基于单片机和蓝牙模块的智能窗帘设计*

邓成娟，黄海燕，黄 萍，王 凡，徐俪凌，严小黑

（广西民族师范学院，广西 崇左 532200）

随着科学技术的蓬勃发展，人们对家居环境要求越来越高，智能家居系统也由此萌芽。随着高新技术和各种电子元器件的发展，光控、无线遥控窗帘应运而生，为人们的日常生活提供了便捷，因此，对于智能窗帘设计的研究具有十分重大的意义。从人们实际生活以及窗帘的可执行性、经济性、便捷性、抗干扰能力等方面考虑，设计一款具有手动、光控以及无线遥控的窗帘是非常有必要的。

1 系统总体设计

本系统的核心是STC89C52单片机，结合了晶振、电容等形成了最小系统电路如图1所示。其他模块围绕着单片机最小系统进行工作。使用1602液晶屏做显示设备，在显示控制模式的同时显示光照强度的信息；测光模块采用的是光敏电阻和模数转换芯片ADC0832，将模拟量数字化并显示出来；蓝牙模块采用hc05芯片，实现手机对窗帘的无线控制；窗帘运动是通过步进电机模块进行驱动，窗帘的开关状态由指示灯模块的闪烁来表现；使用按键模块进行设备操作输入，可以用于设置窗帘的光控阈值等；电源模块采用USB 5V电压对系统进行供电。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

2.1 电源模块

电源模块包括电源插座和电源开关，使用USB 5V进行供电。本设计还多出了一部分外部电路，单片机的P0口是漏级开路的电路，内部没有上拉电阻其电压为低电平。因而为了能把P0口用作普通I/O口，本设计在P0口接了一个阻值为10K的上拉电阻，这样P0口就可以用来做1602液晶屏的数据口如图2所示。

图2 最小系统电路图

2.2 蓝牙模块

本设计中使用的蓝牙芯片是hc05，在通电之后，利用手机自带蓝牙连接，进行匹配，连线如图3所示。

图3 蓝牙连线图

2.3 1602液晶模块

LCD1602液晶屏的连接需要借助16排针作为液晶插座，如图4所示是它各引脚的连接原理图。其中，液晶的引脚1和引脚16都接地；引脚2和引脚15接电源正；引脚3连接电位器，它的主要作用是调节对比度；引脚4接到单片机的P13脚可以对寄存器进行控制；引脚5接到单片机的P14引脚，就可以实现对读写的控制功能；引脚6接到单片机的P15引脚，具有使能作用；引脚7到引脚14依次接到单片机的P0口，作为数据与地址线。

图4 液晶模块电路图

2.4 测光模块

测光模块用于感应光照强度，从而对窗帘进行开关。本设计使用光敏电阻采集光强，然后由ADC0832转化成数字信号发送给单片机处理。电路中包含的元器件有10K电阻R5、光敏电阻R4以及ADC0832芯片。具体的电路连接如图5所示。

图5 测光模块电路图

2.5 步进电机模块

步进电机模块实现对窗帘运动的驱动。由于步进机工作电流电压比较大，单片机输出的电流电压无法满足步进机工作所需电流，因而引入具有放大电流电压功能的ULN2003芯片把单片机I/O输出的电流电压放大，从而驱动步进机进行工作，其电路图如图6所示。

图6 步进机模块电路图

3 系统软件设计

3.1 系统主程序设计

主程序工作流程为：首先对液晶、串口、I/O口等初始化，然后读取各方面数据并显示，接着扫描按键。当检测到按键动作时，按键会执行对应功能，根据不同模式，对窗帘进行控制。在手动模式下，窗帘的开关由所设置的开关控制；在光控模式下，窗帘的开关由当时的光照强度控制，高于所设阈值就关窗帘，低于所置阈值则开窗帘。在蓝牙模块下，窗帘的开关控制根据APP发出关指令还是开指令执行。其原理图如图7所示。

3.2 蓝牙模块程序设计

蓝牙的主要功能就是传输数据，其工作过程主要与APP进行配合。在通电之后首先打开手机蓝牙与电路板上的蓝牙进行配对，然后再使用APP设置四个按键功能：模式转换、阈值设置、关减键、开加键等。当检测到APP通过蓝牙发送给单片机指令时，单片机会根据所发送的指令对窗帘进行控制。其原理图如图8所示。

4 结论

本设计采用STC89C52单片机以及蓝牙模块为控制核心，结合感光检测电路、时钟电路、电机控制电路、按键电路等外围辅助电路，实现了窗帘手动控制、蓝牙无线控制和光控等不同的控制方式，一定程度上满足了人们对于智能家居的需求，具备一定的应用价值。

图7 系统主程序原理图