arduino的智能调光玻璃设计与制作
日期 电子信息技术在不断的发展，调光玻璃在日常生活中越来越被人们重视，但目前市场上常见调光玻璃的材料，不能实现宽温工作，产品在智能化方面也有所欠缺，本次课题针对这两个方面，使用加热膜、传感器、Arduino开发板，设计并制作一种用于智能建筑的智能调光玻璃，可以采用无线、电控或智能调节等方式去改变玻璃的显示状态。成功解决了材料的工作温度和智能化的问题。
【KEY WORD】:Sensor,Switchable Glass,Arduino 目录
一、 引言 1
二、 方案设计 2
（一） 、工作温度解决方案 2
（二） 、产品智能化解决方案 2
1.自动控制 2
2.远程控制 2
三、 硬件结构设计 3
（一） 、智能调光玻璃整体架构 3
（二） 、硬件模块 3
（三） 、加热膜及贴合技术 4
1.全贴合技术 5
2.传统框架贴合技术 5
（四） 、PDLC驱动模块 5
四、 软件设计 6
（一） 、总设计流程图 6
（二） 、自动控制设计流程图 7
（三） 、启动加热设计流程图 7
（四） 、感知实验 8
（五） 、WIFI模块程序 8
五、 调试过程 9
（一） 、光线传感器自动控制 9
（二） 、温度传感器模块启动加热膜 12
（三） 、WIFI远程控制 16
六、 总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
原件清单 24
电路原理图 25
引言
随着电子信息技术的发展，调光玻璃得到了越来越多人的重视，特别是在智能建筑、汽车等领域的应用。调光玻璃具有安全玻璃的优点。它还能达到以下效果，如隐私保护，投影，隔热，紫外线绝缘和隔音等。
目前，可以在调光玻璃中使用的常用技术主要包括热变色玻璃、液晶玻璃 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
等。这些调光玻璃均为可逆器件，可实现透明磨砂效果的切换。热变色调光玻璃由透明加热层和电致变色层组成，这种结构类似于夹层结构，它由两块用聚合物凝胶夹在一起的玻璃组成。当玻璃达到一定的温度阈值时，玻璃的状态由透明变为磨砂。但这种调光玻璃主要受温度控制，不方便。相比较而言，液晶调光玻璃通过增加功率实现玻璃状态的切换，使控制更加方便。
液晶调光玻璃通常采用聚合物稳定液晶(PSLC)和聚合物分散液晶(PDLC)。目前，PDLC技术比较成熟，响应速度快，对比度高。它已经广泛应用于调光玻璃市场。然而，PDLC也存在着驱动电压高、选择性传输等缺点。PSLC材料可以解决这些问题。该材料兼具液晶和聚合物的优点，受到越来越多的关注。然而，在调光玻璃市场上，这类材料并没有得到广泛的应用。
对于调光玻璃，主要的评价因素是透光率、响应时间、温度特性和对比度。其中，透光率主要与电压、制备方法等因素有关。随着电压的增加，大多数PDLC的透光率会显著增加。在无电压的条件下，透光率很低，从外观看，和磨砂玻璃相似。因此，我们可以通过增加功率来实现透明状态。不同的制备方法也有不同的透光率。当液晶的浓度变化时，曲线的形状将是不同的。响应时间是在添加电源后亮度从10%增加到90%的时间。通常需要几毫秒才能完成这个过程。温度越低，响应时间越慢。对比度是指调光玻璃两种状态的透光率与亮度的比值。不同的制备方法会导致不同的对比度。在实际应用中，对比度也受温度的影响。
PDLC材料的工作温度范围必须在10℃~50℃。当温度太低时，状态不能完全改变，这点让调光玻璃的使用受到了很大的限制。我国北方城市，冬季气温常年低于零下10℃，而在这种环境下，调光玻璃无法正常工作。
随着时代的发展，智能化已经慢慢地进入人们的生活中，人工智能为人们的生活提供了很大的便利，而目前市场上的调光玻璃绝大部分都是实现简单的模式切换，并没有智能化的产品出现。
本设计将以：如何扩宽PDLC材料的工作温度的和智能玻璃的智能化发展这两点进行研究。
方案设计
、工作温度解决方案
方案一
从材料入手，使用PSLC（聚合物稳定液晶）材料。PSLC材料的液晶含量相比PDLC材料大得多，受聚合物影响小，因此它的响应速度很快，驱动电压较低。但是这种材料的制备技术难度较大，并且在调光玻璃市场上，这类材料并没有得到广泛的应用。
方案二
是在调光玻璃上加一层加热膜，使用温度传感器模块监测环境温度，当温度低于PDLC的工作温度时，启动加热膜，通过加热膜给调光玻璃加热，使其温度保持在零下10摄氏度以上。使用加热膜后，PDLC材料就可以实现宽温工作。
若使用方案一，PSLC制备技术难度较大，并且在市场上没有先例，无法对比参考。经过我们研究讨论，决定采用第二种方案，使用加热膜配合温度传感器模块。以此解决工作温度的局限性。
、产品智能化解决方案
1.自动控制
首先结合视觉特性、人体舒适度，进行视觉感知实验，此实验的目的是为了确定环境亮度的阈值，配合光线传感器模块，实现调光玻璃的自动控制。当光线传感器监测到环境亮度低于或高于阈值时，根据实验结果，改变调光玻璃的状态，以此达到智能化体验。
2.远程控制
方案一，使用蓝牙进行无线通信，首先蓝牙通信的功率较低，并且蓝牙模块成本便宜，不过蓝牙通信的缺点在于传输距离近，数据传输速率不高，并且不同设备之间的协议不兼容。
方案二，使用WIFI模块进行无线通信，相比于蓝牙技术，WIFI模块的优点在于传输速度快，传输距离远。
为了提高用户体验，我们决定使用WIFI模块进行无线通信，实现远距离控制调光玻璃。
【KEY WORD】:Sensor,Switchable Glass,Arduino 目录
一、 引言 1
二、 方案设计 2
（一） 、工作温度解决方案 2
（二） 、产品智能化解决方案 2
1.自动控制 2
2.远程控制 2
三、 硬件结构设计 3
（一） 、智能调光玻璃整体架构 3
（二） 、硬件模块 3
（三） 、加热膜及贴合技术 4
1.全贴合技术 5
2.传统框架贴合技术 5
（四） 、PDLC驱动模块 5
四、 软件设计 6
（一） 、总设计流程图 6
（二） 、自动控制设计流程图 7
（三） 、启动加热设计流程图 7
（四） 、感知实验 8
（五） 、WIFI模块程序 8
五、 调试过程 9
（一） 、光线传感器自动控制 9
（二） 、温度传感器模块启动加热膜 12
（三） 、WIFI远程控制 16
六、 总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
原件清单 24
电路原理图 25
引言
随着电子信息技术的发展，调光玻璃得到了越来越多人的重视，特别是在智能建筑、汽车等领域的应用。调光玻璃具有安全玻璃的优点。它还能达到以下效果，如隐私保护，投影，隔热，紫外线绝缘和隔音等。
目前，可以在调光玻璃中使用的常用技术主要包括热变色玻璃、液晶玻璃 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
等。这些调光玻璃均为可逆器件，可实现透明磨砂效果的切换。热变色调光玻璃由透明加热层和电致变色层组成，这种结构类似于夹层结构，它由两块用聚合物凝胶夹在一起的玻璃组成。当玻璃达到一定的温度阈值时，玻璃的状态由透明变为磨砂。但这种调光玻璃主要受温度控制，不方便。相比较而言，液晶调光玻璃通过增加功率实现玻璃状态的切换，使控制更加方便。
液晶调光玻璃通常采用聚合物稳定液晶(PSLC)和聚合物分散液晶(PDLC)。目前，PDLC技术比较成熟，响应速度快，对比度高。它已经广泛应用于调光玻璃市场。然而，PDLC也存在着驱动电压高、选择性传输等缺点。PSLC材料可以解决这些问题。该材料兼具液晶和聚合物的优点，受到越来越多的关注。然而，在调光玻璃市场上，这类材料并没有得到广泛的应用。
对于调光玻璃，主要的评价因素是透光率、响应时间、温度特性和对比度。其中，透光率主要与电压、制备方法等因素有关。随着电压的增加，大多数PDLC的透光率会显著增加。在无电压的条件下，透光率很低，从外观看，和磨砂玻璃相似。因此，我们可以通过增加功率来实现透明状态。不同的制备方法也有不同的透光率。当液晶的浓度变化时，曲线的形状将是不同的。响应时间是在添加电源后亮度从10%增加到90%的时间。通常需要几毫秒才能完成这个过程。温度越低，响应时间越慢。对比度是指调光玻璃两种状态的透光率与亮度的比值。不同的制备方法会导致不同的对比度。在实际应用中，对比度也受温度的影响。
PDLC材料的工作温度范围必须在10℃~50℃。当温度太低时，状态不能完全改变，这点让调光玻璃的使用受到了很大的限制。我国北方城市，冬季气温常年低于零下10℃，而在这种环境下，调光玻璃无法正常工作。
随着时代的发展，智能化已经慢慢地进入人们的生活中，人工智能为人们的生活提供了很大的便利，而目前市场上的调光玻璃绝大部分都是实现简单的模式切换，并没有智能化的产品出现。
本设计将以：如何扩宽PDLC材料的工作温度的和智能玻璃的智能化发展这两点进行研究。
方案设计
、工作温度解决方案
方案一
从材料入手，使用PSLC（聚合物稳定液晶）材料。PSLC材料的液晶含量相比PDLC材料大得多，受聚合物影响小，因此它的响应速度很快，驱动电压较低。但是这种材料的制备技术难度较大，并且在调光玻璃市场上，这类材料并没有得到广泛的应用。
方案二
是在调光玻璃上加一层加热膜，使用温度传感器模块监测环境温度，当温度低于PDLC的工作温度时，启动加热膜，通过加热膜给调光玻璃加热，使其温度保持在零下10摄氏度以上。使用加热膜后，PDLC材料就可以实现宽温工作。
若使用方案一，PSLC制备技术难度较大，并且在市场上没有先例，无法对比参考。经过我们研究讨论，决定采用第二种方案，使用加热膜配合温度传感器模块。以此解决工作温度的局限性。
、产品智能化解决方案
1.自动控制
首先结合视觉特性、人体舒适度，进行视觉感知实验，此实验的目的是为了确定环境亮度的阈值，配合光线传感器模块，实现调光玻璃的自动控制。当光线传感器监测到环境亮度低于或高于阈值时，根据实验结果，改变调光玻璃的状态，以此达到智能化体验。
2.远程控制
方案一，使用蓝牙进行无线通信，首先蓝牙通信的功率较低，并且蓝牙模块成本便宜，不过蓝牙通信的缺点在于传输距离近，数据传输速率不高，并且不同设备之间的协议不兼容。
方案二，使用WIFI模块进行无线通信，相比于蓝牙技术，WIFI模块的优点在于传输速度快，传输距离远。
为了提高用户体验，我们决定使用WIFI模块进行无线通信，实现远距离控制调光玻璃。
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