采用ESP8266芯片设计的智能窗帘控制方案

在智能信息化时代，互联网的崛起已经改变人们的生活方式， 智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起，提供窗帘控制以及可编程定时控制等多种功能和手段。给人们一种便捷、舒适的生活，智能窗帘作为智能家居的一种代表，以简单的功能和实用性强深受人们的喜爱，不过由于现在市场上价格太高，所以导致很多人们放弃了智能窗帘。在这种情形下本设计提出简易、操作便捷、实惠的智能控制方案。

1系统总体设计方案

1.1窗帘外形结构

在本次设计中，我们采用杜亚导轨、主副传动箱、皮带、滑轮。其结构如图1所示，其中杜亚导轨高为21.9mm，底部宽为34mm，顶部宽为29.4mm。轨道采用轨电泳涂装表面处理，色彩明亮，轨道内壁和外壁光滑度一致，以确保滑车滑行时顺畅无噪音。耐酸碱，抗污染，延缓铝型材老化等优点。

1.2整体功能框图

本次设计是基于ESP8266芯片为核心的智能窗帘，外围电路包括光线检测模块、时钟模块、WiFi模块、电机驱动模块。其功能框图如图2所示。三种控制方式：根据系统设定的时间进行打开和闭合；根据光线强弱实现开闭；利用手机远程控制实现开闭。通过设定一个阈值，当光线强度大于设定值时电动机正转，闭合窗帘；反之，电动机反转，打开窗帘。同等条件下手机远程控制优先级高于定时控制，定时控制优先级高于光线控制。

图2 窗帘控制功能框图

2主要功能设计与实现

2.1主控芯片的选择

方案一：STC89C51单片机

STC89C51单片机是一种高性能CMOS8位微处理器，可进行逻辑运算、清零、置位、传送等，其功能比较完备，可操作性强，使用起来相对比较容易。

方案二：ESP8266芯片

ESP8266芯片具有集成度高、稳定性强、精度高的特点，可在温度高的情况下持续工作，具有很强的工作适应性。有STA/AP/ STA+AP三种工作模式，支持smartconfig功能。

ESP8266相比STC89C51单片机来说稳定性强，其能耗低、能够快速传送数据、价格便宜。ESP8266可在温度高的情况下持续工作，具有很强的工作适应性。（沈华刚，吕刚磊，基于ESP8266串口wifi智能插座设计［J］。电子世界，2019）其芯片配置简单，操作方便，具有很强的稳定性，对工作环境温度要求低，它能将串口所获取的数据高效率地转化为无线网络数据信号，用户可控制无线网络数据，从而通过手机APP对窗帘进行无线控制。而STC89C51单片机运行速度相对比较慢，且无保护，很容易芯片被烧坏。综合比较两个方案，选用方案二ESP8266芯片。

2.2 WiFi与外部通讯

图3所示是本设计中ESP8266串口的控制系统框图，主控板通过WiFi与局域网相连接，再与智能手机通信，从而使移动端与窗帘实现双向控制。（周洪，胡文化，张立明，等。智能家居控制系统［J］。北京冲国电力出版社，2006）这种系统集实时监控、数据的输送以及多媒体系统为一体来实现数据采集和处理，将以媒体形式传送到用户端的服务器当中。多个系统互相关联，在同个局域网内有效连接组成，具有内部联系性，是一个整体的布局模式，具有良好的扩展性和稳定性。

图3 通讯结构图

2.3 电机驱动模块

步进电机将电脉冲信号转换成机械角位移，在数字控制系统中是一种较常用的控制执行元器件。在电路中，输入信号为电脉冲信号，输出信号则为角位移，每当接收到一个电脉冲信号，就会驱动步进电机按照设定的方向转动固定的角度。（胡锦，邓鹏，基于WIFI的智能窗帘系统设计［J］。信息通讯，2018（3）：201-202）本次设计我们采用ZD-M42S两相步进电机高集成度，高可靠性接口，采用超高速光耦隔离，抗高频干扰能力强，安装在电机背面，减少占用空间，能够使电机的工作状态达到稳定，可以多种细分可选。

图4 电机驱动接线方法

如图4所示，为电机接线图。R为串联分压电阻，当控制器的接口电压为5V时，无需R直连；当接口电压为12V时，串联1K电阻； 当接口电压为24V时，串联2.7K电阻。

图5 光线自动控制系统框架图

2.4 光线控制

如图5所示，本系统的光线控制电路通过光线传感器的数据采样，使光线信号转换成电信号，再经过后台的单片机内部A/D转换器将电信号转换输出并作用于电机上，从而实现窗帘根据光线强度的自动控制。

通过光的检测、分析、传送，为系统提供前端有效数据，设计简单实用、成本低廉。光敏传感器内的光敏电阻通过检测光线的强度而发生阻值的变化，从而传递光线的模拟信号，当照射光线越强时，通过光电管的电流就越大，电流通过电阻时，电阻两端的电压即可被转换成可被采集器采集的0-5V电信号，从而实现光信号向电信号的转变，继而传输至单片机识别即可。

图6 光线检测与窗帘控制程序流程图

如图6所示，为光线检测与窗帘控制程序流程图。初始化后， 通过调用函数对光线信号进行采集，并将模拟量的光强信号转换成数字电信号，经单片机的内部处理后，将电信号传输至电机驱动模块控制窗帘的开闭。

2.5 定时功能

本系统设计的智能窗帘具有定时开关窗帘的功能，其程序流程如图7所示。先采用SNTP函数获取当前时间戳，然后将当前时间戳转换为具体时间，再与设定的时间比较，从而实现定时的功能。

图7 定时功能程序流程图

3结束语

本文是基于ESP8266芯片的智能窗帘系统控制，具备光、手机、定时多方式对窗帘实现自动化控制，在应用上比较方便，具有操作简易、性价比高等优点，不过也有不足之处，可以加上智能语音控制，使用更便捷，能极大提高用户体验感。