自动窗帘远程控制系统

戴建;史志才;吴飞

【摘 要】针对目前自动窗帘需要通过按钮或遥控器且只能实现近程控制的现状,提出了一种以STM32F103芯片为核心,结合Wi-Fi通信技术和互联网技术,能够简单有效地对自动窗帘进行远程控制的解决方案.方案采用模块化的设计思路,重点分析了系统无线通信模块、继电器模块、按键模块、电源保护和电平转换模块的设计过程,介绍了系统的基本工作原理和操作方法,设计了基于TCP通信协议的服务端和客户端软件以通过互联网或者个人移动设备实现窗帘的远程控制.实际结果表明,该方案可以应用于家居或办公环境,具有稳定性高、操作简单等特点. 【期刊名称】《轻工机械》 【年(卷),期】2015(033)002 【总页数】4页(P65-68)

【关键词】自动窗帘;远程控制;STM32F103芯片;Wi-Fi通信技术;互联网技术 【作 者】戴建;史志才;吴飞

【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院,上海201620

【正文语种】中 文 【中图分类】TP273.5

近年来，随着物联网的快速发展，家居和办公智能化已经越来越普及。借助互联网对家用电器进行远程控制在智能家居和智能办公中具有重要意义。窗帘在家居和办公环境中应用极为广泛，研究如何实现窗帘控制的自动化和智能化具有非常重要的现实意义[1-2]，也能为实现其它家用电器或者办公设备的自动化和智能化控制提供参考。

系统的设计思想为：用户能够借助于网络，通过计算机或Pad等客户端，对家居或办公场所的窗帘进行打开、闭合的控制或窗帘状态的查询。系统采用模块化的设计方法，主要包括STM32F103核心处理器模块、Wi-Fi无线通信模块、存储器模块、按键模块、电源保护与电平转换模块、继电器模块、服务端和客户端等，系统结构如图1所示。系统包含Ad-Hoc和Infra 2种工作模式：在Ad-Hoc模式下，服务端通过浏览器登录指定IP地址可以对控制系统的参数进行设定；在Infra模式下，控制器能够自动搜索并加入指定路由器的无线网络，客户端通过互联网连接服务端可以对窗帘进行控制与查询。 2.1 Wi-Fi通信模块设计

该模块是系统实现与服务端和路由器通信的核心，主要功能是接收网络数据和向外发送数据。模块采用WM-G-MR-09芯片，该芯片是一款Wi-Fi无线通信芯片，支持IEEE802.11b/g无线通信协议，支持SPI和SDIO两种接口方式，具有体积小、功耗低、无线范围广、传输速率快的优点[3-4]。

图2所示是Wi-Fi通信模块的电路图，采用SDIO接口方式与处理器相连，芯片的SD_D0，SD_D1，SD_D2，SD_D3，SD_CLK，SD_CMD和Wi-Fi_CTL引脚分别与STM32F103处理器的PC8，PC9，PC10，PC11，PC12，PD2和PB12连接[5]。其中PB12为模块的电源控制引脚，通过引脚输出可以实现对模块供电和断电。 2.2 继电器模块

继电器模块包括继电器电路和行程开关，其中行程开关位于自动窗帘轨道上，通过导线与控制器内部相连。模块主要实现弱电对强电的隔离控制，处理器通过控制继电器的通断实现电源接线点的选择。继电器模块包含2个继电器S1和S2，其原理图如图3所示，其中P4和P5为行程开关接口。当S1接通且S2断开时，电机正转，窗帘打开。当S2接通且S1断开时，电机反转，窗帘关闭[6]。图中，2个继电器的线圈分别与彼此的常闭触点串联，实现互锁[7]。这样，2个继电器将不能同时工作，提高了系统的运行稳定性和安全性。另外，2个继电器回路也分别与2个行程开关的常闭触点串联。当窗帘已经完全打开或关闭时，系统能够自动将电源断开，预防碰撞的发生，并可通过行程开关的常开触点向控制器发出位置信号[8]。 2.3 按键模块

按键模块由一个独立式按键组成，其主要功能是实现系统重启和恢复出厂设置。当按键按下时间小于3 s时，系统将会重启，控制器将会重新搜索无线网络并加入。当按键按下时间大于3 s时，系统将会恢复出厂设置。此时，系统将会自动产生一个Ad-Hoc网络，使用电脑或Pad作为近程客户端可加入该网络。在浏览器里输入192.168.1.10可以进入系统的设置网页。在“无线网络名称”栏输入路由器的无线网络名称，在“无线网络密码”栏输入无线路由器的登录密码，在“无线网络IP”栏设置控制器的静态IP地址，其它参数可不变。最后点击“设置”按钮即可完成对窗帘控制器的无线参数设置，设置完成后，系统将会自动搜索并加入指定的网络中。同时，也可以点击“打开”按钮打开窗帘，点击“关闭”按钮关闭窗帘。 2.4 电源保护与电平转换模块

本模块包括2个部分，即电源保护部分和电平转换部分。如图4所示，在电源输入端串连一个保险丝，当发生过载或短路时，保险丝将会切断电源实现过流保护。同时，电源输入端并联了一个压敏电阻，当输入电压过大时，压敏电阻的短路效应

就能够强制保险丝断开，实现过压保护[9]。FCS2.5-5-WES是一款专门的整流模块，能够将220 V交流电压转换为5 V直流电压输出，具有体积小、稳定性好、误差小的特点。LM1117-3.3芯片可将5 V电压降为3.3 V电压输出。 3.1 主程序设计

根据系统设计功能与要求，系统主程序流程如图5所示。 3.2 应用软件设计

应用软件包括服务端软件和客户端软件，2个软件都基于TCP协议。其中，服务端软件安装平台与窗帘控制器连接同一路由器，能够接收来自客户端的命令并转发到窗帘控制器中，客户端软件通过互联网与服务器相连接。服务端软件和客户端软件分别如图6和图7所示。首先，打开系统的服务端，在“窗帘控制器IP”栏输入控制器的IP地址后，点击“创建”按钮即可创建一个服务端。打开系统的服务端，正确输入“服务器IP地址”和“窗帘控制器IP”后，点击“连接”按钮后，客户端将连接到服务端。成功后，点击“打开”、“关闭”或“查看”按钮后，客户端将向服务端发送命令数据，其格式为：

32位服务器IP地址+32位窗帘控制器IP地址+4位控制命令。

其中，若4位控制命令为1表示打开窗帘，2表示关闭窗帘，4表示查看窗帘的状态。服务端收到数据后将会把数据转发到窗帘控制器，窗帘控制器在收到命令后将会执行相应的操作。

该自动窗帘远程控制系统通过Wi-Fi无线通信技术和互联网技术实现了对自动窗帘的远程控制。相比于传统的通过按钮或遥控器进行短程控制方式，该种方案具有操作简便、可远程操作、安全性高、防止自锁等优点。经实际调试证明，该方法适合于大多的家居和办公场所使用，具有一定的推广和使用价值。下一步将设计光亮采集和灯光控制模块，将窗帘与灯光等电气设备进行结合，使窗帘具有更高的智能

处理能力。

【相关文献】

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[3] 刘杰，张姿，黄廷磊.移动AODV路由协议的设计与性能评估[J].广西师范大学学报，2013，31(2)：39-43.

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[5] 陈启军，余有灵，张伟，等.嵌入式系统及其应用[M].上海：同济大学出版社，2011. [6] 张艳蕾，朱高峰.室内智能光控系统的设计[J].轻工机械，2013，31(3)：54-57.

[7] 韩雪涛，韩广兴，吴瑛.简单轻松学电气控制与PLC应用[M].北京：机械工业出版社，2014. [8] 范永胜，王岷.电气控制与PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

[9] 王茂华，胡克鳌，张南法.电涌保护器中压敏电阻并联的方法和理论分析[J].电磁避雷器，2004(6)：26-29.