基于單片機的智能窗簾系統設計

劉進　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提升的上升需求狀態下應運而生。該設計實現了家居中集“遙控、定時、防盜”功能于一體的，安全可靠實用的智能窗簾。該系統采用LPC1758單片機，通過定時、遙控與人體紅外傳感器來控制步進電機，實現窗簾的打開與閉合，具有良好的可移植性和可擴展性，能在家庭、寫字樓、辦公室等場合進行使用。

關鍵詞：實時防盜 智能控制 LPC1785

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：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

根據國際物促會的市場調研數據顯示，2010～2012年，我國的智能家居市場已連續3年保持超過20%的增長。其中，2012年的市場規模達到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1億家庭進入智能化、網絡化，每年帶來的市場總值高達4500億美，其中3700億元是硬件產品的價值，到2020年，50%以上的新房將具有一定的智能型家居。據調查，僅北京市場每年就有15億左右的智能開關市場目標銷售額。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，帶動產業鏈升級，響應習總書記互聯網+的號召。

為了達到直觀感受窗簾的“智能”，系統使用Solidworks軟件設計出1：20比例室內模型，并手工制作與電路整合展示實現設計功能直觀化。設計采用高性能的ARM Cortex-M3 32位[1]的ISC內核LPC1758芯片，可通過紅外遙控器控制5 v的兩相四線步進電機正反轉，進而遠程手動開、手動關和手動停控制；可以執行事先輸入的開啟時間和關閉時間進行時間控制；此外加入防盜功能，防盜開啟模式。設計中液晶顯示屏顯示室溫、時間、和模式[2]。也可通過遠程攝像頭在線監控，實現系統功能的擴展。

1 控制系統的工作原理及硬件設計方案

系統工作原理是由SC0072紅外光線傳感器采集到室外信息，通過變換器轉化為電信號，人進入其感應范圍則輸出高電平（3.3 V），離開感應范圍則自動延時一段設定時間后恢復低電平（0 V）；可重復觸發方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍繼續活動，其輸出將一直維持高電平，直到人離開后延時變為低電平。單片機通過高低電平來控制窗簾電機的動作，從而調節窗簾開閉，實現精確的自動控制。

硬件系統主要由紅外線傳感器SC0072、步進電機驅動L239D和LPC1785單片機控制系統[3]以及控制線、監視線，液晶屏和蜂鳴器等組成。硬件系統的結構框圖如圖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，則控制系統自動控制步進電機，讓窗簾打開，并通過LCD來顯示當前的窗簾狀態，防止系統故障導致窗簾開合與預想設定不符時，能得到及時調整。對于本系統還可以通過擴展，讓由單片機將系統的實時狀態通過家庭電腦，上傳到網絡可以通過手機查看，使本系統更加智能，為實時了解家里情況帶來方便。

實際方案中，以DS18B20和SC0072人體紅外傳感器配合監控實際信號，防止傳感器誤報，當家中無人并有小偷進入時，則蜂鳴器鳴響，并由單片機對信號進行處理后，將信號及時告知戶主。

2 監控系統主要功能介紹

2.1 紅外遙控

本設計為智能窗簾，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閉。將采用普通單片機學習遙控，使用HS0038B一體化紅外線接收頭。

2.2 定時控制

設置窗簾開合時間間隔，控制房屋模型中的窗簾定時開啟和閉合。此功能設計中模擬人早晚起床時自動拉開和關閉窗簾，實現“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，精度高的溫度傳感器采集當前的溫度信息，可以反饋時時溫度信息，進而為用戶做出選擇參考，如是否出行加衣物，開啟或關閉窗簾。

2.4 防盜功能

此功能設計為本系統設計中的創新點，在實物模擬中，人體紅外感應模塊SC0072安放在模型窗戶外部。當人手從窗外伸入時，會自動感應，此時系統蜂鳴器將發出警報，直到感應消除為止。此功能設計的實用性在于，智能窗簾不僅滿足智能關閉開啟窗簾，同時提供現實居住者的安全警報，安全防盜功能亦是現代智能家居系統中不可或缺的可實現功能之一。當需要報警時，程序對其端口清零即可，聲音的長短可用延時程序控制實現。

3 系統軟件設計

本控制系統的軟件設計可以分為3部分。

（1）主程序部分：該部分完成存儲器分區、數據定義和系統的初始化等，以及調用各個子程序，完成主要的控制功能。

（2）定時器初始化部分：通過選擇定時器模式，設置好相應的定時時間，實現對窗簾開合的基本控制。

（3）各模塊驅動：各組件驅動完成具體的實現方法，主要包括：設定值、LCD顯示、步進電機控制、AD轉換中斷、T0定時器中斷、采樣中斷等[4]。

程序流程圖如圖2所示。

圖2中系統軟件程序設計主要包括：主程序設計，采樣子程序設計，數據處理程序LCD顯示子程序，電機控制，蜂鳴器報警等。

4 結語

通過本次設計，解決了市場上大部分智能窗簾所不具備的一些功能：（1）自動監控，防止誤報。充分考慮系統安全性、可靠性、穩定性。（2）通過DS18B20配合HS0038B紅外傳感器來對人進行精確判斷，節約了成本，為大規模量產打下了良好的基礎。（3）通過LOC1758單片機的使用，大大增強了系統可擴展性，并且為窗簾鏈入互聯網打通了接口。本系統還可以進行互聯網+控制等功能的擴展，以及通過更換傳感器獲得更好的實時性、精度等。

參考文獻

[1] 孫安青.ARM Cortex-M3嵌入式開發實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2012.

[2] 寧鐸.電子工藝實訓教程（第二版）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2010.

[3] 坂本正文.步進電機應用技術[M].王自強譯.北京：科學出版社，2010.

[4] 陳粵初.單片機應用系統設計與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，1991.