基于單片機的實現WIFI控制的智能窗簾設計目錄TOC\o"1-3"\h\u21423緒論 2222121.硬件選擇 3184771.1電機選擇 3252571.2單片機選擇 4273891.3語音識別模塊選擇 578991.4Wi-Fi模塊選擇 7246091.5紅外接收模塊選擇 8315782.系統設計 1275182.1總體設計思路 1309342.2系統總體設計思路 135722.3系統框圖 2214602.4系統總圖 3318653.系統調試 1138093.1語音模塊調試 1186253.2WiFi模塊調試 116213.3keil系統調試 242214.實物測試 1313724.1紅外模塊測試 1284704.2語音模塊測試 1213484.3Wi-Fi模塊測試 24168結論 4摘要本設計題目是基于單片機的智能窗簾設計。設計根據現有的單片機及其他硬件和軟件討論實現用單片機控制窗簾開關的可行性，分析各部分軟件及硬件在系統中的作用，并利用合理的軟件及硬件制作智能窗簾實物。設計介紹了以單片機為核心的智能窗簾系統，輔以步進電機、WI-FI模塊、萬用板、紅外遙控器、語音識別模塊等，達到可以使用語音、紅外線、遠程控制窗簾開關的目的。本設計建立在現實可行的基礎上創作，通過KEIL開發工具進行單片機開發及設備云進行應用開發。關鍵詞：單片機；語音控制；Wi-Fi控制；遠程控制緒論無論是在古代還是現代，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、電動簾。本設計所要論述的內容則屬于最后一種，電動簾。在開始了解本設計之前，首先了解一下什么是電動簾。它從安裝上可分為內置式和外置式窗簾；根據窗簾開閉方向的不同分為電動開合窗簾系列、電動升降窗簾系列等；從窗簾的種類上可分為：電動開合簾、電動卷簾、電動百葉簾等。總而言之，電動窗簾均是由電機帶動，使用齒輪或者傳動帶，使窗簾開閉。自古至今，人們使用窗簾都是以手動開合來影響室內照明亮度和溫度，然而在科技日新月異的現代，科技已然可以將人從這簡單重復的動作中解放出來。人作為命令發出主體，發出指令或者其他信號，通過系統接收，電流驅動電機運轉，以達到智能控制的目的，使人可以在家里甚至戶外毫無阻礙的開關窗簾。在現代，智能化家居已經成為一種新風尚，人可以不接觸，僅通過語音使用家用電器，智能窗簾是這個龐大系統中微不足道的一部分。在本設計中，可以使用以下三種方式操作窗簾:語音操控，紅外線操控，WiFi遠程控制。近年來，在國內智能化和自動化的浪潮下，智能家居產業如雨后春筍一般進入了快速發展的時期。就目前而言，中國已經有幾百個城市開始或正在建設智能化城市，隨著智能化城市建設的不斷提速，與智能化家居有關的的市場規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。智能家居的未來發展前景非常廣闊，市場空間也相當龐大，隨著5G、物聯網、人工智能等相關技術的發展，整個行業將獲得爆發性的發展機會。雖然目前智能家居行業還處于起步階段，但是現有的市場規模已經不容小覷。自2014年這一智能化家居元年以來，諸多家電企業均對智能家居領域展開研究，但是直到現在，依然還處于概念普及階段。一份調查結果的數據表明，盡管智能化家居的理念已經被提出多年，也有超過85%的民眾表示聽說過智能家居這一概念，但是實際家庭中使用智能家居的人并不十分多見。大多數家庭并不能引入一套完整的智能化系統，原因之一是對于一般家庭來說投入過高，其二是有關智能化的理念很難被老一輩人理解和接受，他們普遍認為家居的智能化用處并不大，只有年輕人對新理念接收成都高，樂于接收新事物。所以，智能家居的目標針對潛在客戶要明確化，產品要易用化，分割化，使群眾在小成本投入時就能享受智能化家居帶來的便捷，這樣才能開發出更大的市場。1.硬件選擇1.1電機選擇電機分為兩種，分別是直流電機和交流電機。直流電機的優點是能夠迅速啟動并且可以調節轉速，其次修理比較便宜，并且直流電機相對于交流電機更加節能環保。缺點則是同規格直流電機價格比交流電機價格更貴一些。直流電機還具備碳刷這一結構，這點有利有弊，好處是能改變電流方向，弊病是有可能在使用不當的情況下產生電火花。交流電機優點是結構比較簡單，價錢相對便宜。缺點是功率因數滯后、輕載功率因數低、啟動性和調速性能較差，因此不能及時對信號做出反應。 圖128BYJ48步進電機因為直流電機能及時對脈沖作出反應且可調節轉速，因此，直流電機大多被安裝應用在需要隨時都能快速啟動和需要調節轉速的設備上。而交流電機大多作為發電機和補償機運行。本設計因需要設備迅速識別信號，并且對信號做出回應，固選用直流電機分類中的步進電機，產品型號為28BYJ48。28BYJ48型步進電機是四相八拍電機，當對步進電機施加一系列連續不斷的控制脈沖時，它就能連續不斷地轉動，并且功耗不大，體型也較小，非常適合運用在本設計上[2]。1.2單片機選擇根據實驗要求，選擇32系列的單片機，該單片機具有很多功能。它具有多達11個定時器，具有32位處理器，在Thumb-2指令下，對中斷具有更快的反應速度，圖2STM32F103ZET6引腳圖使它的實時反應極為出色；該芯片具有13個通信接口，其中包括常用的USB2.0接口；時鐘等其他單片機具有的功能更是應有盡有。STM32F103ZET6更是可以工作在-40℃至+105℃的環境中，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用的要求[3]。1.3語音識別模塊選擇根據查詢的資料顯示，無論是以51單片機為核心還是以52單片機為核心的智能窗簾系統，大多數設計使用的都是型號為LD3320的語音識別模塊[4]。由于LD3320語音識別模塊可以動態編輯識別關鍵詞語列表，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別列表的芯片，即可以改變需要被識別的語音命令，而非只能識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，從而又大大降低了系統的成本，這也體現了該模塊性價比。LD3320可以用聲音來對照明，空調，或者其他一些家居系統進行控制。在家中操作者可以在做任何事時用聲音控制家居運行，在戶外可以讓身患疾病或者殘疾人員控制各種系統運行而不需要接觸任何的設備，這些都是可以運用此模塊編程詞語列表并實現的。在語音控制系統的設計中使用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，基本可以實現設計的要求，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，否則將不能成功驅動語音芯片運轉甚至導致語音芯圖3LD3320語音識別模塊實物圖片因高電壓而損毀。以下為該模塊的2種驅動方式的端口連接。并口方式：LD_P0--LDP7(8位并行數據、地址端口)LD_A0(1：LD_P0-LD_P7為地址端口，0：LD_P0-LD_P7為s數據端口)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，模塊收到聲音后產生一個下降沿)LD_Reset(芯片復位端口)SPI方式：LD_P0->SDI(SPI輸入端口)LD_P1->SDO(SPI輸出端口)LD_P2->SDCLK(SPI時鐘端口)LD_WR->SPIS(SPI片選端口)LD_Reset(芯片復位端口)LD_IRQ(中斷信號，模塊收到聲音后產生一個下降沿)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，同時能夠在各種復雜的運行環境下保證穩定的工作狀態。ESP8266Wi-Fi模塊是一個將各種設備通過Wi-Fi連接的工具。由于這個任意微控制器可以與任何Wi-Fi網絡來連接，它不僅監督其他設備的電源，也可以很輕松的通過Wi-Fi網絡與其它的設備或者系統達成連接。它在成本較低的同時，具有良好的穩定性，所以該模塊是一個極其具有成本效益的板[6]。圖4ESP8266Wi-Fi模塊 對ESP8266模塊可以使用AT指令與SDK（軟件開發工具包）進行應用開發，既可以直接燒寫板子上的單片機，也可以燒寫ESP8266內置芯片從而應用軟件開發工具。例如可以在手機上制作一個APP用以對模塊進行連接和控制，用手機熱點和板載無線信號進行數據交互，讓手機控制板載無線信號輸出數據，板載CPU收到數據后控制板載LED燈和其他設備運行。還可以進過串口調試工具，直接對板載Wi-Fi模塊進行手動調試。1.5紅外接收模塊選擇紅外接收模塊由一個紅外遙控器和一個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，在編程時可以滿足不同功能的按鍵需求，遙控器最遠有效控制距離可達到8米，大大超出了家用范圍，適合用于在室內操作多種設備。該模塊可接收高頻調制的遙控器信號，通過對其進行編程，即可實現對遙控器信號的解碼操作。因為設計中的智能窗簾應用環境為室內，不考慮戶外復雜的環境對遙控的影響，所以在控制成本的前提下能完好的實現紅外遙控的功能，此套件不失為一個物美價廉的選擇。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，在各種復雜環境中表現優異，它不懼強光，電磁干擾也幾乎不影響它的正常工作，在-20℃至70℃的戶外環境中保證良好的性能，因此被廣泛的運用于日常生活和工業生產中，而且模塊的載波頻率是可以通過對脈沖編碼調休修改的，以滿足不同情況的要求。

系統設計2.系統設計2.1總體設計思路本論文的設計目的是要使用語音控制，紅外控制及Wi-Fi遠程控制的方式控制窗簾。語音就是以LD3320為核心，通過spi與單片機連接，實現語音控制的目的[7]；紅外就是以紅外遙控器和紅外接收頭為核心，能夠發射和接受特定頻率的信號，單片機判斷不同的信號達到紅外遙控；遠程控制，通過esp8266連接onenet服務器，根據服務器發送不同的指令來控制[8]。2.2系統總體設計思路圖6系統流程圖2.3系統框圖系統框圖如下，STM32單片機為該智能窗簾系統的核心，整個框圖由九個部分組成，分別是電源、LD3320語音識別模塊、紅外接收模塊、STM32單片機、ESP8266Wi-Fi模塊、ONENET云平臺、LED、步進電機驅動器，步進電機。圖7系統框圖框圖以STM32單片機為核心，通過電源啟動整個系統，激活語音識別模塊、紅外接收模塊，Wi-Fi接收模塊，ONENET云平臺連接Wi-Fi識別模塊，三個接收模塊接收的指令都匯總到STM32單片機進行處理，由STM32單片機驅動LED指示燈和步進電機驅動器，步進電機驅動器驅動步進電機轉動，使窗戶開閉。2.4系統總圖圖8系統總圖本設計系統總圖如圖8所示，系統以STM32單片機為核心，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，通過這三個模塊接受信號反饋給單片機處理，輸出一陣脈沖使步進電機運轉[9]。系統調試3.系統調試3.1語音模塊調試如果LD3320芯片模塊處于正常工作的狀態下，要識別語音時，可以使用廠家給出的參考程序不作設置的修改，初始化完成啟動識別流程之后，說出一個需要被識別的詞語，在說完后大約需要靜置600毫秒，芯片會發送出一個中斷表示此次識別流程已經結束，此時參考程序中的中斷處理函數會被調用去寄存器中讀取識別結果。如果使用者在不說話以及其他在等待識別卻不錄入語音的情況下，那么在程序默認設置下，在等待60秒后芯片就會發送出一個中斷表示此次識別流程已經結束。這個默認識別等待時間并不是固定的，通過對廠家提供的程序進行修改，等待時間最小可以修改至1秒，在實際應用中需要看情況進行修改。在需要播放已經錄入的聲音時，操作者應該首先調試電路以確保能正確讀寫寄存器，和LD3320芯片進行通信。如果用戶無法正確地進行讀寫寄存器的操作，那么必須要對照廠家提供原理圖及使用說明仔細檢查硬件的連接，查看電阻等硬件設施是否松動。在調試時，首先需要查看提供給LD3320芯片的電壓是否正確，VDD（數字邏輯用電路電源）,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，若超過此標準輕則不能運行，重則燒毀芯片使模塊報廢。兩路地管腳都需要正確地接地。根據使用的并口傳輸（多線傳輸）或者SPI傳輸（是否接受到主設備的時鐘信號，接收到才傳輸數據）測量MD,SPIS管腳的電壓是否正確。3.2WiFi模塊調試服務器和客戶端要同時接入同一個網絡上（要么同時接入在路由器上，要么同時接入在Wi-Fi模塊上）。搭載在路由器上（手機/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/PC連接到模塊Wi-Fi上即Esp8266Wi-Fi模塊，模塊不用進行設置）。首先要設置服務器（手機、電腦、Wi-Fi模塊都可以模擬服務器）模塊作為服務器，AT指令設置模塊進入server模式，tcp調試助手連接模塊3.3keil系統調試先將調試接口與實物連接，再給系統通上電源，然后在keil軟件里打開代碼，Build

OutPut欄不報錯，然后調試界面，然后點運行，無法運行時，代碼有誤。然后逐一對代碼進行檢測，按跳到下一步驟，或者下一函數，或者跳出本函數進行檢測。圖9keil調試界面Keil調試程序時未遇到報錯，在進行下一步驟時未遇到問題，對函數進行檢測未查出錯誤，在驗證程序后對模塊進行測試，均能接收到信號并作出反應。結論，該系統keil調試無誤，可以運行[10]。實物測試4.實物測試首先給系統通電，此時單片機上綠色LED指示燈和語音識別模塊上紅色LED指示燈均會亮起，系統初始化完成。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的系統亮起，表明Wi-Fi模塊已經接入系統，到此準備工作完成，可以進行單片機系統實物測試。4.1紅外模塊測試紅外模塊測試時，將遙控器的“前進”鍵位按下，此時紅外接收模塊的指示燈亮起并熄滅，接收到指令并發送給單片機，單片機經過處理將信號傳輸給步進電機驅動器，此時，步進電機驅動器的LED指示燈亮起，發送脈沖給步進電機使其運轉，代表窗簾打開，過程中步進電機驅動器的LED指示燈不熄滅，直到窗戶已經徹底打開。若此時再次將“前進”鍵位按下，紅外接收模塊可以接收到紅外信號，但是步進電機驅動器不再發送脈