單片機在智能窗簾控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

蔡睿思

[摘 ? ?要]智能窗簾控制系統(tǒng)是應(yīng)信息時代發(fā)展趨勢，現(xiàn)代化技術(shù)靈活應(yīng)用的一個具體表現(xiàn)，在日常生活中應(yīng)用，可以為人們提供更加優(yōu)質(zhì)、智能的服務(wù)。在智能窗簾控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中，通過單片機的應(yīng)用，可以賦予智能窗簾控制系統(tǒng)語音或光控制開關(guān)，根據(jù)收集到的信息來控制智能窗簾控制系統(tǒng)運行，為社會生產(chǎn)生活提供更加便利的服務(wù)。文章主要就智能窗簾控制系統(tǒng)中單片機的使用展開分析，在了解單片機功能特點基礎(chǔ)上，多角度優(yōu)化設(shè)計，便于打造更加可靠的窗簾控制系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]智能窗簾控制系統(tǒng);單片機;智能控制;人性化

[中圖分類號]TP273.5;TP368.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–000–02

[Abstract]The intelligent curtain control system is a concrete manifestation of the flexible application of modern technology in accordance with the development trend of the information age. It can be applied in daily life and can provide people with more life. In the optimization design of intelligent curtain control system， through the application of single chip microcomputer， the voice or light control switch of intelligent curtain control system can be given， and the operation of intelligent curtain control system can be controlled according to the information collected. To provide more convenient services for social production and life. This paper mainly analyzes the use of single chip microcomputer in intelligent curtain control system. On the basis of understanding the functional characteristics of single chip microcomputer， the multi-angle optimization design is convenient to create a more reliable curtain control system.

[Keywords]intelligent curtain control system; single chip microcomputer; intelligent control; humanization

社會生產(chǎn)力水平不斷提升，涌現(xiàn)出很多前沿的技術(shù)手段，尤其是單片機的大范圍普及應(yīng)用，極大地促進了智能產(chǎn)品的推陳出新。尤其是當前智能家居平臺的創(chuàng)新發(fā)展，集合了諸多現(xiàn)代化技術(shù)手段，將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和集成布線技術(shù)整合在一起，可以使家庭各個子系統(tǒng)有機整合在一起，創(chuàng)設(shè)更加安全、舒適和智能的家居環(huán)境。而單片機則是語音控制或光控制窗簾開合的核心設(shè)備，在接受指令后可以將聲音轉(zhuǎn)化為控制指令，實現(xiàn)設(shè)備的語音控制。加強智能窗簾控制系統(tǒng)中單片機應(yīng)用研究，便于提升智能家居水平，為后續(xù)相關(guān)研究創(chuàng)新提供支持。

1 智能窗簾控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

信息時代背景下，現(xiàn)代化技術(shù)手段憑借其優(yōu)勢開始廣泛應(yīng)用在人們生產(chǎn)生活各個角落，日常生活的方方面面開始向智能化發(fā)展。智能家居作為智能化的具體表現(xiàn)之一，帶給人們更加便利的服務(wù)，其中窗簾作為主要的裝飾性家具，日常主要是通過手動開關(guān)，較為麻煩，而采用智能窗簾控制系統(tǒng)，基于單片機實現(xiàn)窗簾的自動化控制，不需要人工每日開關(guān)窗簾，在提升人們生活質(zhì)量方面具有積極作用。如果外界光線強度達到一定標準，窗簾會自動開啟，強度低于一定標準值則會自動關(guān)閉。智能家居在國外應(yīng)用廣泛，已經(jīng)滲透到人們的生活中，但是相較于國外，我國的智能家居起步較晚，配套技術(shù)落后，還有待進一步優(yōu)化完善。本文基于單片機進行智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計，則是智能家居的具體表現(xiàn)，同時也是未來主要發(fā)展趨勢。目前，我國的智能家居實踐已經(jīng)取得了可觀成果，表現(xiàn)在智能窗簾方面，借助無線遙控、紅外線和定時遙控，可以實現(xiàn)窗簾自動化、智能化控制?；谥悄芑瘋鞲衅鲗崿F(xiàn)外界環(huán)境各項參數(shù)收集，包括溫度、光照強度和風(fēng)速等，實現(xiàn)窗簾智能化操作，在為人們提供優(yōu)質(zhì)、便捷服務(wù)的同時，也可以進一步延長窗簾使用壽命。

2 單片機在智能光控窗簾系統(tǒng)中應(yīng)用

單片機類型多樣，多是STM32單片機或STC89C52單片機。其中STM32單片機的優(yōu)勢鮮明，電壓低，整體的功耗較低;精度高，可以連接傳感器，并且配備的存儲空間較大，滿足大量數(shù)據(jù)信息的傳輸需要;配備了雙通道串行通信接口，異步或同步串行通信功能，與PC端連接;計算速度較快，CPU利用率極大提升，減少資源浪費情況。STC89C52同樣具有低功耗的優(yōu)勢特點，憑借CMOS8位微控制器，賦予其強大的性能;配備了8K在系統(tǒng)可編程Flash，運作頻率最高可以達到48 MHz。這些特性，可以進一步強化控制系統(tǒng)的靈活性，降低總體控制成本。

2.1 系統(tǒng)框架

基于單片機設(shè)計的光控窗簾控制系統(tǒng)，具有智能光控、紅外遙控和定時控制等功能。各個接口需要同MCU連接，建立系統(tǒng)控制模塊單元。基于AT89C3為單片機芯片，配備ULN2003驅(qū)動芯片、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及VS1838b紅外接收頭等，實現(xiàn)窗簾系統(tǒng)智能化控制。智能光控系統(tǒng)主要是依據(jù)傳感器來感受外界光照強度，以此為依據(jù)自動化控制窗簾開啟和關(guān)閉。因此，基于光敏電阻來采集外界光照強度數(shù)值，輸入到AD轉(zhuǎn)換電路模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，借助單片機發(fā)出控制指令給電機控制窗簾開啟和關(guān)閉。

控制系統(tǒng)的具體功能，有以下幾點：

（1）光照控制。智能窗簾控制系統(tǒng)選擇光控制方式，需要借助光敏電阻來采集和檢測外部光照強度數(shù)值，同預(yù)設(shè)值對比分析來控制電機自動化運轉(zhuǎn)。光敏電阻所收集的數(shù)值，屬于動態(tài)模擬量，還需要借助專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號經(jīng)由單片機輸出，最后控制步進電機不同方向運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)串聯(lián)自動化開啟和關(guān)閉功能。進一步細化，即外界光照強度符合開啟標準，窗簾自動開啟;當晚上光照強度不符合開啟標準，窗簾自動閉合。

（2）定時控制。此項功能是不依據(jù)外界光照強度，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的開啟或關(guān)閉時間，在到達指定時間時自動運行，實現(xiàn)窗簾的開啟和關(guān)閉。

（3）按鍵控制。通過按下實體按鈕來控制窗簾，此項功能多是為了在其他智能化控制方式失效后，或是其他特殊情況下使用的一項功能，更加人性化，滿足多種情況下的窗簾開啟和閉合功能需要。

（4）紅外控制。此項功能同樣屬于手動控制范疇，基于紅外遙控器，遠程控制窗簾的開啟和閉合，依據(jù)用戶的個性化需要控制。

2.2 控制系統(tǒng)模塊

（1）單片機控制模塊。主要是以STC公司推出的STC89C52單片機作為主控芯片，該芯片具有性能高、能耗低的優(yōu)勢特點，屬于一種技術(shù)先進的微控制器。配備了8K系統(tǒng)可編程Flash存儲器，基于高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)加工，可以高度兼容工業(yè)產(chǎn)品指令。同時，由于芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，因此可以滿足多種情況需要，加之PC端的控制程序系統(tǒng)變成寫入功能，將用戶的程序代碼輸入到單片機系統(tǒng)中，不需要編程器即可滿足系統(tǒng)控制需要，提升系統(tǒng)運行速度，降低成本。

（2）時鐘模塊。主要是選用DS1302芯片，初始化后立刻計算時間，讀取時間，達到預(yù)設(shè)時間后自動開啟和關(guān)閉窗簾。DS1302優(yōu)勢突出，具有涓細電流充電功能，同時整體的能耗低，不需要耗費過多電能。基于DS1302實現(xiàn)年、月、日、周、時、分、秒計時，工作電壓為2.0 ～5.5 V。通信功能可以同步實現(xiàn)，基于三線接口、CPU同步運作，一次性發(fā)送多個字節(jié)信號和數(shù)據(jù)。同時，該芯片內(nèi)部配備了RAM寄存器，用于存放臨時性數(shù)據(jù)信息。由于DS1302的前沿性，可以實現(xiàn)以往產(chǎn)品型號功能兼容，但整體的功能更加多樣，功耗更低。

（3）光照檢測模塊。該模塊配備了AD轉(zhuǎn)換芯片和光敏電阻，光照強度模擬量數(shù)值采集后，模擬量基于AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，直觀呈現(xiàn)。

（4）按鍵模塊。配備5個按鍵，主要是用于調(diào)整光強度，開閉時間以及當前時間調(diào)整等。

（5）顯示模塊。顯示模塊選用LCD1602液晶，滿足基本時間信息顯示需要，不同廠家生產(chǎn)的芯片特性有所差異，但具體使用方法殊途同歸。

（6）電機驅(qū)動模塊。ULN2003為電機驅(qū)動模塊，接收單片機發(fā)送的命令后控制電機正向或是反向轉(zhuǎn)動，其中包含大電流復(fù)合晶體管陣列、高耐壓以及NPN復(fù)合晶體管，可高效處理原本需要標準邏輯緩沖器處理的數(shù)據(jù)。

3 單片機在智能語音窗簾控制系統(tǒng)中應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)框架

語音識別ASR技術(shù)，本質(zhì)上是通過構(gòu)建待識別的關(guān)鍵字列表，將語音指令信息通過字符的形式輸入到LD3320內(nèi)部，操作簡單，不需要用戶培訓(xùn)即可快速掌握。所以，關(guān)鍵字列表識別技術(shù)是智能語音控制的核心技術(shù)。

推行智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計，集合了非特異性人類語音識別技術(shù)，對用戶發(fā)出的語音指令進行智能化識別，同時發(fā)出控制指令，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)、可靠的服務(wù)。系統(tǒng)包含了核心主控和語音識別兩個部分，其中硬件電路進一步細化，涵蓋了STC89C52單片機最小系統(tǒng)、語音識別模塊、四路繼電器模塊和LED燈四部分。語音識別需要主要是由STC11L08XE單片機實現(xiàn)，配套的語音識別芯片，則是選用LD3320型號，推行并行模式智能化控制，實現(xiàn)智能家居的空調(diào)、LED燈光照明等多方控制需要。

程序涵蓋部分較多，包括ASR識別、應(yīng)用IO端口定義、LED燈測試、單片機初始化、中斷處理功能、延遲功能、用戶執(zhí)行功能等。其中，應(yīng)用IO端口定義，主要是對模塊上控制繼電器和LED燈的端口進行定義，系統(tǒng)初始化階段不需要ASR串口支持。

ASR識別，依據(jù)系統(tǒng)控制要求設(shè)置需要識別的關(guān)鍵字列表，數(shù)據(jù)通過字符的形式上傳到LD3320內(nèi)部。

LED燈測試，檢測單片機是否正在執(zhí)行工作指令，延時200 ms。

用戶執(zhí)行功能，用于控制繼電器和燈光的開關(guān)。

程序在運行后，設(shè)置寄存器用于存儲數(shù)據(jù)，語音芯片通過收集和執(zhí)行命令，啟動ASR操作;語音識別信息成功后，開啟對應(yīng)功能，開啟單片機;單片機驅(qū)動繼電器開關(guān)。語音識別失敗則無法正常運行程序。

3.2 系統(tǒng)特性分析

智能語音控制窗簾開啟或關(guān)閉，該系統(tǒng)主要是基于單片機和語音識別模塊運作，盡管功能較為便捷，但是在智能家居領(lǐng)域還處于摸索嘗試階段。因此，未來系統(tǒng)優(yōu)化改進中，應(yīng)致力于推動語言識別的多樣性，基于現(xiàn)代化信息技術(shù)配備智能語音操作開關(guān)，豐富識別語言種類，通過此種方式便于更大范圍推廣語音控制開關(guān)功能，提供語音識別技術(shù)支持?？梢宰R別特定文字控制窗簾，也可以通過拍手、打手指智能控制窗簾開啟和關(guān)閉。另外，應(yīng)進一步增強智能語音識別能力，具備更強的抗干擾性和靈敏度，為用戶提供更加便捷、可靠的智能化服務(wù)。未來的智能語音控制系統(tǒng)，還要注重電路和程序優(yōu)化設(shè)計，基于前沿技術(shù)降低系統(tǒng)模塊功耗，提升系統(tǒng)性能，進而實現(xiàn)智能家居高水平發(fā)展。

4 結(jié)語

智能窗簾控制系統(tǒng)不斷優(yōu)化改進，通過單片機的應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)的人工開閉窗簾方式更加智能化、自動化。通過現(xiàn)代化技術(shù)手段應(yīng)用，收集光照強度、濕度和風(fēng)速等信息，為用戶提供多種控制方式，帶來的便利服務(wù)對于改善用戶生活質(zhì)量有著積極作用。

參考文獻

[1] 李兆亮，張靖宇，李立剛.基于MSP430單片機和藍牙的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2021，29（1）：181-186.

[2] 張雨，胡笑釧，徐如夢，等.基于雙模糊控制的智能窗簾電機速控鎖光算法[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2020，29（12）：210-215.

[3] 翟國軍.基于STM32單片機的智能窗簾控制技術(shù)應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（11）：100-101.

[4] 王睿錚，黃鑫皓，劉璇.基于mini stm32f407單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界，2020（16）：190-191.

[5] 羅偉，梁世豪，姜鑫，等.基于微軟Kinect的體感控制智能窗簾系統(tǒng)[J].微型電腦應(yīng)用，2020，36（3）：64-68.

[6] 尚坡利，尉雙全，馬偉博，等.基于單片機的室內(nèi)光線智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2019，26（6）：45-48.

[7] 蘇賜民，譚志清，周祖彬，等.以WiFi為技術(shù)支持的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界，2019（14）：168-169.