构建基于ESP32的智能窗帘控制系统：实战案例

从零打造一个会“看天色”的智能窗帘：基于ESP32的实战项目全解析

你有没有过这样的经历？大清早阳光刺眼，却被窗帘挡得严严实实，起床第一件事就是手动拉开；或者傍晚回家，屋里已经黑成一片，还得摸黑去开灯、拉窗帘。更别提夏天烈日当空时，明明没人在家，窗帘却敞开着，室内温度飙升——这不仅是舒适性问题，更是实实在在的能源浪费。

如果窗帘能像人一样“感知光线”，在合适的时间自动开合呢？
今天，我们就来动手实现这样一个会“看天色”的智能窗帘系统。整个项目以ESP32为核心控制器，搭配步进电机与光照传感器 BH1750，通过 Wi-Fi 接入手机 App 实现远程控制和自动化运行。成本不到百元，代码开源可复用，特别适合嵌入式初学者练手或家庭 DIY 升级。

为什么选 ESP32？它不只是个 Wi-Fi 模块

说到物联网主控芯片，很多人第一反应是 ESP8266。但在这个项目里，我们选择功能更强的ESP32——它不只是多了一个蓝牙模块那么简单。

ESP32 是乐鑫推出的双核处理器（Tensilica LX6），主频高达 240MHz，拥有 34 个 GPIO 引脚，支持 PWM、I²C、SPI、ADC 等丰富外设接口。最关键的是，它能在运行电机控制逻辑的同时，稳定维持 Wi-Fi 连接并处理网络请求，这对实时性要求较高的智能家居设备至关重要。

更重要的是，它的低功耗表现非常出色：进入深度睡眠模式后电流仅5μA，意味着未来完全可以做成电池供电版本，比如安装在没有电源插座的飘窗上。

开发方面也极其友好，支持 Arduino IDE、ESP-IDF 和 MicroPython，社区资源丰富。哪怕你是第一次接触嵌入式开发，也能快速上手。

下面这段代码展示了 ESP32 如何连接家庭 Wi-Fi，为后续与云端通信打下基础：

#include <WiFi.h> const char* ssid = "Your_WiFi_SSID"; const char* password = "Your_WiFi_Password"; void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); WiFi.begin(ssid, password); Serial.print("Connecting to WiFi"); while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print("."); } Serial.println("\nConnected!"); Serial.print("IP Address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); } void loop() { // 后续可在此处添加 MQTT 订阅或 HTTP 服务 delay(1000); }

✅ 提示：实际部署中建议使用MQTT 协议进行轻量级通信，比轮询 HTTP 更省电、响应更快。

电机怎么选？步进电机让位置控制变得简单

窗帘需要的是精确的位置控制：不能只“转”或“停”，而要能知道当前是“全开”、“半开”还是“关闭”。这就排除了普通的直流电机（除非加编码器和限位开关）。

我们选用的是常见的28BYJ-48 减速步进电机 + ULN2003 驱动板组合。这套方案成本极低（合计不到20元），且无需额外反馈装置即可实现开环定位。

它是怎么工作的？

步进电机的本质是“走一步，动一度”。每接收一个脉冲信号，转子就转动一个固定角度——这个角度叫“步距角”。

28BYJ-48 的原始步距角是 5.625°，内部减速比为 1:64，最终输出轴每步旋转约0.0879°。也就是说，转一圈需要：

360° / 0.0879° ≈ 4096 步

但由于常用驱动库默认按 2048 步计算（半步模式），我们在代码中通常设置为stepsPerRevolution = 2048。

ULN2003 则是一个达林顿阵列芯片，负责把 ESP32 输出的微弱 GPIO 信号放大成足以驱动电机线圈的电流。

下面是控制电机正反转的核心代码：

#include <Stepper.h> const int stepsPerRevolution = 2048; Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8, 10, 9, 11); // IN1~IN4 对应 D8/D10/D9/D11 void setup() { myStepper.setSpeed(10); // 转速：10 RPM } void loop() { // 关闭窗帘（顺时针） myStepper.step(stepsPerRevolution); delay(2000); // 打开窗帘（逆时针） myStepper.step(-stepsPerRevolution); delay(2000); }

⚠️ 注意：长时间堵转会导致电机发热甚至损坏。务必加入软件限位或超时保护机制。

光线说了算：用 BH1750 实现真正的“自适应”

光敏电阻便宜好用，但精度差、一致性不好，容易受温漂影响。想要长期稳定运行，必须上数字传感器。

我们选择了BH1750 数字光照传感器，它采用 I²C 接口，直接输出 Lux 值，测量范围从 1 到 65536 Lux，分辨率可达 1 Lux，在高精度模式下响应时间仅 180ms。

它的感光曲线接近人眼视觉响应，这意味着它的读数更符合我们对“亮”或“暗”的主观感受，非常适合用于自动窗帘、屏幕调光等场景。

接线也非常简单：
- VCC → 5V 或 3.3V
- GND → GND
- SCL → ESP32 的 SCL 引脚（如 GPIO22）
- SDA → ESP32 的 SDA 引脚（如 GPIO21）

代码实现如下：

#include <Wire.h> #include <BH1750.h> BH1750 lightMeter; void setup() { Wire.begin(); lightMeter.begin(BH1750::CONTINUOUS_HIGH_RES_MODE); Serial.begin(115200); } void loop() { float lux = lightMeter.readLightLevel(); Serial.printf("Light: %.2f lx\n", lux); if (lux < 100) { closeCurtain(); // 天黑了，关窗帘 } else if (lux > 300) { openCurtain(); // 天亮了，开窗帘 } delay(1000); }

你可以根据自家窗户朝向调整阈值。例如北向房间可能永远达不到 300 Lux，那就设成 150 Lux 触发开启。

整体架构：软硬协同，构建闭环控制系统

整个系统的结构其实很清晰：

[ BH1750 ] ---(I²C)--→ [ ESP32 ] │ (Wi-Fi) ↓ ┌─────┴─────┐ │ 路由器 │ └─────┬─────┘ ↓ [ 手机App / 云平台 ] ↑ (GPIO 控制) ↓ [ ULN2003 驱动板 ] ↓ [ 28BYJ-48 步进电机 ] ↓ [ 窗帘传动机构 ]

ESP32 扮演“大脑”角色：
- 定期采集光照数据；
- 判断是否满足自动化条件；
- 接收来自 App 的远程指令；
- 驱动电机执行动作；
- 回传当前状态（如“已打开”、“正在关闭”）。

所有模块建议统一使用5V/2A 开关电源供电。尤其注意：电机启动瞬间电流较大，若与 ESP32 共用线性稳压源，可能导致 MCU 复位。最好将电机电源与逻辑电源隔离，并在 VCC-GND 间并联一个100μF 电解电容滤波。

不只是遥控：这些设计细节决定了成败

很多教程做到“手机能控制”就结束了，但我们追求的是真正可用的产品级体验。以下几点是你必须考虑的工程细节：

✅ 本地化策略：断网也能工作

依赖云平台的风险在于——一旦断网，系统瘫痪。解决方案是在 ESP32 中固化一套本地逻辑，例如：
- 每天早上 7:00 自动开启；
- 当光照低于 100 Lux 持续 5 分钟，则关闭窗帘；
- 支持手动暂停自动化。

这样即使路由器重启，也不影响基本功能。

✅ 位置记忆：支持“半开”模式

记录电机累计步数，就能实现多档位控制。比如：
- 全开：+2048 步
- 半开：+1024 步
- 关闭：0 步

下次启动时可根据上次状态决定初始方向，避免每次都跑全程。

✅ OTA 升级：免拆机更新固件

启用 ESP32 的 OTA 功能，未来修复 bug 或增加新特性时，只需在 App 里点一下“升级”，无需再拆壳插 USB。

✅ 安全防护：防止电机堵转

加入超时检测机制。例如“关闭窗帘”操作最长允许运行 15 秒，超时则强制停止并报警，避免因机械卡死烧毁电机。

从“能用”到“好用”：那些值得拓展的方向

完成基础功能后，还有很多玩法可以尝试：

升级方向	实现方式
语音控制	接入 Alexa / Google Assistant / 小爱同学
多传感器联动	加入温湿度传感器，高温+强光时自动关闭遮阳
本地交互	增加 OLED 屏幕 + 按键，支持现场查看状态
行为预测	记录用户操作习惯，AI 预测最佳开关时机
能耗统计	结合光照数据估算每日节省的空调负荷

甚至可以接入 Home Assistant，与其他设备联动：
- “晚上 9 点 + 光照 < 50 Lux” → 关闭窗帘 + 打开卧室灯；
- “离家模式启动” → 所有窗帘关闭，增强安全性。