閔成凱

（姜堰三水培訓中心，江蘇 姜堰 225500）

窗簾用來遮蔽或調節(jié)室內光照，它已成為居室不可缺少的、功能性和裝飾性相結合的室內裝飾品。目前市場上的窗簾一般都是純機械的，不具有自動控制的能力。隨著科技的進步，電動窗簾開始走入家庭。文獻[1]提出了一種簡易實用的電動窗簾的設計，以52單片機實現(xiàn)了人控、光控和定時控制三重功能的電動窗簾；而文獻[2]進一步加入了紅外遙控模塊，使得可以通過遙控器來控制窗簾開關。為了在有障礙物的情況下也能遙控控制，文獻[3]實現(xiàn)了基于NRF905的無線窗簾控制器。隨著智能家居的發(fā)展，文獻[4]實現(xiàn)了基于ZigBee無線傳輸網絡的電動窗簾控制。但目前的電動窗簾大多需要市電供電，對于現(xiàn)有的窗簾，重新布線較為麻煩。如果能提供一種太陽能供電的電動窗簾，則大大方便現(xiàn)有窗簾的電動化改造，且有利于節(jié)能環(huán)保。于是本文提供了一種太陽能供電遙控電動窗簾的設計思路，不需市電供電和布線，能夠方便地用于窗簾的開合控制，特別是現(xiàn)有窗簾的改造，而且具有節(jié)能環(huán)保的特點。

1 總體設計方案

此種太陽能供電的遙控電動窗簾，主要由太陽能板、儲能電池和太陽能控制器、電機和驅動器、遙控器和控制器等組成（圖1）。

圖1 總體結構框圖

工作原理：太陽能電池板將太陽能轉換為電能傳輸給太陽能控制器，太陽能控制器控制對儲能電池充電和對系統(tǒng)供電，控制器接收遙控器的信號控制驅動器，從而控制步進電機的正反轉與停止，步進電機在機械上通過傳動裝置與窗簾相連，電機的正反轉將控制窗簾的開合。

本裝置不需要市電布線，裝置的供電將由儲能電池或太陽能電池提供，當太陽能電池工作時，太陽能電池輸出電能經過功率變換器給儲能電池充電，同時給負載供電；當陰雨天氣時，則由儲能電池單獨供電。

2 模擬系統(tǒng)設計

在總體設計方案的基礎上，根據(jù)其中一種實現(xiàn)設計了模擬系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)包括結構子系統(tǒng)、太陽能供電子系統(tǒng)和遙控子系統(tǒng)。

2.1 結構子系統(tǒng)

機械結構包括固定底座、拖動機構和窗簾軌道等組成（圖2）。

圖2 結構子系統(tǒng)

圖中：1-太陽能電池板；2-太陽能變換器與儲能電池；3-步進電機；4-驅動器；5-控制器；6-太陽能電池板固定支架與連線；7-固定底座；8-拖動機構；81-左同步帶；82-右同步帶；83-左同步帶的左齒輪；84-左同步帶的右齒輪；85-右同步帶的左齒輪；86-右同步帶的右齒輪；87-左同步帶的驅動齒輪；88-右同步帶的驅動齒輪；9-窗簾軌道；10-左窗簾布；11-左夾子；12-右夾子；13-窗簾合限位開關；14-窗簾開限位開關；15-左外側窗簾合限位凸起物；16-右內側窗簾開限位凸起物；17-遙控器；18-右窗簾布。

工作流程：當遙控器17下達指令時，控制器5接收指令并控制驅動器4的輸出信號，從而控制電機3的正轉、反轉或停止。以電機3正轉為例，電機3正轉時，驅動右驅動齒輪88和右同步帶的左齒輪85逆時針轉（俯視角度），右同步帶82將逆時針傳動，帶動右窗簾18打開，此時左驅動齒輪87順時針轉動，將帶動左窗簾10打開，最后右內側窗簾開限位凸起物16將觸碰窗簾開限位開關14，導致電機停止轉動，窗簾開控制完成。電機3反轉時與此情況相反，將完成窗簾合控制。同時也可以通過遙控器控制電機停止，從而自定義窗簾的開合程度。

2.2 太陽能供電子系統(tǒng)

由于目前電動窗簾大多需要市電供電，對于現(xiàn)有的窗簾，重新布線較為麻煩，而且太陽能作為新興清潔能源，節(jié)能環(huán)保，于是本系統(tǒng)采用太陽能供電。太陽能供電子系統(tǒng)包括：太陽能電池板、太陽能控制器以及蓄電池，原理圖如圖3所示。

圖3 太陽能供電子系統(tǒng)

其中太陽能控制器是用來對蓄電池的充、放電條件加以規(guī)定和控制，并按照負載的電源需求控制太陽電池組件和蓄電池對負載的電能輸出，是整個光伏供電系統(tǒng)的核心控制部分[5]。當有太陽光照射太陽能板時，太陽能電池將太陽能轉化為電能，通過太陽能控制器對蓄電池進行充電，此時太陽能電池和蓄電池一起為系統(tǒng)供電；當夜間或陰雨天時，太陽能控制器控制蓄電池對系統(tǒng)供電。

2.3 遙控子系統(tǒng)

遙控子系統(tǒng)用于實現(xiàn)遙控窗簾的開合，在房間的任意地方也可以實現(xiàn)控制窗簾。遙控一般分為兩種方式：紅外遙控方式和無線電遙控方式，本系統(tǒng)采用無線電遙控方式，因為紅外遙控一般要求中間沒有障礙物。無線電遙控系統(tǒng)設備包括無線電發(fā)射機、接收機和繼電器三個部分[6]。發(fā)射機由指令鍵、指令編碼電路、調制電路、驅動電路、發(fā)射電路等幾部分組成，接收機由接收電路、放大電路、解調電路、指令譯碼電路、驅動電路和執(zhí)行電路幾部分組成[7]。無線電發(fā)射機即為遙控器，接收機和執(zhí)行機構一般合并在一起為控制器，原理圖如圖4所示。

圖4 遙控子系統(tǒng)

遙控器發(fā)出指令，控制器接收指令并控制COM+引腳和COM-引腳之間的電平。當控制器按下A鍵時COM+和COM-之間電壓為-12V，按下B鍵時COM+和COM-之間電壓為+12V，當按下C鍵時COM+和COM-之間電壓為0V。

2.4 系統(tǒng)連線

系統(tǒng)連線圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)連線圖

當按下A鍵時，將控制窗簾開，具體：COM+和COM-之間電壓為-12V，繼電器1不導通，繼電器2導通，從而觸點①斷開，觸點②閉合，而限位開關為常閉開關，從而繼電器3導通，觸點③將導通，此時驅動器引腳DIR-懸空將驅動步進電機正轉，控制窗簾開，當窗簾完全打開時將觸碰開限位開關，開限位開關14將斷開，繼電器3將不導通，觸點③斷開，驅動器不工作，步進電機停止。

當按下B鍵時，將控制窗簾合，具體：COM+和COM-之間電壓為+12V，繼電器1導通，繼電器2不導通，從而觸點①閉合，觸點②斷開，而限位開關為常閉開關，從而繼電器3導通，觸點③將導通，此時驅動器引腳DIR-接地將驅動步進電機反轉，控制窗簾合，當窗簾完全合閉時將觸碰關限位開關，關限位開關13將斷開，繼電器3將不導通，觸點③斷開，驅動器不工作，步進電機停止。

在工作過程當中按下C鍵，COM+和COM-之間電壓為0V，繼電器3將不導通，觸點③斷開，驅動器不工作，步進電機停止，窗簾按需開合。

3 實驗結果

為了驗證本系統(tǒng)的可行性，根據(jù)圖2所述結構搭建了實物模擬系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 模擬系統(tǒng)

在此模擬系統(tǒng)上進行了調試，綜合考慮采用+12V供電，用+12V蓄電池，遙控裝置選用+12V供電，太陽能充電控制器+12/+24V自動切換。步進電機需要脈沖來控制速度，脈沖模塊有三個按鍵，能設置脈沖頻率和占空比，使步進電機的速度合適，按下開關，電機可正反向轉動。電池板接到太陽能充電控制器的輸入端，接上蓄電池，有太陽時電壓最高約為+18.3V，蓄電池電壓約+12.5V，輸出電壓約為+12.35V。限位開關安裝在電機兩側，左邊的靠里，用于開窗簾的限位，右邊的靠外，用于關窗簾的限位，按圖5連線。按一下遙控器A鍵，窗簾開，到限位后，電機停轉，這時再按A鍵，電機不動；按一下B鍵，窗簾關，到位后，電機停轉，這時再按B鍵電機不動；按一下A鍵，窗簾打開；任何時刻，按一下C鍵，電機停轉，窗簾可停在當前位置。

4 結語

以電動機實現(xiàn)的電動窗簾已經逐漸走入家庭，但針對現(xiàn)有窗簾的電動化改造需求，需要市電供電，重新布線較為麻煩。本文設計的基于太陽能的電動窗簾，避免了市電布線的麻煩，同時節(jié)能環(huán)保。搭建了模擬系統(tǒng)，并進行了相關實驗，實驗結果表明本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)通過遙控器控制窗簾的開合，也能自定義開合程度，驗證了系統(tǒng)的可行性，具有廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1]佘頔頔.實用簡易電動窗簾的設計[J].數(shù)字技術與應用,2010(4):50-52.

[2]馮娟,李燕君.基于步進電動機的智能電動窗簾設計與實現(xiàn)[J].微特電機,2014,42(10):86-88.

[3]徐延海,黃鴻雁,關學忠,等.基于NRF905的無線窗簾控制器設計[J].通信與信息處理,2013,32(4):87-90.

[4]徐文,孟文,曾麗.基于ZigBee無線傳輸網絡的智能家居系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表,2017(4):58-61.

[5]邊森,張瑜,金磊,等.太陽能控制器相關技術研究:中國通信學會信息通信網絡技術委員會,年會論文集[C].2009.

[6]陳永甫.無線電遙控入門[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[7]黨建武,李翠然,謝健驪.認知無線電技術與應用[M].北京:清華大學出版社,2012.