邵海龍，梁嵇暉

(武夷學院 機電工學院,福建 武夷山 354300)

智能窗簾控制系統(tǒng)

邵海龍，梁嵇暉

(武夷學院 機電工學院,福建 武夷山 354300)

家用窗簾的智能控制系統(tǒng)主要由直流電機、HC-06藍牙模塊和AT89C52單片機組成。該系統(tǒng)具備手動控制、藍牙遙控和自動控制三種功能。硬件利用按鍵實現(xiàn)手動和自動模式的切換，選擇HC-06藍牙模塊接收控制命令，采用DTH11溫濕度傳感器和光敏電阻對室內環(huán)境進行自動檢測，并根據(jù)檢測結果控制直流電機動作，實現(xiàn)對室內窗簾的自動控制。該系統(tǒng)具有性價比高、運行穩(wěn)定、抗干擾性強等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)窗簾控制手段單一、智能化低的缺點。

智能窗簾；單片機；藍牙通信；智能控制

0 引言

微電子技術和無線通信技術的不斷進步，推動了家居智能化的發(fā)展。智能窗簾控制系統(tǒng)作為智能家居的重要組成部分，逐漸地走進了人們的生活，給人們提供了方便、舒適的生活環(huán)境。本文將傳感器檢測技術、單片機控制技術和藍牙通信技術相結合，設計出一款能夠根據(jù)當前環(huán)境溫濕度、光照強度大小自動控制開關窗簾的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可在手動模式和自動模式進行任意切換，解決了傳統(tǒng)窗簾控制手段單一的缺點，使設計更加人性化。為了進一步提高系統(tǒng)控制的靈活度，系統(tǒng)設計中采用HC-06藍牙模塊，實現(xiàn)了本地控制端和藍牙遙控設備之間的無線通信，滿足了家用窗簾遠程控制的需求[1]。

1 系統(tǒng)總體結構設計

智能窗簾控制系統(tǒng)以AT89C52單片機為主控制芯片，硬件由電源模塊、按鍵采集模塊、溫濕度采集模塊、光強采集模塊、AT89C52主控模塊、LED顯示模塊、電機驅動模塊、報警模塊和通信模塊組成。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 智能窗簾控制系統(tǒng)結構圖

2 系統(tǒng)硬件電路設計

智能窗簾控制系統(tǒng)的硬件共由9部分組成，根據(jù)電路工作的特性，設計中將它們分為電源電路、采集控制電路和通信電路。

2.1 電源電路設計

系統(tǒng)硬件中直流電機和電機驅動芯片需要使用直流12 V進行供電,其他硬件部分需要直流5 V供電。本設計供電電源選擇直流24 V 5 A的蓄電池電池作為供電源。輸入的24 V電壓經過LM7812和LM7805轉換出直流12 V和5 V輸出，為系統(tǒng)硬件供電。電源電路如圖2所示。

圖2 電源電路圖

2.2 采集控制電路設計

采集和控制電路由輸入采集電路、主控單元電路、輸出控制電路三部分組成。輸入采集電路包括對環(huán)境溫濕度、環(huán)境光照強度和輸入按鍵信息的采集；主控單元設計包括單片機最小工作系統(tǒng)設計；輸出控制部分包括對直流電機動作控制、蜂鳴器發(fā)生控制和LED輸出指示燈的控制。采集和控制電路如圖3所示。

(1)輸入采集電路設計

輸入采集電路有由溫濕度采集電路、光強采集電路和按鍵采集電路三個部分組成。

①溫濕度采集電路設計

溫濕度采集選擇DHT11溫度傳感器，傳感器的輸出接到單片機P1.0引腳上。單片機通過讀取P1.0口輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的檢測。

②光照強度采集電路設計

光強采集選擇光敏電阻模塊，采集的數(shù)據(jù)通過2腳接單片機P0.7引腳上。可用單片機內部A/D轉換功能，實現(xiàn)對環(huán)境光照強度的檢測。

③按鍵采集電路設計

設計四個按鍵分別代表“手動按鍵”、“自動按鍵”、“開窗簾按鍵”和“關窗簾按鍵”四種輸入的控制命令。

(2)主控單元設計

主控單元由單片機、晶振電路和復位電路三部分組成；晶振電路由12 MHz晶振和2個30 pF電容組成。晶振電路的作用是給單片機提供工作的時序；復位電路由RST復位按鍵、電解電容C5、電阻R31和R32組成，復位信號的輸出端接單片機的9腳。復位電路作用是給單片機提供一個復位信號，控制單片機回到上電狀態(tài)，解決單片機上電的瞬間，由于供電電壓的波動，可能導致單片機不能正常運行程序的問題。

(3)電機驅動電路設計

單片機通過P2.7引腳和L298N的ENA引腳相連，控制直流電機的工作使能信號，通過P2.5和P2.6引腳與L298N的IN1和IN2相連，通過P2.5引腳和P2.6引腳下發(fā)電機運動的控制命令。L298N的OU1和OUT2輸出控制Motor1進行運動。D7～D10四個1N4148的保護二極管，防止電機斷電后產生的感應電動勢損壞電機。

2.3 藍牙通信電路設計

藍牙通信電路由HC-06藍牙模塊、MAX3232芯片及其輔助電路組成。MAX3232是電平轉換芯片，用于單片機和藍牙模塊之間的電平匹配。單片機的P3.0和P3.1引腳與MAX3232電平轉換芯片11和12引腳相連，利用單片機的內置串口接收HC-06發(fā)送的控制命令。藍牙通信電路如圖4所示。

圖4 藍牙通信電路

3 系統(tǒng)軟件程序設計

3.1 軟件主流程設計

系統(tǒng)軟件工作后，首先執(zhí)行初始化程序，初始化程序中完成對單片機IO引腳的分配以及定時器和串口的初始化。初始化完成后程序進入一個while(1)無限循環(huán)體。在循環(huán)中順序執(zhí)行如下操作：

(1)初始化完成后執(zhí)行按鍵掃描程序，判斷出系統(tǒng)當前的工作狀態(tài)。若為手動模式，則根據(jù)開關窗按鍵的按下狀態(tài)，調用電機控制程序，控制電機動作；若為自動模式，則進入步驟(2)。

(2)首先調用通信程序，接收遙控端命令并進行處理，若接收命令為控制命令，則調用電機控制程序，控制電機動作。若為參數(shù)設置命令，則對接收參數(shù)保存，保存完成后，調用傳感器檢測程序，采集當前環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)采集結果判斷是否滿足開關窗條件。若不滿足則返回到步驟(1)。若滿足開關窗條件調用電機控制程序，控制電機動作，執(zhí)行步驟(3)。

(3)判斷是否到達電機動作的定時時間到，若未到規(guī)定時間則繼續(xù)執(zhí)行電機控制程序。若規(guī)定時間已到，則控制蜂鳴器發(fā)出報警提示音后，返回步驟(1)。軟件工作流程如圖5所示。

3.2 通信程序設計

在通信過程中，藍牙遙控端發(fā)送下發(fā)控制命令，可以對環(huán)境參數(shù)調節(jié)點和窗簾的動作進行控制。下發(fā)的控制命令包括設置溫濕度和光照強度的開關點值、開窗簾命令和關窗簾命令[2]。下面將對通信雙方的通信協(xié)議進行介紹。

藍牙遙控端和系統(tǒng)控制端的數(shù)據(jù)收發(fā)采用十六進制，幀開始為AA，命令字符為(01，02)，其中01代表下發(fā)窗簾動作命令，02代表設置環(huán)境調節(jié)點值。數(shù)據(jù)由3個字節(jié)組成，在下發(fā)窗簾動作命令時，數(shù)據(jù)第一個字節(jié)若為01代表關窗簾命令，若為02代表光窗簾命令，其余兩個字節(jié)數(shù)據(jù)默認輸出00；在下發(fā)環(huán)境設置點命令時，1～3字節(jié)分別代表溫度值、濕度值和光照強度值。CRC校驗和用第6位表示?？刂贫私邮窄h(huán)境設置點命令舉例如表1所示。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收幀格式

圖5 軟件工作流程圖

4 結論

該智能窗簾控制系統(tǒng)以單片機為主控，現(xiàn)場利用無線和智能傳感器實現(xiàn)對窗簾的自動控制、手動控制和遠程控制功能。從實際應用效果來看，該系統(tǒng)具有控制靈活、實用性強等優(yōu)點，能夠滿足家居生活對窗簾的自動控制要求，具有一定的推廣價值和市場應用前景。

[1] 李強，田國棟.基于 DS18B20 的室內智能溫度控制系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2012，20(3)：34-36.

[2] 何康旭，張婧婧.基于單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代計算機(專業(yè)版), 2012(24):75-78.

Intelligent curtain control system

Shao hailong,Liang Jihui

(College of Mechanical and Electrical Engineering,Wuyi University, Wuyishan 354300, China)

The intelligent control system of household curtain consists of DC motor, HC-06 Bluetooth module and AT89C52 MCU. The system has manual control, Bluetooth remote control and automatic control three functions. It uses hardware keys to achieve switching manual and automatic mode, selects the HC-06 Bluetooth module to receive the control commands, uses the temperature and humidity sensor DTH11 and the photosensitive resistance for the automatic detection of the indoor environment, and according to the control of DC motor motion detection results, achieves automatic control of the indoor curtain. The system has advantages of high performance, stable operation, strong anti-interference, and it solves the problems that the traditional curtain control means are single and low in intelligence.

intelligent curtain；microcomputer control unit；Bluetooth communication；intelligent control

TP272

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.04.017

邵海龍，梁嵇暉.智能窗簾控制系統(tǒng)[J].微型機與應用，2017,36(4)：56-58.

2016-09-27)

邵海龍(1981-)，男，本科，講師，主要研究方向：智能控制。

梁嵇暉(1993-)，男，本科生，主要研究方向：嵌入式。