基于51單片機的藍牙智能光控窗簾

張 釗 馮志鴻 張煜升

（廣東工業(yè)大學 華立學院，廣東 廣州 511300）

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，室內設計智能化程度越來越高?，F(xiàn)智能窗簾控制系統(tǒng)在家居、大型會議室等領域得到了廣泛使用，最大限度滿足人們對窗簾開度的各種要求，克服了傳統(tǒng)窗簾的許多缺點，為人們提供了更快捷、舒適的生活環(huán)境。系統(tǒng)利用單片機實現(xiàn)了以光和溫濕度信號的窗簾軌的自動化工作，并引入藍牙無線通信技術使窗簾和窗戶隨室外光線和室內溫濕度的檢查實現(xiàn)自動化開關調節(jié)。

1 系統(tǒng)要求

自動狀態(tài)下，實現(xiàn)窗簾隨光照強度自動調節(jié)開/關的功能；對環(huán)境溫濕度的檢測，可根據用戶設置環(huán)境參數(shù)實現(xiàn)自動開/關窗簾和窗戶。利用無線藍牙模塊可對窗簾和窗戶的運行實現(xiàn)遙控功能。在手動模式下，通過按鍵控制達到窗簾、窗戶的開/關和停止。系統(tǒng)可實現(xiàn)手/自動方式的靈活轉換。

2 硬件系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)選用STC12C5A60S2 作為主控芯片，用以完成對系統(tǒng)執(zhí)行機構的控制、信息處理和液晶顯示。單片機控制直流減速電機實現(xiàn)窗簾、窗戶的控制。光照強度、溫濕度信號均通過無線藍牙模塊傳輸至單片機，經處理后實現(xiàn)電機對窗戶、窗簾的自動控制。

2.2 控制系統(tǒng)的電路設計

根據設計方案和要求，可將電路分為5 部分，分別為無線藍牙遙控，傳感器數(shù)據采集，電機驅動控制，單片機主控和電源部分。

2.2.1 無線藍牙遙控

無線藍牙通信采用HC-06 藍牙模塊，主機模塊和從機模塊之間互相通信。該藍牙模塊指令豐富，通信穩(wěn)定性較高，可應用到智能窗簾的無線遙控上。配對以后當全雙工串口使用，無需任何藍牙協(xié)議，支持8 位數(shù)據位、1 位停止位、無奇偶校驗的通信格式。相比傳統(tǒng)2.4GHz 無線通信更先進，密碼配對穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)操作形式更加多樣化。

2.2.2 傳感器數(shù)據采集

（1）BH1750FVI 光電傳感器

采集光照強度參數(shù)運用了GY-30 集成光照模塊，主要傳感器芯片是BH1750FVI，利用它的高分辨率可探測較大范圍的光強度變化。接近人眼視覺靈敏的光譜靈敏度特性，輸出對應光照度的數(shù)值較寬；通過50Hz/60Hz 的除光噪音功能實現(xiàn)穩(wěn)定的測量。光源依賴性弱（太陽光、白熾燈，熒光燈，鹵素燈，白光LED），可根據光學窗口調整測量結果，受紅外線影響很小。

為輸入穩(wěn)定的電壓，IIC 總線時鐘線和數(shù)據線直接分別接入單片機的I/O 引腳P2^4 和P2^5；而地址線選擇接電源地。

（2）DHT11 溫濕度傳感器

溫度和濕度參數(shù)的采集采用傳感器DHT11，采用單總線協(xié)議的單線制串行接口，具有相對溫度和濕度測量，全部校準及數(shù)字輸出，有超長的信號傳輸距離等優(yōu)點。

傳感器集成電阻式感濕元件和DHT11 測溫元件，能與高性能8位單片機相連接。DHT11 傳感器校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內存中，在傳感器內部檢測信號處理時調用。DATA 引腳直接連接單片機I/O 引腳，單片機對它進行控制。

2.2.3 電機的選擇與控制

（1）電機的計算選擇

系統(tǒng)中，電機是最主要的動力?？刹鹧b遙控電動滑輪系統(tǒng)中，在選擇電機時需要考慮成本與其所能帶動的負載。轉矩是電機所能帶動負載的指標，通過計算轉矩可有效選擇電動滑輪所需的電機。

T 是扭矩，單位N·m

P 是輸出功率，單位kW

n 是電機轉速，單位r/min

根據轉矩(T)=扭力(F)* 作用半徑(R)，即：T=F*R 可以推出扭力扭力F 的單位為N

在自動窗戶窗簾選擇好的情況下，通過計算來選擇電機類型。目前，在電動窗簾機的應用上使用最多的是步進電機和直流電機。直流減速電機可精確控制，又能彌補步進電機無電狀態(tài)下不能轉動的缺陷。結合大多數(shù)窗簾的使用，系統(tǒng)選用JGB37-520 減速電機，轉矩可達8kg·cm。

（2）電機的控制

L298N 是恒壓恒流式2A 驅動芯片，內部含有4 通道邏輯驅動電路，適合驅動本設計采用的直流減速電機。L298N 可接受標準TTL邏輯電平信號Vss（4.5-7V 電壓），單片可驅動2 臺電動機，電機驅動電源電壓DC 5-35V。系統(tǒng)通過單片機對驅動芯片5,7,10,12 腳輸入控制電平來控制電機的轉動；EnA，EnB 接控制使能端，控制電機的停轉。

利用PWM 調制方式可進行電機調速?？刂拼昂熼_合的過程中同時檢測光電開關的狀態(tài)，以確定當前窗簾/窗戶的狀態(tài)。

2.2.4 單片機主控

STC12C5A60S2 系列單片機是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051 單片機，內部集成MAX810 專用復位電路,2 路PWM,8 路高速10位A/D 轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。

單片機及其最小系統(tǒng)組成（包括I/O 口，定時器/計時器，復位電路，晶振等部分）作為系統(tǒng)的主控部分。采用C 語言編程，主要完成對當前模式的判斷，無線藍牙數(shù)據的編譯，光強信息和溫濕度信息的編譯采集，處理后的數(shù)據用于驅動電機工作。

2.2.5 電源部分

STC12C5A60S2 單片機正常工作的電壓范圍是4.0-5.5V，采用集成穩(wěn)壓器LM1117-5.0 輸出5V 直流電壓供單片機工作。直流減速電機采用單獨供電模式，將220V 的交流電壓經變壓器整流為7.2V 的直流電壓供電機使用。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)編程采用C 語言的模塊化設計思想，降低軟件設計復雜性。在程序中定義頭文字和子程序，在主程序調用子程序的方法實現(xiàn)系統(tǒng)的信息采集、處理和電機的轉動。

4 結論

通過系統(tǒng)軟件程序與控制電路的協(xié)調組成藍牙光控窗簾系統(tǒng)，實現(xiàn)了光照強度和溫濕度對窗簾的自動調控。軟件模塊化編程提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，便于后期開發(fā)。實驗測試表明，該電動窗簾控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，成本低，易于擴展。應用藍牙技術，使得系統(tǒng)應用更智能，方便使用手機等帶藍牙設備對系統(tǒng)進行操作。

［1］胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，1996.

［2］莊淵昭.實用智能窗簾機的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2008.