基于STM32的智能窗帘控制系统设计与实现

时间：2024-09-03

浙江工贸职业技术学院王孝尚

浙江工贸职业技术学院王孝尚

物联网技术的发展使智能家居的应用得到了普及。本设计主要介绍了智能窗帘控制系统的设计与实现方法。该系统选用STM32芯片作为控制器，WiFi方式作为通讯介质，通过手机APP远程控制电机的正反转，自动打开或关闭窗帘。文章先是阐述了系统总体的设计方案，然后给出了硬件电路设计原理图，和软件设计流程图。经过设计、制作与测试，完成系统功能，运行效果良好。

智能家居；STM32；物联网

本文主要设计了一个基于STM32单片机的智能窗帘控制系统。用户可以通过手机APP远程、无线控制窗帘的开和关。

1 系统方案设计

智能窗帘控制系统主要由微处理器模块、继电器输出控制电机模块、WiFi通讯模块以及手机APP操作模块组成。系统采用STM32芯片作为控制系统的核心，采集窗帘的当前状态通过WiFi模块同步到手机APP端；另外，用户可以通过手机APP发送命令至微处理器，微处理器经过解析后控制电机正反转打开或关闭窗帘。通过上述原理，可以实现手机端与远程控制端的信息同步，完成窗帘的智能控制过程。智能窗帘控制系统的总体结构示意图如图1所示。

图1 智能窗体结构示意图

整个系统设计分为硬件电路的设计与制作和软件程序的编写与调试。硬件部分采用STM32芯片作为控制器，通过WiFi模块远程无线接收数据的输入，采用继电器输出，以弱控强，驱动电机转动，需要设计单片机最小系统、继电器输出电路、WiFi通讯电路等模块电路；软件部分采用开源平台——机智云进行二次开发，制作手机APP页面进行控制，降低成本。机智云平台为开发者提供了自助式智能硬件开发工具与开放的云端服务。系统的方案设计图如图2所示。

图2 系统方案设计图

2 系统硬件设计

系统平台的硬件电路主要包括单片机最小系统电路、电机正反转电路、WiFi通讯电路以及其他工作电路。

2.1 单片机最小系统电路

控制系统中最主要的部分是中央处理器（CPU），它是系统的控制与运算处理中心。本设计采用STM32RCT6芯片作为处理器，它是一种低功耗、高性能的微处理器，此次设计所需实现的小系统功能主要是时钟电路、复位电路、晶振时钟电路和蜂鸣器电路。复位电路的主要功能是使单片机进行初始化；晶振电路即石英晶体震荡器，是用来产生基准频率的；蜂鸣器主要用于按键反馈，即当用户操作使用本系统，发生命令给单片机时，蜂鸣器会发出“滴”声反馈给用户，提示已经完成一次操作，提高用户体验。

2.2 串口通讯电路

窗帘控制系统与手机APP软件的通讯采用WiFi方式进行，由于手机自带WiFi功能，所以对窗帘控制端需要设计WiFi接口电路。本设计采用乐鑫ESP8266模块。ESP8266 高度片内集成，包括天线开关、电源管理转换器，因此仅需极少的外部电路，且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占PCB空间降到最低。强大的片上处理和存储能力，使其可通过 GPIO 口集成传感器及其他应用的特定设备，实现了最低前期的开发和运行中最少地占用系统资源。因为WiFi芯片集成化，与单片机的连接方式为串口连接。

2.3 电机正反转电路

本系统通过在窗帘导轨上安装传送皮带，采用电机正反转来控制传送皮带的前进与后退来控制窗帘的打开与关闭。通常情况下，电机为220V交流电驱动，而且工作时声音响、效率低、安全性能差。为了提高安全以及系统性能，经过对比，我们选用24V直流无刷电机。但是单片机的IO管脚输出能力有限，我们需要设计驱动放大电路；同时为了实现控制电机正反转，又不增加多电源的情况。

当继电器K1导通、K2不导通，电机左边接电源正极、右边接电源接地，实现正转；当继电器K1不导通、K2导通，电机左边接电源地、右边接电源正极，实现反转。