璃可以隔絕98%以上的紫外線(xiàn)和39%以上的紅外線(xiàn)，當(dāng)玻璃進(jìn)入霧化的狀態(tài)時(shí)，還可以隔絕太陽(yáng)的直射，使屋外無(wú)法看清屋內(nèi)，維護(hù)了個(gè)人隱私。其次，該種玻璃還有壽命長(zhǎng)、隔音、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。還能夠使原本窗簾的位置空閑出來(lái)，也節(jié)省了資金。圖3.6液晶變色玻璃構(gòu)造圖液晶變色玻璃工作原理如圖3.7所示。調(diào)光玻璃一經(jīng)通上電源,液晶體分子就會(huì)整齊地?cái)[放,陽(yáng)光就可以隨便穿透,此時(shí)玻璃就會(huì)馬上變得通明。在調(diào)光玻璃切斷了電源后,調(diào)光玻璃中的液晶分子就顯示出一種隨意的分布形態(tài),隨后將顯示出一種可以透光卻又不能看見(jiàn)的外部狀態(tài)[15]。圖3.7液晶變色玻璃工作原理圖液晶變色玻璃內(nèi)部的這層液晶膜俗稱(chēng)調(diào)光膜，該液晶膜是由PVB/EVA膜覆蓋在中心位置，在高溫、高壓的環(huán)境下成型。液晶變色玻璃參數(shù)如表3.1所示。表3.1液晶變色玻璃參數(shù)表項(xiàng)目透光率霧度紅外線(xiàn)阻擋率紫外線(xiàn)阻擋率隔音響應(yīng)時(shí)間狀態(tài)ONOFFONOFFONOFFONOFF參數(shù)78%50-60%3.4%>90%14.5%39.6%91.8%99.7%35dB<0.2s3.8舵機(jī)參數(shù)PWM信號(hào)即脈沖寬度調(diào)制（Pluswidthmodulation），其基本原理是操控逆變電路開(kāi)關(guān)器件的關(guān)閉和開(kāi)啟，然后輸出端會(huì)接收到連續(xù)幅值相同的脈沖，然后使得到的脈沖來(lái)取代需要的波形。如果想要更改逆變電路輸出電壓和輸出頻率就只需要改變脈沖的寬度[16]。用PWM信號(hào)來(lái)作為舵機(jī)的控制信號(hào)，要想變換舵機(jī)的方位只需要改變信號(hào)的占空比?？刂频囊笕鐖D3.8所示。18ms<=F<20ms18ms<=F<20ms5V0V1ms<=脈寬<=2ms1ms脈沖右轉(zhuǎn)極限位置1.5ms舵機(jī)靜止2ms脈沖左轉(zhuǎn)極限位置圖3.8舵機(jī)信號(hào)控制圖PWM信號(hào)擁有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其一就是處理器到\t"/item/%E8%84%89%E5%86%B2%E5%AE%BD%E5%BA%A6%E8%B0%83%E5%88%B6/_blank"被控系統(tǒng)信號(hào)全部為數(shù)字形式，可以省略了\t"/item/%E8%84%89%E5%86%B2%E5%AE%BD%E5%BA%A6%E8%B0%83%E5%88%B6/_blank"數(shù)模轉(zhuǎn)換的操作。其二就是抗噪性能很強(qiáng)。正因?yàn)榈诙€(gè)優(yōu)點(diǎn)，PWM信號(hào)才大量應(yīng)用于通信。要想使噪聲的影響變?nèi)酰恍枰獙⑿盘?hào)維持在數(shù)字形式。當(dāng)噪聲能夠?qū)⑦壿?轉(zhuǎn)變成邏輯0和將邏輯0轉(zhuǎn)變成邏輯1時(shí)，才會(huì)干擾到數(shù)字信號(hào)。所以可知，PWM信號(hào)可以節(jié)省空間、價(jià)格便宜、抗噪能力出色[17]。太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的軟件設(shè)計(jì)4.1太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗開(kāi)發(fā)環(huán)境太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Keil軟件，程序代碼使用C語(yǔ)言進(jìn)行編輯。C語(yǔ)言是面向過(guò)程的編程語(yǔ)言，可以讓用戶(hù)用一種簡(jiǎn)單的方式對(duì)低級(jí)存儲(chǔ)器進(jìn)行編譯、處理,可以在沒(méi)有依靠任何操作環(huán)境下正常運(yùn)行，只會(huì)產(chǎn)生很少的機(jī)器源碼[18]。C語(yǔ)言描述問(wèn)題迅速,而且其可讀性較高、可閱覽性較強(qiáng)，移植、修改、調(diào)試等工作操縱容易,與匯編語(yǔ)言比起來(lái)，兩者的代碼質(zhì)量也沒(méi)有多大的差異。

目前在編程領(lǐng)域中，C語(yǔ)言具有高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，與其它的語(yǔ)言比較起來(lái)?yè)碛胁诲e(cuò)的優(yōu)勢(shì)，因此它也被大量的使用。另外，C語(yǔ)言的普遍適用性很強(qiáng)，不僅效率高而且在很多的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中都能使用。軟件開(kāi)發(fā)流程圖如圖4.1所示。開(kāi)始開(kāi)始建立工程文件編寫(xiě)C語(yǔ)言編譯是否正確下載到單片機(jī)調(diào)試是否正常結(jié)束否否是是圖4.1軟件開(kāi)發(fā)流程圖

4.2太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)流程太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)設(shè)定的參考等級(jí)如圖4.2所示。當(dāng)風(fēng)速（W）達(dá)到1.6M/S時(shí)，系統(tǒng)將其設(shè)定為風(fēng)速2級(jí)；當(dāng)風(fēng)速（W）達(dá)到3.4M/S時(shí)，系統(tǒng)將其設(shè)定為風(fēng)速3級(jí)；當(dāng)風(fēng)速（W）達(dá)到13.9M/S時(shí)，系統(tǒng)將其設(shè)定為風(fēng)速7級(jí)。由于人體適宜的溫度范圍為18℃到28℃，而11℃為人體“冷耐受”的下限溫度，故系統(tǒng)把溫度（T）在11℃時(shí)、18℃時(shí)和28℃時(shí)設(shè)定為三個(gè)參考等級(jí)。另外，人體適宜的濕度范圍是30%到80%，所以濕度（H）則只設(shè)定為2個(gè)參考等級(jí)，分別為濕度達(dá)到30%時(shí)和濕度達(dá)到80%時(shí)。圖4.2太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)參考等級(jí)太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)流程圖如圖4.3所示。太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗主程序處于一個(gè)循環(huán)的狀態(tài)，其要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括初始化液晶顯示內(nèi)容、電機(jī)運(yùn)行、按鍵查詢(xún)、單片機(jī)的初始化等功能。在主程序開(kāi)啟后，先初始化寄存器以及顯示內(nèi)容，再運(yùn)行按鍵查詢(xún)的功能，完成相應(yīng)的工作步驟：先判斷風(fēng)速是否大于等于7級(jí)，若大于再判斷溫度是否大于等于18℃，如果，是則關(guān)窗霧化，如果不是則關(guān)窗透明。若風(fēng)速小于7級(jí)，判斷溫度是否大于等于28℃，若是，則再判斷風(fēng)速是否處于3級(jí)到7級(jí)之間或者2級(jí)到3級(jí)之間以及2級(jí)以下，分別執(zhí)行開(kāi)窗15°霧化、開(kāi)窗30°霧化、開(kāi)窗45°霧化。若風(fēng)速小于7級(jí)而溫度小于28℃，則判斷溫度是否處于18℃和28℃之間，若是，則再判斷濕度處于大于80%、處于30%到80%之間、小于30%的哪個(gè)區(qū)間，然后分別執(zhí)行開(kāi)窗透明、無(wú)操作、關(guān)窗。若風(fēng)速小于7級(jí)溫度小于18℃，則直接執(zhí)行關(guān)窗透明操作。太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗作品展示5.1太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)物照片圖5.1是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)物照片，該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗使用高效率的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行供電，節(jié)能環(huán)保，而且多余的電能可以?xún)?chǔ)存在蓄電池中，保證了即便在陰雨天也能使太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗正常工作。圖5.1太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)物照片5.2百葉窗主體液晶變色玻璃實(shí)物照片圖5.2是百葉窗主體液晶變色玻璃實(shí)物照片，該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗使用的液晶變色玻璃可將玻璃在透明與霧化狀態(tài)自由轉(zhuǎn)化，功耗很小而且響應(yīng)迅速。圖5.2百葉窗主體液晶變色玻璃實(shí)物照片5.3單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物照片圖5.3是單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物照片，太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗使用了內(nèi)含ADC轉(zhuǎn)換的STC15F2K60S2單片機(jī)，配合風(fēng)速傳感器和溫濕度傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)更加方便。圖5.3單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物照片5.4太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗整體實(shí)物照片圖5.1是太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗實(shí)物照片，該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗使用溫度傳感器、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器來(lái)對(duì)外部風(fēng)速環(huán)境以及室內(nèi)溫濕度環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)和采集數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，由單片機(jī)依據(jù)設(shè)定的溫濕度以及風(fēng)速的條件數(shù)據(jù)判斷此時(shí)百葉窗應(yīng)該執(zhí)行的操作以及液晶變色玻璃應(yīng)該執(zhí)行的操作。圖5.4太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗實(shí)物照片5.5太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗系統(tǒng)測(cè)試選擇天色明朗的室內(nèi)作為測(cè)試環(huán)境，對(duì)太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗進(jìn)行測(cè)試，打開(kāi)系統(tǒng)，使百葉窗進(jìn)入工作狀態(tài)，舵機(jī)初始化，在系統(tǒng)收集的平均風(fēng)速級(jí)別大于七級(jí)時(shí)，百葉窗完成關(guān)閉窗戶(hù)的命令，然后依據(jù)收集到的室內(nèi)的平均溫度來(lái)操縱玻璃進(jìn)入霧化狀態(tài)還是透明狀態(tài)，若風(fēng)速傳感器收集到的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)符合開(kāi)啟窗戶(hù)的條件時(shí)，百葉窗就會(huì)完成開(kāi)啟窗戶(hù)的命令。在收集到的室內(nèi)的平均溫度超過(guò)28℃時(shí)，液晶變色玻璃則根據(jù)指令開(kāi)啟霧化模式，當(dāng)人為的使屋內(nèi)平均溫度繼續(xù)升溫后，系統(tǒng)就會(huì)依據(jù)風(fēng)速傳感器收集到的平均風(fēng)速數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)舵機(jī)下達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)百葉窗葉片與風(fēng)速條件相應(yīng)的不同角度的指令。比如，平均風(fēng)級(jí)在小于2級(jí)時(shí)，此時(shí)舵機(jī)便會(huì)帶動(dòng)百葉窗葉片轉(zhuǎn)動(dòng)45°，然后系統(tǒng)待機(jī)檢測(cè)。屋內(nèi)平均溫度小于18℃時(shí)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出關(guān)閉窗戶(hù)的指令，同時(shí)使得液晶變色玻璃進(jìn)入透明模式，然后系統(tǒng)待機(jī)檢測(cè)。測(cè)試表明，該百葉窗基本能夠根據(jù)風(fēng)速與溫濕度的變化來(lái)完成相應(yīng)的操作，該百葉窗可以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)控制室內(nèi)溫濕度以及對(duì)光照舒適度的需求。5.6太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗性能分析供電方面選擇了高效率的太陽(yáng)能電池板，在不占用空間，不妨礙室內(nèi)采光的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)光能的有效利用。剩下的電能會(huì)儲(chǔ)存在蓄電池里，當(dāng)遇到多云或者雨天等沒(méi)有陽(yáng)光的天氣時(shí)就可以使用蓄電池進(jìn)行供電，維持百葉窗的正常工作，這樣可以節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境。使用的液晶百年變色玻璃能夠進(jìn)行霧化和透明操作，可以保證隱私，能耗較低，反應(yīng)也快，霧化使能夠隔絕98%以上的紫外線(xiàn)照射避免室內(nèi)升溫也可以預(yù)防室內(nèi)人們得因紫外線(xiàn)照射而引起的疾病，還杜絕了室內(nèi)財(cái)產(chǎn)物品因紫外線(xiàn)照射而老化或者褪色。舵機(jī)則是金屬制造，擁有不錯(cuò)的扭曲力度。三杯式的風(fēng)速傳感器擁有不錯(cuò)的抗腐蝕的特點(diǎn)，其使用壽命也比較長(zhǎng)，在與軸承系統(tǒng)的搭配之下，使其數(shù)據(jù)收集的精準(zhǔn)性大大增強(qiáng)。另外，選擇百葉窗是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)更方便所設(shè)計(jì)的功能的實(shí)現(xiàn)，而且較為美觀(guān)，實(shí)用性也很強(qiáng)。5.7太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗主要由太陽(yáng)能電池板、三杯式風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器、液晶變色玻璃和單片機(jī)組成，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能并滿(mǎn)足大部分用戶(hù)的需求，與其他普通窗戶(hù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.利用太陽(yáng)能發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。2.采用百葉窗的造型，外觀(guān)美觀(guān)大方，通風(fēng)效果可調(diào)，并且具有防雨功能。3.使用了技術(shù)比較前沿的液晶變色玻璃，可將玻璃在透明與霧化狀態(tài)自由轉(zhuǎn)化，不僅功耗很小而且響應(yīng)迅速，具有保護(hù)個(gè)人隱私的功能，霧化狀態(tài)下還能隔絕98％以上的紫外線(xiàn)，避免屋內(nèi)溫度過(guò)高。4.采用風(fēng)速檢測(cè)器與溫濕度傳感器，并用內(nèi)含ADC轉(zhuǎn)換的STC15F2K60S2單片機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)，更加方便。5.使用順滑的軸承系統(tǒng)，而且風(fēng)速傳感器采用的是三杯式，使得收集的數(shù)據(jù)更加精確。5.8太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的應(yīng)用太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗相比其他種類(lèi)的窗戶(hù)具有更好的可調(diào)節(jié)空間，更加具有實(shí)用性和美觀(guān)性，在保證通風(fēng)的基礎(chǔ)上還能夠隔絕陽(yáng)光的照射和紫外線(xiàn)的照射，這無(wú)疑使得人們得生活更加健康和便利。另外，太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗具有其他窗戶(hù)更長(zhǎng)的使用壽命，這也間接節(jié)省了更換窗戶(hù)的資金，性?xún)r(jià)比較高，與當(dāng)前節(jié)能減排，綠色生活的發(fā)展理念相符合。該智能調(diào)溫變色百葉窗可以應(yīng)用到家庭、辦公室、醫(yī)院等各種需要窗戶(hù)的公共場(chǎng)所和個(gè)人場(chǎng)所。結(jié)論本論文先是對(duì)太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了闡述，再分模塊進(jìn)行講解和對(duì)基本元器件的介紹以及原理的說(shuō)明，然后講明系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)，并講述整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，展示了太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的分部和整體實(shí)物照片，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，最后分析該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗的創(chuàng)新點(diǎn)以及應(yīng)用范圍。主要完成了以下工作：1.對(duì)國(guó)內(nèi)外的智能窗簾及智能家居類(lèi)的市場(chǎng)以及未來(lái)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查和研究。2.根據(jù)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上的窗簾產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)確定了該太陽(yáng)能智能調(diào)溫變色百葉窗所需要實(shí)現(xiàn)的基本功能，并且根據(jù)所需功能確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。3.講述了該百葉窗整體設(shè)計(jì)方案并對(duì)該百葉窗的各部分模塊進(jìn)行了具體闡述與分析，介紹了芯片與部分元器件及其原理，講解了該百葉窗工作的基本流程以及各項(xiàng)工作的具體數(shù)據(jù)參數(shù)。4.簡(jiǎn)述了該百葉窗的工作原理，并對(duì)該百葉窗進(jìn)行了性能分析，以及創(chuàng)新點(diǎn)和應(yīng)用范圍的討論。參考文獻(xiàn)[1]韋發(fā)清,楊永源,趙之杰,黃廣揚(yáng),陳智科,陳靜芬.太陽(yáng)能供電的智能窗簾[J].電子世界,2020,（24）：144-145.[2]陳心怡,謝鎮(zhèn)域.智能光控窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].輕工科技,2020,36(07):96-98.[3]葛水兵.基于單片機(jī)智能可遙控可感光窗簾的設(shè)計(jì)研究[J].科技視界,2020,(17):91-92.[