智能窗帘控制系统的仿真与设计

文/谭艳春 武琰

1 引言

单片机无论从组成还是逻辑功能上都具有微机系统的特性，是一门实践性很强的软硬件结合的技术，且体积小巧，因此可以嵌入到各种应用系统中作为指挥决策中心，实现系统的智能化。目前比较流行的单片机仿真软件和集成开发软件有Proteus 和Keil。减少室外环境对室内环境的影响，进而调节室内环境，增加舒适度，更智能化和更人性化。

智能窗帘控制系统是智能家居的重要组成部分，它能够把环境中的温湿度、光照强度等参数，通过温/湿度传感器或光敏传感器转化为电信号，利用微控制系统来驱动电机，自动控制窗帘的开关，使人们的生活更加智能舒适。虽然目前关于智能家居、智能窗帘的研究很多，但本设计有其独特之处，该系统首先会根据人为的设定来判断是否为睡眠时段，再对采集的温湿度和光照强度进行具体的数据分析及处理，因此更加智能和人性化。

2 硬件电路设计

该系统的硬件电路主要包括STC89C52 最小电路模块、温湿度和光照强度的数据采集模块、电机驱动模块和显示模块四部分，电路方框图如图1所示。

根据系统的电路方框图，利用Proteus 设计的硬件电路如图2所示。下面对各电路模块进行具体说明。

图1：系统的硬件电路方框图

STC89C52 最小电路模块：包括STC89C52 单片机、复位电路和时钟电路三部分。

电机驱动模块：利用ULN2803 驱动芯片来驱动步进电机（本设计采用的是四相八拍的角位移28BYJ48 步进电机）控制窗帘的开关。

温湿度和光照强度的数据采集模块：主要采用响应快、抗干扰能力强、高可靠性和高稳定性的 SHT11 温湿度传感器以及小巧、高灵敏度的ZG03S 光敏传感器作为系统的探测元件，对室外的温湿度和光照强度进行实时数据采集。

显示电路模块：采用LCD12864 点阵型液晶模块，除了显示必要的实时温度和湿度数据，还可显示日期和时间等一些附加信息。

图2：系统的硬件电路

图3：系统的程序流程图

3 KeilC51环境下的编程

3.1 软件编程难点分析

该智能窗帘控制系统的软件设计难点在于需要根据实际情况来判定窗帘的开关动作。例如，不能直接根据光照强度超出设定的阈值就关闭窗帘，需要考虑此时是否为主人设定的睡眠时段，若是，则要驱动电机关闭窗帘，若不是，则不需要光照强度的影响，因此就不用关闭窗帘。

3.2 程序流程图

本文设计的智能窗帘控制系统的代码较多，因篇幅所限，故就不在此文中赘述。这里只给出该系统的程序流程图，如图3所示。

3.4 系统的拓展

该智能窗帘控制系统的睡眠时段、窗帘开关驱动阈值及液晶显示内容和模式可根据实际情况进行设定和调整。所谓的睡眠时段并不是指普遍的睡眠休息时间，而是指个人的作息时间，是一种非常人性化的私人订制服务。而室内空气湿度一般情况下应控制在40%—50%为宜，但若喜欢比较干燥的空气，可以将湿度上限设为30%，甚至更低。

4 程序加载及运行仿真

根据图3的系统流程图，利用Keil C 编写调试程序，并将调试无语法错误的代码文件*.HEX 加载到Proteus 原理图的STC89C52 单片机中，系统加电运行后，可以观察到与预期一致的效果，即在非睡眠时段，只有湿度超过预设值时，电机才会控制窗帘关闭，而在睡眠时段，温度、湿度和光照强度只要有一个参数超过预设值，电机都会控制窗帘关闭。但由于文本的限制，无法展示系统运行的动态过程，故略。

5 结论

本文设计的智能窗帘控制系统可以根据人为设定的睡眠时段阈值，对温湿度及光敏传感器采集的温湿度和光照强度等参数，进行具体的数据分析并做出相应的动作（打开或关闭窗帘），非常的智能和人性化。并且该系统的设计框架和思路还可用于其他相类似的智能产品的设计，因此该系统具有良好的可扩展性以及较强的实际指导意义和应用价值。