基于单片机的智能窗帘系统设计

刘进　汤莉莉

摘 要：伴随科技水平的不断提高，人们的日常生活需求也不断从温饱走向小康生活，生活品味得到提高，而智能家居正是在人们对生活品质提升的上升需求状态下应运而生。该设计实现了家居中集“遥控、定时、防盗”功能于一体的，安全可靠实用的智能窗帘。该系统采用LPC1758单片机，通过定时、遥控与人体红外传感器来控制步进电机，实现窗帘的打开与闭合，具有良好的可移植性和可扩展性，能在家庭、写字楼、办公室等场合进行使用。

关键词：实时防盗 智能控制 LPC1785

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0014-02

Abstract：With the continuous improvement of scientific and technological level，peoples daily life needs are constantly from the food and clothing to a well - off life，life tastes have been improved，and smart home is in the rising demand for life quality.The design and implementation of the Home Furnishing CIMC“remote control，timing，anti-theft”functions， intelligent safe and reliable and practical.The system uses LPC1758 microcontroller，through the timing， remote control and infrared control of the human body to achieve the opening and closing of the curtain model. Because of the use of LPC1758， the system has a good portability and scalability，so it can be used in family，office buildings，offices and other occasions.

Key Word：Real time security；Intelligent control；LPC1785

根据国际物促会的市场调研数据显示，2010～2012年，我国的智能家居市场已连续3年保持超过20%的增长。其中，2012年的市场规模达到24.9亿元，增长率为20.29%。就目前趋势看，全世界在未来两年将有1亿家庭进入智能化、网络化，每年带来的市场总值高达4500亿美，其中3700亿元是硬件产品的价值，到2020年，50%以上的新房将具有一定的智能型家居。据调查，仅北京市场每年就有15亿左右的智能开关市场目标销售额。可见智能家居的市场潜力之巨大。以智能自动代替以前的手工控制，带动产业链升级，响应习总书记互联网+的号召。

为了达到直观感受窗帘的“智能”，系统使用Solidworks软件设计出1：20比例室内模型，并手工制作与电路整合展示实现设计功能直观化。设计采用高性能的ARM Cortex-M3 32位[1]的ISC内核LPC1758芯片，可通过红外遥控器控制5 v的两相四线步进电机正反转，进而远程手动开、手动关和手动停控制；可以执行事先输入的开启时间和关闭时间进行时间控制；此外加入防盗功能，防盗开启模式。设计中液晶显示屏显示室温、时间、和模式[2]。也可通过远程摄像头在线监控，实现系统功能的扩展。

1 控制系统的工作原理及硬件设计方案

系统工作原理是由SC0072红外光线传感器采集到室外信息，通过变换器转化为电信号，人进入其感应范围则输出高电平（3.3 V），离开感应范围则自动延时一段设定时间后恢复低电平（0 V）；可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围继续活动，其输出将一直维持高电平，直到人离开后延时变为低电平。单片机通过高低电平来控制窗帘电机的动作，从而调节窗帘开闭，实现精确的自动控制。

硬件系统主要由红外线传感器SC0072、步进电机驱动L239D和LPC1785单片机控制系统[3]以及控制线、监视线，液晶屏和蜂鸣器等组成。硬件系统的结构框图如图1所示。

通过放置在窗口的传感器采集信号，送给LOC1758进行处理，如果有人或者有遥控信号需要打开窗帘，则控制系统自动控制步进电机，让窗帘打开，并通过LCD来显示当前的窗帘状态，防止系统故障导致窗帘开合与预想设定不符时，能得到及时调整。对于本系统还可以通过扩展，让由单片机将系统的实时状态通过家庭电脑，上传到网络可以通过手机查看，使本系统更加智能，为实时了解家里情况带来方便。

实际方案中，以DS18B20和SC0072人体红外传感器配合监控实际信号，防止传感器误报，当家中无人并有小偷进入时，则蜂鸣器鸣响，并由单片机对信号进行处理后，将信号及时告知户主。

2 监控系统主要功能介绍

2.1 红外遥控

本设计为智能窗帘，具有按键控制功能，可通过遥控按键来控制窗帘的开启和关闭。将采用普通单片机学习遥控，使用HS0038B一体化红外线接收头。

2.2 定时控制

设置窗帘开合时间间隔，控制房屋模型中的窗帘定时开启和闭合。此功能设计中模拟人早晚起床时自动拉开和关闭窗帘，实现“自动化”功能。

2.3 温度反馈

此模块中使用温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的温度传感器采集当前的温度信息，可以反馈时时温度信息，进而为用户做出选择参考，如是否出行加衣物，开启或关闭窗帘。

2.4 防盗功能

此功能设计为本系统设计中的创新点，在实物模拟中，人体红外感应模块SC0072安放在模型窗户外部。当人手从窗外伸入时，会自动感应，此时系统蜂鸣器将发出警报，直到感应消除为止。此功能设计的实用性在于，智能窗帘不仅满足智能关闭开启窗帘，同时提供现实居住者的安全警报，安全防盗功能亦是现代智能家居系统中不可或缺的可实现功能之一。当需要报警时，程序对其端口清零即可，声音的长短可用延时程序控制实现。

3 系统软件设计

本控制系统的软件设计可以分为3部分。

（1）主程序部分：该部分完成存储器分区、数据定义和系统的初始化等，以及调用各个子程序，完成主要的控制功能。

（2）定时器初始化部分：通过选择定时器模式，设置好相应的定时时间，实现对窗帘开合的基本控制。

（3）各模块驱动：各组件驱动完成具体的实现方法，主要包括：设定值、LCD显示、步进电机控制、AD转换中断、T0定时器中断、采样中断等[4]。

程序流程图如图2所示。

图2中系统软件程序设计主要包括：主程序设计，采样子程序设计，数据处理程序LCD显示子程序，电机控制，蜂鸣器报警等。

4 结语

通过本次设计，解决了市场上大部分智能窗帘所不具备的一些功能：（1）自动监控，防止误报。充分考虑系统安全性、可靠性、稳定性。（2）通过DS18B20配合HS0038B红外传感器来对人进行精确判断，节约了成本，为大规模量产打下了良好的基础。（3）通过LOC1758单片机的使用，大大增强了系统可扩展性，并且为窗帘链入互联网打通了接口。本系统还可以进行互联网+控制等功能的扩展，以及通过更换传感器获得更好的实时性、精度等。

参考文献

[1] 孙安青.ARM Cortex-M3嵌入式开发实例详解[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.

[2] 宁铎.电子工艺实训教程（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.

[3] 坂本正文.步进电机应用技术[M].王自强译.北京：科学出版社，2010.

[4] 陈粤初.单片机应用系统设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.