浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院 王孝尚

基于STM32的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院 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)計主要介紹了智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(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)，通過手機APP遠程控制電機的正反轉(zhuǎn)，自動打開或關(guān)閉窗簾。文章先是闡述了系統(tǒng)總體的設(shè)計方案，然后給出了硬件電路設(shè)計原理圖，和軟件設(shè)計流程圖。經(jīng)過設(shè)計、制作與測試，完成系統(tǒng)功能，運行效果良好。

智能家居；STM32；物聯(lián)網(wǎng)

本文主要設(shè)計了一個基于STM32單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)。用戶可以通過手機APP遠程、無線控制窗簾的開和關(guān)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

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模塊、WiFi通訊模塊以及手機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，采集窗簾的當前狀態(tài)通過WiFi模塊同步到手機APP端；另外，用戶可以通過手機APP發(fā)送命令至微處理器，微處理器經(jīng)過解析后控制電機正反轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉窗簾。通過上述原理，可以實現(xiàn)手機端與遠程控制端的信息同步，完成窗簾的智能控制過程。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

整個系統(tǒng)設(shè)計分為硬件電路的設(shè)計與制作和軟件程序的編寫與調(diào)試。硬件部分采用STM32芯片作為控制器，通過WiFi模塊遠程無線接收數(shù)據(jù)的輸入，采用繼電器輸出，以弱控強，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，需要設(shè)計單片機最小系統(tǒng)、繼電器輸出電路、WiFi通訊電路等模塊電路；軟件部分采用開源平臺——機智云進行二次開發(fā)，制作手機APP頁面進行控制，降低成本。機智云平臺為開發(fā)者提供了自助式智能硬件開發(fā)工具與開放的云端服務(wù)。系統(tǒng)的方案設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)方案設(shè)計圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

2.1 單片機最小系統(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)的控制與運算處理中心。本設(shè)計采用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)計所需實現(xiàn)的小系統(tǒng)功能主要是時鐘電路、復位電路、晶振時鐘電路和蜂鳴器電路。復位電路的主要功能是使單片機進行初始化；晶振電路即石英晶體震蕩器，是用來產(chǎn)生基準頻率的；蜂鳴器主要用于按鍵反饋，即當用戶操作使用本系統(tǒng)，發(fā)生命令給單片機時，蜂鳴器會發(fā)出“滴”聲反饋給用戶，提示已經(jīng)完成一次操作，提高用戶體驗。

2.2 串口通訊電路

窗簾控制系統(tǒng)與手機APP軟件的通訊采用WiFi方式進行，由于手機自帶WiFi功能，所以對窗簾控制端需要設(shè)計WiFi接口電路。本設(shè)計采用樂鑫ESP8266模塊。ESP8266 高度片內(nèi)集成，包括天線開關(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)的整個解決方案在設(shè)計時將所占PCB空間降到最低。強大的片上處理和存儲能力，使其可通過 GPIO 口集成傳感器及其他應(yīng)用的特定設(shè)備，實現(xiàn)了最低前期的開發(fā)和運行中最少地占用系統(tǒng)資源。因為WiFi芯片集成化，與單片機的連接方式為串口連接。

2.3 電機正反轉(zhuǎn)電路

本系統(tǒng)通過在窗簾導軌上安裝傳送皮帶，采用電機正反轉(zhuǎn)來控制傳送皮帶的前進與后退來控制窗簾的打開與關(guān)閉。通常情況下，電機為220V交流電驅(qū)動，而且工作時聲音響、效率低、安全性能差。為了提高安全以及系統(tǒng)性能，經(jīng)過對比，我們選用24V直流無刷電機。但是單片機的IO管腳輸出能力有限，我們需要設(shè)計驅(qū)動放大電路；同時為了實現(xiàn)控制電機正反轉(zhuǎn)，又不增加多電源的情況。

當繼電器K1導通、K2不導通，電機左邊接電源正極、右邊接電源接地，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當繼電器K1不導通、K2導通，電機左邊接電源地、右邊接電源正極，實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

2.4 其他模塊

一個完整的單片機控制系統(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

本系統(tǒng)的軟件主要包括窗簾端的電路控制程序和手機端的APP程序。電路板的控制程序主要在實現(xiàn)單片機的初始化功能后，進入待機狀態(tài)，等待接收遠程APP端的控制命令，單片機通過分析判斷指令來控制電機的正轉(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APP端主要實現(xiàn)操作頁面的設(shè)計和后臺業(yè)務(wù)程序的編寫，實現(xiàn)與遠程窗簾控制端進行通訊，控制電機正反轉(zhuǎn)及停止。

4 分析與總結(jié)

經(jīng)過測試實驗，系統(tǒng)運行結(jié)果良好，功能全部實現(xiàn)。通過手機APP進行窗簾的遠程與自動控制，考慮生活中的一些常見問題，使對窗簾的操作更加人性化。系統(tǒng)采用STM32單片機，電路設(shè)計簡單，使用方便，性價比較高，具有良好的市場應(yīng)用前景。

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[3]唐艷鳳.基于單片機的智能窗簾控制器設(shè)計[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：嵌入式控制與計算機控制、物聯(lián)網(wǎng)方向。