III基于單片機(jī)的智能家居遮光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u9300摘要 III1297第1章緒論 1186981.1課題背景及意義 1223271.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 162931.3課題主要研究?jī)?nèi)容 225146第2章整體方案設(shè)計(jì) 3101742.1整體設(shè)計(jì)思路 3196572.2方案選擇 397432.2.1單片機(jī)的選擇 314022.2.2光線采集模塊的選擇 461942.2.3溫濕度傳感器的選擇 4135832.2.4遙控方式的選擇 4265252.2.5電機(jī)模塊的選擇 5235452.2.6顯示模塊的選擇 59344第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6156233.1STM32F103最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 6133893.2光照強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì) 716253.3雨滴模塊電路設(shè)計(jì) 7146723.4溫濕度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 792633.5OLED液晶顯示電路設(shè)計(jì) 8131153.6按鍵模塊電路設(shè)計(jì) 8131153.7步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 998063.8藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì) 95474第4章軟件設(shè)計(jì) 10134164.1主程序設(shè)計(jì) 107724.2光線采集模塊程序設(shè)計(jì) 107324.3雨滴模塊程序設(shè)計(jì) 11133764.4OLED液晶顯示程序設(shè)計(jì) 12290584.5藍(lán)牙模塊程序設(shè)計(jì) 12227534.6步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 137174第5章系統(tǒng)調(diào)試及演示 14156245.1硬件焊接調(diào)試 14186085.2軟件調(diào)試 14186085.3實(shí)物演示 1513215結(jié)論 1831565參考文獻(xiàn) 197453附錄 21

摘要窗簾作為人們平時(shí)生活中最常見(jiàn)的物品，在公司、酒店、家居、學(xué)校中都能看到它身影，而人們?nèi)粘Ｋ?jiàn)的窗簾的控制措施大多都采用傳統(tǒng)機(jī)械式方式進(jìn)行拽拉，雖然能夠比較安全的實(shí)現(xiàn)窗簾開(kāi)關(guān)，但是使用時(shí)間久了機(jī)械結(jié)構(gòu)很容易損壞，而且操作相對(duì)比較繁瑣，所以對(duì)于具備操作智能化的窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在當(dāng)今的家居環(huán)境中，自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取代了手動(dòng)控制，變得更加智能化。本次設(shè)計(jì)的基于STM32智能家居遮光系統(tǒng)，主要是解決傳統(tǒng)機(jī)械方式開(kāi)關(guān)窗簾的操作繁瑣和指示不明確等問(wèn)題，并且系統(tǒng)具備了手機(jī)智能控制的功能。智能家居遮光系統(tǒng)的核心是STM32F103C8T6芯片，并且輔以光照檢測(cè)模塊來(lái)使系統(tǒng)可以通過(guò)光照的變化智能開(kāi)關(guān)，通過(guò)藍(lán)牙串口實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，雨滴檢測(cè)模塊可以檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境是否下雨，并聯(lián)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)對(duì)窗簾和窗戶進(jìn)行開(kāi)合，構(gòu)成智能家居遮光系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)物進(jìn)行了焊接和測(cè)試，對(duì)智能家居遮光系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)設(shè)計(jì)中所遇到的情況進(jìn)行了整理分析，以便于往后的實(shí)物功能的添加和升級(jí)。關(guān)鍵字：窗簾；STM32；藍(lán)牙控制；步進(jìn)電機(jī)；智能家居第1章緒論1.1課題背景及意義智能家居系統(tǒng)是用于居住場(chǎng)所、信息設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息傳遞和家電智能化的平臺(tái)。它將系統(tǒng)、服務(wù)、結(jié)構(gòu)和控制整合為一個(gè)效率高、舒服、安全、便捷的家庭環(huán)境，并使用家庭網(wǎng)絡(luò)連接家庭里的各類(lèi)電子設(shè)備。與傳統(tǒng)住宅相比，它不僅履行了傳統(tǒng)住宅的功能，提供了安全舒適的居住環(huán)境，而且還提供了多種信息交互功能，提升了了人們的生活水平。隨著社會(huì)信息化革命的進(jìn)行，整個(gè)世界正在進(jìn)入智能與信息化的時(shí)代[1]。人們開(kāi)始看重智能化在日常生活中的使用，因?yàn)橹悄芑c人們的工作狀態(tài)、生活習(xí)慣和通信、信息之間的關(guān)聯(lián)更加緊密，特別是在生活中，通信和網(wǎng)絡(luò)的各種新功能促進(jìn)著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展[2]。在家庭居住方面，人們開(kāi)始并不滿足于空間方面，更為看重的是一個(gè)更安全、方便、舒服的家庭居住環(huán)境[3]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們便開(kāi)始將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與家居生活相結(jié)合，研制出智能窗簾控制系統(tǒng)，智能化窗簾控制系統(tǒng)可以定義為一個(gè)過(guò)程或者是一個(gè)系統(tǒng)[4]。使用領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)科技、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)集成排線技術(shù)、將與窗簾控制系統(tǒng)相關(guān)的各類(lèi)其他系統(tǒng)，通過(guò)集成管理無(wú)縫結(jié)合，讓窗簾控制系統(tǒng)使生活更加舒適、安全、高效[5]。與傳統(tǒng)的窗簾控制系統(tǒng)比較，智能化的控制系統(tǒng)不但具備普通的家居功能，還可以使住戶獲得舒服安全、高品質(zhì)的家居環(huán)境。還將傳統(tǒng)的手動(dòng)模式轉(zhuǎn)換為擁有自動(dòng)化的工具，提供全面的通信功能，使家庭與外界保持通信，讓用戶的生活質(zhì)量有所提升，幫助住戶快速處理瑣碎事物，提高窗簾控制系統(tǒng)的安全性能，更可以節(jié)約各類(lèi)能源與花銷(xiāo)[2]。智能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、對(duì)家電遙控操控、照明控制、窗簾窗戶自動(dòng)控制、防盜報(bào)警、定時(shí)控制以及計(jì)算機(jī)控制等多類(lèi)型控制方法。讓用戶的生活越加舒服、便捷與安全。因?yàn)橹悄艽昂熆刂葡到y(tǒng)排線容易、功能多樣，擴(kuò)展方便而被人們廣泛接受和使用。1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛的推廣和使用[3]在各類(lèi)的智能家居系統(tǒng)里，窗簾控制系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，這讓智能窗簾控制系統(tǒng)有了多類(lèi)型安全、有保障的技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)目前的窗簾控制系統(tǒng)技術(shù)還達(dá)不到世界頂尖的水平，生產(chǎn)仍顯昂貴。近幾年，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛進(jìn)步，智能化設(shè)備也百花齊放，自動(dòng)窗簾控制才被廣泛使用。據(jù)了解，全國(guó)一共有170多種自動(dòng)窗簾控制器獲得了國(guó)家專(zhuān)利，但就其技術(shù)專(zhuān)利而言，還是基本相同，但價(jià)格卻天差地別，有的要幾千元，價(jià)格低廉的只需數(shù)百元[6]。目前，傳統(tǒng)的物理拖拽式窗簾仍占據(jù)了中國(guó)大多數(shù)的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)也有多家廠家引進(jìn)了海外頂尖的傳感器控制與遙控控制型窗簾。此外，我國(guó)自行科研發(fā)明的智能窗簾控制系統(tǒng)并沒(méi)有形成特別成熟的產(chǎn)業(yè)鏈?，F(xiàn)今國(guó)內(nèi)有許多廠家使用了當(dāng)今市場(chǎng)上頂尖的技術(shù)，智能窗簾特別有發(fā)展前景。不過(guò)未來(lái)國(guó)內(nèi)的企業(yè)一定會(huì)不斷研發(fā)，使得智能窗簾控制系統(tǒng)在中國(guó)被廣泛使用。當(dāng)今社會(huì)對(duì)智能窗簾控制系統(tǒng)的安全性與易用性需求，使得市場(chǎng)中多種產(chǎn)品相繼推出。但推出的商品中大多數(shù)僅僅只是針對(duì)特定的環(huán)境使用，并且無(wú)法做到遠(yuǎn)程控制。而事實(shí)上，溫度、濕度、光照等因素都能夠作為智能窗簾控制系統(tǒng)的的重要因素，廠商完全可以把智能窗簾控制系統(tǒng)的安全性推向更高的高度，就使用者來(lái)說(shuō)便有了更大的選擇空間。從這方面可以看出電子信息的集成使用是智能化窗簾控制系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向。1.3課題主要研究?jī)?nèi)容本次設(shè)計(jì)是為了設(shè)計(jì)出一款智能家居遮光系統(tǒng)。此系統(tǒng)以STM32f103單片機(jī)為設(shè)計(jì)的核心，光線檢測(cè)模塊通過(guò)檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境的光線強(qiáng)度，并根據(jù)用戶使用時(shí)的設(shè)定值來(lái)聯(lián)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)窗簾自動(dòng)關(guān)閉。雨滴傳感器檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境是否下雨，然后聯(lián)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)窗戶的自動(dòng)關(guān)閉。溫濕度模塊檢測(cè)當(dāng)前溫濕度，OLED顯示模塊將光線強(qiáng)度，溫濕度顯示在屏幕上面。使用手機(jī)APP，遙控藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。窗戶和窗簾分別用兩個(gè)電機(jī)來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，不過(guò)本設(shè)計(jì)用同一個(gè)步進(jìn)電機(jī)作為演示。智能家居遮光系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)包括硬件電路和軟件模塊流程設(shè)計(jì)，整體硬件電路包括STM32f103芯片，光線模塊電路，雨滴模塊電路，溫濕度檢測(cè)模塊電路，藍(lán)牙模塊電路，OLED液晶顯示模塊電路的設(shè)計(jì)。軟件部分是運(yùn)用C語(yǔ)言在Keil4軟件上進(jìn)行個(gè)程序的設(shè)計(jì)。第2章整體方案設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)思路主控采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，并且通過(guò)光敏傳感器和雨滴傳感器立刻采集當(dāng)前光線強(qiáng)度和是否有雨滴，能夠通過(guò)藍(lán)牙接收模塊實(shí)時(shí)獲取用戶藍(lán)牙的遙控按鍵操作，使用步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)模擬窗簾和窗戶的開(kāi)啟與關(guān)閉。為了增加系統(tǒng)的智能性與人性化，本設(shè)計(jì)增加OLED液晶顯示模塊，可以在液晶屏幕上顯示相關(guān)的信息。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。單片機(jī)雨滴傳感器遙控模塊電機(jī)模塊顯示模塊光線模塊按鍵模塊溫濕度模塊圖2-1系統(tǒng)整體框圖2.2方案選擇2.2.1單片機(jī)的選擇方案一：采用TI半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機(jī)作為控制器，這是一種16位微控制器，此單片機(jī)功能全面、集成度好，體積不大。其使用能耗低，只用十多毫安的電流就能正常工作，此系列單片機(jī)在各類(lèi)智能手環(huán)或手表以及能耗規(guī)定比較高的場(chǎng)所使用廣泛，可此單片機(jī)具有的不足就是開(kāi)發(fā)難度有些高，和下載器價(jià)格高。就本次設(shè)計(jì)而言不太符合。方案二：采用STM32F103作為系統(tǒng)控制器。STM32F103可靠性較強(qiáng)、性價(jià)比高、工作電壓低、能耗較低，得益于這些優(yōu)點(diǎn)得到市場(chǎng)飛速的發(fā)展和大面積使用。STM32系列控制器運(yùn)算能力強(qiáng)，軟件編程簡(jiǎn)便，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能?；谝陨蟽煞N方案分析，本設(shè)計(jì)決定選擇方案二，用STM32F103作為主控制器。2.2.2光線采集模塊的選擇方案一：使用模擬量輸出的光敏電阻，光敏電阻是對(duì)光線敏感的器件，環(huán)境出現(xiàn)光線時(shí)可改變阻值，通過(guò)接入10K電阻進(jìn)行分壓即可獲取到變化的阻值，從而推斷出光照度的參數(shù)，此方式成本較低但編程較為復(fù)雜，不適合此次設(shè)計(jì)。方案二：使用四線光敏電阻傳感器模塊，此傳感器模塊采用靈敏型電阻傳感器，信號(hào)干擾小，驅(qū)動(dòng)能力好且擁有可調(diào)電位器可改變檢測(cè)光照強(qiáng)度，本次設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)使用此傳感器較為合適?；谝陨蟽煞N方案的分析，本設(shè)計(jì)決定采用方案二四線光敏電阻傳感器模塊傳進(jìn)行光照的采集。2.2.3溫濕度傳感器的選擇方案一：使用DHT22型號(hào)溫濕度傳感器，DHT22型號(hào)溫濕度傳感器可檢測(cè)溫度測(cè)量范圍為-40℃-80℃，并且濕度可檢測(cè)范圍為0-100%，對(duì)此設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)測(cè)量值有較大的溢出。方案二：使用DHT11型號(hào)溫濕度傳感器，此傳感器可測(cè)量的溫度范圍為0℃-50℃，可測(cè)量濕度范圍為20%-95%。價(jià)格便宜，測(cè)量數(shù)值范圍更實(shí)用，性價(jià)比非常高?；谝陨蟽煞N方案的分析，本設(shè)計(jì)決定采用方案二DHT11型號(hào)溫濕度傳感器來(lái)進(jìn)行溫濕度的測(cè)量，其測(cè)量范圍很適合此設(shè)計(jì)需求，性價(jià)比更高。2.2.4遙控方式的選擇方案一：采用VS1838紅外模塊，VS1838模塊是由TI公司生產(chǎn)的一款無(wú)線通信模塊?？稍?8KHz等多個(gè)頻段工作，通信的參數(shù)可以設(shè)置，VS1838還可以移植相關(guān)的IRDA協(xié)議來(lái)進(jìn)行工作，其成本較低且操作較容易。方案二：采用藍(lán)牙通信模塊，藍(lán)牙模塊是在2.4GHz頻段最普遍使用的通信器件，其不僅通信效率快，質(zhì)量號(hào)，而且成本較低，驅(qū)動(dòng)程序也較為簡(jiǎn)單，只需配置對(duì)應(yīng)的接口協(xié)議即可，一般為AT指令協(xié)議。其進(jìn)行信道配置和通信速率等配置后，后即可進(jìn)行通信?；谝陨蟽煞N方案的分析，本設(shè)計(jì)決定選擇方案二藍(lán)牙模塊，因其更適用智能家居系統(tǒng)的控制。2.2.5電機(jī)模塊的選擇方案一：采用直流電機(jī)，帶動(dòng)窗簾和窗戶運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)和關(guān)動(dòng)作。方案一的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)能達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的快速打開(kāi)和閉合。其缺點(diǎn)是直流電機(jī)速度過(guò)快時(shí)，給予停止指令后，因?yàn)閼T性條件不會(huì)立即停止，窗簾也繼續(xù)在滑道上滑動(dòng)，可能對(duì)智能遮光系統(tǒng)的框架造成嚴(yán)重毀壞，減少使用壽命。而速度過(guò)慢時(shí)，則可能會(huì)出現(xiàn)直流電機(jī)不能抵消阻力，不能帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)的情況。方案二：使用步進(jìn)電機(jī)，聯(lián)動(dòng)窗簾和窗戶運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)打開(kāi)和閉合動(dòng)作。方案二的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)給予停止指令后，電機(jī)會(huì)立即停止，不會(huì)對(duì)智能遮光系統(tǒng)的框架造成損害，其扭矩比直流電機(jī)更大，能夠更好地帶動(dòng)窗簾和窗戶的運(yùn)動(dòng)；基于以上兩種方案的分析，本設(shè)計(jì)決定選擇方案二步進(jìn)電機(jī)，作為系統(tǒng)的電機(jī)模塊，以帶動(dòng)窗簾的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)窗簾的打開(kāi)和閉合。2.2.6顯示模塊的選擇方案一：采用LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管的價(jià)格合適，數(shù)碼管顯示數(shù)字也比較不錯(cuò)，模塊與單片機(jī)相接時(shí)，使用的單片機(jī)口線不多。然而因?yàn)閿?shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描需要使用到74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，所以該原件在電路調(diào)試時(shí)常常發(fā)生有許多問(wèn)題。方案二：使用OLED液晶顯示屏，OLED液晶顯示屏的顯示能力較好，能夠顯示多種文字或圖形，顯示多樣化而且清楚。對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，價(jià)格也比較實(shí)惠?；谝陨蟽煞N方案的分析，本設(shè)計(jì)決定采用方案二OLED液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示模塊。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1STM32F103最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本次基于STM32的遮光系統(tǒng)，控制系統(tǒng)部分的核心處理STM32F103C8的外部封裝形式是常見(jiàn)的雙列直插DIP-40以及四面貼片形式LQFP36，豐富的外部引腳奠定了其可靈活使用輸入輸出引腳的基礎(chǔ)，其內(nèi)配的數(shù)據(jù)引腳不僅能夠輸出高低電平，能夠輸入高低電平檢測(cè)。圖3-1STM32最小系統(tǒng)電路圖STM32的硬件初始化過(guò)程是用系統(tǒng)復(fù)位來(lái)完成的。STM32內(nèi)部的復(fù)位端口，在接觸到電壓0.7V以上的電位便可進(jìn)行復(fù)位操作。但是如果其持續(xù)時(shí)間只有幾個(gè)微妙，復(fù)位操作不會(huì)執(zhí)行，如果能夠持續(xù)幾十微妙，則會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作對(duì)外部的10微法拉的電容進(jìn)行充電實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，RST腳的狀態(tài)取決于加在其引腳的電平狀態(tài)，如果電平一直持續(xù)為高，則其會(huì)一直保持在復(fù)位狀態(tài)。3.2光照強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的智能窗簾控制系統(tǒng)具有光控自動(dòng)開(kāi)合的功能，所以需要采集環(huán)境中的光線強(qiáng)度，方便進(jìn)行光照強(qiáng)度的處理和窗簾開(kāi)關(guān)的控制。光線強(qiáng)度采集使用的方法是光敏電阻傳感器，因?yàn)楣饷綦娮枋占降墓饩€強(qiáng)度是模擬量，所以使用光敏電阻模塊將光線的模擬量變成數(shù)字量再輸送到主控制器。此光照采集電路的電路圖如圖3-2所示。圖3-2光照強(qiáng)度采集電路3.3雨滴模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-3所示，傳感器模塊主要包括光照傳感器部分和雨滴傳感器部分，光照傳感器使用的IIC總線和STM32進(jìn)行通信，雨滴傳感器使用GPIO接收高低電平實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)應(yīng)的管腳接入STM32即可，對(duì)應(yīng)光照傳感器來(lái)說(shuō)，按照IIC時(shí)序編寫(xiě)控制程序即可實(shí)現(xiàn)控制，就雨滴傳感器來(lái)說(shuō)，設(shè)置管腳為輸入模式并判斷高低電平。圖3-3雨滴模塊電路圖3.4溫濕度檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)DHT11溫濕度傳感器是一個(gè)包括數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，擁有非常好的穩(wěn)定性，DHT11傳感器內(nèi)含一個(gè)NTC測(cè)溫器件和一個(gè)電阻式感濕元件，能夠用數(shù)字方式傳輸所檢測(cè)的當(dāng)前溫濕度。此傳感器采用的是單總線通信，因此只用把單片機(jī)的一個(gè)I／O端口與通信接口相接便能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)和傳輸。溫濕度檢測(cè)模塊電路如圖3-4所示。圖3-4溫濕度檢測(cè)模塊電路3.5OLED液晶顯示電路設(shè)計(jì)如圖3-5所示，液晶顯示器端口很簡(jiǎn)潔，只用三位讀寫(xiě)及指令控制線以及八位數(shù)據(jù)總線便可，可在液晶顯示器VO端介入電阻以起到調(diào)整輸入到液晶顯示器的電流的作用。使用串行通信方式，數(shù)據(jù)和地址等寄存器數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送到控制器中，液晶顯示的控制器能夠驅(qū)動(dòng)液晶進(jìn)行顯示字符以及數(shù)字和字母，OLED12864的驅(qū)動(dòng)時(shí)序很容易，僅用控制RS引腳便能夠?qū)崿F(xiàn)，本次設(shè)計(jì)使用此顯示器是為了顯示光線強(qiáng)度、環(huán)境溫濕度。圖3-5OLED12864顯示電路圖3.6按鍵模塊電路設(shè)計(jì)按鍵模塊電路的功能是實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制智能家居遮光系統(tǒng)，按鍵一控制窗簾打開(kāi)，按鍵二控制窗簾關(guān)閉，讓用戶實(shí)現(xiàn)在未使用藍(lán)牙控制的時(shí)候控制窗簾。正常情況下，單片機(jī)的電平輸出設(shè)置為高電平，按鍵只要被按下那么通過(guò)導(dǎo)線連接的單片機(jī)I/O口就會(huì)被電源的負(fù)極置為低電平，而單片機(jī)就需要檢測(cè)I/O口的電平就可以。按鍵模塊電路原理圖如下圖3-6所示。圖3-6按鍵模塊電路設(shè)計(jì)3.7步進(jìn)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)電信號(hào)和位移信號(hào)轉(zhuǎn)換，位移信號(hào)包含角度位移和距離位移，且步進(jìn)電機(jī)可以進(jìn)行無(wú)反饋控制。在額定工作形式下，步進(jìn)電機(jī)受到驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和電平的影響，但不受外界負(fù)載的影響，作為一款可通過(guò)單片機(jī)控制的電機(jī)，其能夠根據(jù)外部輸入的周期性電平進(jìn)行角度位移的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)選用24BYJ48模塊為步進(jìn)電機(jī)控制模塊，此模塊使用傳統(tǒng)的并口五線和單片機(jī)進(jìn)行通信，每根管腳按照對(duì)應(yīng)的邏輯進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，此部分電路圖如圖3-7所示。圖3-7步進(jìn)電機(jī)控制電路圖3.8藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊是指集成了藍(lán)牙功能芯片的基本電路合集，可用在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信。藍(lán)牙模塊就是為了能夠無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，此模塊支持串行接口，支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議。RXD為串口輸入，TXD為串口輸出。此電路部分如圖3-8所示。圖3-8藍(lán)牙模塊電路圖第4章軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)軟件程序的主要實(shí)現(xiàn)指標(biāo)就是能夠?qū)⒄麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。本次設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)環(huán)境使用的是KeiluVision4，其可以完全支持開(kāi)發(fā)STM32F103程序。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，因?yàn)镃語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比，可以縮短一些編程和調(diào)試程序的時(shí)間，可以保證編寫(xiě)程序的正確性，所以選擇C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。4.1主程序設(shè)計(jì)當(dāng)整體硬件系統(tǒng)連接到電源時(shí),STM32F103首先完成的是全局復(fù)位,復(fù)位完成后開(kāi)始運(yùn)行相關(guān)外設(shè)處理程序。檢測(cè)當(dāng)前溫濕度與光照強(qiáng)度，并且判斷是否下雨，并顯示當(dāng)前信息。系統(tǒng)具備藍(lán)牙接收模塊，當(dāng)接收到藍(lán)牙遙控器發(fā)來(lái)的控制命令時(shí)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。如圖4-1是本設(shè)計(jì)的主程序流程圖。光線采集模塊光線采集模塊雨滴檢測(cè)模塊溫濕度檢測(cè)模塊開(kāi)始顯示模塊藍(lán)牙控制模塊結(jié)束步進(jìn)電機(jī)控制模塊圖4-1主程序流程圖4.2光線采集模塊程序設(shè)計(jì)光線采集模塊程序流程圖如下圖4-2所示，大多光線采集模塊內(nèi)設(shè)置是大同小異的，使能后對(duì)相應(yīng)的引腳進(jìn)行寄存器的配置，光線模塊是通過(guò)IIC進(jìn)行控制，首先需要單片機(jī)驅(qū)動(dòng)普通端口實(shí)現(xiàn)IIC總線的模擬，按照模擬好的時(shí)序進(jìn)行配置。設(shè)置相關(guān)參數(shù)設(shè)置相關(guān)參數(shù)IIC接口初始化開(kāi)始結(jié)束收到指令否是圖4-2光線模塊程序流程圖4.3雨滴模塊程序設(shè)計(jì)雨滴模塊程序流程圖如下圖4-3所示，對(duì)于雨滴模塊的驅(qū)動(dòng)較為簡(jiǎn)單，只需要配置相應(yīng)的管腳為輸入狀態(tài)，并且檢測(cè)有效電平，當(dāng)輸入有效電平時(shí)，按照相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)操作即可。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)端口初始化開(kāi)始結(jié)束檢測(cè)到雨滴否是圖4-3雨滴模塊程序流程圖4.4OLED液晶顯示程序設(shè)計(jì)由于STM32F103引腳的輸出電流比較大，能夠推動(dòng)功率相對(duì)大一點(diǎn)的器件，所以我們可以直接使用STM32F103的IO接口驅(qū)動(dòng)液晶顯示模塊電路，這樣既能省端口資源，也能夠減少外部硬件電路所需元件，對(duì)硬件設(shè)計(jì)的要求有所降低。通過(guò)液晶屏幕展示不同的信息。如下圖4-4是具體的OLED顯示程序圖，程序首先實(shí)現(xiàn)端口的初始化、包含指令端口和數(shù)據(jù)端口，初始化結(jié)束后根據(jù)指令設(shè)置相關(guān)的寄存器進(jìn)行顯示的配置，配置完成后往相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)書(shū)寫(xiě)指令完成具體內(nèi)容的顯示。向向OLED寫(xiě)數(shù)據(jù)或命令停止命令結(jié)束OLED初始化確認(rèn)顯示位置開(kāi)始顯示數(shù)據(jù)否是圖4-4OLED12864程序流程圖4.5藍(lán)牙模塊程序設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊部分子程序處理如下圖4-5流程圖所示，電源導(dǎo)通后單片機(jī)首先配置接入的相應(yīng)管腳，緊接著程序會(huì)執(zhí)行電平檢測(cè)程序，也就算檢測(cè)引腳的電位變化，當(dāng)檢測(cè)到相應(yīng)引腳的電位變化便執(zhí)行對(duì)應(yīng)的協(xié)議處理程序進(jìn)行藍(lán)牙收發(fā)功能程序的實(shí)現(xiàn)。初始化初始化命令解析控制步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始檢測(cè)到信號(hào)結(jié)束否是圖4-5藍(lán)牙程序流程圖4.6步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)部分控制電路需要外接功放電路，將小電流進(jìn)行放大，為了節(jié)省資源和時(shí)間，本次設(shè)計(jì)使用ULN2003集成驅(qū)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，ULN2003可以放大小電流，而且ULN2003內(nèi)部的導(dǎo)通截止電平要求，可以動(dòng)態(tài)控制其導(dǎo)通或者截至，從而控制其轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)初始化接口開(kāi)始結(jié)束是否轉(zhuǎn)動(dòng)否是圖4-6步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖第5章系統(tǒng)調(diào)試及演示5.1硬件焊接調(diào)試本智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要使用了光線采集傳感器，雨滴傳感器和OLED顯示的功能。本次設(shè)計(jì)實(shí)物焊接圖5-1為焊接的正面圖，即實(shí)物硬件的正面顯示圖，使用飛線進(jìn)行焊接，能夠保證焊接的質(zhì)量和可靠性，整個(gè)硬件實(shí)物使用萬(wàn)用板進(jìn)行焊接，不僅方便快捷，而且便于后期維護(hù)升級(jí)，為了保證焊接后的電路能夠?qū)崿F(xiàn)我們?cè)O(shè)計(jì)功能，具備一定的焊接知識(shí)是十分必要的。首先，需要對(duì)焊接環(huán)境進(jìn)行處理，以獲得最優(yōu)的焊接品質(zhì)。然后打開(kāi)焊接電源，使烙鐵升溫預(yù)熱保留，一般約為300攝氏度。然后根據(jù)焊接設(shè)備本身的尺寸大小排列焊接順序。在焊元件的過(guò)程中要注意安全。 圖5-1本設(shè)計(jì)實(shí)物圖5.2軟件調(diào)試本次的方案設(shè)計(jì)已經(jīng)接近了結(jié)尾，按照常理來(lái)說(shuō)該進(jìn)行到了仿真的環(huán)節(jié)。但是由于本次方案設(shè)計(jì)使用的很多模塊，例如光照模塊、水滴檢測(cè)模塊、STM32模塊、溫濕度檢測(cè)模塊等很多沒(méi)有辦法進(jìn)行仿真的元件，所以不能實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)節(jié)。為了解決這一問(wèn)題，最終決定在KeilUvision4中完成本次調(diào)試。其中可以實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)程序和調(diào)試環(huán)節(jié)。程序編譯過(guò)程如下圖5-2所示。圖5-2程序調(diào)試圖在程序編寫(xiě)中應(yīng)避免以下失誤：語(yǔ)法錯(cuò)誤，少寫(xiě)括號(hào)，分號(hào)等。函數(shù)名沖突，自己定義的函數(shù)名與其他函數(shù)名發(fā)生了沖突，只要改變自己函數(shù)名稱(chēng)就可以解決。當(dāng)構(gòu)建調(diào)試平臺(tái)后，應(yīng)對(duì)軟件程序進(jìn)行測(cè)試，在主頁(yè)面點(diǎn)擊調(diào)試按鈕對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，下載后顯示程序無(wú)錯(cuò)誤。如果程序調(diào)試沒(méi)有其他毛病，那下面需要驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，假如功能存在毛病，那么要反復(fù)程序調(diào)試。5.3實(shí)物演示軟件調(diào)試完畢后，我們要對(duì)系統(tǒng)的主要功能在實(shí)物上是否正常運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試。第一步對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行檢驗(yàn)；接下來(lái)再對(duì)各個(gè)電路安裝檢驗(yàn)，并單獨(dú)進(jìn)行其他模塊的調(diào)試，把檢測(cè)完成的模塊接起來(lái)，對(duì)系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試；結(jié)尾用萬(wàn)用表按照原理圖檢驗(yàn)連線有無(wú)問(wèn)題，各模塊中有無(wú)短路現(xiàn)象，測(cè)試電源電壓是否符合，是否反接。不然很容易燒壞元件，此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用串口通信電路更改顯示的信息，串口通信電路既能實(shí)現(xiàn)通信，又能進(jìn)行程序的下載，所以我們將在KEIL軟件中生成的HEX文件，通過(guò)Keil-MDK軟件下載到單片機(jī)中即可使用。OLED顯示屏顯示的當(dāng)前時(shí)鐘信息，可以看出液晶能夠顯示當(dāng)前狀態(tài)，使用手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制驗(yàn)證遠(yuǎn)程控制的邏輯是否正確，從而驗(yàn)證此功能滿足設(shè)計(jì)要求。首先我們對(duì)光照模塊進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)手遮擋光照傳感器模擬光照度降低，可以看到OLED顯示器上顯示的光照度信息降低，并且電機(jī)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)模擬窗簾運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)光線采集檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，光線采集模塊的設(shè)計(jì)可以滿足系統(tǒng)要求。此部分調(diào)試圖如圖5-3所示。圖5-3光照傳感器測(cè)試圖然后我們對(duì)雨滴模塊功能進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)用衛(wèi)生紙紙蘸一些水，并且放在傳感器上模擬環(huán)境下雨的情況，可以看到步進(jìn)電機(jī)會(huì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬智能窗簾遇到下雨環(huán)境時(shí)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況。經(jīng)過(guò)雨滴功能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，雨滴檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，此部分調(diào)試圖如圖5-4所示。圖5-4雨滴傳感器測(cè)試圖最后要檢驗(yàn)藍(lán)牙控制功能是否好用，通過(guò)使用手機(jī)上下載的藍(lán)牙串口APP上面的自定按鍵進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)程控制。模擬按鍵按下，電機(jī)會(huì)通過(guò)APP的遠(yuǎn)程控制進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)模擬開(kāi)關(guān)窗，經(jīng)過(guò)藍(lán)牙控制功能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，藍(lán)牙控制功能模塊的設(shè)計(jì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，此部分調(diào)試圖如圖5-5所示。圖5-5藍(lán)牙控制測(cè)試圖結(jié)論通過(guò)以上測(cè)試，此系統(tǒng)能夠運(yùn)行最初設(shè)定的功能，本次設(shè)計(jì)有效、安全和可靠，集合了無(wú)線控制和各種傳感器，而且是一種十分具備前瞻性的技術(shù)。本次設(shè)計(jì)對(duì)智能窗簾安全性能提升以及效率提高有著很重要的意義。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)當(dāng)今窗簾控制器調(diào)查與了解，結(jié)合了國(guó)內(nèi)外的一些研究現(xiàn)狀，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)各類(lèi)函數(shù)程序流程圖進(jìn)行繪制和描述。對(duì)于原有的窗簾控制器布線復(fù)雜，覆蓋面窄的劣勢(shì)下，對(duì)窗簾控制器進(jìn)行升級(jí)改造，增加無(wú)線通信功能。對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)物實(shí)施了焊接與調(diào)試，調(diào)試完成后對(duì)結(jié)果拍照。通過(guò)總結(jié)歸納此次設(shè)計(jì)的功能和設(shè)計(jì)指標(biāo)得出結(jié)論，本次設(shè)計(jì)的具有實(shí)際應(yīng)用范圍廣和誤差范圍小以及時(shí)間準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的時(shí)間較短，調(diào)試不完備，所以一定有可以進(jìn)步的地方，主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：1.此次設(shè)計(jì)沒(méi)有復(fù)位電路，如果出現(xiàn)意外情況時(shí)有機(jī)會(huì)造成單片機(jī)故障，不能正常使用。2.此次設(shè)計(jì)沒(méi)有語(yǔ)音功能，如果能增加語(yǔ)音控制那么系統(tǒng)會(huì)更加成熟，也更符合智能化，也