基于單片機的Wi-Fi控制智能窗簾設計

遼寧工業大學電子與信息工程學院 周兆雙 史 偉

錦州石化公司 張立勃

0 引言

隨著物聯網技術的飛速發展，智能家居正逐漸走進普通家庭。論文主要研究了智能家居中的窗簾，分析如何能不用走動，就能遠程隨心控制窗簾的開啟和關閉。

系統主要設計了相關的硬件電路和應用程序。硬件電路包括單片機控制系統、光敏感應模塊、Wi-Fi傳輸模塊、電機控制模塊和熱感應模塊。應用程序主要有單片機主程序和Android手機端程序等。ESP8266是一種集成了完整TCP/IP協議棧和MUC的低功耗Wi-Fi芯片，具有低成本和易使用的特點。ULN-2003芯片能夠連接到單片機直接驅動模擬窗簾的步進電機。研究和應用以單片機為核心的Wi-Fi連接的智能窗簾控制系統，在生活中可以帶給人們很多便利，通過制作實際作品驗證了所設計的系統是正確可行的。

1 基于單片機的Wi-Fi控制智能窗簾系統工作原理

系統通過Wi-Fi與手機端程序連接，利用單片機和傳感器智能控制窗簾：

（1）手動控制部分：可以通過手機程序手動打開或關閉窗簾，也可以隨時停止它的運作使其停留在某一位置。

（2）光敏感應部分：在應用程序中將光控模式打開，系統就會根據室外光亮自動打開或者關閉窗簾。

（3）熱感應部分：將程序中熱感應控制模式開啟，當有人靠近時，系統就會自動控制窗簾使其打開一個小通道，供人通過。

2 系統硬件設計

系統硬件主要包括單片機控制系統、光敏感應模塊、Wi-Fi傳輸模塊、電機控制模塊和熱感應模塊。

2.1 光敏模塊

將光敏模塊的D0口與單片機的I0口連接。利用光敏二極管對于光線強度的感應能力，當模塊在無光或者光強達不到設定的數值時，D0口輸出高點電平；當外界光強高于設定的數值時，D0口輸出低電平。接法如圖1所示。

圖1 光敏模塊連接圖

2.2 Wi-Fi傳輸模塊

Wi-Fi傳輸模塊使用ai-thinker公司的ESP8266，通過配置，和單片機的串口進行通信，利用WIFI傳輸數據。首先燒寫AT指令，將VCC接3.3V，GND接地，RXD和TXD接到對應的串口，RST懸空，IO_0置低電平進入燒寫模式，然后利用串口調試助手依次發送上述的AT指令即可。模塊接法如圖2所示。

圖2 Wi-Fi模塊連接圖

2.3 電機控制模塊

系統使用5V的四相無線步進電機來模擬窗簾開關。由于單片機的指令無法直接傳給電機使其工作，所以在電機與單片機之間加入了一個NLU2003芯片來控制電機的運作。當芯片輸入為高電平時，輸出為低電平；當芯片輸入低電平時，輸出為高電平，據此控制電機的轉動。模塊接法如圖3所示。

圖3 電機控制模塊連接圖

2.4 熱感應模塊

系統使用HC-SR501熱感應模塊，如圖4所示。工作電壓為5V，當有人靠近其感應范圍時，輸出高電平3.3V；離開時，輸出低電平0V。

光敏模塊在之前已經單獨連接，此處CDS并未再次設置光敏控制模塊。

2.5 系統實現

為了更方便地顯示電機轉動的方向，實物制作過程中加了兩個指示燈。在焊接的過程中，由于單片機和電機都使用5V電源供電，而各個模塊的工作電壓又是3.3V，為了避免模塊損壞，在它們和電源之間，可接入一個電阻或降壓芯片。實物制作如圖5所示。

圖5 基于單片機的Wi-Fi控制系統實物圖

3 系統軟件設計

系統的主要程序設計包括單片機控制端和手機端apk的編寫。單片機程序以如何控制電機的正傳反轉為例：

手機apk主要包括兩部分，一是布局方面的layout、7個button和3個textview；另一部分就是主函數部分，包括手機權限的開放以及各通信連接等。

4 結語

此設計是以51單片機為主要控制單元，通過多種傳感器采集發送數據，Wi-Fi與手機連接來控制電機工作的的系統。主要特點是設計簡單、實用性強和價格便宜等。通過實物制作證明具有可行性和有效性。