天气自适应伞棚系统设计

华有良,李亚潜,邹婷婷,马鑫豪,王环宇

摘要：为了提高人们户外出行的体验感，更好地将科技服务于人类。本文提出以STM32单片机作为控制核心，利用信息技术，通过雨雪监测模块与温度检测模块对外界环境的一个数据处理后通过电机驱动液压杆完成机械自动伸缩，实现伞棚的自动控制、天气自适应功能，为居民提供更完善的出行服务。

关键词：STM32单片机；自适应伞棚；

1引言

在一些人流量较大的区域比如：景区、广场、商业街、人们遇到突发天气可能会无法及时应对。因此，本项目研究了一款天气自适应伞棚系统，可以智能化的为出行的居民提供遮阳、避雨等服务，且该设计占地面积小，节省空间，便于安装使用，可以有效地解决人们在出行过程中遇到的天气变化方面的问题。

2方案设计

本项目设计采用STM32单片机作为整体系统的控制核心，利用太阳能充电板对蓄电池充电，实现了清洁能源的充分利用，并且保证了整个系统的稳定性工作；利用光强感应、紫外线检测、雨滴检测、温度检测等多模块协同工作对周围环境进行监测，当外界环境有数值超过相应界值时，伞棚自动开启。同时，该系统采用超声波模块进行检测伞棚开闭时附近人员状况，并配合语音模块及时做出语音提示，保障工作环境下人们的安全性。当各个传感器感受到外界环境恢复正常数值时，该系统会自动启动合伞功能。整体结构框图如图1所示：

图1  整体结构框图

3 硬件电路设计

硬件电路模块作为天气自适应伞棚的最核心部分，要确保在各种天气情况下天气自适应系统功能保持稳定正常工作，天气自适应伞棚的硬件设计采用了模块化设计。

本设计选用STM32F103C6T6单片机作为控制芯片。

图2  STM32单片机电路原理图

天气自适应伞棚的超声波模块采用的是HCSR04超声波传感器，对伞棚工作的周围环境进行探测，确保没有行人在伞棚开伞范围内。

图3  超声波传感器电路原理图

天气自适应伞棚的电机驱动模块采用的是L9110H，该系统通过电机驱动液压杆完成柔性伞骨结构的开合。

图4  L9110H电路原理图

天气自适应伞棚的雨滴传感器利用雨水导电的特性，采用先进电路检测是否有雨水，若有则伞棚展开。

图5

天气自适应伞棚具有温度检测系统用于测量周围环境的温度，当温度大于35℃时，伞棚自动展开。

图6

天气自适应伞棚的紫外线监测模块可以检测到外界环境的紫外线指数达到5-6级时打开伞棚。

图7

4 程序流程

开机后系统的数据和信号首先初始化复位，伞棚如果处于开伞状态会进行收回，接收到控制端的信号，进行数据处理，如果数值达到预设值就会进行下一步工作。程序流程图如图4所示：

图9 程序流程图

5 结论

天气自适应式伞棚系统设计为出行居民提供遮阳、避雨等服务，增加了市民外出活动的积极性，减少了市民出行对天气的担忧。该系统相对于各种老式凉亭会更加具有便捷性和科技性。

参考文献

[1]杜向浩,林谷.智能扇形活动遮阳装置的研究与应用[J].建筑施工,2022,44(08):1980-1983.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2022.08.064.

[2]徐尧,单超颖,王鑫蕊,孙策淋,杨杰,卜翔宇.基于物联网技术的户外智能伞[J].电子世界,2020(10):17-18.DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2020.10.008.

[3]马双斌.智能遮阳篷设计研究[J].科技与企业,2012(06):270+272.DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2012.06.156.

该论文源于黑龙江省大学创新创业项目 编号：202213299039