基于单片机控制的智能磁控百叶窗设计.pdf

智能窗作为智能家居中的新宠袁在自动调节室温尧光照尧通风等方面具有重要作用遥 但同时袁智能窗相比于其他智能家居袁起步较晚袁价格昂贵袁尚未得到广大消费者的青睐袁此外智能窗还存在款式单一的问题遥鉴于此袁本文选择市场上新流行的磁控百叶窗为研究对象袁研究其智能化的可行性遥员系统总体方案基于单片机控制的磁控百叶窗总体由硬件系统和软件系统组成袁系统框图如图 1 所示遥硬件系统包括隐形铰链旋转开关窗机构尧自动调节的百叶窗遮光机构尧硬件遥控器模块遥 软件系统包括主控制器系统尧温湿度传感器模块尧OLED 显示模块尧光照传感器模块遥 基于硬件系统和软件系统袁 可以实现实时监测分析尧智能开合尧智能控光尧硬件遥控等功能遥图 1智能窗组成框架员冤实时监测分析功能模块采用 杂栽酝32 单片机作为主控单片机袁利用传感器采集室内的环境数据袁通过算法袁控制智能窗户的开合程度以及百叶窗的遮光作用遥圆冤智能开合功能模块由隐形铰链构成智能窗旋转机构袁由电动机驱动旋转折叠杆折臂推拉袁 实现随采集数据变化而智能开合的功能遥猿冤智能控光功能模块运用步进电机控制磁控百叶窗的控制杆袁实现百叶窗扇叶旋转和竖直上下移动的功能袁达到遮光率的调节遥源冤硬件遥控功能模块结合无线遥控接收模块实现高级控制命令袁使得智能窗户根据所接收到的遥控信号而进行相应的动作遥圆功能模块设计本系统使用 STM32F103RCT6 单片机作为主控核心袁由主控模块尧传感器模块尧显示模块尧智能开合模块尧智能控光模块尧无线遥控模块组成遥圆.1 主控模块控制系统芯片采用 STM32F103RCT6 芯片遥 它具有 32 位RISC 核心袁72 MHz 的工作频率袁高速嵌入式存储器袁广泛的增强型 IO 和连接到两个 APB 总线的外设袁 以及一套全面的省电模式遥 本文中袁它可用于实现单片机与单片机袁单片机与硬件遥控器袁单片机与 PC 端的串口通信袁利用光照传感器尧温度尧湿度等各种传感器采集环境信息袁根据所测得的数据节点袁通过单片机处理数据袁控制电机和遮光设备的动作遥圆.2 传感器模块传感器包括温湿度传感器和光照强度传感器遥温湿度传感器采用DHT11传感器模块袁光照强度传感器采用BH1750传感器模块遥圆.3 显示模块显示模块采用 OLED 显示屏遥 OLED 显示屏色彩鲜艳尧 功耗低袁具有自发光特性袁反应时间快遥本装置中 OLED 显示屏采用 I2C通信袁用于显示温度值尧湿度值尧光照强度值尧功能菜单等信息遥圆.4 智能开合模块智能开合模块采用一对隐形铰链组成平开窗袁 实现智能窗户能够 90益旋转袁从而组成智能窗旋转机构遥 开合部分是由减速电机和折叠杆折臂构成遥减速电机的转动形成的力矩袁足以能够带动折叠杆折臂推拉窗框连接部分袁 从而实现智能窗的水平面上的角度偏移袁从而实现智能开合的功能遥圆.5 智能控光模块智能控光模块电路用于实现百叶窗展宽随光照强度自动分档位调节功能遥 它分为电路部分和机械部分遥 电路部分由杂栽酝32 单片机尧BH1750 和两个步进电机组成遥工作时袁BH1750采集光照传给单片机袁 单片机分析后向两个步进电机发出功能指令袁使其执行相应功能遥机械部分根据市场上的磁控百叶窗进行改进袁利用步进电机来控制磁控百叶窗的拉线袁代替用手拉磁控滑块的功能遥基于单片机控制的智能磁控百叶窗设计Design of Intelligent Magnetic Blinds Based on MCU Control王哲涵袁骅朱文烨渊东南大学成贤学院机械与电气工程学院袁江苏 南京 210088冤徐玉菁郝菁渊东南大学成贤学院电子与计算机工程学院袁江苏 南京 210088冤摘要院智能窗是智能家居中的新宠袁而研究磁控百叶窗的智能化具有非常重要的意义遥介绍了一种基于单片机控制的智能磁控百叶窗的设计遥 该设计以 STM32F103RCT6 单片机为主控袁通过 DHT11 温湿度传感器尧BH1750 光照传感器获取环境信息袁利用 OLED 显示屏显示信息袁具备智能分档位控光和智能开合功能袁还可以用硬件遥控器进行无线遥控遥 其中分档位控光功能是该设计的特色遥 对该设计进行了性能测试袁发现功能完备袁传感器性能良好遥关键词院智能分档位控光曰智能开合曰无线遥控Abstract:Intelligent window is a new favorite in smart home,and it is very important to study the intelligentization ofmagnetic control shutters.This paper introduces the design of intelligent magnetic blinds based on single chip microcomputercontrol.The design uses STM32F103RCT6 microcontroller as the main control,through DHT11 temperature and humidity sen鄄sor,BH1750 light sensor to obtain environmental information,use OLED display screen to display information,with intelligentlight control and intelligent opening and closing function,but also can use hardware remote control for wireless remote control.One of the features of this design is the function of position control.The design has been tested,and it is found that thefunction is complete and the sensor has good performance.Keywords:intelligent position control,light intelligent opening,closing wireless remote control基于单片机控制的智能磁控百叶窗设计148叶工业控制计算机曳圆园圆3 年第 猿6 卷第 8 期圆.6 无线遥控模块无线遥控模块采用市场上常见的硬件遥控器遥 硬件遥控器分为接收端和发送端两部分遥 接收端由高频接收芯片(最高接收频率为 315 MHz)尧晶振尧单片机尧学习按键尧天线尧电源端口尧输出端口渊4 路冤组成遥电源端口接入 5 V 直流电遥发送端为一 4 按键遥控器遥 工作时袁首先按下学习键进行发送端-接收端按键学习袁学习完毕后按下发送端按键袁则输出端预先学习好的对应端口会发出高电平信号遥猿程序设计控制系统以 C 语言为编程语言袁以 杂栽酝32 为控制中心袁结合各类传感器的数据袁控制步进电机和减速电机的转动遥程序流程图如图 2 所示院图 2程序流程图程序执行过程如下院单片机上电袁判断进入自动模式还是手动模式遥 Y院进入自动模式遥 N院进入手动模式遥若为自动模式院1冤读取室内温湿度袁光照强度值遥2冤检验温湿度是否超标遥Y院减速电机起动袁窗户扇开遥N院不动作遥3冤根据采集得到的光照强度袁调控控制百叶窗的步进电机袁使其达到相应的效果遥若为手动模式院1冤进行功能切换曰2冤根据切换的功能执行相应的效果袁具体有院单独控制减速电机曰单独控制步进电机 1曰单独控制步进电机 2曰3冤功能结束遥程序可以实现根据光照强度分档位调节百叶窗展宽的功能袁即智能控光功能遥 程序中设置了 5 个档位袁设置光照强度等级和电机旋转角度等级两个变量遥 程序每 0.5 s 采集一次光强袁并判断光强等级渊值有 1尧2尧3尧4尧5尧6冤遥对应地袁电机旋转角度等级也有 6 个等级渊值有 1尧2尧3尧4尧5尧6冤袁初始时值为 1遥 之后袁程序通过判断两个等级的大小关系来执行相应的操作袁 通过 野追赶冶 的方式袁 使得电机旋转角度等级永远朝着光照强度等级变化遥同时为了应对出现光强短时间内突然变化的情况袁电机旋转角度等级每次只变化 1 个单位遥 程序流程图如图 3 所示遥源性能测试在开始测试之前袁测试了所有模块的参数遥各模块上电测试结果渊包括名称尧型号尧生产厂家冤如表 1 所示院表 1各模块上电测试结果然后袁检测各个模块测量及信号传递性能指标袁如下院1冤STM32F103RCT6 正常工作温度为-40益耀+85益遥 其内部定时器 TIM2 的精度为 4 min 误差小于 0.1 s遥2冤DHT11 温湿度传感器袁温度测量范围为 0益耀50益袁湿度测量范围为 20%耀90%遥 当温度为 25益时袁测温精度为依2益袁测湿精度为依5%遥3冤BH1750 光照强度传感器袁 实测量程为 0耀54612 lx袁分辨率 0.8 lx遥4冤在预先用软件设置好旋转角度值的情况下袁步进电机精度为依10毅遥5冤霍尔编码器测量减速电机旋转圈数精度为减速电机旋转30 圈袁用霍尔编码器测得的旋转圈数误差小于 1/6 圈遥装置工作时袁若处于自动模式袁装置每隔 0.5 s 采集一次温度尧湿度尧光强数据袁并显示在 OLED 屏幕上遥 对于温湿度传感器袁当温湿度大于 40%时袁装置控制减速电机扇合百叶窗曰温湿度小于等于 40%时袁装置控制减速电机扇开百叶窗遥 对于光照强度传感器袁设置 1000尧10 000尧20 000尧30 000尧40 000 为档位分界线袁步进电机根据光照强度数值调整相应旋转角度遥若处于手动模式袁装置根据硬件遥控器发出的信号执行相应的命令袁具体有院控制减速电机持续正转或反转尧控制步进电机 1 持续正转或反转尧控制步进电机 2 持续正转或反转三个功能遥在自动模式下室内采集到的光照强度数据和温湿度数据如表 2 所示遥图 3智能控光部分程序流程图149渊上接第 147 页冤使用者查看该地区具体销售情况遥 数据将在显示数据文本框中显示袁如图 3 所示院导入数据并选择商品和地区后袁 也可以点击分析地区销量按钮袁系统将分析出该地区销量情况袁可以从同比尧环比袁增量尧比率袁以及年尧月尧周尧日等多个维度分析数据袁如图 4 所示遥点击野导出数据冶按钮袁显示文本框中的数据将导出为 Excel文件袁如图 5 所示遥3结束语经过实际测试袁本系统输出结果快速尧准确尧便捷袁满足了帮助营销人员分析数据的设计需求遥 后续还可增加分析数据的维度袁增加更多定制化功能遥本系统可以帮助商家分析商品在各地区的销量袁从而更好地掌握市场趋势袁提高商品销量袁提升商家的经济效益遥 它的设计简单易用袁 可以有效提高商家的工作效率袁为商家带来更多的商机袁为商家的发展提供更多的可能性遥参考文献咱1暂孙海民袁姜学东袁计大杰袁等.自动化技术在生成数据报告中的应用咱J暂.实验室研究与探索袁2017袁36渊12冤院136-142咱2暂张艳伟袁董晓璋袁李长军.Qt 框架下的 WORD 文档生成方法咱J暂.计算机应用与软件袁2015袁32渊10冤院120-122袁150咱收稿日期院圆园圆猿-02-13暂图 2商品各地销量分析系统主界面通过测试发现袁室内采集到的光照强度从早上到晚上呈先变高后变低变化袁光照强度变化明显曰湿度从早上到晚上呈先变低后变高的变化曰温度从早上到晚上先变高后变低的变化遥 这些结果与客观事实相符袁表明光照传感器尧温湿度传感器采集数据正常遥缘结束语本文提出了一个完整的智能磁控百叶窗设计方案袁 并付诸实践袁对其进行了性能测试袁验证了可行性遥 研究结果表明袁磁控百叶窗是可以智能化的袁可以通过设计控制电路尧改变机械结构的方式袁实现根据光照强度分档位调节百叶窗展宽等功能遥此外袁现阶段的研究存在功能单一尧依赖程序控制尧机械设计笨重等问题袁今后将考虑在研究成果的基础上拓展功能尧 改进机械袁 使窗户更加智能化袁更符合人们的需求遥参考文献咱1暂周卢田袁杏甜袁刘陌凡袁等.基于 ESP32 的智能百叶窗设计咱J暂.电子制作袁2022袁30渊17冤院22-25咱2暂潘立言袁李奕凡袁潘涵袁等.基于物联网的多功能智能窗户设计咱J暂.物联网技术袁2022袁12渊3冤院102-106咱3暂姜欣袁陈琛袁于超袁等.应用于光伏型智能窗的半透明钙钛矿太阳能电池院透明度与效率间的对立统一咱J暂.发光学报袁2021袁42渊2冤院264-277咱4暂中联慕尼渊北京冤国际会展.窗户+电机+遥控就叫野智能窗冶了?Tooyoung!咱J暂.中国建筑金属结构袁2018渊12冤院39-40咱5暂权洁袁陈玉瑜.基于创新组件的遥控电动开窗装置设计与制作咱J暂.机电工程技术袁2017袁46渊9冤院76-78咱收稿日期院圆园圆猿原01-30暂表 2传感器数据图 3地区订单显示功能图 4地区销量分析功能图 5订单导出效果基于单片机控制的智能磁控百叶窗设计150