基于arduino系统的智能窗帘设计与实现(附件)【字数：11151】
摘 要跟随社会发展的潮流，现代科学技术正处于快速发展阶段，人们对智能家居的关注度也越来越高，人们开始寻求更加智能和舒适的生活及办公环境。智能遥控属于电子与信息工程的一个重要分支，在现代智能家居中有着良好的发展前景。本设计采用Arduino单片机来控制智能窗帘系统，实时监测室内温湿度情况并在LCD上显示，使用了红外遥控的技术，可以切换不同的工作模式从而来切换其控制方式，实现半自动控制、自动控制以及远程遥控等相互转换来控制步进电机的运作。自动模式状态时可以根据光照情况自动控制窗帘的打开和关闭。而白天人在室内的时候则可以关闭自动模式，启用按键或者遥控模式来根据人的主观需求控制窗帘的工作。智能家居系统是现代工程发展的重要成分，所以要加快我国对智能家居普及化进程的推进工作。而智能家居中最为常见的组成部分就是智能窗帘，需要我们不断的完善智能窗帘的功能，使其更加精准化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究意义和目的 1
1.2研究现状 1
1.3基本内容及章节安排 3
第二章 智能窗帘的硬件设计 5
2.1系统总体结构规划 5
2.2 Arduino的介绍 5
2.3步进电机 6
2.4 DHT11温湿度传感器 8
2.5光敏电阻 9
2.6其他控制及显示电路 10
2.6.1按键电路 10
2.6.2LCD显示电路 11
2.6.3红外线接收电路 13
第三章 智能窗帘的软件设计 15
3.1集成开发环境IDE 15
3.2主程序设计 15
3.3步进电机程序设计 17
第四章 智能窗帘的数据监测、调试与总结 19
4.1软件介绍与使用 19
4.2设计总结 20
总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
1.1研究意义和目的
21世纪是一个信息化时代，随着全球经济水平的快速提高,人们对日常生活质量的要求也随之提高[13]。智能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
舒适的生活环境能令人愉悦。这种环境为智能化发展创造了有利的条件，智能家居应运而生。而窗帘作为每个家庭日常生活中最为常见的家居用品，自然也需要满足人们对舒适化、智能化的要求。虽然窗帘的主要是用来保护居住人员的隐私安全以及遮光挡尘等，但是现在那些传统的窗帘需要人们亲自动手去拉开或者合上。每天起身动手去拉开或者合上窗帘也是比较麻烦的，尤其是那些好看但是却比较大的窗帘，不但很长而且很笨重，需要人花费很大的力气去操作，很不方便。时代在发展，科技在进步。人类的生活在与时俱进，各种智能窗帘开始出现在市场上，光控、温控以及遥控窗帘等，给人们的生活带来了很大的便利，同时也为智能家居的实现提供了可能性。因此，智能窗帘的设计与实现具有深刻的现实意义。
嵌入式技术与物联网的发展也为智能家居产品的带来了发展契机[11]。在智能化发展的过程中，单片机的使用愈发的普遍，其具有的体积小、质量小、价格便宜等特点使得其具有显著的优势，开始不断的发展，并普遍应用于家用电器产品中。Arduino是目前世界上较为流行的电子互动平台，基于单片机系统开发，具有功能多样性、性价比高、设备简单、系统可靠、易于拓展等特点[12]。作为一个开源硬件，他本身的开源开放的优势也便于我们对其进行再一次的开发利用，因而能够普遍的应用到电子互动产品开发方面。Arduino对于初学者而言上手也比较简单，采用各个模块化的机构，就好像积木结构一样，可以时得人们能够系统化的组织利用各种模块的功能，更易于投入到实际的应用当中，应用到智能窗帘中也可在技术和性价比层面对智能窗帘的普及提供可行性。
1.2研究现状
各种电子产品中使用单片机控制的现象已经越来越普遍，许多电子产品采用单片机所体现便利性广泛的获得了人们的认可。智能窗帘的方案设计是在满足基本设计要求的前提下，按照理论上的可实现性和硬件上的简单经济实用型进行的设计，利用单片机实现自动控制的方案现在市面上比较常见的大致有如下三种。
方案一：基于温湿度传感器的自动控制
本方案是利用温度传感器进行检测，并根据对数据的分析判断来自动控制窗帘的打开和关闭，给温控系统设置一个固定的数值，当检测到的外界的温度高于这个设定的固定值时窗帘自动关闭，低于这个固定值的时候窗帘自动打开，通过这种方式来实现用温度的变化控制窗帘的打开与关闭，其结构如图11所示。
图11 温湿度传感器自动控制结构图
方案二：基于光照的自动控制
本方案采用光敏电阻对外界进行光照检测，通过与设定的固定值的比较来控制步进电机驱动实现对窗帘开关的自动控制，当光照增强到超过设定的上限值的时候，步进电机正转，自动打开窗帘，当光照减弱到下限值时控制步进电机反转，自动关闭窗帘。在单片机外部接入按键与红外遥控器模块，通过按下不同的按键指令来切换控制步进电机运转的模式，显示模块则用来观察当前控制模式所对应的数字代码以及通过观察数字的递增或递减来了解步进电机运转的状态，并且可以实时的显示当前温湿度的情况，如图12所示。
图12 光照的自动控制结构图
方案三：基于风力传感器的自动控制
这种方案控制智能窗帘的开关的方式是使用风力传感器实时监测室外风力的大小，当有风的信号传给风力传感器的时候，风力可以带动小风车转动，如果把红外对发管安装在风车的前后，通过采集红外信号频率的变化，可以观察分析出风力的大小，并判断出打开还是关闭窗帘。如果符合要求，就会给单片机施加一个信号，然后单片机会自动调取相关程序来控制步进电机反转以关闭智能窗帘，如图13所示。
图13 风力传感器的自动控制结构图
以上列举的三种方案都是利用单片机进行设计的，用单片机控制步进电机驱动电路从而控制驱动步进电机按照要求进行正反转。不同之处就在于他们的智能控制的检测元件，三种方案的主要输入传感设备选择各不相同。方案一采用的是DHT11温湿度传感器，通过比较与设定的温度的高低来控制智能窗帘，但是由于外接的光照变化等因素会对房间里的温度的影响存在一定的误差，实现起来可能会不太准确；方案二对光照变化的检测显得更具有实用性，电路也相对简单，使用红外遥控也会使得操作起来更为方便；方案三所采用的风力传感器由于没有时间范围等限制，只要是没有风的情况下，不管什么时间都会打开窗帘，这样可能会产生许多不必要的影响。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究意义和目的 1
1.2研究现状 1
1.3基本内容及章节安排 3
第二章 智能窗帘的硬件设计 5
2.1系统总体结构规划 5
2.2 Arduino的介绍 5
2.3步进电机 6
2.4 DHT11温湿度传感器 8
2.5光敏电阻 9
2.6其他控制及显示电路 10
2.6.1按键电路 10
2.6.2LCD显示电路 11
2.6.3红外线接收电路 13
第三章 智能窗帘的软件设计 15
3.1集成开发环境IDE 15
3.2主程序设计 15
3.3步进电机程序设计 17
第四章 智能窗帘的数据监测、调试与总结 19
4.1软件介绍与使用 19
4.2设计总结 20
总结与展望 22
致 谢 23
参考文献 24
附录A 25
第一章 绪论
1.1研究意义和目的
21世纪是一个信息化时代，随着全球经济水平的快速提高,人们对日常生活质量的要求也随之提高[13]。智能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
舒适的生活环境能令人愉悦。这种环境为智能化发展创造了有利的条件，智能家居应运而生。而窗帘作为每个家庭日常生活中最为常见的家居用品，自然也需要满足人们对舒适化、智能化的要求。虽然窗帘的主要是用来保护居住人员的隐私安全以及遮光挡尘等，但是现在那些传统的窗帘需要人们亲自动手去拉开或者合上。每天起身动手去拉开或者合上窗帘也是比较麻烦的，尤其是那些好看但是却比较大的窗帘，不但很长而且很笨重，需要人花费很大的力气去操作，很不方便。时代在发展，科技在进步。人类的生活在与时俱进，各种智能窗帘开始出现在市场上，光控、温控以及遥控窗帘等，给人们的生活带来了很大的便利，同时也为智能家居的实现提供了可能性。因此，智能窗帘的设计与实现具有深刻的现实意义。
嵌入式技术与物联网的发展也为智能家居产品的带来了发展契机[11]。在智能化发展的过程中，单片机的使用愈发的普遍，其具有的体积小、质量小、价格便宜等特点使得其具有显著的优势，开始不断的发展，并普遍应用于家用电器产品中。Arduino是目前世界上较为流行的电子互动平台，基于单片机系统开发，具有功能多样性、性价比高、设备简单、系统可靠、易于拓展等特点[12]。作为一个开源硬件，他本身的开源开放的优势也便于我们对其进行再一次的开发利用，因而能够普遍的应用到电子互动产品开发方面。Arduino对于初学者而言上手也比较简单，采用各个模块化的机构，就好像积木结构一样，可以时得人们能够系统化的组织利用各种模块的功能，更易于投入到实际的应用当中，应用到智能窗帘中也可在技术和性价比层面对智能窗帘的普及提供可行性。
1.2研究现状
各种电子产品中使用单片机控制的现象已经越来越普遍，许多电子产品采用单片机所体现便利性广泛的获得了人们的认可。智能窗帘的方案设计是在满足基本设计要求的前提下，按照理论上的可实现性和硬件上的简单经济实用型进行的设计，利用单片机实现自动控制的方案现在市面上比较常见的大致有如下三种。
方案一：基于温湿度传感器的自动控制
本方案是利用温度传感器进行检测，并根据对数据的分析判断来自动控制窗帘的打开和关闭，给温控系统设置一个固定的数值，当检测到的外界的温度高于这个设定的固定值时窗帘自动关闭，低于这个固定值的时候窗帘自动打开，通过这种方式来实现用温度的变化控制窗帘的打开与关闭，其结构如图11所示。
图11 温湿度传感器自动控制结构图
方案二：基于光照的自动控制
本方案采用光敏电阻对外界进行光照检测，通过与设定的固定值的比较来控制步进电机驱动实现对窗帘开关的自动控制，当光照增强到超过设定的上限值的时候，步进电机正转，自动打开窗帘，当光照减弱到下限值时控制步进电机反转，自动关闭窗帘。在单片机外部接入按键与红外遥控器模块，通过按下不同的按键指令来切换控制步进电机运转的模式，显示模块则用来观察当前控制模式所对应的数字代码以及通过观察数字的递增或递减来了解步进电机运转的状态，并且可以实时的显示当前温湿度的情况，如图12所示。
图12 光照的自动控制结构图
方案三：基于风力传感器的自动控制
这种方案控制智能窗帘的开关的方式是使用风力传感器实时监测室外风力的大小，当有风的信号传给风力传感器的时候，风力可以带动小风车转动，如果把红外对发管安装在风车的前后，通过采集红外信号频率的变化，可以观察分析出风力的大小，并判断出打开还是关闭窗帘。如果符合要求，就会给单片机施加一个信号，然后单片机会自动调取相关程序来控制步进电机反转以关闭智能窗帘，如图13所示。
图13 风力传感器的自动控制结构图
以上列举的三种方案都是利用单片机进行设计的，用单片机控制步进电机驱动电路从而控制驱动步进电机按照要求进行正反转。不同之处就在于他们的智能控制的检测元件，三种方案的主要输入传感设备选择各不相同。方案一采用的是DHT11温湿度传感器，通过比较与设定的温度的高低来控制智能窗帘，但是由于外接的光照变化等因素会对房间里的温度的影响存在一定的误差，实现起来可能会不太准确；方案二对光照变化的检测显得更具有实用性，电路也相对简单，使用红外遥控也会使得操作起来更为方便；方案三所采用的风力传感器由于没有时间范围等限制，只要是没有风的情况下，不管什么时间都会打开窗帘，这样可能会产生许多不必要的影响。
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