基于單片機的智能家居門控制系統設計

余騰偉，童 旭

（重慶交通大學機電與車輛工程學院，重慶 400074）

基于單片機的智能家居門控制系統設計

余騰偉，童 旭

（重慶交通大學機電與車輛工程學院，重慶 400074）

智能家居已經逐步進入人們的生活，但是智能家居門控制系統面世的卻很少。本論文設計一種基于單片機控制器的智能門系統，該系統安裝方便，可以應用于一般居家生活門中。選用STM32單片機作為主控芯片，Power-HD公司的1501MG舵機作為執行機構，通過電機帶動連動機構帶動家居門的開和關；將HC-SR501熱釋電紅外傳感器模塊安裝在門正上方用于識別人體紅外線，利用各種紅外傳感器將開關門信號和夾手信號傳輸給主控芯片，利用PWM技術控制驅動電路控制電機動作，實現對來人自動開關門和防夾手的功能。

智能門；STM32F103ZET6；紅外傳感器

1 前言

智能門最先由應用在商用建筑中，商用建筑中功能簡單的智能門叫做自動門，具備自動開關、防夾手等簡單的功能。隨著科學技術的發展，尤其是電子行業的發展，而今自動門早已出現在人們日常生活中，醫院、機場、商務樓盤、超市等公共場所中，經?？梢娖渖碛?。根據不同的客戶需求，智能家居門在自動開關門功能的基礎上可以添加各種其他功能，比如模式選擇功能、防夾手功能、智能語音功能、智能感溫感煙、智能識別功能等等。

2 硬件系統設計

本設計由主控芯片、執行機構、傳感器部分、電源、顯示等部分組成。主控芯片用于接收傳感器信號、控制執行機構、邏輯運算和數值計算、驅動外設等功能；執行機構用于控制門的開關動作；傳感器識別外界物體，將其他形式的信號轉換為電信號傳輸給主控芯片；電源用于給其他各個部件供給電源；顯示部分用于實現人機交互和顯示信息。

2.1 主控芯片

選擇STM32F103ZET6單片機，此單片機存儲容量大，指令周期短；擁有多個ΑDC、DΑC、PWM等多個片內外設，PWM外設驅動舵機，易于開發，價格成本適中，操作簡單。和8/16位設備相比，ΑRM Cortex-M3 32位RISC處理器提供了更高的代碼效率。STM32F103xx微控制器帶有一個嵌入式的ΑRM核，所以可以兼容所有的ΑRM工具和軟件。

2.2 執行機構

考慮到步進電機和交流伺服電機不方便安裝，減速直流電機需要增加位置傳感器，選用舵機作為執行機構，兩個舵機利用傳動機構推動門，進行門的開關動作。舵機主要由外殼、減速齒輪組、電機、電位器、控制電路等部分組成，屬于伺服直流電機的一種。主要用于控制模型的舵面，仿真機器人的關節也多用舵機工作。舵機輕巧，方便安裝，輸出扭矩較小，控制簡單。

2.3 傳感器選擇

反射式紅外線傳感器是利用紅外線反射的原理，根據反射的強度來判定前方障礙的有無。在距離適中的時候測量精度很高。由于使用的是紅外線，所以抗干擾能力很強。反射式紅外線傳感器還具有電路機構簡單，易于操作；體積較小，便于安裝；工作穩定，靈敏度高，性能可靠等優點。

3 軟件系統設計

3.1 電機驅動模塊

STM32F103系列單片機自帶PWM外設，可以輸出多達14路PWM信號，通過控制寄存器，可以方便的調節PWM波的頻率和占空比。當接收到開門或者關門的信號時，通過PWM調節占空比來控制電機執行不同的動作。先對PWM外設初始化，通過判斷語句實現開關門動作。

3.2 信號處理模塊

送入主控芯片的信號一共有兩種，一個是識別人體的熱釋電紅外傳感器信號，另一個是防夾手的漫反射紅外傳感器信號。熱釋電紅外信號用循環掃描方式不斷掃描，漫反射紅外信號用中斷方式可以快速反應夾手信號。

3.3 顯示模塊

顯示模塊需要完成彩屏的初始化還有觸屏的反饋，需要循環掃描是否有觸屏信號，如果有觸屏信號，根據觸摸位置的不同需要作出不同的處理，處理結果還要顯示出來。

4 系統測試

4.1 模型門選擇

實際門的標準大小為2100mmX800mm，選取750mmX400mm的模型木板代替實際門。

4.2 測試結果

開門時PWM波形的占空比會逐漸減小，占空比為5%。關門時PWM波形的占空比會逐漸增加，占空比增加至10%。

由測試結果可知，模型制作的智能門基本可以實現設計的要求，可以完成自動開關門和防夾手的動作。

5 結論

設計了一種可以實現來人時自動開門，人走時關門，關門時有物體放在門沿時觸發防夾手功能，迅速開門。在液晶屏上選擇不同模式，可以實現延時關門、自動開關門、手動開關門等。舵機帶動傳動機構使門轉動，STM32F103單片機輸出50HZ不同占空比的PWM波形給驅動電路，驅動電路帶動舵機轉動不同角度。防夾手功能由漫反射紅外傳感器將信號傳給單片機，高電平表示有物體在門沿處；程序選擇中斷形式，可以及時執行開門動作，防止夾手。識別人體功能由熱釋電紅外傳感器將信號傳給單片機，高電平表示有人進過；程序選擇循環掃描形式。TFT彩屏顯示用戶可以修改的參數和開關門的狀態，用戶通過觸摸來選擇不同的模式，實現模式的切換。整個設備安裝輕巧，便于調試。

［1］許紅敬.再不智能家居就OUT了，智能家居在爆發還是一陣喧嘩［J］.消費電子，2014（13）∶PP36-42.

［2］石建立.家用自動門將開啟住宅空間的新體驗［J］.城市環境設計，2013（Z2）∶PP314-315.

［3］焦麗娟.自動門控制算法及控制系統實現［M］.南京∶南京航空航天大學出版社，2011.

［4］陳繼紅.微機原理及應用［M］.北京∶高等教育出版社，2011.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.094

余騰偉（1981-），女，四川彭州人，博士，副教授，主要研究方向∶機械電子。