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基于ESP8266WiFi模块的智能窗帘设计

2020-04-01 22:32智能家居 人已围观

简介在智能信息化时代,互联网的崛起已经改变人们的生活方式, 智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起,提供窗帘控制以及可编程定时控制等多种功能和手段。给人们一种...

  在智能信息化时代,互联网的崛起已经改变人们的生活方式, 智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起,提供窗帘控制以及可编程定时控制等多种功能和手段。给人们一种便捷、舒适的生活,智能窗帘作为智能家居的一种代表,以简单的功能和实用性强深受人们的喜爱,不过由于现在市场上价格太高,所以导致很多人们放弃了智能窗帘。在这种情形下本设计提出简易、操作便捷、实惠的智能控制方案。
  

  1系统总体设计方案

  
  1.1窗帘外形结构
  
  在本次设计中,我们采用杜亚导轨、主副传动箱、皮带、滑轮。其结构如图1所示,其中杜亚导轨高为21.9mm,底部宽为34mm,顶部宽为29.4mm。轨道采用轨电泳涂装表面处理,色彩明亮,轨道内壁和外壁光滑度一致,以确保滑车滑行时顺畅无噪音。耐酸碱,抗污染,延缓铝型材老化等优点。
  图1 窗帘导轨结构及参数
  图1 窗帘导轨结构及参数
  
  1.2整体功能框图
  
  本次设计是基于ESP8266芯片为核心的智能窗帘,外围电路包括光线检测模块、时钟模块、WiFi模块、电机驱动模块。其功能框图如图2所示。三种控制方式:根据系统设定的时间进行打开和闭合;根据光线强弱实现开闭;利用手机远程控制实现开闭。通过设定一个阈值,当光线强度大于设定值时电动机正转,闭合窗帘;反之,电动机反转,打开窗帘。同等条件下手机远程控制优先级高于定时控制,定时控制优先级高于光线控制。
  图2 窗帘控制功能框图
  图2 窗帘控制功能框图
  

  2主要功能设计与实现

  
  2.1主控芯片的选择
  
  方案一:STC89C51单片机
  
  STC89C51单片机是一种高性能CMOS8位微处理器,可进行逻辑运算、清零、置位、传送等,其功能比较完备,可操作性强,使用起来相对比较容易。
  
  方案二:ESP8266芯片
  
  ESP8266芯片具有集成度高、稳定性强、精度高的特点,可在温度高的情况下持续工作,具有很强的工作适应性。有STA/AP/ STA+AP三种工作模式,支持smartconfig功能。
  
  ESP8266相比STC89C51单片机来说稳定性强,其能耗低、能够快速传送数据、价格便宜。ESP8266可在温度高的情况下持续工作,具有很强的工作适应性。(沈华刚,吕刚磊,基于ESP8266串口wifi智能插座设计[J].电子世界,2019)其芯片配置简单,操作方便,具有很强的稳定性,对工作环境温度要求低,它能将串口所获取的数据高效率地转化为无线网络数据信号,用户可控制无线网络数据,从而通过手机APP对窗帘进行无线控制。而STC89C51单片机运行速度相对比较慢,且无保护,很容易芯片被烧坏。综合比较两个方案,选用方案二ESP8266芯片。
  
  2.2 WiFi与外部通讯
  
  图3所示是本设计中ESP8266串口的控制系统框图,主控板通过WiFi与局域网相连接,再与智能手机通信,从而使移动端与窗帘实现双向控制。(周洪,胡文化,张立明,等.智能家居控制系统[J].北京冲国电力出版社,2006)这种系统集实时监控、数据的输送以及多媒体系统为一体来实现数据采集和处理,将以媒体形式传送到用户端的服务器当中。多个系统互相关联,在同个局域网内有效连接组成,具有内部联系性,是一个整体的布局模式,具有良好的扩展性和稳定性。
  图3 通讯结构图
  图3 通讯结构图
  
  2.3 电机驱动模块
  
  步进电机将电脉冲信号转换成机械角位移,在数字控制系统中是一种较常用的控制执行元器件。在电路中,输入信号为电脉冲信号,输出信号则为角位移,每当接收到一个电脉冲信号,就会驱动步进电机按照设定的方向转动固定的角度。(胡锦,邓鹏,基于WIFI的智能窗帘系统设计[J].信息通讯,2018(3):201-202)本次设计我们采用ZD-M42S两相步进电机高集成度,高可靠性接口,采用超高速光耦隔离,抗高频干扰能力强,安装在电机背面,减少占用空间,能够使电机的工作状态达到稳定,可以多种细分可选。
  图4 电机驱动接线方法
  图4 电机驱动接线方法
  
  如图4所示,为电机接线图。R为串联分压电阻,当控制器的接口电压为5V时,无需R直连;当接口电压为12V时,串联1K电阻; 当接口电压为24V时,串联2.7K电阻。
  图5 光线自动控制系统框架图
  图5 光线自动控制系统框架图
  
  2.4 光线控制
  
  如图5所示,本系统的光线控制电路通过光线传感器的数据采样,使光线信号转换成电信号,再经过后台的单片机内部A/D转换器将电信号转换输出并作用于电机上,从而实现窗帘根据光线强度的自动控制。
  
  通过光的检测、分析、传送,为系统提供前端有效数据,设计简单实用、成本低廉。光敏传感器内的光敏电阻通过检测光线的强度而发生阻值的变化,从而传递光线的模拟信号,当照射光线越强时,通过光电管的电流就越大,电流通过电阻时,电阻两端的电压即可被转换成可被采集器采集的0-5V电信号,从而实现光信号向电信号的转变,继而传输至单片机识别即可。
  图6 光线检测与窗帘控制程序流程图
  图6 光线检测与窗帘控制程序流程图
  
  如图6所示,为光线检测与窗帘控制程序流程图。初始化后, 通过调用函数对光线信号进行采集,并将模拟量的光强信号转换成数字电信号,经单片机的内部处理后,将电信号传输至电机驱动模块控制窗帘的开闭。
  
  2.5 定时功能
  
  本系统设计的智能窗帘具有定时开关窗帘的功能,其程序流程如图7所示。先采用SNTP函数获取当前时间戳,然后将当前时间戳转换为具体时间,再与设定的时间比较,从而实现定时的功能。
  图7 定时功能程序流程图
  图7 定时功能程序流程图
  

  3结束语

  
  本文是基于ESP8266芯片的智能窗帘系统控制,具备光、手机、定时多方式对窗帘实现自动化控制,在应用上比较方便,具有操作简易、性价比高等优点,不过也有不足之处,可以加上智能语音控制,使用更便捷,能极大提高用户体验感。

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