基于51单片机的蓝牙智能光控窗帘

2014-12-23冯志鸿张煜升

科技视界 2014年7期

张钊冯志鸿张煜升

（广东工业大学华立学院，广东广州 511300）

0 引言

随着现代社会的高速发展，室内设计智能化程度越来越高。现智能窗帘控制系统在家居、大型会议室等领域得到了广泛使用，最大限度满足人们对窗帘开度的各种要求，克服了传统窗帘的许多缺点，为人们提供了更快捷、舒适的生活环境。系统利用单片机实现了以光和温湿度信号的窗帘轨的自动化工作，并引入蓝牙无线通信技术使窗帘和窗户随室外光线和室内温湿度的检查实现自动化开关调节。

1 系统要求

自动状态下，实现窗帘随光照强度自动调节开/关的功能；对环境温湿度的检测，可根据用户设置环境参数实现自动开/关窗帘和窗户。利用无线蓝牙模块可对窗帘和窗户的运行实现遥控功能。在手动模式下，通过按键控制达到窗帘、窗户的开/关和停止。系统可实现手/自动方式的灵活转换。

2 硬件系统设计

2.1 系统组成

系统选用STC12C5A60S2 作为主控芯片，用以完成对系统执行机构的控制、信息处理和液晶显示。单片机控制直流减速电机实现窗帘、窗户的控制。光照强度、温湿度信号均通过无线蓝牙模块传输至单片机，经处理后实现电机对窗户、窗帘的自动控制。

2.2 控制系统的电路设计

根据设计方案和要求，可将电路分为5 部分，分别为无线蓝牙遥控，传感器数据采集，电机驱动控制，单片机主控和电源部分。

2.2.1 无线蓝牙遥控

无线蓝牙通信采用HC-06 蓝牙模块，主机模块和从机模块之间互相通信。该蓝牙模块指令丰富，通信稳定性较高，可应用到智能窗帘的无线遥控上。配对以后当全双工串口使用，无需任何蓝牙协议，支持8 位数据位、1 位停止位、无奇偶校验的通信格式。相比传统2.4GHz 无线通信更先进，密码配对稳定可靠，系统操作形式更加多样化。

2.2.2 传感器数据采集

（1）BH1750FVI 光电传感器

采集光照强度参数运用了GY-30 集成光照模块，主要传感器芯片是BH1750FVI，利用它的高分辨率可探测较大范围的光强度变化。接近人眼视觉灵敏的光谱灵敏度特性，输出对应光照度的数值较宽；通过50Hz/60Hz 的除光噪音功能实现稳定的测量。光源依赖性弱（太阳光、白炽灯，荧光灯，卤素灯，白光LED），可根据光学窗口调整测量结果，受红外线影响很小。

为输入稳定的电压，IIC 总线时钟线和数据线直接分别接入单片机的I/O 引脚P2^4 和P2^5；而地址线选择接电源地。

（2）DHT11 温湿度传感器

温度和湿度参数的采集采用传感器DHT11，采用单总线协议的单线制串行接口，具有相对温度和湿度测量，全部校准及数字输出，有超长的信号传输距离等优点。

传感器集成电阻式感湿元件和DHT11 测温元件，能与高性能8位单片机相连接。DHT11 传感器校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，在传感器内部检测信号处理时调用。DATA 引脚直接连接单片机I/O 引脚，单片机对它进行控制。

2.2.3 电机的选择与控制

（1）电机的计算选择

系统中，电机是最主要的动力。可拆装遥控电动滑轮系统中，在选择电机时需要考虑成本与其所能带动的负载。转矩是电机所能带动负载的指标，通过计算转矩可有效选择电动滑轮所需的电机。

T 是扭矩，单位N·m

P 是输出功率，单位kW

n 是电机转速，单位r/min

根据转矩(T)=扭力(F)* 作用半径(R)，即：T=F*R 可以推出扭力扭力F 的单位为N

在自动窗户窗帘选择好的情况下，通过计算来选择电机类型。目前，在电动窗帘机的应用上使用最多的是步进电机和直流电机。直流减速电机可精确控制，又能弥补步进电机无电状态下不能转动的缺陷。结合大多数窗帘的使用，系统选用JGB37-520 减速电机，转矩可达8kg·cm。

（2）电机的控制

L298N 是恒压恒流式2A 驱动芯片，内部含有4 通道逻辑驱动电路，适合驱动本设计采用的直流减速电机。L298N 可接受标准TTL逻辑电平信号Vss（4.5-7V 电压），单片可驱动2 台电动机，电机驱动电源电压DC 5-35V。系统通过单片机对驱动芯片5,7,10,12 脚输入控制电平来控制电机的转动；EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停转。

利用PWM 调制方式可进行电机调速。控制窗帘开合的过程中同时检测光电开关的状态，以确定当前窗帘/窗户的状态。

2.2.4 单片机主控

STC12C5A60S2 系列单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，内部集成MAX810 专用复位电路,2 路PWM,8 路高速10位A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

单片机及其最小系统组成（包括I/O 口，定时器/计时器，复位电路，晶振等部分）作为系统的主控部分。采用C 语言编程，主要完成对当前模式的判断，无线蓝牙数据的编译，光强信息和温湿度信息的编译采集，处理后的数据用于驱动电机工作。

2.2.5 电源部分

STC12C5A60S2 单片机正常工作的电压范围是4.0-5.5V，采用集成稳压器LM1117-5.0 输出5V 直流电压供单片机工作。直流减速电机采用单独供电模式，将220V 的交流电压经变压器整流为7.2V 的直流电压供电机使用。