基于STM32的智能窗簾控制系統設計與實現

浙江工貿職業技術學院 王孝尚

基于STM32的智能窗簾控制系統設計與實現

浙江工貿職業技術學院 王孝尚

物聯網技術的發展使智能家居的應用得到了普及。本設計主要介紹了智能窗簾控制系統的設計與實現方法。該系統選用STM32芯片作為控制器，WiFi方式作為通訊介質，通過手機APP遠程控制電機的正反轉，自動打開或關閉窗簾。文章先是闡述了系統總體的設計方案，然后給出了硬件電路設計原理圖，和軟件設計流程圖。經過設計、制作與測試，完成系統功能，運行效果良好。

智能家居；STM32；物聯網

本文主要設計了一個基于STM32單片機的智能窗簾控制系統。用戶可以通過手機APP遠程、無線控制窗簾的開和關。

1 系統方案設計

智能窗簾控制系統主要由微處理器模塊、繼電器輸出控制電機模塊、WiFi通訊模塊以及手機APP操作模塊組成。系統采用STM32芯片作為控制系統的核心，采集窗簾的當前狀態通過WiFi模塊同步到手機APP端；另外，用戶可以通過手機APP發送命令至微處理器，微處理器經過解析后控制電機正反轉打開或關閉窗簾。通過上述原理，可以實現手機端與遠程控制端的信息同步，完成窗簾的智能控制過程。智能窗簾控制系統的總體結構示意圖如圖1所示。

圖1 智能窗體結構示意圖

整個系統設計分為硬件電路的設計與制作和軟件程序的編寫與調試。硬件部分采用STM32芯片作為控制器，通過WiFi模塊遠程無線接收數據的輸入，采用繼電器輸出，以弱控強，驅動電機轉動，需要設計單片機最小系統、繼電器輸出電路、WiFi通訊電路等模塊電路；軟件部分采用開源平臺——機智云進行二次開發，制作手機APP頁面進行控制，降低成本。機智云平臺為開發者提供了自助式智能硬件開發工具與開放的云端服務。系統的方案設計圖如圖2所示。

圖2 系統方案設計圖

2 系統硬件設計

系統平臺的硬件電路主要包括單片機最小系統電路、電機正反轉電路、WiFi通訊電路以及其他工作電路。

2.1 單片機最小系統電路

控制系統中最主要的部分是中央處理器（CPU），它是系統的控制與運算處理中心。本設計采用STM32RCT6芯片作為處理器，它是一種低功耗、高性能的微處理器，此次設計所需實現的小系統功能主要是時鐘電路、復位電路、晶振時鐘電路和蜂鳴器電路。復位電路的主要功能是使單片機進行初始化；晶振電路即石英晶體震蕩器，是用來產生基準頻率的；蜂鳴器主要用于按鍵反饋，即當用戶操作使用本系統，發生命令給單片機時，蜂鳴器會發出“滴”聲反饋給用戶，提示已經完成一次操作，提高用戶體驗。

2.2 串口通訊電路

窗簾控制系統與手機APP軟件的通訊采用WiFi方式進行，由于手機自帶WiFi功能，所以對窗簾控制端需要設計WiFi接口電路。本設計采用樂鑫ESP8266模塊。ESP8266 高度片內集成，包括天線開關、電源管理轉換器，因此僅需極少的外部電路，且包括前端模塊在內的整個解決方案在設計時將所占PCB空間降到最低。強大的片上處理和存儲能力，使其可通過 GPIO 口集成傳感器及其他應用的特定設備，實現了最低前期的開發和運行中最少地占用系統資源。因為WiFi芯片集成化，與單片機的連接方式為串口連接。

2.3 電機正反轉電路

本系統通過在窗簾導軌上安裝傳送皮帶，采用電機正反轉來控制傳送皮帶的前進與后退來控制窗簾的打開與關閉。通常情況下，電機為220V交流電驅動，而且工作時聲音響、效率低、安全性能差。為了提高安全以及系統性能，經過對比，我們選用24V直流無刷電機。但是單片機的IO管腳輸出能力有限，我們需要設計驅動放大電路；同時為了實現控制電機正反轉，又不增加多電源的情況。

當繼電器K1導通、K2不導通，電機左邊接電源正極、右邊接電源接地，實現正轉；當繼電器K1不導通、K2導通，電機左邊接電源地、右邊接電源正極，實現反轉。

2.4 其他模塊

一個完整的單片機控制系統，除了最小系統、輸入輸出模塊，還需要其他的工作模塊。此次系統設計還包括現在程序電路、電源指示燈電路、濾波電路等相關電路。圖3是JTAG下載電路。

圖3 JTAG下載電路原理圖

3 系統軟件設計

本系統的軟件主要包括窗簾端的電路控制程序和手機端的APP程序。電路板的控制程序主要在實現單片機的初始化功能后，進入待機狀態，等待接收遠程APP端的控制命令，單片機通過分析判斷指令來控制電機的正轉、反轉和停止。圖4是主程序流程圖。

圖4 主程序流程圖

手機APP端主要實現操作頁面的設計和后臺業務程序的編寫，實現與遠程窗簾控制端進行通訊，控制電機正反轉及停止。

4 分析與總結

經過測試實驗，系統運行結果良好，功能全部實現。通過手機APP進行窗簾的遠程與自動控制，考慮生活中的一些常見問題，使對窗簾的操作更加人性化。系統采用STM32單片機，電路設計簡單，使用方便，性價比較高，具有良好的市場應用前景。

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王孝尚，男，浙江溫州人，碩士研究生，研究方向：嵌入式控制與計算機控制、物聯網方向。