基于Arduino的智慧窗簾設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1單片機(jī)的選擇..........................................................................................1

2.2通訊方式的選擇......................................................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)..........................................................................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................3

3.1系統(tǒng)原理圖..............................................................................................3

3.2系統(tǒng)接線圖..............................................................................................4

3.3ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板..................................................................................4

3.4OLED12864顯示屏.......................................................................................5

3.5光敏電阻傳感器模塊..............................................................................6

3.6HC-05藍(lán)牙模塊...........................................................................................7

3.7DS1307時(shí)鐘模塊.........................................................................................9

3.8電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊........................................................................................10

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).......................................................................................................11

4.1主程序流程圖........................................................................................11

4.2產(chǎn)品程序清單........................................................................................13

5產(chǎn)品使用說(shuō)明.......................................................................................................13

5.1產(chǎn)品裝配圖............................................................................................13

5.2產(chǎn)品使用說(shuō)明........................................................................................14

6、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................................................................14

7參考資料.................................................................................................................14

附錄.............................................................................................................................15

附錄1元器件清單.........................................................................................15

附錄2系統(tǒng)原理圖.........................................................................................16

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖..........................................................................................17

I

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖.........................................................................................18

附錄5主程序代碼.........................................................................................20

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于Arduino的智慧窗簾設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

本產(chǎn)品是基于Arduino開(kāi)發(fā)板，實(shí)現(xiàn)智慧開(kāi)關(guān)窗簾的功能。本產(chǎn)品以Ardu

inoUNO開(kāi)發(fā)板作為主體，外接光敏電阻傳感器模塊獲取當(dāng)前是否有光線直

射，DS1307時(shí)鐘模塊讀取時(shí)間，OLED12864顯示屏模塊顯示時(shí)間和窗簾開(kāi)啟或

關(guān)閉的狀態(tài)，開(kāi)發(fā)板通過(guò)ULN2003驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)5V步進(jìn)電機(jī)拉動(dòng)窗簾，手機(jī)通

過(guò)HC-05藍(lán)牙模塊與開(kāi)發(fā)板通信，可以通過(guò)手機(jī)控制開(kāi)啟或關(guān)閉窗簾，并通過(guò)

光敏電阻傳感器模塊獲取當(dāng)前是否有光線直射，根據(jù)獲取的結(jié)果自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗

簾。當(dāng)時(shí)間到達(dá)7:00:00時(shí)，窗簾自動(dòng)打開(kāi)；當(dāng)時(shí)間到達(dá)22:00:00時(shí)，窗簾

自動(dòng)關(guān)閉。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1單片機(jī)的選擇

方案一：使用51系列單片機(jī)

51單片機(jī)從內(nèi)部的硬件到軟件有一整套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理

器，處理的對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。51單片機(jī)不但能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄

存器的某位進(jìn)行處理，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算。但51單片機(jī)的AD、EEPROM等

功能需擴(kuò)展，增加了硬、軟件的負(fù)擔(dān)。51單片機(jī)的I/O腳高電平時(shí)無(wú)輸出能

力，且51單片機(jī)保護(hù)能力很差，容易燒壞芯片。并且硬件部分需要焊接。

方案二：使用ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

Arduino是一款方便快捷、靈活度高且方便上手的開(kāi)源硬件產(chǎn)品，有豐富

的接口，有數(shù)字I/O口和模擬I/O口，同時(shí)也支持SPI、IIC、UART串口通

信。Arduino能通過(guò)各式各樣的傳感器感知環(huán)境，通過(guò)控制馬達(dá)、燈光和其他

裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境。而且Arduino具有簡(jiǎn)便的編程環(huán)境IDE，極大的自由

度，可拓展性能非常高，但是對(duì)于稍微復(fù)雜點(diǎn)的功能可控性較差，且成本相對(duì)

1

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與51單片機(jī)來(lái)說(shuō)較高。

綜合使用便捷度、產(chǎn)品功能需求等方面，我選擇了ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，

它具有簡(jiǎn)便的編程環(huán)境IDE，豐富的學(xué)習(xí)資源，且可以直接用面包板連接傳感

器，無(wú)需焊接。使用起來(lái)便捷靈敏。

2.2通訊方式的選擇

方案一：WIFI

WIFI傳輸速度快、覆蓋范圍廣，可多人連線。但WIFI耗電量大，造價(jià)成

本較高，需要單獨(dú)的網(wǎng)卡，需要路由器或AP設(shè)備，WIFI模塊相較于藍(lán)牙模

塊，使用起來(lái)更加復(fù)雜，故沒(méi)有選擇WIFI模塊。

方案二：藍(lán)牙

藍(lán)牙低功耗、低輻射，造價(jià)成本低，在智能設(shè)備的普及性較高，應(yīng)用范圍

廣，使用方便，一對(duì)一傳輸，不易受干擾。但藍(lán)牙的傳輸速度慢，藍(lán)牙技術(shù)的

電波覆蓋范圍小。藍(lán)牙模塊操作簡(jiǎn)單，連接可靠，故選擇藍(lán)牙模塊。

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)

DS1307時(shí)鐘模塊

帶動(dòng)5V步進(jìn)電機(jī)

Arduino

光敏電阻傳感器模塊

UNO

HC-05藍(lán)牙模塊OLED12864顯示屏模塊

圖2.1系統(tǒng)框圖

2

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)原理圖

此系統(tǒng)由ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板、OLED12864顯示屏、HC-05藍(lán)牙模塊、光

敏電阻傳感器模塊、DS1307時(shí)鐘模塊、ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和5V步進(jìn)電機(jī)組

成。系統(tǒng)原理圖如下：

圖3.1系統(tǒng)原理圖

3

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3.2系統(tǒng)接線圖

圖3.2系統(tǒng)接線圖

3.3ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

Arduino由一個(gè)基于單片機(jī)的開(kāi)放源碼的硬件平臺(tái)和一套專門的開(kāi)發(fā)環(huán)境

組成。ArduinoUNO是基于ATmega328P的Arduino開(kāi)發(fā)板，包括14個(gè)數(shù)字輸

入輸出IO,6個(gè)模擬輸入IO,16MHZ的晶體，USB接口，電源接口，燒錄頭，復(fù)

位按鈕等。

開(kāi)發(fā)板參數(shù)：

1.微處理器：ATmega328

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2.操作電壓：5V

3.輸入電壓:7V到12V

4.數(shù)字雙向IO:14個(gè)(其中6個(gè)提供PWM輸出)

5.模擬輸入腳：6個(gè)

6.每個(gè)IO腳的最大輸出電流：40mA

7.Flash大小：32K字節(jié)

8.SRAM大?。?K字節(jié)

9.EEPROM大小:1K字節(jié)

10.時(shí)鐘頻率:16M

圖3.3ArduinoUNO實(shí)物圖

3.4OLED12864顯示屏

模塊參數(shù)：

表3.1OLED12864模塊主要參數(shù)

基本信息參數(shù)

分辨率128×64

屏幕尺寸0.96寸

工作電壓3.3V-5V

通信協(xié)議I2C、SPI

模塊引腳：

5

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表3.2OLED12864模塊引腳功能

名稱用途

GND電源負(fù)極

VCC電源正極（3.3V-5V）

SCK在SPI和IIC通信中為時(shí)鐘管腳

SDA在SPI和IIC通信中為數(shù)據(jù)管腳

圖3.4OLED12864顯示屏原理圖

圖3.5OLED12864顯示屏實(shí)物圖

3.5光敏電阻傳感器模塊

光敏電阻傳感器實(shí)質(zhì)是一個(gè)光敏電阻，根據(jù)光的照射強(qiáng)度會(huì)改變其自身的

阻值。是將光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。

模塊參數(shù)：

1.采用靈敏型光敏電阻傳感器。

2.比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過(guò)15mA。

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3.配可調(diào)電位器可調(diào)節(jié)檢測(cè)光線亮度。

4.工作電壓3.3V-5V。

5.輸出形式：DO數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（0和1）和AO模擬電壓輸出。

模塊引腳：

表3.3光敏電阻模塊引腳功能

名稱用途

VCC電源正極（3.3V-5V）

GND電源負(fù)極

DO數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（0和1）

AOAO模擬電壓輸出

圖3.6光敏電阻模塊原理圖

圖3.7光敏電阻模塊實(shí)物圖

3.6HC-05藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙HC05是主從一體的藍(lán)牙串口模塊。當(dāng)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備配對(duì)連接成功

后，我們可以忽視藍(lán)牙內(nèi)部的通信協(xié)議，直接將將藍(lán)牙當(dāng)做串口使用。

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led指示藍(lán)牙連接的狀態(tài)，紅藍(lán)燈一起快閃表示沒(méi)有藍(lán)牙連接，慢閃（紅

藍(lán)燈每2秒一起閃一下表示進(jìn)入AT模式，雙閃(一秒紅藍(lán)燈一起閃2下）表示

藍(lán)牙已連接并打開(kāi)了端口。

模塊引腳：

表3.4藍(lán)牙模塊引腳功能

名稱用途

VCC電源正極（5V）

GND電源負(fù)極

TX發(fā)送端

RX接收端

圖3.8HC-05藍(lán)牙模塊原理圖

圖3.9藍(lán)牙模塊實(shí)物圖

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3.7DS1307時(shí)鐘模塊

DS1307是一款低功耗，具有56字節(jié)非失性RAM的全BCD碼時(shí)鐘日歷實(shí)時(shí)

時(shí)鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過(guò)兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒，

分，小時(shí)等信息，每一個(gè)月的天數(shù)能自動(dòng)調(diào)整。并且有閏年補(bǔ)償功能。芯片有

一個(gè)內(nèi)置的電源感應(yīng)電路，具有掉電檢測(cè)和電池切換功能。

模塊引腳：

表3.5DS1307時(shí)鐘模塊引腳功能

名稱用途

GND電源負(fù)極

VCC電源正極（3.3V-5V）

SDAIIC通信中的數(shù)據(jù)管腳

SCLIIC通信中的時(shí)鐘管腳

圖3.10DS1307時(shí)鐘模塊原理圖

圖3.11DS1307時(shí)鐘模塊實(shí)物圖

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3.8電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)

件。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成

分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能

正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

模塊引腳：

表3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊引腳功能

名稱用途

GND電源負(fù)極

VCC電源正極（5V）

IN1-IN4連接Arduino數(shù)字引腳，驅(qū)動(dòng)電機(jī)

圖3.12電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖

圖3.13電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖

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4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

4.1主程序流程圖

開(kāi)始

串口初始化

OLED初始化

時(shí)鐘初始化

定義引腳7為光敏電阻模塊

數(shù)字輸入腳，

設(shè)置步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為200

A

串口讀取數(shù)據(jù)

讀取引腳7的值

OLED第一行顯示日期

第二行顯示時(shí)間

時(shí)間是否為

7:00:00？

NO

YES

時(shí)間是否為

22:00:00？

步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

拉開(kāi)窗簾YES

屏幕顯示：窗簾已打開(kāi)

步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

關(guān)閉窗簾

屏幕顯示：窗簾已關(guān)閉

B

圖4.1主程序流程圖A

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B

判斷串口讀取的數(shù)據(jù)

switch(in)

case'a'case'b'case'c'

步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

拉開(kāi)窗簾關(guān)閉窗簾是否有光線NO

屏幕顯示：窗簾已打開(kāi)屏幕顯示：窗簾已關(guān)閉照射？

YES

步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)

拉開(kāi)窗簾關(guān)閉窗簾

屏幕顯示：窗簾已打開(kāi)屏幕顯示：窗簾已關(guān)閉

A

圖4.2主程序流程圖B

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4.2產(chǎn)品程序清單

表4.1軟件程序清單

庫(kù)文件名稱功能備注

ds1307.getTime()

DFRobot_DS1307.hDS1307時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)程序

獲取時(shí)間信息

display.print()

Adafruit_ssd1306syp.hOLED顯示屏驅(qū)動(dòng)程序

顯示函數(shù)

text.ShowCN()

CN_SSD1306.hOLED中文顯示驅(qū)動(dòng)程序

中文顯示函數(shù)

控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

Stepper.h步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序

方向、速度、步數(shù)

codetab.cOLED中文顯示存放中文顯示字形碼

5產(chǎn)品使用說(shuō)明

5.1產(chǎn)品裝配圖

5V步進(jìn)電機(jī)

HC-05藍(lán)牙模塊

ULN2003步進(jìn)電

機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

光敏電阻模塊

ArduinoUNO

開(kāi)發(fā)板DS1307時(shí)鐘模塊

OLED12864

顯示屏

圖5.1產(chǎn)品裝配圖

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5.2產(chǎn)品使用說(shuō)明

1.開(kāi)發(fā)板通電后，OLED顯示屏顯示時(shí)間信息。

2.當(dāng)時(shí)間到達(dá)7:00:00，窗簾自動(dòng)開(kāi)啟，并在顯示屏上顯示“窗簾已開(kāi)

啟”；當(dāng)時(shí)間到達(dá)22:00:00，窗簾自動(dòng)關(guān)閉，并在顯示屏上顯示“窗簾已關(guān)

閉”。

3.手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙與產(chǎn)品進(jìn)行連接。通過(guò)手機(jī)控制窗簾。當(dāng)輸入a時(shí)，窗簾

打開(kāi)；輸入b時(shí)，窗簾關(guān)閉；輸入c時(shí)，通過(guò)光敏電阻模塊獲取當(dāng)前是否有光

線照射，根據(jù)獲取的結(jié)果自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾，并將窗簾狀態(tài)顯示在顯示屏。

6、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

7參考資料

[1]譚浩強(qiáng).C語(yǔ)言設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005

[2]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]：北京航天航空出版社，2014.5.6

[3]余靜,DFRobot.Arduino入門基礎(chǔ)教程[M]：人民郵電出版社，

2018.06.01

[4]李明亮.Arduino開(kāi)發(fā)從入門到實(shí)戰(zhàn)[M]：清華大學(xué)出版社，2018.1.1

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附錄

附錄1元器件清單

基于Arduino的智慧窗簾設(shè)計(jì)與制作

20移動(dòng)互聯(lián)3班劉欣怡

CommentDesignatorFootprintLibRefQuantity

5V步進(jìn)電機(jī)P1DIP-5steppingmotor1

ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板U1ArduinoUNOArduinoUNO1

OLED12864顯示屏U2DIP-4OLED128641

光敏電阻傳感器模塊U3DIP-4light1

HC-05藍(lán)牙模塊U4DIP-4HC-051

DS1307時(shí)鐘模塊U5DIP-5DS13071

ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板U6ULN2003ULN20031

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附錄2系統(tǒng)原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖

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附錄5主程序代碼

#include<DFRobot_DS1307.h>//時(shí)鐘模塊

#include<Adafruit_ssd1306syp.h>//oled顯示

#include<CN_SSD1306.h>//oled中文顯示

#include"codetab.c"http://codetab

#include<Stepper.h>//步進(jìn)電機(jī)

#defineSDA_PIN2//oled模擬I2C

#defineSCL_PIN3//oled模擬I2C

#defineSTEPS100//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)

DFRobot_DS1307ds1307;

CN_SSD1306text(SDA_PIN,SCL_PIN);

Adafruit_ssd1306sypdisplay(SDA_PIN,SCL_PIN);

Stepperstepper(STEPS,11,9,10,8);//步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)和引腳IN1-IN4

unsignedchari,state=0,in;//state:當(dāng)前窗簾狀態(tài)，in:串口讀取數(shù)據(jù)

unsignedintlight,t=0;//light：有光線照射為0，無(wú)光線照射為1

voidsetup()

{

Serial.begin(9600);

display.initialize();//oled初始化

text.Initial();//oled中文顯示初始化

pinMode(7,INPUT);//光敏電阻模塊，數(shù)字輸入

stepper.setSpeed(200);//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速

ds1307.begin();//時(shí)鐘模塊初始化

//ds1307.setTime(constrain(2022,2000,2099),constrain(12,01,12),constrain(13,

01,31),constrain(21,00,23),constrain(59,00,59),constrain(55,0,59));//時(shí)間設(shè)置

}

voidloop()

{

in=Serial.read();//串口讀取數(shù)據(jù)

light=digitalRead(7);//讀取光敏電阻數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出(0/1)

display.setTextSize(2);//設(shè)置字體大小

display.setCursor(5,0);//設(shè)置顯示的位置

display.print(ds1307.getTime(ds1307.DS1307_YR));//年

display.print("-");

20

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

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