周亚运，任青玲，莫 沛，莫家威，邓 朋，殷晓宇

（柳州工学院信息科学与工程学院 广西 柳州 545616）

1 引言

随着我国经济的不断发展，人们对居住场所的要求越来越高，家庭是我们每个人每天生活必在的场所，一方面希望住所能舒适温馨，另一方面又希望住宅家居能够更加智能和先进。智能家居多种多样，窗户是人们日常生活中最常见的家居之一，它已经成为智能家居研究非常有意义的部分。从以往的窗户研究和分析，不难发现它们有许多缺点和使用上的不便。首先，开关窗户需要人手动操作[1]。其次，窗户的设计不能保证室内环境的舒适性，因为它不能响应外部环境的变化。当房间里没有人或者由于突然下雨等恶劣天气，不能及时关闭窗户，因此，基于4G网络的智能开窗器控制系统的研究就显得尤为重要了。

2 系统整体设计

图1为本设计整体方案框图，本设计采用直流推杆电机的正反转模拟开窗器的开关状态。开窗器的光控，采用光敏电阻传感器进行光照强度采集判断进行控制，实现根据光照就行开窗关窗的操作。窗户的雨滴控制，采用雨滴模块检测是否有雨，当检测到室外有雨时自动关窗，没雨的时候开窗。使用DHT11数字式温湿度传感器采集环境温湿度，使用OLED显示屏实时显示并及时判断温度是否超限，超限后能够进行窗户的关闭控制。手动模式采用4G网络进行控制，当Wi-Fi模块跟路由器或者热点建立连接之后，通过远程遥控，实现手动开关窗户，根据手机软件选择控制模式，实现开窗器的自动开关控制[2]。

图1 整体设计方案框图

3 硬件电路设计

本设计选择STM32单片机作为主控芯片，电机采用步进电机，电机模块采用L298N模块作为直流推杆电机的驱动模块，OLED显示屏作为显示模块，电源模块采用USB转12V接口的电源线进行供电[3]。硬件设计原理见图2。

图2 硬件设计原理图

4 软件系统设计

本课题的设计采用模块化编程，将整个程序分为主程序、模块驱动程序、OLED显示程序以及远程遥控程序等。主程序主要实现各个模块的初始化，初始化完成后，调用各个子程序模块并完成相应的功能。主程序控制流程见图3。

图3 主程序流程图

4.1 光照模块控制软件流程

图4为光照模块控制软件流程图，模块上电，初始化完成。采集到光照强度数据后，返回给单片机。单片机处理接收数据，根据处理结果去驱动L298N模块，驱动完成，进而驱动直流推杆电机完成相应的动作，达到自动开关窗的目的。

图4 光照模块软件流程

4.2 雨滴模块控制软件流程

图5为雨滴模块控制软件流程图，模块上电，初始化完成。采集到模块数据后，返回给单片机。单片机处理接收数据，根据处理结果去驱动L298N模块，驱动完成，进而驱动直流推杆电机完成相应的动作，达到自动开关窗的目的。

图5 雨滴模块软件流程

4.3 温湿度模块控制软件流程

图6为温湿度模块控制软件流程图，模块上电，初始化完成。采集到模块数据后，返回给单片机。单片机处理接收数据，根据处理结果将环境温湿度实时发送到OLED屏，并驱动L298N模块，驱动完成，进而驱动直流推杆电机完成相应的动作，达到自动开关窗的目的。

图6 温湿度模块软件流程

4.4 Wi-Fi模块控制软件流程

图7为Wi-Fi模块控制软件流程图，模块上电，初始化完成。通过ESP调试助手发送指令，设置手动模式和功能；返回给单片机。单片机处理接收数据，根据处理结果，驱动L298N模块，驱动完成，进而驱动直流推杆电机完成相应的动作，达到手动开关窗的目的。

图7 Wi-Fi模块软件流程

4.5 手机APP设计

本设计使用机智云平台进行设计，在机智云官网下载的是能入公网的固件和源码，将固件写入Wi-Fi模块，配合源码编程即可实现远程控制。机智云软件开发界面见图8。

图8 机智云开发界面

5 结语

本设计是基于STM32单片机和4G网络的智能开窗器控制系统，设计主要实现了能够根据光照、有无下雨情况自动控制窗户的开关，并且具备温湿度采集和控制窗户开关的功能，系统还具备手机APP远程控制开窗器进而控制窗户开关的功能，系统使用OLED显示屏显示界面，能够实时显示当前的环境信息和窗户开关的信息。在未来，即使出门在外也能随时随地了解家里的情况并可以随意操控家居环境，科技改变未来。