基于单片机的Wi-Fi控制智能窗帘设计

辽宁工业大学电子与信息工程学院 周兆双 史 伟

锦州石化公司 张立勃

0 引言

随着物联网技术的飞速发展，智能家居正逐渐走进普通家庭。论文主要研究了智能家居中的窗帘，分析如何能不用走动，就能远程随心控制窗帘的开启和关闭。

系统主要设计了相关的硬件电路和应用程序。硬件电路包括单片机控制系统、光敏感应模块、Wi-Fi传输模块、电机控制模块和热感应模块。应用程序主要有单片机主程序和Android手机端程序等。ESP8266是一种集成了完整TCP/IP协议栈和MUC的低功耗Wi-Fi芯片，具有低成本和易使用的特点。ULN-2003芯片能够连接到单片机直接驱动模拟窗帘的步进电机。研究和应用以单片机为核心的Wi-Fi连接的智能窗帘控制系统，在生活中可以带给人们很多便利，通过制作实际作品验证了所设计的系统是正确可行的。

1 基于单片机的Wi-Fi控制智能窗帘系统工作原理

系统通过Wi-Fi与手机端程序连接，利用单片机和传感器智能控制窗帘：

（1）手动控制部分：可以通过手机程序手动打开或关闭窗帘，也可以随时停止它的运作使其停留在某一位置。

（2）光敏感应部分：在应用程序中将光控模式打开，系统就会根据室外光亮自动打开或者关闭窗帘。

（3）热感应部分：将程序中热感应控制模式开启，当有人靠近时，系统就会自动控制窗帘使其打开一个小通道，供人通过。

2 系统硬件设计

系统硬件主要包括单片机控制系统、光敏感应模块、Wi-Fi传输模块、电机控制模块和热感应模块。

2.1 光敏模块

将光敏模块的D0口与单片机的I0口连接。利用光敏二极管对于光线强度的感应能力，当模块在无光或者光强达不到设定的数值时，D0口输出高点电平；当外界光强高于设定的数值时，D0口输出低电平。接法如图1所示。

图1 光敏模块连接图

2.2 Wi-Fi传输模块

Wi-Fi传输模块使用ai-thinker公司的ESP8266，通过配置，和单片机的串口进行通信，利用WIFI传输数据。首先烧写AT指令，将VCC接3.3V，GND接地，RXD和TXD接到对应的串口，RST悬空，IO_0置低电平进入烧写模式，然后利用串口调试助手依次发送上述的AT指令即可。模块接法如图2所示。

图2 Wi-Fi模块连接图

2.3 电机控制模块

系统使用5V的四相无线步进电机来模拟窗帘开关。由于单片机的指令无法直接传给电机使其工作，所以在电机与单片机之间加入了一个NLU2003芯片来控制电机的运作。当芯片输入为高电平时，输出为低电平；当芯片输入低电平时，输出为高电平，据此控制电机的转动。模块接法如图3所示。

图3 电机控制模块连接图

2.4 热感应模块

系统使用HC-SR501热感应模块，如图4所示。工作电压为5V，当有人靠近其感应范围时，输出高电平3.3V；离开时，输出低电平0V。

光敏模块在之前已经单独连接，此处CDS并未再次设置光敏控制模块。

2.5 系统实现

为了更方便地显示电机转动的方向，实物制作过程中加了两个指示灯。在焊接的过程中，由于单片机和电机都使用5V电源供电，而各个模块的工作电压又是3.3V，为了避免模块损坏，在它们和电源之间，可接入一个电阻或降压芯片。实物制作如图5所示。

图5 基于单片机的Wi-Fi控制系统实物图

3 系统软件设计

系统的主要程序设计包括单片机控制端和手机端apk的编写。单片机程序以如何控制电机的正传反转为例：

手机apk主要包括两部分，一是布局方面的layout、7个button和3个textview；另一部分就是主函数部分，包括手机权限的开放以及各通信连接等。

4 结语

此设计是以51单片机为主要控制单元，通过多种传感器采集发送数据，Wi-Fi与手机连接来控制电机工作的的系统。主要特点是设计简单、实用性强和价格便宜等。通过实物制作证明具有可行性和有效性。