MC9S12单片机的智能窗帘系统设计研究

智能窗帘论文范文第一篇：MC9S12单片机的智能窗帘系统设计研究

　　摘要：现在通信已经进入5G时代，随着通信网络的发展，家电家具都变成半智能和智能产品，这就对智能产品的稳定性有了更高的要求。本文设计了于MC9S12单片机的智能窗帘系统。智能窗帘系统首先是信息采集了解窗帘的当前状态，根据窗帘的状态执行相应的动作，实现窗帘的智能控制。

　　关键词： MC9S12;智能；

　　最近几年，物联网专业越来越受学生的欢迎，学习物联网专业的学生也比较多，物联网相关的电子产品（智能家电）并没有进入普通百姓家庭，那是因为市场上的电子智能产品价格昂贵，并不实用，性价比不高。每个家庭的窗户都有窗帘，由于窗帘质量不一样，有的窗帘价格非常便宜，但是，窗帘在使用过程中，每个人的习惯不一样，拉窗帘用的力大小也不一样，这样就导致窗帘容易损坏，针对门禁系统问题，我设计了一个动态车牌门禁管理系统。

　　1 智能窗帘系统组成

　　智能窗帘系统由主系统和从系统组成，智能窗帘系统是对窗帘的状态实时进行采集，判断窗帘的状态实现白天窗帘打开，晚上窗帘关闭。

　　（1）主系统组成。主系统由窗帘微控制器、电源模块和Wi-Fi通信模块组成。主系统采用了MC9S12XEP100微控制器，它可以快速处理Wi-Fi通信模块收到的数据；数据处理完成后，发送给从系统（如图1）。主设备的功能包括对采集的窗帘信息进行处理，保证窗帘的状态稳定正确，不能让干扰信号影响窗帘功能。最后，把处理好的信息发送给从系统。主设备的硬件结构图如图2所示。

　　图1 主设备系统

　　（2）从系统组成。从系统的功能包括电源模块、Wi Fi通信模块、直流步进电机和手机。它的工作原理是在接收到主系统信息以后，实现窗帘的控制功能，得到窗帘最终的状态信息；通过Wi Fi通信模块，把窗帘的状态信息发给手机进行实时显示。

　　图3 程序流程图

　　图2 从设备系统

　　2 部分元器件介绍

　　本系统采用的元器件主要有MC9S12XEP100、直流步进电机、Wi-Fi模块、电源模块、手机。

　　（1）MC9S12XEP100微控制器。MC9S12XEP100单片机是16位微控制器。MC9S12XEP100单片机的指令执行速度更快，但是，比32位的ram芯片要慢上一点，智能窗帘控制系统的精度没有那么高，就没有采用32位微控制器芯片。MC9S12XEP100的总线频率通过锁相环和分频器可以设置在80MHz以下一般都比较稳定。但要根据自己的需要来设置。在速度要求能满足的情况下，频率越低越稳定。此系统MC9S12XEP100控制器的总线频率设置为25MHz.MC9S12XEP100芯片的AD模块包含16个AD转换通道、AD转换的精度可以设置成8位、10位和12位。每个AD通道与4个额外的触发输入通道可以用于配置外部触发功能。这四个额外的触发输入通道可以是芯片外部的或内部的。请参考设备规范，以了解可用性和连通性。

　　（2）Wi-Fi无线模块。Wi-Fi无线模块，属于传输层网络，功能是将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。智能窗帘控制系统嵌入Wi-Fi无线模块可以直接利用Wi-Fi联入互联网，实现无线智能家居。现在很多厂家已经尝试将Wi-Fi模块加入电视、空调等设备中，以搭建无线家居智能系统。实现APP的操控以及和阿里云、京东云、百度云等互联网巨头云端的对接，让家电厂家快速方便的实现自身产品的网络化智能化并和更多的其他电器实现互联互通。

　　（3）直流步进电机。直流步进电机主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等更精密控制领域，如跟踪卫星用光电经纬仪、军用仪器、通讯和雷达等设备，细分驱动技术的广泛应用，使得电机的相数不受步距角的限制，为产品设计带来了方便。步进电机的工作原理是直流步进电机输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，产生的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比。

　　3 智能窗帘系统软件设计

　　本系统软件采用3层结构设计，其程序用来完成窗帘信息的采集、处理与传输；实现对智能窗帘系统的控制与显示。

　　3.1 主系统工作原理

　　系统功能分为两部分：智能控制的原理是微控制器通过光电传感器实时采集光照强度和系统当前时间，自动判断窗帘是否应该打开或者关闭，执行相应动作，最后，把执行结果实时发送给手机APP软件。

　　3.2 从系统工作原理

　　通过手机APP手动或语音模块打开窗帘或者关闭窗帘，执行相应动作，最后把执行结果实时发送给手机APP软件。智能窗帘控制系统通讯协议系统由APP、主系统和从系统三个部分组成。通信协议：（1）标准帧（10位ID）；（2）APP发送ID=0x580,从系统发送ID=0x581;（3）波特率：500Kbps;（4）每帧数据长度为8个字节，Data0通常代表测试模块；Data1代表通道扩展号，为0时表示第0~7通道，通道号从高到低，如0b0011 0010代表通道5、4、1;Data2代表发送相应通道状态，相应位置1表示对该通道操作，一般在发送设置参数时可以同时设置多个通道，即多个位为1,在回送结果时只允许有一位为1;Data3代表参数序号；Data4~Data7用来发送数据。通道扩展号及通道状态在被测硬件补充技术条件中规定。（5）用两个字节发送参数，遵循先高后低的原则。如用Data4和Data5发送变量，变量值为0x2035,则Data4=0x20,Data5=0x35.又如：接收到用Data4和Data5发送来的变量，Data4内容为35,Data5内容为115,则该变量值为35×256+115=9075.（6）所有消息均由PC发起，ECU或者测试设备回应Data0首位置1.（7）模块ID由上位机程序使用，其他人可忽略此值。

　　3.3 数据处理的算法

　　（1）智能窗帘采用ad转换读取窗帘外面光照强度，ad转换的算法是防脉冲干扰平均滤波法。

　　（2）防脉冲干扰平均滤波法，具体过程如下：（1）连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值；（2）然后计算N-2个数据的算术平均值；（3）值的选取：3~14.

　　（3）防脉冲干扰平均滤波法的优缺点：（1）优点：融合了两种滤波法的优点；对于偶然出现的脉冲性干扰，可以消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。（2）缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样；比较浪费RAM.

　　4 结语

　　本文设计的智能窗帘系统不仅可以实现光照强度准确判断实现窗帘系统的稳定性，还可以结合语音模块或者手机APP控制智能窗帘系统，具有很好的应用前景。

　　参考文献

　　[1] MC9S12XEP 100RMV1芯片手册[s].

　　[2]冯勋。基于单片机的智能家居控制系统的设计[J]科学技术创新， 2020.

　　[3]王亚丽智能光控窗帘设计[J].智库时代，2020.