【摘要】随着物联网技术的发展，智能家居越来越受到业界的关注，针对目前市场上智能窗帘的弊端，设计了一款基于单片机的智能窗帘。普遍窗帘需要手工进行控制，遥控窗帘通常需要远程控制，智能窗帘与之相比，可以实现自主控制。系统前端探测器采用光敏传感器，对光线进行采集，将检测到的光线强度数据转换成电信号；后端采用单片机为系统控制平台，通过A/D采样处理，实现根据外界光线的强弱自主控制窗帘的开合，调节室内的亮度，保证用户有良好的体验。通过实验验证，本系统将室内光线的强度控制在舒适条件下，实现窗帘的自主控制，具有良好的市场前景。
【关键词】单片机；智能窗帘；光敏传感器；自主控制
引言
国家十二五规划表明物联网作为七大战略新兴产业之一，将成为中国经济转型升级的重要驱动力量。随着社会经济和科学技术的发展，伴随着物联网产业链的细化，将带来相应市场的进一步细分，譬如一系列智能化家居产品作为最贴近民生的物联网项目，给人们生活带来了诸多的便利，智能家居行业也因此越来越受到人们的青睐。在一些高档住宅区，我们都能发现智能家居系统为用户提供更安全、更智能的服务，如智能灯光场景控制、安防报警等。目前市场上的窗帘多以手势控制、语音控制或APP远程控制，也已经有一些学者在智能窗帘的设计方面进行了研究，如通过串口多机通信实现窗帘开合的远程控制，通过红外遥控控制系统可实现窗帘的自动控制。这些窗帘都需要人为干扰，本文设计的智能窗帘就是针对家居环境采光和避光的需求，以自主控制系统替代人为控制，使家居设计更智能，更人性化。基于单片机的智能窗帘与其他产品相比，具有结构简单、价格低廉、鲁棒性良好的优点，利于市场化。
1系统构造及性能指标
本系统前端采用光敏传感器，通过光敏传感器完成对外界光线的数据采集，并将采集到的光线强度数据通过A/D转换，转换成电信号；后端采用单片机为系统控制平台，通过处理A/D转换后的信息，作用于电机驱动及电机，从而实现根据外界光线的强弱达到自主控制的效果，调节室内的光照强度。
2系统硬件设计
2.1光敏传感器分析
光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近。光敏电阻、光敏三极管以及紫外线传感器是最常见的光敏传感器。为了设计简便，成本低廉，本系统使用光敏电阻传感器。光敏电阻传感器通过光信号的检测、控制和转换，为系统提供前端数据来源。光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理发送光线强度的模拟信号，当光照由强到弱时，电阻阻值由小变大。它能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，通过放大器电路处理。当光照强度越高，光电管的电流也就越大，电流通过一个电阻时，电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0~5V电压，从而为单片机A/D转换提供源数据。因为光敏传感器具有结构简单，体积小，灵敏度高，价格低廉的特点，在保证用户体验效果的同时又可以有效降低智能窗帘成本，具有良好的社会价值。
2.2单片机系统分析
AVR单片机运算能力强，指令系统精简高效，具有速度快的优点，但是AVR单片机的编程对环境的要求较高，需要有特定的环境，并且它的前16个寄存器都不能与立即数打交道，通用性差。PIC单片机运行速度快，可以在低电压下工作，功耗低，但是它的专用寄存器分散在四个地址区间，编程较为复杂。STM单片机具有工作频率高、运行速度快的优点，但是成本非常高，采购成本每枚超过百元。51单片机又被称作微处理器，它与其他单片机相比，最显著的一个优点就是它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，功能完备，使用方便。51单片机的系统性能可以满足数据采集和时间精度的要求，并且生产条件成熟，产品来源稳定。8位80C51单片机在片内带有多通道A/D转换器和高速输入/输出部件，中断处理和实时处理能力很强。简单归纳，51单片机具有以下特点：（1）处理性能强，运行速度快，低电压，低功耗；（2）系统结构简单，控制性能强；（3）环境适应能力强，鲁棒性良好；（4）价格低廉。综合以上几种单片机的特点比较，采用51单片机作为智能窗帘的控制平台核心。51单片机通过对数据进行处理，设定控制功能指令，作用于单片机驱动，从而高效精准地对外部输入输出设备进行控制，满足智能窗帘控制系统性能指标，使系统具备在不同自然环境下的自适应能力，加强产品使用的稳定性，增强用户的体验。低廉的生产成本可以保证智能窗帘的市场化。
3系统软件设计
在搭建的硬件平台上进行软件编程，本系统采用基于51单片机的C语言进行编程。C语言最大的优点就是“灵活”。运算方式多样，数据类型丰富，在程序设计时限制少，可以相对自由发挥，且易于维护和修改。缺点是因为太过自由，往往容易出错。由软件控制流程图（图2）可得，C语言先对系统进行初始化，为系统进行后期数据采集与处理作铺垫。C语言通过调用函数驱动光敏电阻传感器进行光线的数据采集，并通过A/D转换，将模拟的光线数据转换成数字电信号，为后期数据的处理打下基础。将采集到的数字电信号转化为单片机所能识别的01信号，传送给处理器进行数据处理，从而使单片机对室内的光线强度值有准确的认知。由于单片机对室内的光照强度有了准确的数据，将得到的数据与人舒适的光照强度所对应的数据进行比对，若不符合人舒适的光照强度数据，单片机便会作用于电机驱动，驱动电机朝能使人处于舒适的方向转动。若符合人舒适的光照强度数据，此时系统维持此状态。系统软件设计通过对数据的采集、数据处理、电机驱动，从而实现步进电机的自主控制。
4系统测试
选择天气晴朗的白天作为测试环境，对智能窗帘系统进行上机测试。通过光敏传感器检测光信号，当光照强度为5000流明时，传感器将采集到的数据进行转换，通过单片机控制步进电机，电机反向旋转，窗帘关闭，系统在4s内，使得室内光线强度恢复到3500流明；当光照强度为2000流明时，传感器将采集到的数据转换，通过单片机控制步进电机，电机正向旋转，窗帘打开，系统在4s内，使得室内光线恢复到3400流明。测试表明，本系统对室内光线强度有良好的调节作用，系统鲁棒性良好，控制性能强，功耗低，能在5s内达到控制效果，可以满足用户对光照舒适度的需求。
5结语
《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确提出“推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范”是未来五年物联网发展的主要任务。因此，《规划》明确提出了将在智能工业、智能农业、智能物流、智能交通、智能电网、智能环保、智能安防、智能医疗、智能家居九大重点领域推动应用示范工程，力争实现规模化应用。据保守估计，规划期内，物联网产业有超过5000亿的市场容量待开发。随着物联网技术的发展，用户对智能家居的需求日益增长，智能家居作为九大重点领域之一，与人民日益增长的对美好生活的向往需要息息相关，因此，智能窗帘的生产、推广具有广阔的市场前景。通过测试表明，此系统结构简单，控制性能强，运行速度快，能耗低，成本低廉，具有很好的实用性，在中高端家居领域具有广泛的应用价值。
参考文献
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作者:王昱言 单位:江苏省淮阴中学
