【智能窗帘系统的硬件电路设计案例3800字】

智能窗帘系统的硬件电路设计案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u14200智能窗帘系统的硬件电路设计案例综述 1223191.1系统整体设计 1308221.2主控电路 2243471.3电源电路 3106501.4按键电路 4300061.5ESP8266WIFI远程控制模块 4236231.6LM393光照强度检测模块 5101991.7DHT11温湿度检测模块 6265151.8LD3320语音控制模块 848751.9电机驱动电路 868611.10OLED显示屏模块 9180421.11HC-SR04超声波测距模块 101.1系统整体设计本设计在充分考虑智能窗帘控制系统结构特点的基础上，设计了基于单片机STM32F103C8T6为主控器的智能窗帘控制系统的硬件电路，其功能模块主要包括：光照强度检测模块、ESP8266WIFI模块、DHT11温湿度传感器、语音识别模块，按键电路、超声波报警模块等。利用C语言编写程序，通过软硬件结合的方式实现对窗帘的智能控制。该智能系统可以用移动手机app发送控制命令，随时完成窗帘的控制及应对相应环境的智能控制等。系统框架如图3-1所示：图3-SEQ图3-\*ARABIC1系统硬件结构图1.2主控电路在整个智能窗帘控制系统的总体设计当中,控制器设计是最为关键的，智能窗帘的所有功能都在控制器的统筹协调前提下完成,而控制系统设计的策略则决定了整个系统的功能特征与可扩展性。本系统选用STM32F103C8T6原理图作为主控制芯片，选择此款控制芯片能够提供给外围硬件电路更多的接口，更有利于扩展所需外围电路。具体设计过程中,各模块硬件以及软件部分力求相对独立,给日后的产品更新和后续升级带来了便利。STM32F103C8T6主控芯片的主要优势在于，芯片封装体积较小，成本价格相比较于同系列的RCT6、RBT6等更低，但且成本低性能好[13]，是小型项目设计的性价比首选。通过对单片机课程的研究表明STM32单片机相比于8位的51系列单片机性能更好，STM32F103C8T6主控芯片性能更稳定，且该芯片资源足以承担本设计的程序和控制功能。STM32F103C8T6芯片内部含有48KBSRAM、256KBFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI通信接口、2个IIC通信接口、5个串口、1个USB口、1个CAN、3个12位ADC数模转换器、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口。配置一些IO口外设使用，用于各个模块与主控芯片STM32F103C8T6原理图之间的连接。通过单片机从IO口输出的高低电平来控制一些设备的开关。STM32F103C8T6原理图芯片除了向外传输信号之外，还会接收一些模块传输过来的信号，从而做出反应执行相应的语句控制着整个系统。STM32F103C8T6单片机芯片接口原理如图3-2所示：图3-2STM32F103C8T6主控原理图1.3电源电路本设计的供电电路是5V直流供电，在市电进入电路之前，通过变压器把电压降低。过了变压器就会通过一个降压稳压电路。通过7805稳压三极管把电压再次降下来，将电压降到主控电路和外设所要求的5V直流电压。供电电路如图3-7所示。图3-7电源电路1.4按键电路本设计按键电路采用独立式按键电路，它是指每个独立按键占用一个I/O输出端口线并且各个按键之间互不影响。该控制电路不仅具有信号接口灵活，又有使用方便，适用于按键数量少的应用电路。按键电路图如图3-6所示。图3-6按键电路1.5ESP8266WIFI远程控制模块本次设计采用了ESP8266-12FWIFI模块实现了远程控制，而ESP8266-12FWIFI模块也是一种大众所使用的WIFI无线模块，它不但在体积上较小在功能上还非常强，可以直接把用户的物理设备连接到WiFi无线网络上，从而完成两者的互联网或局域网通信，实现联网功能[14]。ESP8266WIFI模块是一款物联网WiFi芯片，其内部电路简单，但性能较为稳定，利用ESP8266WIFI模块连接WIFI无线网络，配合MQTT协议可连接阿里云服务器，实现数据上传和接收，该模块有三种工作模式，通常我们利用AT指令，对其进行控制，使用该模块连接服务器时，有一个必要前提就是需要连接WIFI无线网络。其重要的产品参数如表3-3所示：表3-3ESP-12F产品重要参数模块型号ESP-12F说明SPIPALAH9Mbit支持接口UART/GPIOUART/HSPI/I2C/I2S/GPIO/PWM串口速率4608000bps支持300~4608000bps,默认115200bps频率范围2.4GHz2400~2481.5MHz工作电压/电流1.3V1.0~1.6V，电流约为80mA工作温度工业级-40°~+125°AT支持内置智能化处理可通过AT指令命令读取ESP8266-12FWiFi模块核心处理器是ESP8266芯片，在较小尺寸封装系统中整合了业内世界领先的TensilicaL106超小功耗的32位微型微控制器，并具有16位精简模式，主频支持80MHz和160MHz，支持RTOS，集成Wi-FiMAC/BB/RF/PA/LNA于一体，含板载天线。且支持国际标准的IEEE802.11b/g/n协议，具有完整的TCP/IP协议栈[15]。可利用该模块为已有的设备增加联网功能，也可以构建自己的网络控制器。WIFI远程控制电路原理图如图3-5所示。图3-5ESP8266-12FWIFI模块通信电路1.6LM393光照强度检测模块本设计的光照采集电路使用的是光敏电阻传感器模块，它使用了灵敏型的光敏电阻感应器，通过比较器进行输出，信号干净杂波少，波形好，最大驱动能力可超过15mA。可以使用电位器来调节需要检测的光线亮度。工作电压范围在1.3V-5V之间。它的输出形式为DO开关量输出(0和1)和AO模拟量输出（电压)，采用宽电压LM393比较器[16]。其引脚定义如下表3-2所示：表3-2光敏电阻传感器模块的引脚定义引脚号名称说明1VCC供电电压源正级2GND供电电压源负极3DOTTL开关信号输出4AO模拟信号输出光敏电阻模块对周边自然环境光线较为敏感，普遍用来测量周围环境的光线的光照强度的变化来触发单片机或继电器模组等。在周边环境光照强度达不到设定的阈值范围时，DO端提供高电平，当外界环境光照强度超过设定阈值时，DO端提供低电平;DO输出端可与单片机直接通过串口相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测周围环境光照强度的改变;DO输出端也可以直接控制驱动继电器模组，从而组成一个光控开关。小板的仿真模拟量输出AO和AD模块相连，再利用AD转换，就可以得到所要检测环境光照强度的精准数据。光照强度检测电路图如图3-4所示。图3-4光敏电阻传感器电路图1.7DHT11温湿度检测模块本设计采用DHT11温湿度检测模块来实时检测室内温度和湿度变化。它具备紧凑体积小、超低功耗、响应迅速、高性能、抗干扰能力强等优点。并采用独特的一线端口连接，数字量输入输出直接将温湿度转成串行数字信号给单片机获得精确的温湿度数据。它还应用了专门的数码模块实时采集技术和温湿度传感器技术。传感器中包含了一组电阻式感湿元器件和一组NTC测温元器件，并与一个高性能B位MCU相连接，数据处理更迅速[17]。该模块还具有品质优良、性能卓越、响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。每个DHT11传感器均在极精密的温湿度校验室中完成了校正。校准系数通常以程序的形态存在于OTP存储器中,而感应器内部在测量信息的过程中要使用这种校正系数。单线制串行接口,使控制系统的实现工作更为简单方便。而且,它还具有超小型的体积、很低的功率。其重要技术参数如表3-1所示：工作电压直流1.3v~5v温湿度测量范围0—100%RH湿度测量精度±2%RH温度测量范围-40℃—80℃温度测量精度±0.5℃响应时间湿度<5s、6s<温度<20s工作电压DC5V图3-3DHT11温湿度检测电路图1.8LD3320语音控制模块本次设计采用了LD3320语音识别模组,它含有16个单片机IO口,包括有一个八位的IO扩展端口、一个定时器、一个外部中断,可为嵌入式单片机设计的最小系统完成控制。本系统设计的语音识别电路和主控制器之间采取了串口通讯的方法,以便获得通过语言标识的指令,来实现对窗帘的控制功能[18]。LD3320语言辨识模块使用LD3320语音辨识芯片,该芯片集成语音信号采集、识别算法于一体。能够识别所有普通话的中文,且在芯片内部内置设有语音识别处理器,此处理器能够迅速而又稳定的进行非特定人语言识别,但需要提前录制保存所使用的语言,并能够识别所使用的语言并进行相关的控制,因此辨识的精确度超高。语音识别模块电路图如图3-8所示。图3-8语音控制电路1.9电机驱动电路本设计采用EG-530AD-2F加减速轮构成减速电机来模拟及控制门窗开关状态,该电机有2个输入信号,A为高电平B为低电平的有效时间内,电动机正转模拟门窗开启,反之窗帘则关闭。当所有输入都是低电平时,电动机停止运转。具体电路如图3-9所示。图3-9电机驱动电路1.10OLED显示屏模块本设计采用0.96寸OLED显示屏，在硬件连接上通过串行SPI接口方式连接。从硬件上就是在单片机上选取2个普通的IO口充当串行时钟线和双向数据线,然后再连上OLED上的相应端口,当然用硬件IIC也是可能的,只是需要改变OLED的驱动库函数,VCC只能接1.3V或5V,而GND接电源负极。程序上,就选用了对应的四脚的IIC驱动OLED的例程,修改管脚,在重新调用了OLED初始化函数之后就能够运行OLED的另一个API函数[19]。本设计的显示器部分使用的是0.96寸OLED显示器屏,而0.96寸OLED显示器屏的清晰度是128×64,即横向由128个发光二极管组成，纵向由64个发光二极管组成，在显示控制方面，0.96寸OLED屏幕一次只能控制垂直方向的八个发光二极管亮灭，因此在显示过程中垂直坐标方向可选的坐标为0至7共8位，水平方向可选的坐标为0至127共128位。0.96寸OLED屏幕有两种接口协议，一种是7针脚的SPI协议，另一种是4针脚的IIC协议，在本次设计中使用的是4针脚的IIC协议的0.96寸OLED屏幕，4针脚的IIC协议包括VCC、GND、SCL/SCK、SDA，VCC和GND分别为电源口和接地口，SCL/SCK是IIC通信中的时钟控制脚，SDA是IIC通信中的数据控制脚。0.96寸OLED显示屏原理图如图3-10所示。图3-10OLED显示电路1.11HC-SR04超声波测距模块本模块使用了HC-SR04作为测距报警工具,其测试的方法是利用连接引脚Trig控制设