基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)WIFI控制的智能窗簾設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u21423緒論 2222121.硬件選擇 3184771.1電機(jī)選擇 3252571.2單片機(jī)選擇 4273891.3語音識(shí)別模塊選擇 578991.4Wi-Fi模塊選擇 7246091.5紅外接收模塊選擇 8315782.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1275182.1總體設(shè)計(jì)思路 1309342.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 135722.3系統(tǒng)框圖 2214602.4系統(tǒng)總圖 3318653.系統(tǒng)調(diào)試 1138093.1語音模塊調(diào)試 1186253.2WiFi模塊調(diào)試 116213.3keil系統(tǒng)調(diào)試 242214.實(shí)物測試 1313724.1紅外模塊測試 1284704.2語音模塊測試 1213484.3Wi-Fi模塊測試 24168結(jié)論 4摘要本設(shè)計(jì)題目是基于單片機(jī)的智能窗簾設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有的單片機(jī)及其他硬件和軟件討論實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制窗簾開關(guān)的可行性，分析各部分軟件及硬件在系統(tǒng)中的作用，并利用合理的軟件及硬件制作智能窗簾實(shí)物。設(shè)計(jì)介紹了以單片機(jī)為核心的智能窗簾系統(tǒng)，輔以步進(jìn)電機(jī)、WI-FI模塊、萬用板、紅外遙控器、語音識(shí)別模塊等，達(dá)到可以使用語音、紅外線、遠(yuǎn)程控制窗簾開關(guān)的目的。本設(shè)計(jì)建立在現(xiàn)實(shí)可行的基礎(chǔ)上創(chuàng)作，通過KEIL開發(fā)工具進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)及設(shè)備云進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；語音控制；Wi-Fi控制；遠(yuǎn)程控制緒論無論是在古代還是現(xiàn)代，窗簾的身影都處處可見，主要可以分為三大類，成品簾、布藝簾、電動(dòng)簾。本設(shè)計(jì)所要論述的內(nèi)容則屬于最后一種，電動(dòng)簾。在開始了解本設(shè)計(jì)之前，首先了解一下什么是電動(dòng)簾。它從安裝上可分為內(nèi)置式和外置式窗簾；根據(jù)窗簾開閉方向的不同分為電動(dòng)開合窗簾系列、電動(dòng)升降窗簾系列等；從窗簾的種類上可分為：電動(dòng)開合簾、電動(dòng)卷簾、電動(dòng)百葉簾等。總而言之，電動(dòng)窗簾均是由電機(jī)帶動(dòng)，使用齒輪或者傳動(dòng)帶，使窗簾開閉。自古至今，人們使用窗簾都是以手動(dòng)開合來影響室內(nèi)照明亮度和溫度，然而在科技日新月異的現(xiàn)代，科技已然可以將人從這簡單重復(fù)的動(dòng)作中解放出來。人作為命令發(fā)出主體，發(fā)出指令或者其他信號(hào)，通過系統(tǒng)接收，電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到智能控制的目的，使人可以在家里甚至戶外毫無阻礙的開關(guān)窗簾。在現(xiàn)代，智能化家居已經(jīng)成為一種新風(fēng)尚，人可以不接觸，僅通過語音使用家用電器，智能窗簾是這個(gè)龐大系統(tǒng)中微不足道的一部分。在本設(shè)計(jì)中，可以使用以下三種方式操作窗簾:語音操控，紅外線操控，WiFi遠(yuǎn)程控制。近年來，在國內(nèi)智能化和自動(dòng)化的浪潮下，智能家居產(chǎn)業(yè)如雨后春筍一般進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。就目前而言，中國已經(jīng)有幾百個(gè)城市開始或正在建設(shè)智能化城市，隨著智能化城市建設(shè)的不斷提速，與智能化家居有關(guān)的的市場規(guī)模突破百億甚至千億都不是鏡花水月，可望而不可即的事情。智能家居的未來發(fā)展前景非常廣闊，市場空間也相當(dāng)龐大，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)將獲得爆發(fā)性的發(fā)展機(jī)會(huì)。雖然目前智能家居行業(yè)還處于起步階段，但是現(xiàn)有的市場規(guī)模已經(jīng)不容小覷。自2014年這一智能化家居元年以來，諸多家電企業(yè)均對(duì)智能家居領(lǐng)域展開研究，但是直到現(xiàn)在，依然還處于概念普及階段。一份調(diào)查結(jié)果的數(shù)據(jù)表明，盡管智能化家居的理念已經(jīng)被提出多年，也有超過85%的民眾表示聽說過智能家居這一概念，但是實(shí)際家庭中使用智能家居的人并不十分多見。大多數(shù)家庭并不能引入一套完整的智能化系統(tǒng)，原因之一是對(duì)于一般家庭來說投入過高，其二是有關(guān)智能化的理念很難被老一輩人理解和接受，他們普遍認(rèn)為家居的智能化用處并不大，只有年輕人對(duì)新理念接收成都高，樂于接收新事物。所以，智能家居的目標(biāo)針對(duì)潛在客戶要明確化，產(chǎn)品要易用化，分割化，使群眾在小成本投入時(shí)就能享受智能化家居帶來的便捷，這樣才能開發(fā)出更大的市場。1.硬件選擇1.1電機(jī)選擇電機(jī)分為兩種，分別是直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠迅速啟動(dòng)并且可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，其次修理比較便宜，并且直流電機(jī)相對(duì)于交流電機(jī)更加節(jié)能環(huán)保。缺點(diǎn)則是同規(guī)格直流電機(jī)價(jià)格比交流電機(jī)價(jià)格更貴一些。直流電機(jī)還具備碳刷這一結(jié)構(gòu)，這點(diǎn)有利有弊，好處是能改變電流方向，弊病是有可能在使用不當(dāng)?shù)那闆r下產(chǎn)生電火花。交流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，價(jià)錢相對(duì)便宜。缺點(diǎn)是功率因數(shù)滯后、輕載功率因數(shù)低、啟動(dòng)性和調(diào)速性能較差，因此不能及時(shí)對(duì)信號(hào)做出反應(yīng)。 圖128BYJ48步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橹绷麟姍C(jī)能及時(shí)對(duì)脈沖作出反應(yīng)且可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，因此，直流電機(jī)大多被安裝應(yīng)用在需要隨時(shí)都能快速啟動(dòng)和需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。而交流電機(jī)大多作為發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償機(jī)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)因需要設(shè)備迅速識(shí)別信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)做出回應(yīng)，固選用直流電機(jī)分類中的步進(jìn)電機(jī)，產(chǎn)品型號(hào)為28BYJ48。28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)是四相八拍電機(jī)，當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它就能連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，并且功耗不大，體型也較小，非常適合運(yùn)用在本設(shè)計(jì)上[2]。1.2單片機(jī)選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇32系列的單片機(jī)，該單片機(jī)具有很多功能。它具有多達(dá)11個(gè)定時(shí)器，具有32位處理器，在Thumb-2指令下，對(duì)中斷具有更快的反應(yīng)速度，圖2STM32F103ZET6引腳圖使它的實(shí)時(shí)反應(yīng)極為出色；該芯片具有13個(gè)通信接口，其中包括常用的USB2.0接口；時(shí)鐘等其他單片機(jī)具有的功能更是應(yīng)有盡有。STM32F103ZET6更是可以工作在-40℃至+105℃的環(huán)境中，供電電壓2.0V至3.6V，它所具備的省電模式更是可以保證低功耗應(yīng)用的要求[3]。1.3語音識(shí)別模塊選擇根據(jù)查詢的資料顯示，無論是以51單片機(jī)為核心還是以52單片機(jī)為核心的智能窗簾系統(tǒng)，大多數(shù)設(shè)計(jì)使用的都是型號(hào)為LD3320的語音識(shí)別模塊[4]。由于LD3320語音識(shí)別模塊可以動(dòng)態(tài)編輯識(shí)別關(guān)鍵詞語列表，因此該模塊可以被使用的范圍大大超過了那些不可以改變識(shí)別列表的芯片，即可以改變需要被識(shí)別的語音命令，而非只能識(shí)別固定的單一語音命令。又由于LD3320是一顆真正的單芯片解決方案，不需要輔助的外圍Flash/RAM/AD，本身的模塊集中了多種輔助技術(shù)，從而又大大降低了系統(tǒng)的成本，這也體現(xiàn)了該模塊性價(jià)比。LD3320可以用聲音來對(duì)照明，空調(diào)，或者其他一些家居系統(tǒng)進(jìn)行控制。在家中操作者可以在做任何事時(shí)用聲音控制家居運(yùn)行，在戶外可以讓身患疾病或者殘疾人員控制各種系統(tǒng)運(yùn)行而不需要接觸任何的設(shè)備，這些都是可以運(yùn)用此模塊編程詞語列表并實(shí)現(xiàn)的。在語音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中使用LD3320芯片，可以讓人在生活中享受更大的便利[5]，在控制成本的同時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，因此該芯片受到廣大群眾的歡迎。LD3320供電電壓為3.3V，和該模塊連接的單片機(jī)的電壓不能超過3.3V，以確保IO口電平不超過3.3V，否則將不能成功驅(qū)動(dòng)語音芯片運(yùn)轉(zhuǎn)甚至導(dǎo)致語音芯圖3LD3320語音識(shí)別模塊實(shí)物圖片因高電壓而損毀。以下為該模塊的2種驅(qū)動(dòng)方式的端口連接。并口方式：LD_P0--LDP7(8位并行數(shù)據(jù)、地址端口)LD_A0(1：LD_P0-LD_P7為地址端口，0：LD_P0-LD_P7為s數(shù)據(jù)端口)LD_CS(芯片片選端口)LD_WR(芯片寫端口)LD_RD（芯片讀端口）LD_IRQ(中斷信號(hào)，模塊收到聲音后產(chǎn)生一個(gè)下降沿)LD_Reset(芯片復(fù)位端口)SPI方式：LD_P0->SDI(SPI輸入端口)LD_P1->SDO(SPI輸出端口)LD_P2->SDCLK(SPI時(shí)鐘端口)LD_WR->SPIS(SPI片選端口)LD_Reset(芯片復(fù)位端口)LD_IRQ(中斷信號(hào)，模塊收到聲音后產(chǎn)生一個(gè)下降沿)LD_CS(芯片片選端口，低電平有效)[4]1.4Wi-Fi模塊選擇ESP8266Wi-Fi模塊的工作溫度范圍較大，同時(shí)能夠在各種復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境下保證穩(wěn)定的工作狀態(tài)。ESP8266Wi-Fi模塊是一個(gè)將各種設(shè)備通過Wi-Fi連接的工具。由于這個(gè)任意微控制器可以與任何Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)來連接，它不僅監(jiān)督其他設(shè)備的電源，也可以很輕松的通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)與其它的設(shè)備或者系統(tǒng)達(dá)成連接。它在成本較低的同時(shí)，具有良好的穩(wěn)定性，所以該模塊是一個(gè)極其具有成本效益的板[6]。圖4ESP8266Wi-Fi模塊 對(duì)ESP8266模塊可以使用AT指令與SDK（軟件開發(fā)工具包）進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，既可以直接燒寫板子上的單片機(jī)，也可以燒寫ESP8266內(nèi)置芯片從而應(yīng)用軟件開發(fā)工具。例如可以在手機(jī)上制作一個(gè)APP用以對(duì)模塊進(jìn)行連接和控制，用手機(jī)熱點(diǎn)和板載無線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，讓手機(jī)控制板載無線信號(hào)輸出數(shù)據(jù)，板載CPU收到數(shù)據(jù)后控制板載LED燈和其他設(shè)備運(yùn)行。還可以進(jìn)過串口調(diào)試工具，直接對(duì)板載Wi-Fi模塊進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試。1.5紅外接收模塊選擇紅外接收模塊由一個(gè)紅外遙控器和一個(gè)高頻紅外接收模塊組成。從功能上來看，mini薄紅外遙控器具備的功能按鍵極多，在編程時(shí)可以滿足不同功能的按鍵需求，遙控器最遠(yuǎn)有效控制距離可達(dá)到8米，大大超出了家用范圍，適合用于在室內(nèi)操作多種設(shè)備。該模塊可接收高頻調(diào)制的遙控器信號(hào)，通過對(duì)其進(jìn)行編程，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)遙控器信號(hào)的解碼操作。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中的智能窗簾應(yīng)用環(huán)境為室內(nèi)，不考慮戶外復(fù)雜的環(huán)境對(duì)遙控的影響，所以在控制成本的前提下能完好的實(shí)現(xiàn)紅外遙控的功能，此套件不失為一個(gè)物美價(jià)廉的選擇。圖5紅外接收模塊紅外接收模塊非常的靈敏，具有較好的抗干擾能力，在各種復(fù)雜環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，它不懼強(qiáng)光，電磁干擾也幾乎不影響它的正常工作，在-20℃至70℃的戶外環(huán)境中保證良好的性能，因此被廣泛的運(yùn)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，而且模塊的載波頻率是可以通過對(duì)脈沖編碼調(diào)休修改的，以滿足不同情況的要求。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)思路本論文的設(shè)計(jì)目的是要使用語音控制，紅外控制及Wi-Fi遠(yuǎn)程控制的方式控制窗簾。語音就是以LD3320為核心，通過spi與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)語音控制的目的[7]；紅外就是以紅外遙控器和紅外接收頭為核心，能夠發(fā)射和接受特定頻率的信號(hào)，單片機(jī)判斷不同的信號(hào)達(dá)到紅外遙控；遠(yuǎn)程控制，通過esp8266連接onenet服務(wù)器，根據(jù)服務(wù)器發(fā)送不同的指令來控制[8]。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路圖6系統(tǒng)流程圖2.3系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖如下，STM32單片機(jī)為該智能窗簾系統(tǒng)的核心，整個(gè)框圖由九個(gè)部分組成，分別是電源、LD3320語音識(shí)別模塊、紅外接收模塊、STM32單片機(jī)、ESP8266Wi-Fi模塊、ONENET云平臺(tái)、LED、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)。圖7系統(tǒng)框圖框圖以STM32單片機(jī)為核心，通過電源啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，激活語音識(shí)別模塊、紅外接收模塊，Wi-Fi接收模塊，ONENET云平臺(tái)連接Wi-Fi識(shí)別模塊，三個(gè)接收模塊接收的指令都匯總到STM32單片機(jī)進(jìn)行處理，由STM32單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED指示燈和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使窗戶開閉。2.4系統(tǒng)總圖圖8系統(tǒng)總圖本設(shè)計(jì)系統(tǒng)總圖如圖8所示，系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，以紅外遙控模塊（LED）、Wi-Fi控制模塊（即ESP8266Wi-Fi模塊）、語音控制模塊（即LD3320語音控制模塊）輔助，通過這三個(gè)模塊接受信號(hào)反饋給單片機(jī)處理，輸出一陣脈沖使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。系統(tǒng)調(diào)試3.系統(tǒng)調(diào)試3.1語音模塊調(diào)試如果LD3320芯片模塊處于正常工作的狀態(tài)下，要識(shí)別語音時(shí)，可以使用廠家給出的參考程序不作設(shè)置的修改，初始化完成啟動(dòng)識(shí)別流程之后，說出一個(gè)需要被識(shí)別的詞語，在說完后大約需要靜置600毫秒，芯片會(huì)發(fā)送出一個(gè)中斷表示此次識(shí)別流程已經(jīng)結(jié)束，此時(shí)參考程序中的中斷處理函數(shù)會(huì)被調(diào)用去寄存器中讀取識(shí)別結(jié)果。如果使用者在不說話以及其他在等待識(shí)別卻不錄入語音的情況下，那么在程序默認(rèn)設(shè)置下，在等待60秒后芯片就會(huì)發(fā)送出一個(gè)中斷表示此次識(shí)別流程已經(jīng)結(jié)束。這個(gè)默認(rèn)識(shí)別等待時(shí)間并不是固定的，通過對(duì)廠家提供的程序進(jìn)行修改，等待時(shí)間最小可以修改至1秒，在實(shí)際應(yīng)用中需要看情況進(jìn)行修改。在需要播放已經(jīng)錄入的聲音時(shí)，操作者應(yīng)該首先調(diào)試電路以確保能正確讀寫寄存器，和LD3320芯片進(jìn)行通信。如果用戶無法正確地進(jìn)行讀寫寄存器的操作，那么必須要對(duì)照廠家提供原理圖及使用說明仔細(xì)檢查硬件的連接，查看電阻等硬件設(shè)施是否松動(dòng)。在調(diào)試時(shí)，首先需要查看提供給LD3320芯片的電壓是否正確，VDD（數(shù)字邏輯用電路電源）,VDDIO（I/O電源）,VDDA（模擬電路電源）三路電源管腳都需要接入3.3v，若超過此標(biāo)準(zhǔn)輕則不能運(yùn)行，重則燒毀芯片使模塊報(bào)廢。兩路地管腳都需要正確地接地。根據(jù)使用的并口傳輸（多線傳輸）或者SPI傳輸（是否接受到主設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)，接收到才傳輸數(shù)據(jù)）測量MD,SPIS管腳的電壓是否正確。3.2WiFi模塊調(diào)試服務(wù)器和客戶端要同時(shí)接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上（要么同時(shí)接入在路由器上，要么同時(shí)接入在Wi-Fi模塊上）。搭載在路由器上（手機(jī)/PC直接連接到路由器，模塊通過AT+CWJAP="SSID","PWD"鏈接到路由器），搭載在模塊上（手機(jī)/PC連接到模塊Wi-Fi上即Esp8266Wi-Fi模塊，模塊不用進(jìn)行設(shè)置）。首先要設(shè)置服務(wù)器（手機(jī)、電腦、Wi-Fi模塊都可以模擬服務(wù)器）模塊作為服務(wù)器，AT指令設(shè)置模塊進(jìn)入server模式，tcp調(diào)試助手連接模塊3.3keil系統(tǒng)調(diào)試先將調(diào)試接口與實(shí)物連接，再給系統(tǒng)通上電源，然后在keil軟件里打開代碼，Build

OutPut欄不報(bào)錯(cuò)，然后調(diào)試界面，然后點(diǎn)運(yùn)行，無法運(yùn)行時(shí)，代碼有誤。然后逐一對(duì)代碼進(jìn)行檢測，按跳到下一步驟，或者下一函數(shù)，或者跳出本函數(shù)進(jìn)行檢測。圖9keil調(diào)試界面Keil調(diào)試程序時(shí)未遇到報(bào)錯(cuò)，在進(jìn)行下一步驟時(shí)未遇到問題，對(duì)函數(shù)進(jìn)行檢測未查出錯(cuò)誤，在驗(yàn)證程序后對(duì)模塊進(jìn)行測試，均能接收到信號(hào)并作出反應(yīng)。結(jié)論，該系統(tǒng)keil調(diào)試無誤，可以運(yùn)行[10]。實(shí)物測試4.實(shí)物測試首先給系統(tǒng)通電，此時(shí)單片機(jī)上綠色LED指示燈和語音識(shí)別模塊上紅色LED指示燈均會(huì)亮起，系統(tǒng)初始化完成。然后接入Wi-Fi，Wi-Fi模塊紅色LED指示燈圖10初始化完畢并接入Wi-Fi的系統(tǒng)亮起，表明Wi-Fi模塊已經(jīng)接入系統(tǒng)，到此準(zhǔn)備工作完成，可以進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)物測試。4.1紅外模塊測試紅外模塊測試時(shí)，將遙控器的“前進(jìn)”鍵位按下，此時(shí)紅外接收模塊的指示燈亮起并熄滅，接收到指令并發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理將信號(hào)傳輸給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的LED指示燈亮起，發(fā)送脈沖給步進(jìn)電機(jī)使其運(yùn)轉(zhuǎn)，代表窗簾打開，過程中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的LED指示燈不熄滅，直到窗戶已經(jīng)徹底打開。若此時(shí)再次將“前進(jìn)”鍵位按下，紅外接收模塊可以接收到紅外信號(hào)，但是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器不再發(fā)送脈