摘要 现有智能家居系统的控制器24小时待机工作，空调或风扇不能根据环境温度变化自动调节温度或风力，造成不必要的电能浪费。提出了以单片机为控制核心，利用温度、雨水、光等传感器
摘要：现有智能家居系统的控制器24小时待机工作，空调或风扇不能根据环境温度变化自动调节温度或风力，造成不必要的电能浪费。提出了以单片机为控制核心，利用温度、雨水、光等传感器和蓝牙通信技术，设计了以节能为主的太阳能智能家居控制系统。利用先进的控制技术，从各种自动控制环节节约电能，提高室内家居的安全性和便利性，达到节能环保的目的。
关键词：智能家居;单片机;太阳能;节能
1研制背景及意义
近年来，节能减排、低碳生活越来越受到大家的关注，成为众多产品设计所要考虑的重要因素之一，低碳环保逐渐成为一种生活常态。室内的照明和用电设备是家居中最不可或缺的一部分，其耗电能力也不言而喻。家庭和办公用电量比例逐渐增加，节能空间潜力很大。加上大多数人的节能意识不高，很难做到随手关电的习惯，尤其是在公共场合，由照明设备浪费电能的现象更为严重。可通过科技的力量帮大家“养成”节约资源的习惯。本作品采用太阳能供电，即可利用闲置的屋顶，又可产生取之不尽用之不竭的清洁能源，减少对人体有害的气体与辐射性废弃物，符合低碳环保的理念。
现有的智能家居系统的控制器24小时待机工作，例如以ZigBee技术为主的控制器其待机功率为7W左右;传统的家用电器或照明是机械式开关，一旦打开，无论有没有人在室内都开始消耗电源;空调和风扇不能根据环境温度变化自动调节温度或风力，造成不必要的电能浪费。针对以上缺陷进行改造升级，本文提出一种通过控制技术、集成技术、通信技术和太阳能发电技术建立由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，缓解用电压力、节约电能和提高住宅高新技术的含量，达到节能减排的效果[1]。从控制上和能源方面双重节能，不仅符合节能环保、低碳生活的理念，同时也是积极响应国家的号召——节能和对太阳能资源的开发与利用。
2设计方案
本设计的基本思路，如图1所示：(1)计算作品需要的太阳能板的面积，以及蓄电池的容量大小;(2)选定单片机为控制模块和蓝牙模块传递信号;(3)利用光、红外热释、雨水和温度传感器等，实现照明设备、家电产品和窗户或窗帘的自动控制。
采用的关键技术：(1)结合传感器的技术和蓝牙通信技术，实现无线控制;(2)采用PWM技术，对脉宽进行调节，控制风扇的风力大小和照明的亮度，具有频率高，效率高，功耗低，可靠性高的优点;(3)采用单晶硅太阳能板和太阳能控制器实现太阳能自发电;(4)利用超声波传感器准确定位，使自动关窗户时能准确停车。
3单元模块及其工作原理
通过设计，初步构建一个智能家居的雏形，主要实现以下功能：
(1)照明设备的监视、调节和控制，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照明度;(2)窗户的控制，下雨时自动关闭窗户，停雨后窗户自动回到初始位置;(3)太阳能自动供电系统控制，按照供电的要求，对控制器24小时供电，多余电量对室外照明供电;(4)走廊或者花园的照明系统，利用人体感应和光控控制，实现自动开、关控制;(5)空调机(作品中用小风扇代替空调)的监视、调节和控制，按照预先所设定的程序，根据温度参数对空调机进行监视、调节和控制。
3.1太阳能模块
设计由4块面积为110*80mm，单块输出电压为5V，输出电流为220mA的太阳能板为控制系统提供电能，并给一个12V1.3AH容量的蓄电池充电，如图3所示。太阳能板以串联的形式连接，所以其最高的输出电压可达20V左右，输出电流为220mA，因此将串联后的太阳能板连接到一个太阳能控制器，这样能够稳定输出5V和12V的电压，控制器在调节电压的同时还具有过充、过放、防雷、放回流、过热等保护，有效保障系统的可靠性，使用更加安全。
3.2信息采集模块
作品中，如图4所示，信息的采集主要包括室内的亮度、室内人员的活动、室外是否有雨水以及窗户的距离检测，并将数据反馈到单片机。
3.3智能控制模块传
感器将采集的信息全部传送到智能控制模块，即单片机，相当于整个控制系统的心脏，单片机通过与自身内设的程序比对，做出相应动作[2]。
室内照明：当人在室内活动时，人体红外传感器模块感应到人体散发的热释电，并将该信号转换成电信号，单片机的P1.4接收人体感应信号，按照预定的程序处理，P2.0输出控制信号，光敏传感器接收到单片机发出的指令，根据室内的亮度调节照明的亮度[3]。
室内窗户：当下雨时，雨水传感器表面接触到有水滴，传感器会将这信号转换成TTL开关信号输出(DO)，单片机P1.3口收到信号后，经内部程序处理，输出控制信号驱动窗户的电机，本设计采用5V的微型电机，在实际电路中应单片机指令控制继电器的开关，从而控制电机的启动和停止。
空调(风扇)温度调节：当有人室内活动，且温度高于程序预设值时，即单片机P1.4端口接收到人体感应信号，P0.4端口接收到室内温度信息并与程序预设值相比较，且高于预设值时，空调(风扇)自动打开;当人离开或者室内温度低于程序预设值时，空调(风扇)自动关闭。
太阳能供电：太阳能板接收太阳光，通过控制器对蓄电池进行充电，蓄电池的电能提供给单片机控制和部分照明系统使用。
3.4信号传递模块
作品采用的是HC-05蓝牙模块，该模块可与串口转USB模块对接后与PC通讯，也可蓝牙模块与单片机通讯后。利用单片机开发板上的串口电路跟PC通讯，通过调试助手软件对蓝牙模块进行设置(例如名称、密码、波特率等)。设置好后，通过手机下载网络上免费“智能家居”APP软件，连接蓝牙模块后即可通过模块对照明设备的开关进行控制。
在后期扩展功能上用Wi-Fi模块替代蓝牙，增大无线的控制范围，提高家居的智能化程度。
4硬件和软件设计
4.1作品模型
由于条件限制，本作品通过模型来展示太阳能智能家居系统的部分功能，房子的外形采用ABS材料的塑料板，窗户用电机代替，室内照明和户外照明用led灯来模拟，空调用微型风扇来实验，如图5-8所示。
4.2程序设计思路
程序设计流程如图9所示，利用传感器将信号经过单片机进行处理计算，按照预定的程序产生脉宽调制信号控制照明和风扇，并判断外界环境是否需要关闭窗户的功能。
5结论与展望
本设计采用的是太阳能供电，绿色环保，无污染，符合当代低碳生活的潮流。将绿色能源与智能家居结合，一是缓解电网的用电压力，能源绿色环保，产生零污染;二是利用智能控制技术节约能源消耗，创造便利的舒适的生活环境，提高生活质量。在实际应用中技术逐渐成熟，具有巨大的市场前景。
参考文献：
[1]黄红霞.一种嵌入式智能家居控制系统的设计[J].计算机技术，2015(8).
[2]杨黎.基于C语言的单片机应用系统设计与Proteus仿真[D].长沙:中南大学，2012.
[3]赵本虎,赵国库.基于单片机的室内灯光控制系统设计[J].江苏冶金.2004(5)：38.
[4]康喜成.基于单片机技术的自动门智能控制系统[J].科学技术，2016(9)：43.
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