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基于WiFi为的智能窗帘控制系统设计李瑞娟

发表时间：2020/5/28 来源：《基层建设》2019年第35期作者：李瑞娟1 王丽娟2

[导读] 摘要：目前，我国是科学技术快速发展的新时期，针对传统窗帘只能通过手动来升降窗帘，控制手段过于单一的问题，设计了一种基于WIFI通信的智能窗帘控制系统，该系统以现在日常中使用的无线路由器为平台，实现了在任何地方可以通过手机等智能终端设备来控制窗帘，也可以根据光照强度来自动控制窗帘，该系统成本低、使用简单，很契合智能家居，有很大的市场应用前景。

        柳州职业技术学院 2柳州城市职业学院广西柳州 545006
        摘要：目前，我国是科学技术快速发展的新时期，针对传统窗帘只能通过手动来升降窗帘，控制手段过于单一的问题，设计了一种基于WIFI通信的智能窗帘控制系统，该系统以现在日常中使用的无线路由器为平台，实现了在任何地方可以通过手机等智能终端设备来控制窗帘，也可以根据光照强度来自动控制窗帘，该系统成本低、使用简单，很契合智能家居，有很大的市场应用前景。
        关键词：WIFI；智能窗帘；智能控制；通信模块
        引言
        随着科技的进步，最靠近人们生活的家居设备正向一个更加数字化的方向发展。由此，现在衍生出了“智能家居”这个概念，智能家居是以住宅为平台，利用网络通信技术，综合布线技术等，将家居设备集成并相关化，构建高效的家庭设施管理系统。而云技术，作为现代新兴的计算机技术，恰恰可以与智能家居相结合，它能够通过网络后台中断节点来解析程序以及运算数据，达到设备与用户交互，设备与环境自动协调的目的。
        1系统总体方案设计
        智能窗帘控制系统以AT89C51单片机作为控制核心，外围电路包括：单片机最小系统模块、电机驱动模块、光照强度采集模块、WIFI通信模块和智能终端设备组成。系统可以根据对外界光照强度的采集检测，设定光照强度的阈值，当光照强度大于设定值时，电机反转；当光照强度小于设定值时，电机正转；从而可以在无人操作的情况下自动控制窗帘的升降。本系统还使用了WIFI通信模块，可以接受和发送数据，用户可以根据自己的想法来实现对窗帘的控制。
        2智能窗帘控制系统硬件模块设计
        2.1电机驱动设计
        在选择时，采用步进电机，步进电机是一种能够将电脉冲的信号转化为角位移或是线位移的电机部件。步进电机的运行原理主要是通过步进电机输入脉冲序列时，能够在末端输出对应的位移量以及步进移动。进行步进运动时其转速与频率保持着严格的一一对应关系，并且不会受到外界负荷的影响。在智能窗帘控制系统的电机驱动可以选择大功率的复合管束，也可以是专业光电驱动器，这两种方式具有相同之处，但光电驱动器能够很好地隔离回路干扰，避免外界的强刺激。本次系统设计由于单片机的驱动力较小，因此此模块采用ULN2003大电流的驱动，能够有效维持电机工作状态的稳定输出。
        2.2光照强度采集电路设计
        本系统中因为要实现根据光照的情况而自动升降窗帘，所以光照强度采集模块采用的是光照强度传感器。光照强度传感器应用在很多行业中，是一种较常见的感应光的强弱进而显示处理的检测装置。光照强度传感器会采集光照强度，再将光照强度转换成电信号，从而进入单片机系统中。本系统中光照强度传感器采用的是光敏电阻。光敏电阻将采集到的光强转换成电阻，经A/D转换后送入单片机处理。本设计中使用了PCF8591芯片采集光照度，PCF8591的VDD、VSS引脚为电源端，其操作电压范围在2.5V～6V之间，供电简单。PCF8591的5号引脚到7号引脚是器件硬件地址输入端，由硬件电路决定。PCF8591的11号引脚OSC功能为外部时钟输入端和内部时钟输出端，1～4号引脚分别为AIN0、AIN1、AIN2、AIN3，功能为进行A/D转换。
        2.3STM32内部软件程序
        在本项目中，STM32处理器主要作用是接收Linux中央模块的指令，然后执行指令对应的操作，STM32的软件开发环境是ARMforKeil，内部程序是由C语言编写的。我们为了能让STM32处理器及时接收到Linux中央模块发送过来的指令，我们使用了STM32自带的中断方式，有指令过来就产生中断，产生中断就会触发中断函数，然后在中断函数里编写我们对应的操作IO口方式。
        2.4系统软件设计
        在智能窗帘控制系统的硬件已经确定选择后，可以对系统使用的软件进行设计，以实现功能上的使用操作。

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系统的编程主要应用C语言进行编程，C语言编写快、输出稳定因此可以广泛使用。智能窗帘控制系统主要是依据功能进行分区域编写，分为步行电机模块、光照检测模块、AD转化模块以及WiFi通讯模块，编写的语言将这四个部分紧密相连，通过信号的联系各自发挥其主要功能作用，都由单片机的操作程序进行控制，并通过通讯模块最终传递到智能的客户终端，来满足用户操作智能窗帘升降的需要。其中系统软件的设计也包含着主程序的设计，主程序主要是用来完成基础性操作，以及连接各个子程序的操作，具有无限循环的特性，是智能窗帘控制系统的基本设计，也是其子程序设计的平台，其他四个子程序的智能运转都是要依靠这个主程序的正常运行时来继续的。
        2.4WIFI通信模块
        本设计WIFI通信模块采用的是RF-RTL8711AM串口WIFI无线模块。RF-RTL8711AM串口WIFI模块是一种即插即用的模块，配置简单，稳定性非常强，它将串口数据转化为无线网络数据信号，能够实现用户无线网络之间到串口数据的转换。RF-RTL8711AM具有强大的存储和处理能力，内置TCP/IP协议栈。RF-RTL8711AM芯片能在极短时间之内连接上并且传递数据包，完成数据输入输出等工作，其工作效率高，耗能低，使用工作温度范围要求低，性价比极高。
        2.5Web服务器程序
        具体的软件编程在我们挂载到Wifi模块上的U盘中，在U盘中是一个我们经过裁剪的Linux系统，里面包含了基础Linux应用以及网络方面的功能。Web前端主要涉及HTML和CSS，利用JavaScript语言，最主要的是用来与控制平台进行交互的按键图形，点击这些按键，触发点击事件，设计不同的指令，通过程序的调用编写，将指令通过Wifi发送给Web服务器，Web中有Lua脚本语言编写而成的处理函数，以及一些能被使用的API。在Web后台服务器中，主要设计了一个小型的Web服务端，所有接收到的指令，检测到的数据，都在Web服务端中进行信息的处理，同时我们设计了对处理后指令再向单片机发送的程序。
        2.6Web服务器载体
        由于Linux中央模块内部内存有限，且产商不提供内部源码，因此我们将自己制作的Web服务器放在U盘中，然后由Linux中央模块在上电启动时自动挂载。由于Wifi模块中采用的是Linux系统，而Linux系统将所有设备都当做文件，因此它会将这个挂载的U盘也看作文件，我们的设想是正确可行的。Web服务器实际上也是一个小型的Linux系统，只不过这个系统更加侧重于数据的保存以及处理。
        结语
        本篇设计充分展现了智能化在家居中的现实应用，随着科技的进步以及社会的发展，这种网络信息化、智能化、高科技的应用在日常生活中已经越来越普及，成为了我们生活中不可替代的一部分，便利了我们的生活，同时也提升了生活的质量，提高了生产、生活的效率。本文通过以单片机为主体的智能窗帘的设计，并结合目前无线化网络的应用，所设计出的智能窗帘能够通过光敏部件感知光感的强度，从而来进行窗帘的升降，调节窗帘的开合程度。智能窗帘也可以通过无线网络连接的智能用户端，例如手机等设备，进行远程操控窗帘的运行状态。这些优于传统窗帘的特性，使得智能窗帘越来越受到欢迎，同时能够有广泛的实际应用。
        参考文献
        [1]自动窗帘控制系统设计[J].孙勇,杨文月,赵宇新.微型机与应用,2010(13).
        [2]基于单片机的温控光控智能窗帘设计[J].杨雅涵,于佐军.控制工程,2016(10).
        [3]家居环境感光窗帘智能控制与调节系统[J].刘丹,李钦晓,费心越.仪器仪表用户,2014(01).
        [4]基于凌阳61单片机的智能窗帘控制系统设计[J].安森,张彦航,崔文华.微处理机,2012(01).
        作者简介：李瑞娟（1980-），女，广西柳州人，副教授，硕士，研究方向：汽车应用电子技术；王丽娟（1978-02），女，广西柳州人，讲师，硕士，研究方向：计算机科学与技术。
        基金项目：广西中青年教师基础能力提升课题：基于智能制造的多面体帘珠自动串珠机结构设计研究（编号：2019KY1261）。