设计摘要：

随着城市化进程加快，遮雨棚在住宅、商铺、停车场等场景中广泛应用，承担着防雨、遮阳及保护设施的重要功能。然而，传统遮雨棚多依赖人工操作，存在响应滞后、调节不及时等问题——例如降雨时需手动展开，易因反应迟缓导致物品淋雨；光照变化时无法自动适配，既影响使用体验，也可能因长期不合理使用缩短设备寿命。

针对上述痛点，本研究聚焦折叠式智能遮雨棚的设计与实现，旨在通过智能化技术提升遮雨棚的自适应能力与便捷性。该系统以STM32为主控核心，整合雨滴传感器与光线传感器构建感知层，实现对降雨状态和环境光照的实时监测；结合NB-IoT通信技术，支持远程指令接收与数据传输，形成“感知-决策-执行”闭环。通过嵌入式技术将控制逻辑烧录至主控板，可根据传感器信号自动驱动电机完成遮雨棚的展开与收起，并支持远程监控中心的统一管理。

此设计突破了传统遮雨棚的被动式使用模式，不仅提升了操作便捷性，还能通过精准响应环境变化延长设备寿命，在智慧家居、市政设施等领域具有重要的实用价值与推广前景。

关键词：遮雨棚；单片机；NB-LoT

字数：10000+

目　录

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在当代社会，遮雨棚作为一种常见的防护设施，已深度融入人们的生产生活场景，从居民阳台的小型遮雨装置到商业广场的大型遮阳棚，从户外停车场的车辆防护设施到物流园区的货物遮蔽系统，其功能覆盖了防雨、防晒、防尘等多个维度，对保障物品安全、提升空间利用舒适度具有不可替代的作用。然而，随着人们对生活品质和管理效率要求的不断提升，传统遮雨棚的局限性日益凸显。传统遮雨棚多采用固定结构或手动操作模式，在应对复杂多变的天气时显得力不从心：突如其来的降雨可能因使用者未能及时手动展开遮雨棚，导致晾晒的衣物、露天停放的车辆或户外堆放的货物被淋湿；而在天气由雨转晴后，若未能及时收起，不仅会遮挡阳光，影响区域采光，还可能因长期承受风力等自然载荷而缩短使用寿命。此外，在一些大型公共场所或无人值守区域，传统遮雨棚的人工操作模式既增加了人力成本，又难以实现实时、精准的调控，与当下智能化、自动化的社会发展趋势存在明显脱节。

在此背景下，折叠式智能遮雨棚的设计与实现具有重要的现实意义和应用价值。一方面，它顺应了智慧家居、智慧城市建设的发展潮流，通过将传感器技术、嵌入式技术与通信技术相结合，实现了遮雨棚从“被动响应”到“主动感知”的升级。借助雨滴传感器对降雨的实时监测和光线传感器对环境光照的精准捕捉，系统能够自主判断天气变化并触发相应动作，无需人工干预即可完成遮雨棚的展开与收起，有效解决了传统模式下响应滞后、操作繁琐的问题。另一方面，NB-IoT通信技术的引入使得遮雨棚具备了远程监控和控制能力，管理人员可通过监控中心实时掌握设备状态，在特殊天气下进行远程干预，极大提升了管理效率，尤其适用于大型园区、商业综合体等复杂场景。同时，折叠式结构设计不仅节省了收纳空间，还降低了设备在非使用状态下的损耗，延长了使用寿命。从更广泛的视角来看，这种智能化改造为城市基础设施的升级提供了可借鉴的范例，推动了资源的高效利用和生活方式的便捷化，具有显著的经济价值和社会意义。

1.2 国内外研究现状

在折叠式智能遮雨棚相关领域，国内外研究已形成多维度探索态势，既体现技术共性，也因应用场景与发展路径差异呈现出不同特点。  

国外研究起步较早，聚焦于智能家居与户外设施智能化的融合，尤其在传感器集成与自适应控制技术上积累深厚。早期探索多以单一功能为切入点，如2010年后欧洲学者针对庭院遮雨棚开发的雨滴感应系统，通过电容式雨滴传感器实现基础防雨触发，但受限于当时通信技术，多采用短距离无线协议（如ZigBee），远程控制能力有限。近年来，随着物联网技术成熟，研究逐渐向多参数协同感知升级，美国加州大学团队提出的“环境自适应遮雨棚方案”，将雨滴、光照、风力传感器数据融合，通过机器学习算法预测天气变化趋势，提前调整遮雨棚状态，其核心在于STM32等嵌入式芯片的高速数据处理能力与NB-IoT等广域通信技术的结合，实现了跨场景远程管理。此外，国外企业更注重商业化落地，如德国某品牌推出的折叠式智能遮雨棚，通过模块化设计适配不同建筑结构，支持手机APP与智能家居系统联动，但受限于成本控制，传感器精度与极端天气适应性仍有优化空间。  

国内研究则依托智慧城市与物联网产业的快速发展，呈现出“技术本土化”与“场景定制化”特征。早期研究多借鉴国外技术框架，侧重低成本方案验证，如2015年后国内高校团队基于Arduino开发的简易智能遮雨棚，通过光敏电阻与雨滴传感器实现基础自动控制，虽功能单一，但为后续研究奠定了实践基础。近年来，随着国产芯片（如STM32系列）与通信技术（如华为NB-IoT模块）的成熟，研究转向高性价比系统集成，重点突破折叠结构轻量化与控制逻辑精准性问题。例如，针对南方多雨多风气候，华南地区研究团队优化了电机驱动算法，通过扭矩反馈调节遮雨棚展开角度，避免强风下结构损坏；华东地区则聚焦商业综合体场景，开发了多棚联动控制系统，通过云端平台实现数百个遮雨棚的统一监测与调度。此外，国内研究更注重与实际需求结合，如在老旧小区改造中，通过简化操作界面、降低维护成本，提升设备的居民接受度，但在传感器数据融合算法的鲁棒性与长期运行可靠性上，与国外先进水平仍存在一定差距。  

总体而言，国内外研究均围绕“感知-决策-执行”核心逻辑展开，国外强调整体系统的稳定性与用户体验，国内则突出技术实用性与场景适配性，而如何在极端环境适应性、多场景泛化能力与成本控制间找到平衡，仍是当前研究的重点方向。

1.3 研究内容与方法

本研究围绕折叠式智能遮雨棚的设计与实现展开，核心在于构建集环境感知、智能决策、精准执行及远程通信于一体的系统。研究内容涵盖硬件选型与集成，选取雨滴传感器、光线传感器作为感知终端，实时采集降雨与光照数据；以STM32为主控核心，开发嵌入式控制程序，实现对传感器信号的处理与逻辑判断，并驱动电机完成遮雨棚的折叠与展开动作；引入NB-IoT通信模块，搭建数据传输通道，支持远程指令接收与设备状态监控。研究方法采用原型开发法，先通过仿真软件验证控制逻辑的可行性，再制作硬件原型进行实验室环境测试，模拟不同降雨强度与光照条件下的系统响应，结合调试优化传感器阈值与电机驱动参数，最终通过实地场景试运行完善系统性能。