浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王孝尚

基于STM32的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王孝尚

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使智能家居的應(yīng)用得到了普及。本設(shè)計(jì)主要介紹了智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)選用STM32芯片作為控制器，WiFi方式作為通訊介質(zhì)，通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉窗簾。文章先是闡述了系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案，然后給出了硬件電路設(shè)計(jì)原理圖，和軟件設(shè)計(jì)流程圖。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制作與測(cè)試，完成系統(tǒng)功能，運(yùn)行效果良好。

智能家居；STM32；物聯(lián)網(wǎng)

本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)基于STM32單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)。用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程、無(wú)線(xiàn)控制窗簾的開(kāi)和關(guān)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能窗簾控制系統(tǒng)主要由微處理器模塊、繼電器輸出控制電機(jī)模塊、WiFi通訊模塊以及手機(jī)APP操作模塊組成。系統(tǒng)采用STM32芯片作為控制系統(tǒng)的核心，采集窗簾的當(dāng)前狀態(tài)通過(guò)WiFi模塊同步到手機(jī)APP端；另外，用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)APP發(fā)送命令至微處理器，微處理器經(jīng)過(guò)解析后控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)打開(kāi)或關(guān)閉窗簾。通過(guò)上述原理，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)端與遠(yuǎn)程控制端的信息同步，完成窗簾的智能控制過(guò)程。智能窗簾控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 智能窗體結(jié)構(gòu)示意圖

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為硬件電路的設(shè)計(jì)與制作和軟件程序的編寫(xiě)與調(diào)試。硬件部分采用STM32芯片作為控制器，通過(guò)WiFi模塊遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)接收數(shù)據(jù)的輸入，采用繼電器輸出，以弱控強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)、繼電器輸出電路、WiFi通訊電路等模塊電路；軟件部分采用開(kāi)源平臺(tái)——機(jī)智云進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，制作手機(jī)APP頁(yè)面進(jìn)行控制，降低成本。機(jī)智云平臺(tái)為開(kāi)發(fā)者提供了自助式智能硬件開(kāi)發(fā)工具與開(kāi)放的云端服務(wù)。系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)平臺(tái)的硬件電路主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路、WiFi通訊電路以及其他工作電路。

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

控制系統(tǒng)中最主要的部分是中央處理器（CPU），它是系統(tǒng)的控制與運(yùn)算處理中心。本設(shè)計(jì)采用STM32RCT6芯片作為處理器，它是一種低功耗、高性能的微處理器，此次設(shè)計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的小系統(tǒng)功能主要是時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、晶振時(shí)鐘電路和蜂鳴器電路。復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化；晶振電路即石英晶體震蕩器，是用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的；蜂鳴器主要用于按鍵反饋，即當(dāng)用戶(hù)操作使用本系統(tǒng)，發(fā)生命令給單片機(jī)時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出“滴”聲反饋給用戶(hù)，提示已經(jīng)完成一次操作，提高用戶(hù)體驗(yàn)。

2.2 串口通訊電路

窗簾控制系統(tǒng)與手機(jī)APP軟件的通訊采用WiFi方式進(jìn)行，由于手機(jī)自帶WiFi功能，所以對(duì)窗簾控制端需要設(shè)計(jì)WiFi接口電路。本設(shè)計(jì)采用樂(lè)鑫ESP8266模塊。ESP8266 高度片內(nèi)集成，包括天線(xiàn)開(kāi)關(guān)、電源管理轉(zhuǎn)換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內(nèi)的整個(gè)解決方案在設(shè)計(jì)時(shí)將所占PCB空間降到最低。強(qiáng)大的片上處理和存儲(chǔ)能力，使其可通過(guò) GPIO 口集成傳感器及其他應(yīng)用的特定設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了最低前期的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行中最少地占用系統(tǒng)資源。因?yàn)閃iFi芯片集成化，與單片機(jī)的連接方式為串口連接。

2.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路

本系統(tǒng)通過(guò)在窗簾導(dǎo)軌上安裝傳送皮帶，采用電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)控制傳送皮帶的前進(jìn)與后退來(lái)控制窗簾的打開(kāi)與關(guān)閉。通常情況下，電機(jī)為220V交流電驅(qū)動(dòng)，而且工作時(shí)聲音響、效率低、安全性能差。為了提高安全以及系統(tǒng)性能，經(jīng)過(guò)對(duì)比，我們選用24V直流無(wú)刷電機(jī)。但是單片機(jī)的IO管腳輸出能力有限，我們需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)放大電路；同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，又不增加多電源的情況。

當(dāng)繼電器K1導(dǎo)通、K2不導(dǎo)通，電機(jī)左邊接電源正極、右邊接電源接地，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繼電器K1不導(dǎo)通、K2導(dǎo)通，電機(jī)左邊接電源地、右邊接電源正極，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

2.4 其他模塊

一個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)，除了最小系統(tǒng)、輸入輸出模塊，還需要其他的工作模塊。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)還包括現(xiàn)在程序電路、電源指示燈電路、濾波電路等相關(guān)電路。圖3是JTAG下載電路。

圖3 JTAG下載電路原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件主要包括窗簾端的電路控制程序和手機(jī)端的APP程序。電路板的控制程序主要在實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的初始化功能后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待接收遠(yuǎn)程APP端的控制命令，單片機(jī)通過(guò)分析判斷指令來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。圖4是主程序流程圖。

圖4 主程序流程圖

手機(jī)APP端主要實(shí)現(xiàn)操作頁(yè)面的設(shè)計(jì)和后臺(tái)業(yè)務(wù)程序的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程窗簾控制端進(jìn)行通訊，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及停止。

4 分析與總結(jié)

經(jīng)過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果良好，功能全部實(shí)現(xiàn)。通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行窗簾的遠(yuǎn)程與自動(dòng)控制，考慮生活中的一些常見(jiàn)問(wèn)題，使對(duì)窗簾的操作更加人性化。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，使用方便，性?xún)r(jià)比較高，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

[1]李賽楠.基于STM32MCU的智能光控窗簾[J].電子世界,2016(15): 124-126.

[2]王林艷,李曉娓.基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的智能窗簾的設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2015(05):258-259.

[3]唐艷鳳.基于單片機(jī)的智能窗簾控制器設(shè)計(jì)[J].福建電腦,2015(03):50-51.

王孝尚，男，浙江溫州人，碩士研究生，研究方向：嵌入式控制與計(jì)算機(jī)控制、物聯(lián)網(wǎng)方向。