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【摘要】隨著物聯網技術的發展，智能家居越來越受到業界的關注，針對目前市場上智能窗簾的弊端，設計了一款基于單片機的智能窗簾。普遍窗簾需要手工進行控制，遙控窗簾通常需要遠程控制，智能窗簾與之相比，可以實現自主控制。系統前端探測器采用光敏傳感器，對光線進行采集，將檢測到的光線強度數據轉換成電信號；后端采用單片機為系統控制平臺，通過A/D采樣處理，實現根據外界光線的強弱自主控制窗簾的開合，調節室內的亮度，保證用戶有良好的體驗。通過實驗驗證，本系統將室內光線的強度控制在舒適條件下，實現窗簾的自主控制，具有良好的市場前景。
【關鍵詞】單片機；智能窗簾；光敏傳感器；自主控制
引言
國家十二五規劃表明物聯網作為七大戰略新興產業之一，將成為中國經濟轉型升級的重要驅動力量。隨著社會經濟和科學技術的發展，伴隨著物聯網產業鏈的細化，將帶來相應市場的進一步細分，譬如一系列智能化家居產品作為最貼近民生的物聯網項目，給人們生活帶來了諸多的便利，智能家居行業也因此越來越受到人們的青睞。在一些高檔住宅區，我們都能發現智能家居系統為用戶提供更安全、更智能的服務，如智能燈光場景控制、安防報警等。目前市場上的窗簾多以手勢控制、語音控制或APP遠程控制，也已經有一些學者在智能窗簾的設計方面進行了研究，如通過串口多機通信實現窗簾開合的遠程控制，通過紅外遙控控制系統可實現窗簾的自動控制。這些窗簾都需要人為干擾，本文設計的智能窗簾就是針對家居環境采光和避光的需求，以自主控制系統替代人為控制，使家居設計更智能，更人性化?；趩纹瑱C的智能窗簾與其他產品相比，具有結構簡單、價格低廉、魯棒性良好的優點，利于市場化。
1系統構造及性能指標
本系統前端采用光敏傳感器，通過光敏傳感器完成對外界光線的數據采集，并將采集到的光線強度數據通過A/D轉換，轉換成電信號；后端采用單片機為系統控制平臺，通過處理A/D轉換后的信息，作用于電機驅動及電機，從而實現根據外界光線的強弱達到自主控制的效果，調節室內的光照強度。
2系統硬件設計
2.1光敏傳感器分析
光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近。光敏電阻、光敏三極管以及紫外線傳感器是最常見的光敏傳感器。為了設計簡便，成本低廉，本系統使用光敏電阻傳感器。光敏電阻傳感器通過光信號的檢測、控制和轉換，為系統提供前端數據來源。光敏傳感器就是利用光敏電阻受光線強度影響而阻值發生變化的原理發送光線強度的模擬信號，當光照由強到弱時，電阻阻值由小變大。它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過放大器電路處理。當光照強度越高，光電管的電流也就越大，電流通過一個電阻時，電阻兩端的電壓被轉換成可被采集器的數模轉換器接受的0~5V電壓，從而為單片機A/D轉換提供源數據。因為光敏傳感器具有結構簡單，體積小，靈敏度高，價格低廉的特點，在保證用戶體驗效果的同時又可以有效降低智能窗簾成本，具有良好的社會價值。
2.2單片機系統分析
AVR單片機運算能力強，指令系統精簡高效，具有速度快的優點，但是AVR單片機的編程對環境的要求較高，需要有特定的環境，并且它的前16個寄存器都不能與立即數打交道，通用性差。PIC單片機運行速度快，可以在低電壓下工作，功耗低，但是它的專用寄存器分散在四個地址區間，編程較為復雜。STM單片機具有工作頻率高、運行速度快的優點，但是成本非常高，采購成本每枚超過百元。51單片機又被稱作微處理器，它與其他單片機相比，最顯著的一個優點就是它不僅能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，功能完備，使用方便。51單片機的系統性能可以滿足數據采集和時間精度的要求，并且生產條件成熟，產品來源穩定。8位80C51單片機在片內帶有多通道A/D轉換器和高速輸入/輸出部件，中斷處理和實時處理能力很強。簡單歸納，51單片機具有以下特點：（1）處理性能強，運行速度快，低電壓，低功耗；（2）系統結構簡單，控制性能強；（3）環境適應能力強，魯棒性良好；（4）價格低廉。綜合以上幾種單片機的特點比較，采用51單片機作為智能窗簾的控制平臺核心。51單片機通過對數據進行處理，設定控制功能指令，作用于單片機驅動，從而高效精準地對外部輸入輸出設備進行控制，滿足智能窗簾控制系統性能指標，使系統具備在不同自然環境下的自適應能力，加強產品使用的穩定性，增強用戶的體驗。低廉的生產成本可以保證智能窗簾的市場化。
3系統軟件設計
在搭建的硬件平臺上進行軟件編程，本系統采用基于51單片機的C語言進行編程。C語言最大的優點就是“靈活”。運算方式多樣，數據類型豐富，在程序設計時限制少，可以相對自由發揮，且易于維護和修改。缺點是因為太過自由，往往容易出錯。由軟件控制流程圖（圖2）可得，C語言先對系統進行初始化，為系統進行后期數據采集與處理作鋪墊。C語言通過調用函數驅動光敏電阻傳感器進行光線的數據采集，并通過A/D轉換，將模擬的光線數據轉換成數字電信號，為后期數據的處理打下基礎。將采集到的數字電信號轉化為單片機所能識別的01信號，傳送給處理器進行數據處理，從而使單片機對室內的光線強度值有準確的認知。由于單片機對室內的光照強度有了準確的數據，將得到的數據與人舒適的光照強度所對應的數據進行比對，若不符合人舒適的光照強度數據，單片機便會作用于電機驅動，驅動電機朝能使人處于舒適的方向轉動。若符合人舒適的光照強度數據，此時系統維持此狀態。系統軟件設計通過對數據的采集、數據處理、電機驅動，從而實現步進電機的自主控制。
4系統測試
選擇天氣晴朗的白天作為測試環境，對智能窗簾系統進行上機測試。通過光敏傳感器檢測光信號，當光照強度為5000流明時，傳感器將采集到的數據進行轉換，通過單片機控制步進電機，電機反向旋轉，窗簾關閉，系統在4s內，使得室內光線強度恢復到3500流明；當光照強度為2000流明時，傳感器將采集到的數據轉換，通過單片機控制步進電機，電機正向旋轉，窗簾打開，系統在4s內，使得室內光線恢復到3400流明。測試表明，本系統對室內光線強度有良好的調節作用，系統魯棒性良好，控制性能強，功耗低，能在5s內達到控制效果，可以滿足用戶對光照舒適度的需求。
5結語
《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》明確提出“推動物聯網關鍵技術研發和在重點領域的應用示范”是未來五年物聯網發展的主要任務。因此，《規劃》明確提出了將在智能工業、智能農業、智能物流、智能交通、智能電網、智能環保、智能安防、智能醫療、智能家居九大重點領域推動應用示范工程，力爭實現規?；瘧?。據保守估計，規劃期內，物聯網產業有超過5000億的市場容量待開發。隨著物聯網技術的發展，用戶對智能家居的需求日益增長，智能家居作為九大重點領域之一，與人民日益增長的對美好生活的向往需要息息相關，因此，智能窗簾的生產、推廣具有廣闊的市場前景。通過測試表明，此系統結構簡單，控制性能強，運行速度快，能耗低，成本低廉，具有很好的實用性，在中高端家居領域具有廣泛的應用價值。
參考文獻
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作者:王昱言 單位:江蘇省淮陰中學
