基于STM32的智能窗帘控制系统

news2024/9/25 9:34:17

1. 引言

智能窗帘控制系统能够通过时间、光照强度或远程控制，实现对窗帘的自动开合，提升家居和办公环境的舒适性和智能化水平。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能窗帘控制系统。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
RTC模块（例如DS3231）
光照传感器（例如光敏电阻）
电机驱动模块（例如L298N）
直流电机（用于控制窗帘开合）
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能窗帘控制系统通过STM32微控制器连接RTC模块实现定时控制，光照传感器实现光照强度检测，并通过电机驱动模块控制直流电机实现窗帘的开合。系统包括定时控制模块、光照检测模块和电机控制模块。

硬件连接

将DS3231 RTC模块的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，SCL引脚连接到STM32的SCL引脚（例如PB6），SDA引脚连接到STM32的SDA引脚（例如PB7）。
将光敏电阻的一端连接到STM32的3.3V引脚，另一端通过电阻连接到GND，并将中间引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA0）。
将L298N电机驱动模块的输入引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA1和PA2），输出引脚连接到直流电机。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "rtc.h"
#include "adc.h"
#include "motor.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_I2C1_Init();
  
  RTC_Init();
  Motor_Init();
  
  while (1) {
    RTC_TimeTypeDef sTime;
    RTC_DateTypeDef sDate;
    HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN);
    HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN);
    
    uint32_t lightIntensity = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    
    if ((sTime.Hours == 7 && sTime.Minutes == 0 && sTime.Seconds == 0) || lightIntensity > 3000) {
      Motor_Control(OPEN);
      HAL_Delay(20000); // 窗帘打开20秒
      Motor_Control(STOP);
    } else if ((sTime.Hours == 19 && sTime.Minutes == 0 && sTime.Seconds == 0) || lightIntensity < 1000) {
      Motor_Control(CLOSE);
      HAL_Delay(20000); // 窗帘关闭20秒
      Motor_Control(STOP);
    }
    
    HAL_Delay(1000);
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

static void MX_ADC1_Init(void) {
  // 初始化ADC1
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

static void MX_I2C1_Init(void) {
  // 初始化I2C1
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

控制代码

#include "rtc.h"
#include "adc.h"
#include "motor.h"

#define OPEN 1
#define CLOSE 2
#define STOP 0

void RTC_Init(void) {
  // 初始化RTC
  RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
  RTC_DateTypeDef sDate = {0};

  hrtc.Instance = RTC;
  hrtc.Init.AsynchPrediv = RTC_AUTO_1_SECOND;
  hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUT_DISABLE;
  if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sTime.Hours = 7;
  sTime.Minutes = 0;
  sTime.Seconds = 0;
  if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }

  sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;
  sDate.Month = RTC_MONTH_JANUARY;
  sDate.Date = 1;
  sDate.Year = 0;
  if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

void Motor_Init(void) {
  // 初始化电机驱动模块
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Motor_Control(int command) {
  // 控制电机的开关和方向
  if (command == OPEN) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
  } else if (command == CLOSE) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
  }
}