張 釗 馮志鴻 張煜升

（廣東工業(yè)大學(xué) 華立學(xué)院，廣東 廣州 511300）

0 引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，室內(nèi)設(shè)計(jì)智能化程度越來(lái)越高?，F(xiàn)智能窗簾控制系統(tǒng)在家居、大型會(huì)議室等領(lǐng)域得到了廣泛使用，最大限度滿足人們對(duì)窗簾開(kāi)度的各種要求，克服了傳統(tǒng)窗簾的許多缺點(diǎn)，為人們提供了更快捷、舒適的生活環(huán)境。系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了以光和溫濕度信號(hào)的窗簾軌的自動(dòng)化工作，并引入藍(lán)牙無(wú)線通信技術(shù)使窗簾和窗戶隨室外光線和室內(nèi)溫濕度的檢查實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)。

1 系統(tǒng)要求

自動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)窗簾隨光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)/關(guān)的功能；對(duì)環(huán)境溫濕度的檢測(cè)，可根據(jù)用戶設(shè)置環(huán)境參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)窗簾和窗戶。利用無(wú)線藍(lán)牙模塊可對(duì)窗簾和窗戶的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)遙控功能。在手動(dòng)模式下，通過(guò)按鍵控制達(dá)到窗簾、窗戶的開(kāi)/關(guān)和停止。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)方式的靈活轉(zhuǎn)換。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)選用STC12C5A60S2 作為主控芯片，用以完成對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制、信息處理和液晶顯示。單片機(jī)控制直流減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)窗簾、窗戶的控制。光照強(qiáng)度、溫濕度信號(hào)均通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙模塊傳輸至單片機(jī)，經(jīng)處理后實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)窗戶、窗簾的自動(dòng)控制。

2.2 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案和要求，可將電路分為5 部分，分別為無(wú)線藍(lán)牙遙控，傳感器數(shù)據(jù)采集，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，單片機(jī)主控和電源部分。

2.2.1 無(wú)線藍(lán)牙遙控

無(wú)線藍(lán)牙通信采用HC-06 藍(lán)牙模塊，主機(jī)模塊和從機(jī)模塊之間互相通信。該藍(lán)牙模塊指令豐富，通信穩(wěn)定性較高，可應(yīng)用到智能窗簾的無(wú)線遙控上。配對(duì)以后當(dāng)全雙工串口使用，無(wú)需任何藍(lán)牙協(xié)議，支持8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)的通信格式。相比傳統(tǒng)2.4GHz 無(wú)線通信更先進(jìn)，密碼配對(duì)穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)操作形式更加多樣化。

2.2.2 傳感器數(shù)據(jù)采集

（1）BH1750FVI 光電傳感器

采集光照強(qiáng)度參數(shù)運(yùn)用了GY-30 集成光照模塊，主要傳感器芯片是BH1750FVI，利用它的高分辨率可探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。接近人眼視覺(jué)靈敏的光譜靈敏度特性，輸出對(duì)應(yīng)光照度的數(shù)值較寬；通過(guò)50Hz/60Hz 的除光噪音功能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量。光源依賴(lài)性弱（太陽(yáng)光、白熾燈，熒光燈，鹵素?zé)?，白光LED），可根據(jù)光學(xué)窗口調(diào)整測(cè)量結(jié)果，受紅外線影響很小。

為輸入穩(wěn)定的電壓，IIC 總線時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線直接分別接入單片機(jī)的I/O 引腳P2^4 和P2^5；而地址線選擇接電源地。

（2）DHT11 溫濕度傳感器

溫度和濕度參數(shù)的采集采用傳感器DHT11，采用單總線協(xié)議的單線制串行接口，具有相對(duì)溫度和濕度測(cè)量，全部校準(zhǔn)及數(shù)字輸出，有超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離等優(yōu)點(diǎn)。

傳感器集成電阻式感濕元件和DHT11 測(cè)溫元件，能與高性能8位單片機(jī)相連接。DHT11 傳感器校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，在傳感器內(nèi)部檢測(cè)信號(hào)處理時(shí)調(diào)用。DATA 引腳直接連接單片機(jī)I/O 引腳，單片機(jī)對(duì)它進(jìn)行控制。

2.2.3 電機(jī)的選擇與控制

（1）電機(jī)的計(jì)算選擇

系統(tǒng)中，電機(jī)是最主要的動(dòng)力?？刹鹧b遙控電動(dòng)滑輪系統(tǒng)中，在選擇電機(jī)時(shí)需要考慮成本與其所能帶動(dòng)的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩是電機(jī)所能帶動(dòng)負(fù)載的指標(biāo)，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)矩可有效選擇電動(dòng)滑輪所需的電機(jī)。

T 是扭矩，單位N·m

P 是輸出功率，單位kW

n 是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min

根據(jù)轉(zhuǎn)矩(T)=扭力(F)* 作用半徑(R)，即：T=F*R 可以推出扭力扭力F 的單位為N

在自動(dòng)窗戶窗簾選擇好的情況下，通過(guò)計(jì)算來(lái)選擇電機(jī)類(lèi)型。目前，在電動(dòng)窗簾機(jī)的應(yīng)用上使用最多的是步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)。直流減速電機(jī)可精確控制，又能彌補(bǔ)步進(jìn)電機(jī)無(wú)電狀態(tài)下不能轉(zhuǎn)動(dòng)的缺陷。結(jié)合大多數(shù)窗簾的使用，系統(tǒng)選用JGB37-520 減速電機(jī)，轉(zhuǎn)矩可達(dá)8kg·cm。

（2）電機(jī)的控制

L298N 是恒壓恒流式2A 驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部含有4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，適合驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)采用的直流減速電機(jī)。L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)Vss（4.5-7V 電壓），單片可驅(qū)動(dòng)2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源電壓DC 5-35V。系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片5,7,10,12 腳輸入控制電平來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；EnA，EnB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。

利用PWM 調(diào)制方式可進(jìn)行電機(jī)調(diào)速?？刂拼昂熼_(kāi)合的過(guò)程中同時(shí)檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，以確定當(dāng)前窗簾/窗戶的狀態(tài)。

2.2.4 單片機(jī)主控

STC12C5A60S2 系列單片機(jī)是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)，內(nèi)部集成MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路,2 路PWM,8 路高速10位A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

單片機(jī)及其最小系統(tǒng)組成（包括I/O 口，定時(shí)器/計(jì)時(shí)器，復(fù)位電路，晶振等部分）作為系統(tǒng)的主控部分。采用C 語(yǔ)言編程，主要完成對(duì)當(dāng)前模式的判斷，無(wú)線藍(lán)牙數(shù)據(jù)的編譯，光強(qiáng)信息和溫濕度信息的編譯采集，處理后的數(shù)據(jù)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

2.2.5 電源部分

STC12C5A60S2 單片機(jī)正常工作的電壓范圍是4.0-5.5V，采用集成穩(wěn)壓器LM1117-5.0 輸出5V 直流電壓供單片機(jī)工作。直流減速電機(jī)采用單獨(dú)供電模式，將220V 的交流電壓經(jīng)變壓器整流為7.2V 的直流電壓供電機(jī)使用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)編程采用C 語(yǔ)言的模塊化設(shè)計(jì)思想，降低軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜性。在程序中定義頭文字和子程序，在主程序調(diào)用子程序的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息采集、處理和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)軟件程序與控制電路的協(xié)調(diào)組成藍(lán)牙光控窗簾系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度和溫濕度對(duì)窗簾的自動(dòng)調(diào)控。軟件模塊化編程提高了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，便于后期開(kāi)發(fā)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該電動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，成本低，易于擴(kuò)展。應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)，使得系統(tǒng)應(yīng)用更智能，方便使用手機(jī)等帶藍(lán)牙設(shè)備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。

［1］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

［2］莊淵昭.實(shí)用智能窗簾機(jī)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008.