基于单片机的智能窗帘控制系统设计

基于单片机的智能窗帘控制系统设计

第一章 绪论

传统窗帘依赖手动拉动或绳控调节，存在操作不便、响应滞后等问题：白天强光直射时需手动闭合，夜晚返回时需手动拉开；季节变化时，无法根据温度自动适配开合度以调节室内采光与保温。这些操作不仅增加用户负担，还可能因调节不及时导致能源浪费（如夏季因阳光直射使空调负荷增加）。

单片机凭借控制精准、接口丰富、成本低廉的优势，为窗帘智能化提供了高效解决方案。基于单片机的智能窗帘控制系统可通过传感器实时监测光照强度、环境温度，自动调节开合度（0-100%），实现“强光闭合、弱光开启”“高温遮阳、适温采光”的智能适配，同时支持手机APP远程控制、定时开关与场景联动（如“起床模式”自动开启30%）。该设计适用于家庭、酒店、办公楼等场景，能降低空调能耗10%-15%，提升居住舒适度，具有显著的实用价值与推广前景。

第二章 系统总体设计

本系统以“环境自适应、操作便捷化”为核心目标，采用“感知-决策-执行”闭环架构，由环境检测模块、核心控制模块、执行驱动模块、交互模块及电源模块组成，形成完整的智能调节体系。

环境检测模块采集关键参数：光照传感器（BH1750）监测光强（0-65535lux），温度传感器（SHT30）测量环境温度（-40℃-80℃），为调节决策提供数据支撑；核心控制模块以单片机为中枢，接收传感器数据后，通过预设算法计算目标开合度（如光强≥8000lux时闭合80%，温度≥30℃时完全闭合）；执行驱动模块采用直流减速电机（带编码器），通过H桥驱动芯片（L298N）实现正反转与精准定位（开合精度±2%）；交互模块支持红外遥控、按键操作与WiFi远程控制（ESP8266模块），可手动设置阈值与定时任务；电源模块采用12V直流供电，兼容适配器与锂电池，保障系统稳定运行。系统响应时间≤3秒，满足实时调节需求。

第三章 系统硬件与软件实现

3.1 硬件实现

系统硬件以STM32F103单片机为控制核心，兼顾运算能力与接口扩展性。环境检测模块中，BH1750光照传感器通过I²C接口连接，测量精度±1lux，抗干扰能力强；SHT30温湿度传感器集成于同一模块，同步提供温度数据，简化布线。执行驱动模块选用6V直流减速电机（转速100rpm），配备霍尔编码器实时反馈转动角度，通过L298N驱动芯片接收单片机PWM信号，实现无级调速与精准停位（误差≤1cm）。交互模块包含4个轻触按键（电源、模式切换、开、关）、红外接收头（HS0038）与ESP8266 WiFi模块，支持本地操作与手机APP远程控制。电源模块经DC-DC转换器将12V输入转为5V（电机驱动）与3.3V（单片机、传感器），电路加入保险丝与TVS管，提升用电安全性。

3.2 软件实现

系统软件基于Keil MDK开发，采用C语言编程，主程序含初始化、数据采集、逻辑决策、执行控制及交互响应模块。初始化模块完成传感器、电机、通信模块配置，设定默认阈值（光强5000lux、温度26℃）；数据采集模块每2秒读取光照与温度数据，经滑动平均滤波去除瞬时干扰；逻辑决策模块根据实测值与阈值对比，计算目标开合度（如光强3000lux时开启50%）；执行控制模块通过PID算法调节电机转速，结合编码器反馈实现精准定位，到位后自动停机；软件支持自动/手动模式切换，定时功能可设置“7:00开启50%、19:00闭合80%”，WiFi模块通过MQTT协议与手机APP通信，实时同步状态与接收指令。

第四章 系统测试与分析

为验证系统性能，在不同环境（晴天、阴天、夜间）测试调节效果，对比传统手动窗帘，测试指标包括调节精度、响应时间、稳定性及节能效果，周期7天。

结果显示：系统开合精度达±1.5%，满足设计要求；光照或温度突变时，响应时间2.3秒，较人工调节（平均8秒）提升69%；连续运行7天，电机无卡滞，传感器数据漂移≤3%，WiFi连接稳定性99%；节能测试中，智能模式下夏季室内日均温度较传统窗帘低2℃，空调耗电量减少12%。用户体验测试（10人）显示，操作便捷性评分（1-5分）达4.7分，自动调节与远程控制功能满意度90%，尤其适合上班族与行动不便人群。对比商用智能窗帘系统，本设计成本降低50%，安装简易，具有较高的性价比与实用价值。





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