馮勛

（同濟大學浙江學院，浙江 嘉興314000）

隨著科技的高速發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，所以物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也得到了快速的發(fā)展，人們更傾向于通過科技來讓自己的生活變得更加舒適，智能家居由此誕生。窗簾已經(jīng)成為了人們生活中的一部分，他可以保護自己的隱私不被他們侵犯，在早晨窗簾可以被設置定時自動開啟，迎接著早晨的陽光將是一件多么愜意的事情，此外智能窗簾還可以合理利用浪費的光能為電機持續(xù)供電，真正的做到綠色污染。

1 系統(tǒng)硬件電路設計

1.1 單片機微控模塊

針對微型控制這一個模塊推薦使用stm32 系列的微控制器，這一系列芯片具有成本低、功耗低、性能優(yōu)等特點，我們可以選用STM32F407 系列作為我們的實用芯片。這一芯片使用了ARM32 位的Cortex-M4 內(nèi)核，工作的峰值頻率最高可以達到168Mhz。STM32F407 系列的芯片不僅擁有15 個通訊接口、17 個定時器、USB、CAN，而且它還有擁有與以太網(wǎng)的接口，可以使網(wǎng)絡模塊得到極大的擴展，高效有序的完成各類通訊環(huán)節(jié)，此外可以通過stm32 將各種語音識別模塊，光感應控制模塊，步進電機驅動模塊有效的聯(lián)合在一起，采用這一款芯片我們還可以繼續(xù)進行其他的開源設計，方便更好的為后期其他的嵌入式硬件打下良好的基石。

1.2 語音識別模塊

采用WT588D 作為語音模塊，該模塊具有功能強大、音質支持范圍高、性能穩(wěn)定而得到廣泛應用。內(nèi)部自帶32Mb 的SPI-Flash 存儲，13 位的DA 轉換器和128 位的PWM輸出，支持6K-22KHz 采樣率的音頻加載,可以進行提示音的錄入與語音識別功能的加載過程，我們可以通過開源的軟件進行個性化設計，用戶可以通過選擇液晶顯示屏的選項控制單片機，進而控制WT588D 進行語音錄制模塊的開源個性化設置，比如當用戶選擇液晶顯示屏中的控制窗簾開合程度50%進行語音開源錄制，語音識別模塊就會根據(jù)當事人說過的具體內(nèi)容來控制步進電機進行相對應窗簾開合。

1.3 光感應控制模塊

在陽光照射采集這樣一個模塊中推薦是使用Po188 可見光照傳感器，它是一個光電集成的傳感器，常見入射波長為520nm，傳感器的內(nèi)部還安有雙敏感元接收器，可以自動的衰減近紅外，使得光譜響應接近人眼函數(shù)曲線，高度敏感的區(qū)域為可見光范圍，輸出電流隨著光照強度呈線性變化。Po188 光照傳感器是經(jīng)過A/D 轉換和stm32 的控制來確定步進電機的轉向，一旦光照強度大于某一個標準值的時候，他就會給單片機發(fā)送一個特殊的指令信號，從而控制步進電機進行一個開合窗簾的過程。

1.4 電機驅動模塊

步進電機的工作原理是在將接收端的電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移信號進行固定角度轉動的電機器件，步進電機具有優(yōu)秀的起停能力可以較為精確地控制窗簾開合的程度，此外因為每步的精度在3%～5%，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性。推薦使用集成驅動芯片L298 作為動力電機的驅動芯片，由于L298 可被PWM信號控制電機調(diào)速，所以可以使用stm32f104 單片機產(chǎn)生一個PWM波去控制L298 芯片，從而間接的控制電機的運轉過程。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 單片機主控程序的開發(fā)與設計

針對軟件編程環(huán)境的選擇，我們采用Keil uVision5 作為我們編程環(huán)境，通過stc-isp-15xx-v6.86O 軟件將編程好的信息燒錄進我們的stm32 中，程序設計的理論如下：

如果光照強度大于500Lux 小于2500Lux 時，步進電機將被發(fā)送一個PWM信號進行正轉操作，使得窗簾處于打開狀態(tài)，數(shù)碼管顯示光照強度，液晶顯示屏幕的信息為“當前狀態(tài)=打開100%”；當大于或等于2500Lux 小于5000Lux 時，電機開始反向轉動，窗簾被部分關閉，液晶顯示屏幕當前的信息為“當前狀態(tài)=打開80%”；當光照大于5000Lux 小于7000Lux 時，電機繼續(xù)反轉，再次顯示光照強度，液晶顯示屏幕此時的信息為“當前狀態(tài)=打開50%”，當光照一旦小于15Lux(此時已達到傍晚或者已經(jīng)是夜晚狀態(tài)）為保護用戶的個人隱私窗簾將自動關閉，此時顯示“當前狀態(tài)=打開0%”，此外用戶也可以根據(jù)不同的實際情況選用不同的模式，比如當用戶想要午睡的時候可以選擇液晶顯示屏中的“關閉”按鈕自動將窗簾全部閉合，可以為窗簾設置一個定時，等到了指定時間，窗簾將會自動開啟利用陽光喚醒用戶，由于陽光不像鬧鐘那樣具有極大的刺激作用，可以讓那些有起床氣的用戶有更加良好的使用體驗。

2.2 關于控制接收端網(wǎng)絡節(jié)點的設計

關于控制接收端的網(wǎng)絡節(jié)點我們選用由TI 公司生產(chǎn)具有CC2530 芯片的Zigbee 網(wǎng)絡節(jié)點。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 使用的是一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它建設一個強大的網(wǎng)絡節(jié)點所需要的材料成本非常低。CC2530 芯片結合了許多領先RF 收發(fā)器的優(yōu)秀性能，其中包括業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KB RAM 和許多其他強大的功能。CC2530 可以進行不同的工作模式，這使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530 系統(tǒng)硬件電路是由穩(wěn)壓電源、時鐘電路、復位電路等電路的組合而成。通過Zigbee 將各種電子元器件給實時聯(lián)網(wǎng)到手機或者電子顯示屏上，所有的用戶因此可以有更好的體驗。Zigbee 可以建立很多網(wǎng)絡節(jié)點，同時也可以通過5G 網(wǎng)絡進行實時的傳輸數(shù)據(jù)通訊，所有它的信息傳送量是很大的，此外Zigbee 的另外一個優(yōu)勢就是具有良好的兼容性，在進行操作的時候可以連接眾多的家庭控制網(wǎng)絡。作為新一代的產(chǎn)物Zigbee 還符合當下節(jié)能環(huán)保的主題，在收發(fā)信息時每個節(jié)點都可以很好的節(jié)約電能。

3 結論

本文完成了對智能窗簾的設計從外界光照強度的實時數(shù)據(jù)采集，到單片機對數(shù)據(jù)的分析與判斷，從而發(fā)送給步進電機合適的PWM信號控制步進電機帶動窗簾進行開合過程，可以通過Java 軟件開發(fā)一款智能手機App 或者是微信小程序，通過wifi 信號對Zigbee 網(wǎng)絡節(jié)點進行實時數(shù)據(jù)顯示和控制，也可以通過液晶顯示屏顯示傳感器的各項指標。如果遇到突然停電等特殊情況，窗簾的向陽面也含有太陽能電池可以將太陽能轉換為直流電能繼續(xù)為單片機和步進電機等模塊進行供電，此外也可以直接對窗簾進行人為物理的控制，我相信這是很人性化的，在智能窗簾上我們不僅要體現(xiàn)出他的智能化而且更要體現(xiàn)出它最為一款新時代的智能家居系統(tǒng)為人類帶來的良好用戶體驗，絕不能因為由于它的智能化而導致失去原有的功能，它的升級一定是在保留了原來優(yōu)點的基礎上對不好的地方的改良，最后我相信我們的生活會因為科技變得更加美好。