智能窗簾控制系統(tǒng)

邵海龍，梁嵇暉

(武夷學(xué)院 機(jī)電工學(xué)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(xué)院 機(jī)電工學(xué)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(jī)、HC-06藍(lán)牙模塊和AT89C52單片機(jī)組成。該系統(tǒng)具備手動(dòng)控制、藍(lán)牙遙控和自動(dòng)控制三種功能。硬件利用按鍵實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)模式的切換，選擇HC-06藍(lán)牙模塊接收控制命令，采用DTH11溫濕度傳感器和光敏電阻對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制直流電機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)窗簾的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)具有性?xún)r(jià)比高、運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)窗簾控制手段單一、智能化低的缺點(diǎn)。

智能窗簾；單片機(jī)；藍(lán)牙通信；智能控制

0 引言

微電子技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)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(jìn)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(cè)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)和藍(lán)牙通信技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一款能夠根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度大小自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)窗簾的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式進(jìn)行任意切換，解決了傳統(tǒng)窗簾控制手段單一的缺點(diǎn)，使設(shè)計(jì)更加人性化。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)控制的靈活度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用HC-06藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)了本地控制端和藍(lán)牙遙控設(shè)備之間的無(wú)線通信，滿(mǎn)足了家用窗簾遠(yuǎn)程控制的需求[1]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能窗簾控制系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)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(qiáng)采集模塊、AT89C52主控模塊、LED顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊和通信模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能窗簾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件中直流電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片需要使用直流12 V進(jìn)行供電,其他硬件部分需要直流5 V供電。本設(shè)計(jì)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(jīng)過(guò)LM7812和LM7805轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)

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(duì)環(huán)境溫濕度、環(huán)境光照強(qiáng)度和輸入按鍵信息的采集；主控單元設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)；輸出控制部分包括對(duì)直流電機(jī)動(dòng)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(shè)計(jì)

輸入采集電路有由溫濕度采集電路、光強(qiáng)采集電路和按鍵采集電路三個(gè)部分組成。

①溫濕度采集電路設(shè)計(jì)

溫濕度采集選擇DHT11溫度傳感器，傳感器的輸出接到單片機(jī)P1.0引腳上。單片機(jī)通過(guò)讀取P1.0口輸入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的檢測(cè)。

②光照強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì)

光強(qiáng)采集選擇光敏電阻模塊，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)2腳接單片機(jī)P0.7引腳上?？捎脝纹瑱C(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照強(qiáng)度的檢測(cè)。

③按鍵采集電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)四個(gè)按鍵分別代表“手動(dòng)按鍵”、“自動(dòng)按鍵”、“開(kāi)窗簾按鍵”和“關(guān)窗簾按鍵”四種輸入的控制命令。

(2)主控單元設(shè)計(jì)

主控單元由單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路三部分組成；晶振電路由12 MHz晶振和2個(gè)30 pF電容組成。晶振電路的作用是給單片機(jī)提供工作的時(shí)序；復(fù)位電路由RST復(fù)位按鍵、電解電容C5、電阻R31和R32組成，復(fù)位信號(hào)的輸出端接單片機(jī)的9腳。復(fù)位電路作用是給單片機(jī)提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，控制單片機(jī)回到上電狀態(tài)，解決單片機(jī)上電的瞬間，由于供電電壓的波動(dòng)，可能導(dǎo)致單片機(jī)不能正常運(yùn)行程序的問(wèn)題。

(3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)通過(guò)P2.7引腳和L298N的ENA引腳相連，控制直流電機(jī)的工作使能信號(hào)，通過(guò)P2.5和P2.6引腳與L298N的IN1和IN2相連，通過(guò)P2.5引腳和P2.6引腳下發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制命令。L298N的OU1和OUT2輸出控制Motor1進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。D7～D10四個(gè)1N4148的保護(hù)二極管，防止電機(jī)斷電后產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)損壞電機(jī)。

2.3 藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)

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

圖4 藍(lán)牙通信電路

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

3.1 軟件主流程設(shè)計(jì)

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(duì)單片機(jī)IO引腳的分配以及定時(shí)器和串口的初始化。初始化完成后程序進(jìn)入一個(gè)while(1)無(wú)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(dāng)前的工作狀態(tài)。若為手動(dòng)模式，則根據(jù)開(kāi)關(guān)窗按鍵的按下?tīng)顟B(tài)，調(diào)用電機(jī)控制程序，控制電機(jī)動(dòng)作；若為自動(dòng)模式，則進(jìn)入步驟(2)。

(2)首先調(diào)用通信程序，接收遙控端命令并進(jìn)行處理，若接收命令為控制命令，則調(diào)用電機(jī)控制程序，控制電機(jī)動(dòng)作。若為參數(shù)設(shè)置命令，則對(duì)接收參數(shù)保存，保存完成后，調(diào)用傳感器檢測(cè)程序，采集當(dāng)前環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)采集結(jié)果判斷是否滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)窗條件。若不滿(mǎn)足則返回到步驟(1)。若滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)窗條件調(diào)用電機(jī)控制程序，控制電機(jī)動(dòng)作，執(zhí)行步驟(3)。

(3)判斷是否到達(dá)電機(jī)動(dòng)作的定時(shí)時(shí)間到，若未到規(guī)定時(shí)間則繼續(xù)執(zhí)行電機(jī)控制程序。若規(guī)定時(shí)間已到，則控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)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(shè)計(jì)

在通信過(guò)程中，藍(lán)牙遙控端發(fā)送下發(fā)控制命令，可以對(duì)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)點(diǎn)和窗簾的動(dòng)作進(jìn)行控制。下發(fā)的控制命令包括設(shè)置溫濕度和光照強(qiáng)度的開(kāi)關(guān)點(diǎn)值、開(kāi)窗簾命令和關(guān)窗簾命令[2]。下面將對(duì)通信雙方的通信協(xié)議進(jìn)行介紹。

藍(lán)牙遙控端和系統(tǒng)控制端的數(shù)據(jù)收發(fā)采用十六進(jìn)制，幀開(kāi)始為AA，命令字符為(01，02)，其中01代表下發(fā)窗簾動(dòng)作命令，02代表設(shè)置環(huán)境調(diào)節(jié)點(diǎn)值。數(shù)據(jù)由3個(gè)字節(jié)組成，在下發(fā)窗簾動(dòng)作命令時(shí)，數(shù)據(jù)第一個(gè)字節(jié)若為01代表關(guān)窗簾命令，若為02代表光窗簾命令，其余兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)默認(rèn)輸出00；在下發(fā)環(huán)境設(shè)置點(diǎn)命令時(shí)，1～3字節(jié)分別代表溫度值、濕度值和光照強(qiáng)度值。CRC校驗(yàn)和用第6位表示?？刂贫私邮窄h(huán)境設(shè)置點(diǎn)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(jié)論

該智能窗簾控制系統(tǒng)以單片機(jī)為主控，現(xiàn)場(chǎng)利用無(wú)線和智能傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制功能。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)具有控制靈活、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足家居生活對(duì)窗簾的自動(dòng)控制要求，具有一定的推廣價(jià)值和市場(chǎng)應(yīng)用前景。

[1] 李強(qiáng)，田國(guó)棟.基于 DS18B20 的室內(nèi)智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20(3)：34-36.

[2] 何康旭，張婧婧.基于單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專(zhuān)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(jī)與應(yīng)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。