基于藍牙通信的智能型窗戶的研究與設計

仇 歡 顧新艷 倪海鵬 朱康凱

（南京工程學院汽車與軌道交通學院，江蘇 南京211167）

1 概述

隨著人們生活水平的日益提高，人們對健康舒適和方便的家居生活的需求也越來越高。第一代多功能智能型窗戶由于無法實現遠程控制功能，很難滿足人們日益增長的需求，而基于藍牙通信的智能型窗戶能夠實現遠程控制功能，可以極大滿足人們的需求。

2 系統方案設計

2.1 結構設計

自行研制的第一代多功能智能型窗戶模型結構如圖1 所示。

圖1 智能型多功能窗戶模型結構設計圖

設計中傳動裝置采用了螺桿傳動，電機帶動螺桿轉動，又通過螺桿上的螺母降轉動轉化為平動，以增加電機轉動的穩定性，窗框可在任意位置停止；采用限位開關，使窗框在到達極限位置時停止運行。

2.2 系統控制方案設計

基于藍牙通信的智能型窗戶的系統總體控制方案如圖2所示，STM32F407 主控板由太陽能和蓄電池供電?；谒{牙通信的智能型窗戶保留了第一代多功能智能型窗戶的環境狀態采集功能、防夾功能、報警功能以及SD 卡存儲等功能，1.3 寸的OLED 替換成了4.3 寸的TFTLCD 以便更清晰地實時顯示時間、溫濕度、工作狀態等信息，同時增加了藍牙通信模塊，實現了通過手機藍牙串口APP 遠程控制的功能。

3 控制系統設計

3.1 硬件系統設計

3.1.1 核心控制板

核心控制板集成STM32F407 主控芯片、晶振電路、濾波電路、3.3V 降壓電路等相關電路。STM32F07 單片機，芯片具有高性能、低功耗，工作可靠等特點，其引腳數量較多，適合用于復雜的系統控制。主控板還內置RTC 時鐘，由紐扣電池獨立供電，使得在外部電源關閉時，時鐘仍能正常工作。

圖2 控制方案圖

3.1.2 系統供能方案

控制系統采用太陽能供電，利用太陽能電池將光能轉化為電能并儲存于蓄電池中。并由蓄電池為單片機、電機等元件進行供電。使用太陽能供電符合了低碳生活節能環保的要求，使用蓄電池儲存電能使得在連續的陰雨天設備能正常工作。

太陽能板性能參數為12.6V 20W，經電源管理模塊蓄電池和降壓模塊分別為電機供7.2V 的電、為編碼器和電機驅動芯片供12.6 的電、為紅外測距模塊和藍牙模塊供5V 的電以及為STM32 核心板供3.3V 的電。

3.1.3 藍牙模塊

藍牙是一個標準的無線通訊協議，支持設備短距離的無線通信，使用2.4～2.485GHz 的ISM波段的UHF 無線電波，其收發器芯片成本低、功耗低，因而被廣泛應用。本實驗使用藍牙串口模塊與單片機相連以實現遠程控制功能。藍牙模塊采用LQ_BTM1V2 型藍牙模塊，其數據傳輸更穩定，可以設置配對密碼保證連接的正確性。其原理圖如圖3 所示。主控芯片的引腳PA9 和PA10 分別連接藍牙串口模塊的RXD 端和TXD 端，同時給藍牙串口模塊供電5V 以及接地。

3.2 軟件系統設計

系統包含溫濕度控制、感光控制、定時控制、藍牙遠程控制、數據顯示與存儲等功能。

其具體功能流程圖如圖4 所示。

圖3 藍牙模塊原理圖

圖4 系統流程圖

4 藍牙通信功能測試

4.1 中午12：12：50 測試

①測試環境：

測試日期：2019 年10 月27 日星期天

測試地點：江蘇省南京江寧區弘景大道一號南京工程學院至浩苑信息樓B 棟三樓樓頂

測試地點天氣狀況：天氣多云

距離窗戶的距離：5 米

②測試任務：

關閉窗戶，開啟感光功能，溫度功能，濕度功能。

③窗戶當前狀態：

窗戶為開的狀態；窗簾為開的狀態；感光功能未開啟；溫度功能未開啟；濕度功能未開啟。

④測試結果：

圖5 LCD 顯示

圖6 手機APP 顯示結果

⑤測試結果分析：

表1 測試數據整理表

由表1 測試數據整理表知，對比結果可知都為匹配，可知，利用藍牙通信可以實現遠距離控制功能。

4.2 晚上21：04：40 測試

①測試環境

測試日期：2019 年10 月27 日星期日

測試地點：江蘇省南京江寧區弘景大道一號南京工程學院至浩苑信息樓B 棟三樓樓頂。

測試地點天氣狀況：多云

距離窗戶距離：5 米

②測試任務

關閉窗簾，并關閉濕度功能、溫度功能、感光功能。

③窗戶當前狀態：

窗戶為關的狀態；窗簾為開的狀態；感光功能開啟；濕度功能開啟；溫度功能開啟。

④測試結果：

圖7 LCD 顯示

⑤測試結果分析：

圖8 手機APP 顯示

表2 測試數據整理表

由表2 測試結果整理表知，對比結果可知都為匹配，則利用藍牙通信可以實現遠距離控制功能。

5 結論

基于藍牙通信的智能型窗戶實現了較遠距離控制窗戶開合的功能、溫濕度功能開閉以及感光功能開閉等功能。經試驗調試，開關窗過程平穩可靠，系統功能強大，通過手機，使得人與窗戶的控制交互進一步增強，極大地增加了窗戶的智能化程度。符合現代智能家居的發展和需求，有較大的實用價值。