仇 歡 顧新艷 倪海鵬 朱康凱

（南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院，江蘇 南京211167）

1 概述

隨著人們生活水平的日益提高，人們對(duì)健康舒適和方便的家居生活的需求也越來(lái)越高。第一代多功能智能型窗戶由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，很難滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，而基于藍(lán)牙通信的智能型窗戶能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，可以極大滿足人們的需求。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自行研制的第一代多功能智能型窗戶模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能型多功能窗戶模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

設(shè)計(jì)中傳動(dòng)裝置采用了螺桿傳動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，又通過(guò)螺桿上的螺母降轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)，以增加電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性，窗框可在任意位置停止；采用限位開關(guān)，使窗框在到達(dá)極限位置時(shí)停止運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)

基于藍(lán)牙通信的智能型窗戶的系統(tǒng)總體控制方案如圖2所示，STM32F407 主控板由太陽(yáng)能和蓄電池供電?；谒{(lán)牙通信的智能型窗戶保留了第一代多功能智能型窗戶的環(huán)境狀態(tài)采集功能、防夾功能、報(bào)警功能以及SD 卡存儲(chǔ)等功能，1.3 寸的OLED 替換成了4.3 寸的TFTLCD 以便更清晰地實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、溫濕度、工作狀態(tài)等信息，同時(shí)增加了藍(lán)牙通信模塊，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙串口APP 遠(yuǎn)程控制的功能。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 核心控制板

核心控制板集成STM32F407 主控芯片、晶振電路、濾波電路、3.3V 降壓電路等相關(guān)電路。STM32F07 單片機(jī)，芯片具有高性能、低功耗，工作可靠等特點(diǎn)，其引腳數(shù)量較多，適合用于復(fù)雜的系統(tǒng)控制。主控板還內(nèi)置RTC 時(shí)鐘，由紐扣電池獨(dú)立供電，使得在外部電源關(guān)閉時(shí)，時(shí)鐘仍能正常工作。

圖2 控制方案圖

3.1.2 系統(tǒng)供能方案

控制系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電，利用太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存于蓄電池中。并由蓄電池為單片機(jī)、電機(jī)等元件進(jìn)行供電。使用太陽(yáng)能供電符合了低碳生活節(jié)能環(huán)保的要求，使用蓄電池儲(chǔ)存電能使得在連續(xù)的陰雨天設(shè)備能正常工作。

太陽(yáng)能板性能參數(shù)為12.6V 20W，經(jīng)電源管理模塊蓄電池和降壓模塊分別為電機(jī)供7.2V 的電、為編碼器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供12.6 的電、為紅外測(cè)距模塊和藍(lán)牙模塊供5V 的電以及為STM32 核心板供3.3V 的電。

3.1.3 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通訊協(xié)議，支持設(shè)備短距離的無(wú)線通信，使用2.4～2.485GHz 的ISM波段的UHF 無(wú)線電波，其收發(fā)器芯片成本低、功耗低，因而被廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)使用藍(lán)牙串口模塊與單片機(jī)相連以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。藍(lán)牙模塊采用LQ_BTM1V2 型藍(lán)牙模塊，其數(shù)據(jù)傳輸更穩(wěn)定，可以設(shè)置配對(duì)密碼保證連接的正確性。其原理圖如圖3 所示。主控芯片的引腳PA9 和PA10 分別連接藍(lán)牙串口模塊的RXD 端和TXD 端，同時(shí)給藍(lán)牙串口模塊供電5V 以及接地。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含溫濕度控制、感光控制、定時(shí)控制、藍(lán)牙遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)等功能。

其具體功能流程圖如圖4 所示。

圖3 藍(lán)牙模塊原理圖

圖4 系統(tǒng)流程圖

4 藍(lán)牙通信功能測(cè)試

4.1 中午12：12：50 測(cè)試

①測(cè)試環(huán)境：

測(cè)試日期：2019 年10 月27 日星期天

測(cè)試地點(diǎn)：江蘇省南京江寧區(qū)弘景大道一號(hào)南京工程學(xué)院至浩苑信息樓B 棟三樓樓頂

測(cè)試地點(diǎn)天氣狀況：天氣多云

距離窗戶的距離：5 米

②測(cè)試任務(wù)：

關(guān)閉窗戶，開啟感光功能，溫度功能，濕度功能。

③窗戶當(dāng)前狀態(tài)：

窗戶為開的狀態(tài)；窗簾為開的狀態(tài)；感光功能未開啟；溫度功能未開啟；濕度功能未開啟。

④測(cè)試結(jié)果：

圖5 LCD 顯示

圖6 手機(jī)APP 顯示結(jié)果

⑤測(cè)試結(jié)果分析：

表1 測(cè)試數(shù)據(jù)整理表

由表1 測(cè)試數(shù)據(jù)整理表知，對(duì)比結(jié)果可知都為匹配，可知，利用藍(lán)牙通信可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制功能。

4.2 晚上21：04：40 測(cè)試

①測(cè)試環(huán)境

測(cè)試日期：2019 年10 月27 日星期日

測(cè)試地點(diǎn)：江蘇省南京江寧區(qū)弘景大道一號(hào)南京工程學(xué)院至浩苑信息樓B 棟三樓樓頂。

測(cè)試地點(diǎn)天氣狀況：多云

距離窗戶距離：5 米

②測(cè)試任務(wù)

關(guān)閉窗簾，并關(guān)閉濕度功能、溫度功能、感光功能。

③窗戶當(dāng)前狀態(tài)：

窗戶為關(guān)的狀態(tài)；窗簾為開的狀態(tài)；感光功能開啟；濕度功能開啟；溫度功能開啟。

④測(cè)試結(jié)果：

圖7 LCD 顯示

⑤測(cè)試結(jié)果分析：

圖8 手機(jī)APP 顯示

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)整理表

由表2 測(cè)試結(jié)果整理表知，對(duì)比結(jié)果可知都為匹配，則利用藍(lán)牙通信可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制功能。

5 結(jié)論

基于藍(lán)牙通信的智能型窗戶實(shí)現(xiàn)了較遠(yuǎn)距離控制窗戶開合的功能、溫濕度功能開閉以及感光功能開閉等功能。經(jīng)試驗(yàn)調(diào)試，開關(guān)窗過(guò)程平穩(wěn)可靠，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，通過(guò)手機(jī)，使得人與窗戶的控制交互進(jìn)一步增強(qiáng)，極大地增加了窗戶的智能化程度。符合現(xiàn)代智能家居的發(fā)展和需求，有較大的實(shí)用價(jià)值。