遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 周兆雙 史 偉

錦州石化公司 張立勃

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居正逐漸走進(jìn)普通家庭。論文主要研究了智能家居中的窗簾，分析如何能不用走動，就能遠(yuǎn)程隨心控制窗簾的開啟和關(guān)閉。

系統(tǒng)主要設(shè)計了相關(guān)的硬件電路和應(yīng)用程序。硬件電路包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、光敏感應(yīng)模塊、Wi-Fi傳輸模塊、電機(jī)控制模塊和熱感應(yīng)模塊。應(yīng)用程序主要有單片機(jī)主程序和Android手機(jī)端程序等。ESP8266是一種集成了完整TCP/IP協(xié)議棧和MUC的低功耗Wi-Fi芯片，具有低成本和易使用的特點。ULN-2003芯片能夠連接到單片機(jī)直接驅(qū)動模擬窗簾的步進(jìn)電機(jī)。研究和應(yīng)用以單片機(jī)為核心的Wi-Fi連接的智能窗簾控制系統(tǒng)，在生活中可以帶給人們很多便利，通過制作實際作品驗證了所設(shè)計的系統(tǒng)是正確可行的。

1 基于單片機(jī)的Wi-Fi控制智能窗簾系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)通過Wi-Fi與手機(jī)端程序連接，利用單片機(jī)和傳感器智能控制窗簾：

（1）手動控制部分：可以通過手機(jī)程序手動打開或關(guān)閉窗簾，也可以隨時停止它的運作使其停留在某一位置。

（2）光敏感應(yīng)部分：在應(yīng)用程序中將光控模式打開，系統(tǒng)就會根據(jù)室外光亮自動打開或者關(guān)閉窗簾。

（3）熱感應(yīng)部分：將程序中熱感應(yīng)控制模式開啟，當(dāng)有人靠近時，系統(tǒng)就會自動控制窗簾使其打開一個小通道，供人通過。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、光敏感應(yīng)模塊、Wi-Fi傳輸模塊、電機(jī)控制模塊和熱感應(yīng)模塊。

2.1 光敏模塊

將光敏模塊的D0口與單片機(jī)的I0口連接。利用光敏二極管對于光線強(qiáng)度的感應(yīng)能力，當(dāng)模塊在無光或者光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定的數(shù)值時，D0口輸出高點電平；當(dāng)外界光強(qiáng)高于設(shè)定的數(shù)值時，D0口輸出低電平。接法如圖1所示。

圖1 光敏模塊連接圖

2.2 Wi-Fi傳輸模塊

Wi-Fi傳輸模塊使用ai-thinker公司的ESP8266，通過配置，和單片機(jī)的串口進(jìn)行通信，利用WIFI傳輸數(shù)據(jù)。首先燒寫AT指令，將VCC接3.3V，GND接地，RXD和TXD接到對應(yīng)的串口，RST懸空，IO_0置低電平進(jìn)入燒寫模式，然后利用串口調(diào)試助手依次發(fā)送上述的AT指令即可。模塊接法如圖2所示。

圖2 Wi-Fi模塊連接圖

2.3 電機(jī)控制模塊

系統(tǒng)使用5V的四相無線步進(jìn)電機(jī)來模擬窗簾開關(guān)。由于單片機(jī)的指令無法直接傳給電機(jī)使其工作，所以在電機(jī)與單片機(jī)之間加入了一個NLU2003芯片來控制電機(jī)的運作。當(dāng)芯片輸入為高電平時，輸出為低電平；當(dāng)芯片輸入低電平時，輸出為高電平，據(jù)此控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動。模塊接法如圖3所示。

圖3 電機(jī)控制模塊連接圖

2.4 熱感應(yīng)模塊

系統(tǒng)使用HC-SR501熱感應(yīng)模塊，如圖4所示。工作電壓為5V，當(dāng)有人靠近其感應(yīng)范圍時，輸出高電平3.3V；離開時，輸出低電平0V。

光敏模塊在之前已經(jīng)單獨連接，此處CDS并未再次設(shè)置光敏控制模塊。

2.5 系統(tǒng)實現(xiàn)

為了更方便地顯示電機(jī)轉(zhuǎn)動的方向，實物制作過程中加了兩個指示燈。在焊接的過程中，由于單片機(jī)和電機(jī)都使用5V電源供電，而各個模塊的工作電壓又是3.3V，為了避免模塊損壞，在它們和電源之間，可接入一個電阻或降壓芯片。實物制作如圖5所示。

圖5 基于單片機(jī)的Wi-Fi控制系統(tǒng)實物圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的主要程序設(shè)計包括單片機(jī)控制端和手機(jī)端apk的編寫。單片機(jī)程序以如何控制電機(jī)的正傳反轉(zhuǎn)為例：

手機(jī)apk主要包括兩部分，一是布局方面的layout、7個button和3個textview；另一部分就是主函數(shù)部分，包括手機(jī)權(quán)限的開放以及各通信連接等。

4 結(jié)語

此設(shè)計是以51單片機(jī)為主要控制單元，通過多種傳感器采集發(fā)送數(shù)據(jù)，Wi-Fi與手機(jī)連接來控制電機(jī)工作的的系統(tǒng)。主要特點是設(shè)計簡單、實用性強(qiáng)和價格便宜等。通過實物制作證明具有可行性和有效性。