基于單片機(jī)的智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉進(jìn)　湯莉莉

摘 要：伴隨科技水平的不斷提高，人們的日常生活需求也不斷從溫飽走向小康生活，生活品味得到提高，而智能家居正是在人們對生活品質(zhì)提升的上升需求狀態(tài)下應(yīng)運(yùn)而生。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了家居中集“遙控、定時(shí)、防盜”功能于一體的，安全可靠實(shí)用的智能窗簾。該系統(tǒng)采用LPC1758單片機(jī)，通過定時(shí)、遙控與人體紅外傳感器來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)窗簾的打開與閉合，具有良好的可移植性和可擴(kuò)展性，能在家庭、寫字樓、辦公室等場合進(jìn)行使用。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)防盜 智能控制 LPC1785

中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

根據(jù)國際物促會的市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2010～2012年，我國的智能家居市場已連續(xù)3年保持超過20%的增長。其中，2012年的市場規(guī)模達(dá)到24.9億元，增長率為20.29%。就目前趨勢看，全世界在未來兩年將有1億家庭進(jìn)入智能化、網(wǎng)絡(luò)化，每年帶來的市場總值高達(dá)4500億美，其中3700億元是硬件產(chǎn)品的價(jià)值，到2020年，50%以上的新房將具有一定的智能型家居。據(jù)調(diào)查，僅北京市場每年就有15億左右的智能開關(guān)市場目標(biāo)銷售額。可見智能家居的市場潛力之巨大。以智能自動代替以前的手工控制，帶動產(chǎn)業(yè)鏈升級，響應(yīng)習(xí)總書記互聯(lián)網(wǎng)+的號召。

為了達(dá)到直觀感受窗簾的“智能”，系統(tǒng)使用Solidworks軟件設(shè)計(jì)出1：20比例室內(nèi)模型，并手工制作與電路整合展示實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能直觀化。設(shè)計(jì)采用高性能的ARM Cortex-M3 32位[1]的ISC內(nèi)核LPC1758芯片，可通過紅外遙控器控制5 v的兩相四線步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而遠(yuǎn)程手動開、手動關(guān)和手動停控制；可以執(zhí)行事先輸入的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制；此外加入防盜功能，防盜開啟模式。設(shè)計(jì)中液晶顯示屏顯示室溫、時(shí)間、和模式[2]。也可通過遠(yuǎn)程攝像頭在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

1 控制系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)工作原理是由SC0072紅外光線傳感器采集到室外信息，通過變換器轉(zhuǎn)化為電信號，人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平（3.3 V），離開感應(yīng)范圍則自動延時(shí)一段設(shè)定時(shí)間后恢復(fù)低電平（0 V）；可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍繼續(xù)活動，其輸出將一直維持高電平，直到人離開后延時(shí)變?yōu)榈碗娖健纹瑱C(jī)通過高低電平來控制窗簾電機(jī)的動作，從而調(diào)節(jié)窗簾開閉，實(shí)現(xiàn)精確的自動控制。

硬件系統(tǒng)主要由紅外線傳感器SC0072、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動L239D和LPC1785單片機(jī)控制系統(tǒng)[3]以及控制線、監(jiān)視線，液晶屏和蜂鳴器等組成。硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

通過放置在窗口的傳感器采集信號，送給LOC1758進(jìn)行處理，如果有人或者有遙控信號需要打開窗簾，則控制系統(tǒng)自動控制步進(jìn)電機(jī)，讓窗簾打開，并通過LCD來顯示當(dāng)前的窗簾狀態(tài)，防止系統(tǒng)故障導(dǎo)致窗簾開合與預(yù)想設(shè)定不符時(shí)，能得到及時(shí)調(diào)整。對于本系統(tǒng)還可以通過擴(kuò)展，讓由單片機(jī)將系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過家庭電腦，上傳到網(wǎng)絡(luò)可以通過手機(jī)查看，使本系統(tǒng)更加智能，為實(shí)時(shí)了解家里情況帶來方便。

實(shí)際方案中，以DS18B20和SC0072人體紅外傳感器配合監(jiān)控實(shí)際信號，防止傳感器誤報(bào)，當(dāng)家中無人并有小偷進(jìn)入時(shí)，則蜂鳴器鳴響，并由單片機(jī)對信號進(jìn)行處理后，將信號及時(shí)告知戶主。

2 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能介紹

2.1 紅外遙控

本設(shè)計(jì)為智能窗簾，具有按鍵控制功能，可通過遙控按鍵來控制窗簾的開啟和關(guān)閉。將采用普通單片機(jī)學(xué)習(xí)遙控，使用HS0038B一體化紅外線接收頭。

2.2 定時(shí)控制

設(shè)置窗簾開合時(shí)間間隔，控制房屋模型中的窗簾定時(shí)開啟和閉合。此功能設(shè)計(jì)中模擬人早晚起床時(shí)自動拉開和關(guān)閉窗簾，實(shí)現(xiàn)“自動化”功能。

2.3 溫度反饋

此模塊中使用溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的溫度傳感器采集當(dāng)前的溫度信息，可以反饋時(shí)時(shí)溫度信息，進(jìn)而為用戶做出選擇參考，如是否出行加衣物，開啟或關(guān)閉窗簾。

2.4 防盜功能

此功能設(shè)計(jì)為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新點(diǎn)，在實(shí)物模擬中，人體紅外感應(yīng)模塊SC0072安放在模型窗戶外部。當(dāng)人手從窗外伸入時(shí)，會自動感應(yīng)，此時(shí)系統(tǒng)蜂鳴器將發(fā)出警報(bào)，直到感應(yīng)消除為止。此功能設(shè)計(jì)的實(shí)用性在于，智能窗簾不僅滿足智能關(guān)閉開啟窗簾，同時(shí)提供現(xiàn)實(shí)居住者的安全警報(bào)，安全防盜功能亦是現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)中不可或缺的可實(shí)現(xiàn)功能之一。當(dāng)需要報(bào)警時(shí)，程序?qū)ζ涠丝谇辶慵纯桑曇舻拈L短可用延時(shí)程序控制實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為3部分。

（1）主程序部分：該部分完成存儲器分區(qū)、數(shù)據(jù)定義和系統(tǒng)的初始化等，以及調(diào)用各個(gè)子程序，完成主要的控制功能。

（2）定時(shí)器初始化部分：通過選擇定時(shí)器模式，設(shè)置好相應(yīng)的定時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對窗簾開合的基本控制。

（3）各模塊驅(qū)動：各組件驅(qū)動完成具體的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括：設(shè)定值、LCD顯示、步進(jìn)電機(jī)控制、AD轉(zhuǎn)換中斷、T0定時(shí)器中斷、采樣中斷等[4]。

程序流程圖如圖2所示。

圖2中系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)主要包括：主程序設(shè)計(jì)，采樣子程序設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理程序LCD顯示子程序，電機(jī)控制，蜂鳴器報(bào)警等。

4 結(jié)語

通過本次設(shè)計(jì)，解決了市場上大部分智能窗簾所不具備的一些功能：（1）自動監(jiān)控，防止誤報(bào)。充分考慮系統(tǒng)安全性、可靠性、穩(wěn)定性。（2）通過DS18B20配合HS0038B紅外傳感器來對人進(jìn)行精確判斷，節(jié)約了成本，為大規(guī)模量產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。（3）通過LOC1758單片機(jī)的使用，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)可擴(kuò)展性，并且為窗簾鏈入互聯(lián)網(wǎng)打通了接口。本系統(tǒng)還可以進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)+控制等功能的擴(kuò)展，以及通過更換傳感器獲得更好的實(shí)時(shí)性、精度等。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫安青.ARM Cortex-M3嵌入式開發(fā)實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

[2] 寧鐸.電子工藝實(shí)訓(xùn)教程（第二版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[3] 坂本正文.步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].王自強(qiáng)譯.北京：科學(xué)出版社，2010.

[4] 陳粵初.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991.