付明雨，劉 婷，嚴(yán)飛杰，黃 珊，范馨月

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，萬(wàn)物基于互聯(lián)網(wǎng)的觀念已經(jīng)深入人心。由于科技的迅速發(fā)展，大部分的家具設(shè)計(jì)漸漸開(kāi)始走向智能化。傳統(tǒng)的窗簾存在操作復(fù)雜，浪費(fèi)時(shí)間并且其功能單一，只有遮陽(yáng)功能，而且還需要人去手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文對(duì)傳統(tǒng)的窗簾啟動(dòng)方式和其所能實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了改造，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)增加了窗簾的功能。在清晨打開(kāi)窗簾時(shí)，可以收聽(tīng)到一天的天氣預(yù)報(bào)方便人們出行，這在很大程度上改善了人們的生活方式，給許多早上時(shí)間緊迫的人節(jié)省了大部分的時(shí)間。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文在傳統(tǒng)窗簾的基礎(chǔ)上改進(jìn)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)窗簾的傳動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)則用STC89C51進(jìn)行控制，結(jié)合溫度傳感器、光照傳感器等檢測(cè)周?chē)h(huán)境，實(shí)現(xiàn)窗簾的自感應(yīng)控制。與此同時(shí)，該系統(tǒng)引入了ESP8266模塊，將窗簾接入互聯(lián)網(wǎng)，可聯(lián)網(wǎng)獲取當(dāng)日天氣并自動(dòng)播報(bào)，并配合手機(jī)APP來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控或根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾。

系統(tǒng)主要由STC89C51主控芯片最小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、溫度感應(yīng)模塊、光照感應(yīng)模塊、天氣播報(bào)模塊和WiFi聯(lián)網(wǎng)模塊構(gòu)成。窗簾的系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

圖1 多功能窗簾的系統(tǒng)工作原理框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分

電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分由ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與28BYJ4步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)的齒輪帶動(dòng)窗簾的主軸桿進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。電機(jī)傳動(dòng)原理如圖2所示。

圖2 電機(jī)傳動(dòng)原理圖

步進(jìn)電機(jī)的5個(gè)接口中1個(gè)連接GND，另外4個(gè)接口與ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)應(yīng)相連接。單片機(jī)控制ULN2003芯片以一定的間隔對(duì)步進(jìn)電機(jī)的A，B，C，D四個(gè)端口發(fā)送電脈沖。電脈沖可使其內(nèi)部線路通電狀態(tài)發(fā)生改變，步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)確定的角度，往復(fù)循環(huán)，步進(jìn)電機(jī)即可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 步進(jìn)電機(jī)脈沖發(fā)生原理圖

2.2 天氣播報(bào)與WiFi部分

天氣信息主要靠ESP8266模塊聯(lián)網(wǎng)獲取，這里采用Blinker的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，通過(guò)Arduino SDK 來(lái)配置設(shè)備、編寫(xiě)程序與調(diào)用接口。

天 氣 數(shù) 據(jù) 接 口 為：https：//iot.diandeng.tech/api/v2/weather/{cityKey}?device={deviceName}&key={authKey}。

天氣接口函數(shù)調(diào)用結(jié)果見(jiàn)表1所列。

表1 天氣接口函數(shù)調(diào)用結(jié)果說(shuō)明表

除了天氣，ESP8266模塊還將同時(shí)獲取時(shí)間信息以便在合適的時(shí)間進(jìn)行天氣播報(bào)。時(shí)間API的調(diào)用見(jiàn)表2所列。

表2 時(shí)間接口函數(shù)調(diào)用表

當(dāng)ESP8266確定合適的播報(bào)時(shí)間后，會(huì)通過(guò)JQ-8400語(yǔ)音模塊播報(bào)時(shí)間及天氣。JQ-8400模塊是集成了一個(gè)16位單片機(jī)和一個(gè)專門(mén)為音頻解碼設(shè)計(jì)的ADSP。ADSP采用硬解碼模式來(lái)播放MP3文件，并且此芯片內(nèi)置4 MB內(nèi)存，可存儲(chǔ)不同類(lèi)型的報(bào)警信號(hào)，同時(shí)支持指定音頻信號(hào)播放和深度睡眠功能，由ESP8266通過(guò)串口進(jìn)行控制。JQ-8400模塊使用前，需要將指定的播放音軌設(shè)置為00001，00002……，后綴以MP3格式存儲(chǔ)在模塊的4 MB內(nèi)存中。單電機(jī)通過(guò)串口或單線傳輸協(xié)議輸出播放指定音軌的指令，語(yǔ)音模塊播放相應(yīng)的音軌。

2.3 溫度感應(yīng)部分

本文采用DS18B20溫度傳感器采集數(shù)據(jù)，控制窗簾開(kāi)關(guān)。DS18B20數(shù)字溫度計(jì)提供9位溫度讀數(shù)，指示外部溫度。MCU通過(guò)I2C接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到DS18B20或?qū)⑿畔l(fā)送到DS1820，可由數(shù)據(jù)線本身提供讀/寫(xiě)和溫度轉(zhuǎn)換電源，但不需要外部電源。本設(shè)計(jì)中使用多個(gè)DS18B20，每個(gè)都有一個(gè)唯一的序列號(hào)，可以用來(lái)區(qū)分在同一串行總線上的設(shè)備數(shù)據(jù)。

2.4 光照感應(yīng)部分

本文使用光照傳感器采集室外光線。市面上的光敏電阻大多采用硫化鎘和硒等成分合成材料，這些材料具有感光的特性，即在不同的光照強(qiáng)度下他們電阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。利用A/D轉(zhuǎn)換芯片配合單片機(jī)對(duì)光照傳感器的阻值進(jìn)行分析，并根據(jù)分析得到的數(shù)據(jù)來(lái)智能調(diào)節(jié)窗簾的開(kāi)關(guān)。

3 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述的一系列改變，本文設(shè)計(jì)的這款窗簾在驅(qū)動(dòng)和功能上有了很大改進(jìn)，他不需要人工來(lái)調(diào)節(jié)，窗簾可以根據(jù)室外的溫度值來(lái)自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉，在打開(kāi)窗簾時(shí)也可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)獲取當(dāng)天的天氣情況。此項(xiàng)目的點(diǎn)睛之處在于，窗簾可以像現(xiàn)在的許多智能家居一樣智能。這給智能時(shí)代的來(lái)臨鋪墊了一定的基礎(chǔ)，完美契合未來(lái)的5G所帶的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使窗簾很好地貼合人們的智能生活。

注：本文通訊作者為劉婷。