陈志杰

（福州大学；福州理工学院，福建 福州 350506）

智能化微型控制器的应用也越来越广泛，自动窗帘控制器的发展也随之得到大规模提高，作为智能家居的重要组成部分，自动窗帘控制器已经引领了智能家居的发展，并且将来会成为智能家居的顶梁柱，具备非常乐观的发展前景。本设计针对现状的研究与实际使用的空白进行弥补，具有简捷智能，低功耗、低成本的应用价值。

一、智能家居中用到的关键技术

此设计是基于一款蓝牙的智能家居控制系统。其中对于家居的控制本课题着重研究的是窗帘控制，智能家居控制系统完成使用蓝牙通信进行窗帘控制的功能。

1.智能家居无线通信功能。由于现在蓝牙技术的广泛应用、技术更新至比较成熟、且研发成本较低，与当今生活中所用的移动设备中的蓝牙都可以互相，使用蓝牙模块实现无线通信功能，实现智能家居的控制，是值得使用的应用。

2.在环境实施控制方面，可以利用蓝牙无线控制，自动监控家居周围的温度、光照强度，湿度等环境因素。

3.窗帘的拉合控制。进行软件和硬件系统设计，软件进行仿真验证功能，硬件进行焊接，搭建硬件环境，从而实现控制窗帘的拉合。

4.噪声的方位信息和相关提示信息。采用液晶显示器显示信息。

二、自动窗帘控制系统的总体设计方案

此次设计的基于蓝牙的智能家居控制系统硬件系统框图如图1（图序从图1开始标注）所示，从图中可以看出系统被分成了采集模块和控制模块。采集模块和控制模块之间使用蓝牙的方式进行无线通信，采集模块可以获取家居环境，如光强、湿度等信息，并在LCD屏幕上显示需要修改和输入的内容，采集模块采集的信息可以通过蓝牙通信的方式传输到控制模块上，控制模块采用步进电机的正反转模拟家居窗帘的开关状态，并实时判断是否超限，超限后可关闭窗帘控制。在控制模块中，由光敏电阻传感器控制窗帘的光控和自动控制，实现对照明的控制，晚上窗帘关闭，白天打开窗帘。手动控制通过采集模块的按键的控制方式，通过蓝牙通信发送命令对窗帘的开合进行控制，可根据选择控制模式实现智能家居窗帘的自动控制。

图1 硬件系统设计框图

三、智能家居系统的硬件设计

智能家居系统硬件主系统有单片机控制核心模块、电源模块、液晶显示模块、蓝牙模块、步进电机模块、光照模块等。

（一）单片机控制核心模块

图2 最小系统电路图

图3 晶振电路

图4 复位电路

如图3所示，上面的电路图为电容三点式震荡图，本次课题的晶振，选用的是频率为12M的无源晶振。电容则是选用了两个普通电容，容值均为30pF。

通过系统复位，实现了STC89C51的硬件初始化过程。具备了外部复位管脚RST的STC89C52单片机，能够在识别长度为2us以上的高电平，同时实现复位系统的功能。

（二）电源模块

电源采用常见的USB接口的电源线，配接直流5V电源，用其作为整个系统的供电电源。SW1为电源部分的开关，起到电源控制的作用，通过此模块可以实现电源在需要的时候打开，不需要的时候关闭即可。如图5所示。

图5 电源模块电路图

（三）液晶显示模块

如图6所示是液晶显示部分的电路原理图。从图中可以看出，LCD1602接口较为简单，仅需要3根控制线以及8位数据总线即可。R3电阻的作用主要是调节液晶的对比度，通过对外部接口的调整，可以选择串行通信方式和并行通信方式两种方式进行液晶的程序控制，数据和地址等寄存器数据是通过数据总线发送到LCD1602的控制器中。LCD1602液晶的控制器不仅能够驱动液晶进行显示字符以及数字字母，而且能够进行背光调节，使得液晶能够在白天和夜晚都可以使用；LCD1602的驱动时序较为简单，只需要控制RS引脚以及DB0～DB78个引脚就可以实现。本次设计使用LCD1602主要是显示噪声的方位信息以及相关提示信息。

图6 液晶显示模块电路图

（四）蓝牙无线模块

采用蓝牙的无线通信方式进行通信，传输速度可达1MBps，在250Kbs的情况下，传输的距离可以达到2公里。通信IC采用的是TI公司出品的CC2550。CC2540内嵌了蓝牙通信协议，对与单片机来说，其引出了TCD和RXD两个端口来实现驱动，但是需要设计好通信为TTL通信电平标准。该部分电路图如图7所示。

图7 无线模块电路图

（五）步进电机模块

步进电机可用无反馈控制，并且具有能够将电信号和位移信号相互转换的作用。位移信号包括了角度位移和距离位移。步进电机在额定的工作方式下，受电平和驱动信号频率的影响。这款电机可以通过单片机进行控制，可根据外部输入的周期性电平，变换角度和位移。电路图如图8所示。

图8 步进电机接口电路

（六）光照模块

光照模块采用的是——由光感应器件和外围处理电路组成的，GY-30光照模块传感器。光敏电阻是对光照敏感的电子元器件，阻值随着光照的变化而变化，当低于一定光照度时，传感器模块通过外围电路的处理会输出电位0，单片机检测传感器模块输出的低电位，即可实现光照控制窗帘的逻辑功能。光照模块电路如图9所示。

图9 光照模块电路

四、智能家居系统的软件设计

本次课题的编程语言运用的是C语言，开发环境采用的是51系列单片机开发环境，即MDK for C51开发环境。这个开发环境能够编译连接生产hex文件，内嵌许多辅助工具，因此生成代码的效率很高，之后将代码下载到单片机中，可以进行功能验证与分析。

系统刚开始的时候首先执行的是初始化操作，完成LCD1602的基本工作寄存器配置以及光敏驱动ADC的模式设置，设置完成后将步进电机反转模拟智能家居的窗帘为关闭状态，同步开启接收蓝牙指令状态，当收到蓝牙指令的时候能够解析指令控制智能家居的窗帘开关情况，没收到指令可以根据光照和湿度动态控制智能家居中的窗帘工作状态。整个程序被分为了多部分程序内容，分别为主程序、LCD1602显示程序、红外程序和时钟模块驱动程序等。整体运用的是单元化编程思想。

五、系统调试与结论

系统的界面布局美观、简洁、大方，整个系统操作起来简便、灵活，并注重设计的实用、安全性。对于本课题设计的基于蓝牙的智能家居控制系统，可在显示屏能够显示湿度、温度、控制信息等信息，通过湿度控制逻辑、光照控制逻辑、蓝牙通信模块、人体红外传感器采集的信息以及实时时钟信息的采集与校准，从而控制窗帘的状态，该系统简捷智能，功耗低，达到精确到、协调、迅速的完成指定设计要求。根据多次测试，基于蓝牙的智能家居控制系统能够达到我们预期的目标。