基于51单片机WiFi控制智能窗帘设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析....................................................1

2设计方案遴选....................................................1

2.1单片机的选择...............................................1

2.2通讯方式的选择.............................................1

2.3系统框图设计...............................................1

3产品硬件设计....................................................2

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计..............................2

3.2按键电路设计...............................................2

3.3ESP8266WiFi模块电路设计...................................3

4产品软件设计....................................................4

4.1主程序流程图...............................................4

4.2ESP8266WiFi模块控制程序设计...............................5

4.3上位机APP程序设计.........................................6

4.4产品程序清单...............................................7

5产品使用说明....................................................8

5.1产品装配图.................................................8

5.2产品调试...................................................8

5.3产品使用说明...............................................8

6产品设计技术标准.................................................9

参考资料..........................................................10

附录..............................................................11

附录1元器件清单..............................................11

附录2电路原理图..............................................12

附录3PCB设计图...............................................13

附录4产品实物图..............................................14

附录5主程序代码..............................................16

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基于51单片机WiFi控制智能窗帘设计与制作

1产品功能分析

该设计具有窗帘控制系统的最基本的功能，可以通过微动开关控制窗帘开

合，在此基本功能的前提下，该智能窗帘还设计了可以通过光照强度控制窗帘

自动开合功能，考虑到使用更加方便，本设计还了采用WiFi模块连接手机APP，

可以用手机APP控制窗帘开合。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

采用STC89C52芯片，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存

储器的低电压，高性能微处理器。

2.2通讯方式的选择

选择WiFi控制的通讯方式，采用ESP8266串口WiFi模块，该模块可以连

接WiFi热点，并与外部设备进行双向通讯。在此情况下ESP8266可以作为一个

WiFi接口，去连接外部设备，连接后就可以发送和接收数据来控制设备。

2.3系统框图设计

系统组成框图如图1所示。

图1系统组成框图

1

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3产品硬件设计

3.1STC89C52RC单片机核心电路设计

单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片

机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、

晶振电路、复位电路。一个51单片机的最小系统如图2所示。

VCCU3VCCJ?

140

P1.0VCC1

24239

P1.1(AD0)P0.02

KS338

P1.2(AD1)P0.13

437

P1.3(AD2)P0.24

536

P1.4(AD3)P0.35

+C1635

P1.5(AD4)P0.46

10uFRESET734

P1.6(AD5)P0.57

3

1833

P1.7(AD6)P0.68

932

RST(AD7)P0.79

1031

P3.0(RXD)EA/VPP

1130CON9

P3.1(TXD)ALE/PROG

R271229

P3.2(INT0)PSEN

10K1328

P3.3(INT1)(A15)P2.7

1427

P3.4(T0)(A14)P2.6

1526

P3.5(T1)(A13)P2.5

C22301625

P3.6(WR)(A12)P2.4

1724

P3.7(RD)(A11)P2.3

1823

XTAL2(A10)P2.2

z1922

XTAL1(A9)P2.1

H2021

MGND(A8)P2.0

2

C2330189C51/C52

图2最小系统电路图

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下

重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行

中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开

始执行。

一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电

容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量

值就应该等于负载电容，一般的晶振的负载电容为15pF或12.5pF如果再考虑

元件引脚的等效输入电容则两个22pF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好

的选择。

3.2按键电路设计

本设计仅采用两个按键：作用是控制窗帘自动开合的启动与暂停，以及

电源开关。电路图如图3，图4所示。

2

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图3图4

3.3ESP8266WiFi模块电路设计

ESP8266是一个完整且自成体系的WiFi网络解决方案，能够独立运行，

也可以作为slave搭载于其他Host运行。

在搭载应用并作为设备中唯一的应用处理器时，能够直接从外接闪存中启

动。内置的高速缓冲存储器有利于提高系统性能，并减少内存需求。另外一种

情况是，无线上网接入承担WiFi适配器的任务时，可以将其添加到任何基于

微控制器的设计中，连接简单易行，只需通过SPI/SDIO接口或中央处理器AHB

桥接口即可。

强大的片上处理和存储能力，使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的

特定设备，实现了最低前期的开发和运行中最少地占用系统资源。

高度片内集成，包括天线开关balun、电源管理转换器，因此仅需极少的外

部电路，且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占PCB空间降到最

低。

装有ESP8266的系统表现出来的领先特征有：节能VoIP在睡眠/唤醒模式

之间的快速切换、配合低功率操作的自适应无线电偏置、前端信号的处理功能、

故障排除和无线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝牙/DDR/LVDS/LCD干扰。

ESP8266的三种工作模式

(1)AP模式(模块作为热点,可以发散出wifi信号,实现手机或电脑直接与模

块通讯,实现局域网无线控制)

(2)STA模式(模块通过路由器连接互联网,手机或电脑通过互联网实现对设

备的远程控制)

(3)STA+AP模式(两种模式的共存即可通过互联网控制可实现无缝对接切换)

本设计采用了第一种工作模式，电路原理图如图5所示。

3

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图5WIFI接口电路

4产品软件设计

4.1主程序流程图

主程序流程图如图6所示。

4

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图6主程序流程图

4.2ESP8266WiFi模块控制程序设计

使用软件keliuVsion5，C语言编写单片机程序通过esp8266实现单片机与

手机APP的数据通信。通过这个wifi模块进行局域网模拟控制窗帘。

原理：这里没有更改8266的at固件，所以编程让51单片机使用AT指令

一步一步设置wifi模块，让其开启AP模式，也就是热点，设置名字为esp8266

和密码，配置器开启服务器，8080端口，获取当前esp8266的IP地址显示出来，

此时手机打开wifi，连接wifi模块的，打开手机上网络调试助手，输入IP地

址和端口，点击开启客户端，就能够跟8266连接上了，此时可以互相发送数据，

这里就直接通过单片机的串口接收中断来解析对应的命令格式，根据命令来开

5

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闭窗帘。

4.3上位机APP程序设计

上位机APP开发使用Androidstudio编写代码。

UI界面设计流程：

采用RelativeLayout布局，在下方设计三个TextView和一个EditText，

TextView分别显示“WiFi智能窗帘控制系统”，“自动模式开关“,”手动开

关”，EditText用于使用者输入IP地址与端口号。

接下来设计五个Button，分别用于“关闭自动“，”打开自动“，”打

开”，”关闭”，”停止”。

设计Java代码：

需要Java控制监听五个button事件，对每一次按下次做出数据反馈，将

数据上反馈至单片机控制窗帘开闭。

6

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4.4产品程序清单

图7产品程序清单

7

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5产品使用说明

5.1产品装配图

图8产品装配图

5.2产品调试

将元器件电路焊接好，使用万用表检测是否出现短路情况。确保无误后接

通电源，用光源照射光敏电阻，测试自动测光开合功能是否正常。

调试ESP8266WiFi模块，使用AT命令配置WiFi模块，设置模块热点的账

户号密码。

测试APP是否正常运行，连接智能窗帘WiFi信号，控制窗帘开合即可。

5.3产品使用说明

（1）接通电源可使用自动模式：可感知光线强度，光强时控制窗帘关闭，

光弱时控制窗帘打开。

8

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（2）使用ESP8266串口WIFI模块连接WiFi控制APP，可实现:手动模式：

使用APP连接控制，可手动打开或关闭窗帘。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范

9

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参考资料

[1]马忠梅等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2003修订版

[2]李广弟等单片机基础北京航空航天出版社，2001.7

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附录

附录1元器件清单

CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity

Header

Header4X2Header,4-Pin,Dualrow8266HDR2X41

4X2

Header5Header,5-PinbjjkHDR1X5Header51

CapCapacitorC1,C2HDR1X2Cap2

PolarizedCapacitor

CapPol1C3,lb1R.1/.2ACapPol12

(Radial)

Header4Header,4-Pinck1,gmHDR1X4Header42

L324D1LED2.5LED1

Header3Header,3-PindyzPOWER_P3Header31

DIPSwitch,2Position,

SWDIP-2f1SW-PB2.5SWDIP-21

SPST

Res2ResistorR3,xy1AXIAL-0.4Res22

MCUU1DIP40at89c511

DIPSwitch,8Position,ULN2003步

SWDIP-8DIP_SW_8WAY_SMDSWDIP-81

SPST进电机芯片

XTALCrystalOscillatorY1XTAL1_ARCXTAL1

DIPSwitch,2Position,

SWDIP-2使能按键DIP-4SWDIP-21

SPST

Diode1AmpGeneralPurposeDiode

降压二极管DO-411

1N4001Rectifier1N4001

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

单片机程序

#include"reg51.h"

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

sbitgm=P1^0;

sbitwd1=P1^1;

unsignedcharkongzhi=0;

unsignedcharcodeRUN1[8]={0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9};//正转

unsignedcharcodeRUN2[8]={0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1};//反转

voidchushihua()

{

IE=0x90;

SCON=0x50;

TMOD=0x20;

TH1=0xfd;

TL1=0xfd;

TCON=0x40;

TR1=1;

ES=1;

EA=1;

}

//串行口连续发送char型数组，遇到终止号/0将停止

voidfasongshuju(uchar*str)

{

while(*str!='\0')

{

SBUF=*str;

while(!TI);//等待发送完成信号（TI=1）出现

TI=0;

str++;

}

}

//延时函数

voidyanshi(uintttt)

{

while(ttt--);

}

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//ESP8266上电初始化

voidwifichushihua()

{

fasongshuju("AT+CIPMUX=1\r\n");

yanshi(50000);

fasongshuju("AT+CIPSERVER=1,8080\r\n");

}

/******延时函数****************/

voiddelay(unsignedintt)

{

unsignedintk;

while(t--)

{

for(k=0;k<60;k++)//用for的空循环延长程序的执行时间

{}

}

}

//步进电机驱动正转

voidzz()

{

unsignedchari;

for(i=0;i<8;i++)//一个周期转3.75*8=30度

{

P2=RUN1[i]&0x1f;//取数据

delay(2);//调节转速

}

}

//步进电机驱动反转

voidfz()

{

unsignedchari;

for(i=0;i<8;i++)//一个周期转3.75*8=30度

{

P2=RUN2[i]&0x1f;//取数据

delay(2);//调节转速

}

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}

//传感器自动控制的

voidzidong()

{

if(gm==0)//有光的时候

{

zz();

}

else//无光的时候

{

fz();

}

}

voidmain()

{

yanshi(50000);

yanshi(5000);

chushihua();

wifichushihua();

while(1)

{

if(kongzhi==1)

{

zz();

}

if(kongzhi==2)

{

fz();

}

if(kongzhi==3)

{

P2=0xff;

}

if(kongzhi==4)

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{

zidong();

}

if(wd1==0)

{

kongzhi=3;

}

}

}

/*

串口服务子函数

*/

voidtime()interrupt4

{

if(RI)

{

RI=0;

switch(SBUF)

{

case'a':kongzhi=1;break;//接收到安卓端的'a'字符

case'b':kongzhi=2;break;//接收到安卓端的'b'字符

case'c':kongzhi=3;break;//接收到安卓端的'b'字符

case'd':kongzhi=4;break;//接收到安卓端的'c'字符

/*

case'e':guangbiaozhiwei=1;P2=0xff;

break;//接收到安卓端的'd'字符

*/

}

}

}

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上位机APP程序代码

APP布局程序：

<RelativeLayoutxmlns:android="/apk/res/android"

xmlns:tools="/tools"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:paddingBottom="@dimen/activity_vertical_margin"

android:paddingLeft="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingRight="@dimen/activity_horizontal_margin"

android:paddingTop="@dimen/activity_vertical_margin"

tools:context=".Main">

<Button

android:id="@+id/guanbizidongbtn"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignBaseline="@+id/dakaizidong"

android:layout_alignBottom="@+id/dakaizidong"

android:layout_alignParentRight="true"

android:text="关闭自动"

android:textSize="20sp"/>

<TextView

android:id="@+id/textView3"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignParentTop="true"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:text="WiFi智能窗帘控制系统"

android:textSize="30sp"

/>

<EditText

android:id="@+id/iped"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_below="@+id/textView3"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:ems="10"

android:text="12:8080"

android:textSize="25sp"/>

<Button

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android:id="@+id/dakaizidong"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignParentLeft="true"

android:layout_below="@+id/iped"

android:layout_marginTop="122dp"

android:text="打开自动"

android:textSize="20sp"/>

<TextView

android:id="@+id/textView2"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_above="@+id/guanbizidongbtn"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:text="自动模式开关"

android:textSize="30sp"/>

<TextView

android:id="@+id/textView1"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_below="@+id/dakaizidong"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:layout_marginTop="74dp"

android:text="手动开关"

android:textSize="30sp"

/>

<Button

android:id="@+id/dakaibtn"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignParentLeft="true"

android:layout_below="@+id/textView1"

android:text="打开"

android:textSize="20sp"/>

<Button

android:id="@+id/guanbibtn"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignBaseline="@+id/dakaibtn"

21

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android:layout_alignBottom="@+id/dakaibtn"

android:layout_alignParentRight="true"

android:text="关闭"

android:textSize="20sp"/>

<Button

android:id="@+id/tingzhibtn"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content"

android:layout_alignParentBottom="true"

android:layout_centerHorizontal="true"

android:text="停止"

android:textSize="20sp"/>

</RelativeLayout>

APPJava程序设计：

packagecom.example.wificontrol;

importjava.io.BufferedReader;

importjava.io.IOException;

importjava.io.InputStream;

importjava.io.PrintWriter;

import.Socket;

importjava.util.ArrayList;

importjava.util.Timer;

importjava.util.TimerTask;

importandroid.app.Activity;

importandroid.app.PendingIntent;

importandroid.content.ContentValues;

importandroid.content.Context;

importandroid.content.Intent;

importandroid.content.SharedPreferences;

importandroid.content.SharedPreferences.Editor;

importandroid.content.pm.ActivityInfo;

importandroid.database.Cursor;

importandroid.database.sqlite.SQLiteDatabase;

importandroid.os.Bundle;

importandroid.os.Handler;

importandroid.os.Message;

importandroid.telephony.TelephonyManager;

importandroid.telephony.gsm.SmsManager;

importandroid.util.Log;

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importandroid.view.KeyEvent;

importandroid.view.View;

importandroid.view.View.OnClickListener;

importandroid.view.Window;

importandroid.widget.Button;

importandroid.widget.EditText;

importandroid.widget.TextView;

importandroid.widget.Toast;

publicclassMainActivityextendsActivity{

EditTextIPText;

Buttondakaizidongbtn,guanbizidongbtn;

Buttondakaibtn,guanbibtn;

Buttontingzhibtn;

privateContextmContext;

privatebooleanisConnecting=false;

privatebooleanonflag=false;

privateThreadmThreadClient=null;

privateSocketmSocketClient=null;

staticBufferedReadermBufferedReaderServer=null;

staticPrintWritermPrintWriterServer=null;

staticInputStreammBufferedReaderClient=null;

staticPrintWritermPrintWriterClient=null;

privateStringrecvMessageClient="";

privateStringrecvMessageServer="";

@Override

protectedvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){

//Log.v(tag,"log---------->onCreate!");

super.onCreate(savedInstanceState);

//requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);

//setRequestedOrientation(ActivityInfo.SCREEN_ORIENTATION_LANDSCAPE);

setContentView(R.layout.activity_main);

mContext=this;

IPText=(EditText)findViewById(R.id.iped);

//按键获取

dakaizidongbtn=(Button)findViewById(R.id.dakaizidong);

guanbizidongbtn=(Button)findViewById(R.id.guanbizidongbtn);

dakaibtn=(Button)findViewById(R.id.dakaibtn);

guanbibtn=(Button)findViewById(R.id.guanbibtn);

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tingzhibtn=(Button)findViewById(R.id.tingzhibtn);

dakaibtn.setOnClickListener(newdakai());

guanbibtn.setOnClickListener(newguanbi());

dakaizidongbtn.setOnClickListener(newdakaizidong());

guanbizidongbtn.setOnClickListener(newguanbizidong());

tingzhibtn.setOnClickListener(newtingzhi());

IPText.setText("12:8080");

lianjie();

}

classdakaiimplementsOnClickListener

{

@Override

publicvoidonClick(Viewv){

if(isConnecting&&mSocketClient!=null){

newThread(){

publicvoidrun(){

Stringoutput="a";

try{

mPrintWriterClient.print(output);//?????????????

mPrintWriterClient.flush();

}

catch(Exceptione){

//TODO:handleexception

Toast.makeText(mContext,"通讯尚未",

Toast.LENGTH_SHORT).show();

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}

};

}.start();

}

if(mSocketClient==null){

Toast.makeText(mContext,"未连接，请退出之后先连接wifi再打

开APP",Toast.LENGTH_SHORT).show();

}

}

}

classguanbiimplementsOnClickListener

{

@Override

publicvoidonClick(Viewv){

if(isConnecting&&mSocketClient!=null){

newThread(){

publicvoidrun(){

Stringoutput="b";

try{

mPrintWriterClient.print(output);//?????????????

mPrintWriterClient.flush();

}

catch(Exceptione){

//TODO:handleexception

Toast.makeText(mContext,"手机通信权限未开放"+

e.getMessage(),

Toast.LENGTH_SHORT).show();

}

};

}.start();

25

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}

if(mSocketClient==null){

Toast.makeText(mContext,"未连接，请退出之后先连接wifi再打

开APP",Toast.LENGTH_SHORT).show();

}

}

}

classtingzhiimplementsOnClickListener

{

@Override

publicvoidonClick(Viewv){

if(isConnecting&&mSocketClient!=null){

newThread(){

publicvoidrun(){

Stringoutput="c";

try{

mPrintWriterClient.print(output);//?????????????

mPrintWriterClient.flush();

}

catch(Exceptione){

//TODO:handleexception