智能家居窗帘控制系统的研究与设计

章若冰

摘要：本文针对智能家居系统中的窗帘控制系统问题，设计了一款基于单片机的智能窗帘控制系统。系统基于一天中光线强弱和温度不断变化的特点，实现了一天中随着日照强度和温度的不同动态控制窗帘的打开与闭合。此外，为使得智能窗帘系统更加人性化，在设计中加入了无线控制模块，从而实现智能窗帘系统的智能化控制。本系统以STC89C52单片机作为核心控制器，通过采集环境光强度和温度，实现对窗帘的智能控制，同时，支持无线通信和电脑发送指令控制窗帘的功能。

关键词：智能家居；窗帘控制；单片机；无线控制

中图分类号：TN07 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0256-03

智能家居行业发展越来越快，智能窗帘作为智能家居系统中的重要组成部分逐渐引起大家的关注。季节不同、天气不同、以及温度变化或上下班的时段等都对窗帘的打开与闭合的操作是不一致的，这对于智能家居中窗帘的控制提出了不同的需求。因此，设计合理的智能窗帘控制系统已经迫在眉睫。

1系统工作原理

智能窗帘是带有一定自我反应、调节、控制功能的窗帘。如根据室内环境状况自动调光线强度、平衡室内温度等。能给居住环境带来更好的舒适度和安全感，此外，还能将被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供信息交换功能，给生活带来诸多便利。

本文主要完成对系统执行机构的控制和信息处理。系统主要MCU主控模块、光敏电阻传感器模块、温度信息采集模块、无线发射与接收模块、数码管显示模块以及LED指示灯组成。

无线控制：该模块的功能是用户通过上位机利用无线发射与接收模块发送指令控制窗帘的开关。

环境自动控制：智能窗帘控制系统以光照和温度传感器检测到的信号作为输入信号，模拟窗帘小灯（LED指示灯）作为信号输出执行器件，单片机实现对其进行控制。其硬件框图如图1所示。

2核心硬件电路设计

2.1光敏电阻传感器模块

利用单片机结合光敏电阻传感器作为光照采集器，可以检测外界光强度。其工作原理图如图2所示。单片机控制模拟窗帘小灯的亮灭。实现窗帘的打开与关闭。

2.2温度传感器模块

温度模块采用DS18820温度传感器。它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，它采用3引脚TO-92封装，温度测量范围为-55℃～+125℃，编程设置9～12位分辨率。其实物图如图4所示。

2.3无线发射与接收模块

无线发射与接受模块采用NRF24L01模块，它是一款单片无线收发器芯片。工作在2.4～2.5GHz ISM，可以通过SPI接口设置输出功率频道选择和协议。可以通过上位机控制单片机IO口输入信号，从而实现对智能窗帘的远程控制。

3系统软件设计

系统软件设计包含了基本模块子程序和智能控制子程序两大部分，其中基本模块子程序中含有晶振电路、复位电路、按键电路，下载电路，AMS1117（5V转3V）电路，LED电路模块、数码管驱动电路等，智能控制子程序中含有光控、温控与无线控制以及操作界面等的设计模块。主程序构成无限循环，在系统初始化后，循环扫描各个功能模块，并完成各个子程序之间的联系任务，达到联合有序的控制。

软件设计主要是模块化编写的，包括：光照强度子程序、DSl8820子程序、NRF24L01子程序、LED数码管显示模块子程序。在软件方面，以C语言驱动各模块工作，实现各模块的协调工作，硬件方面采用PROTUES软件进行仿真。

主程序构成无限循环，主要完成单片机初始化，关中断，按键扫描，判定是否为自动模式等功能。流程图如图7所示。

启动主程序，先模块上电为自动模式，接着初始化NRF24L01，读取温度数据；然后判定操作模式。如果为自动模式则ZIDONG=0；如果为手动模式则ZIDONG=1。自动模式下对环境数据进行判定，控制LED灯闪烁。手动模式下则通过上位机操作执行相应的工作。如果都不是，则是复位键，进行复位操作。

4调试

1）智能窗帘控制系统基本功能的实现：系统的启动和初始化是否正常，各个模块的启动是否正常，工作状态是否稳定；按键控制是否灵敏、数码管显示是否正确；能否通过按键设置窗帘开启或关闭的温度阈值，并能通过数码管显示；按键能否切换控制模式；按键能否控制窗帘的限位开关。

2）对具体功能进行调试：系统能否读出当前环境所需要的参数，并根据参数自动开关窗帘；是否迅速响应上位机按键发出的信号，达到无线手动开关窗帘的要求。单片机正常运行之后，能否按键复位，灯的暗弱是不是突变。

5结论

根据软硬件的设計，系统基于一天中光线强弱和温度不断变化的特点，实现了一天中随着日照强度和温度的不同动态控制窗帘的打开与闭合。此外，设计中加入了无线控制模块，使得智能窗帘系统更加人性化，从而实现智能窗帘系统的智能化控制。