周亞運，任青玲，莫 沛，莫家威，鄧 朋，殷曉宇

（柳州工學院信息科學與工程學院 廣西 柳州 545616）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對居住場所的要求越來越高，家庭是我們每個人每天生活必在的場所，一方面希望住所能舒適溫馨，另一方面又希望住宅家居能夠更加智能和先進。智能家居多種多樣，窗戶是人們日常生活中最常見的家居之一，它已經(jīng)成為智能家居研究非常有意義的部分。從以往的窗戶研究和分析，不難發(fā)現(xiàn)它們有許多缺點和使用上的不便。首先，開關窗戶需要人手動操作[1]。其次，窗戶的設計不能保證室內環(huán)境的舒適性，因為它不能響應外部環(huán)境的變化。當房間里沒有人或者由于突然下雨等惡劣天氣，不能及時關閉窗戶，因此，基于4G網(wǎng)絡的智能開窗器控制系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要了。

2 系統(tǒng)整體設計

圖1為本設計整體方案框圖，本設計采用直流推桿電機的正反轉模擬開窗器的開關狀態(tài)。開窗器的光控，采用光敏電阻傳感器進行光照強度采集判斷進行控制，實現(xiàn)根據(jù)光照就行開窗關窗的操作。窗戶的雨滴控制，采用雨滴模塊檢測是否有雨，當檢測到室外有雨時自動關窗，沒雨的時候開窗。使用DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器采集環(huán)境溫濕度，使用OLED顯示屏實時顯示并及時判斷溫度是否超限，超限后能夠進行窗戶的關閉控制。手動模式采用4G網(wǎng)絡進行控制，當Wi-Fi模塊跟路由器或者熱點建立連接之后，通過遠程遙控，實現(xiàn)手動開關窗戶，根據(jù)手機軟件選擇控制模式，實現(xiàn)開窗器的自動開關控制[2]。

圖1 整體設計方案框圖

3 硬件電路設計

本設計選擇STM32單片機作為主控芯片，電機采用步進電機，電機模塊采用L298N模塊作為直流推桿電機的驅動模塊，OLED顯示屏作為顯示模塊，電源模塊采用USB轉12V接口的電源線進行供電[3]。硬件設計原理見圖2。

圖2 硬件設計原理圖

4 軟件系統(tǒng)設計

本課題的設計采用模塊化編程，將整個程序分為主程序、模塊驅動程序、OLED顯示程序以及遠程遙控程序等。主程序主要實現(xiàn)各個模塊的初始化，初始化完成后，調用各個子程序模塊并完成相應的功能。主程序控制流程見圖3。

圖3 主程序流程圖

4.1 光照模塊控制軟件流程

圖4為光照模塊控制軟件流程圖，模塊上電，初始化完成。采集到光照強度數(shù)據(jù)后，返回給單片機。單片機處理接收數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結果去驅動L298N模塊，驅動完成，進而驅動直流推桿電機完成相應的動作，達到自動開關窗的目的。

圖4 光照模塊軟件流程

4.2 雨滴模塊控制軟件流程

圖5為雨滴模塊控制軟件流程圖，模塊上電，初始化完成。采集到模塊數(shù)據(jù)后，返回給單片機。單片機處理接收數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結果去驅動L298N模塊，驅動完成，進而驅動直流推桿電機完成相應的動作，達到自動開關窗的目的。

圖5 雨滴模塊軟件流程

4.3 溫濕度模塊控制軟件流程

圖6為溫濕度模塊控制軟件流程圖，模塊上電，初始化完成。采集到模塊數(shù)據(jù)后，返回給單片機。單片機處理接收數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結果將環(huán)境溫濕度實時發(fā)送到OLED屏，并驅動L298N模塊，驅動完成，進而驅動直流推桿電機完成相應的動作，達到自動開關窗的目的。

圖6 溫濕度模塊軟件流程

4.4 Wi-Fi模塊控制軟件流程

圖7為Wi-Fi模塊控制軟件流程圖，模塊上電，初始化完成。通過ESP調試助手發(fā)送指令，設置手動模式和功能；返回給單片機。單片機處理接收數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結果，驅動L298N模塊，驅動完成，進而驅動直流推桿電機完成相應的動作，達到手動開關窗的目的。

圖7 Wi-Fi模塊軟件流程

4.5 手機APP設計

本設計使用機智云平臺進行設計，在機智云官網(wǎng)下載的是能入公網(wǎng)的固件和源碼，將固件寫入Wi-Fi模塊，配合源碼編程即可實現(xiàn)遠程控制。機智云軟件開發(fā)界面見圖8。

圖8 機智云開發(fā)界面

5 結語

本設計是基于STM32單片機和4G網(wǎng)絡的智能開窗器控制系統(tǒng)，設計主要實現(xiàn)了能夠根據(jù)光照、有無下雨情況自動控制窗戶的開關，并且具備溫濕度采集和控制窗戶開關的功能，系統(tǒng)還具備手機APP遠程控制開窗器進而控制窗戶開關的功能，系統(tǒng)使用OLED顯示屏顯示界面，能夠實時顯示當前的環(huán)境信息和窗戶開關的信息。在未來，即使出門在外也能隨時隨地了解家里的情況并可以隨意操控家居環(huán)境，科技改變未來。