自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計

1、自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計時間：2010-08-03 10:27:12 來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：孫 勇 楊文月 趙宇新隨著高新技術(shù)及電子器件的發(fā)展，光控、溫控及遙控窗簾應(yīng)運(yùn)而生，給人們的生活帶來了很多方便。同時，也為人們的生活環(huán)境以及智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)，為此，研究與設(shè)計智能窗簾控制系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。1系統(tǒng)總體設(shè)計與工作原理本系統(tǒng)由單片機(jī)、紅外接收、光敏測光、電機(jī)驅(qū)動、數(shù)碼管顯示以及鳴響提示模塊組成。主要應(yīng)用模塊的選擇包括電動機(jī)驅(qū)動模塊的、PWM調(diào)速方式、PWM調(diào)脈寬方式、PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式的選擇。其中，電機(jī)驅(qū)動模塊的選擇采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路;PWM調(diào)速工作方式采用單極性工

2、作制；PWM調(diào)脈寬方式選擇采用定頻調(diào)寬方式；PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式采用軟件延時方式。智能窗簾設(shè)計所需的關(guān)鍵芯片及器件有：單片機(jī)AT89S52、直流電動機(jī)、三相穩(wěn)壓器78L05、儲存芯片 CAT24WC02以及光耦4N25。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該窗簾控制系統(tǒng)采用 AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)使用紅外遙控器 進(jìn)行遠(yuǎn)程手動開、手動關(guān)和手動?？刂疲瑪?shù)碼管顯示窗簾的開、關(guān)，可以通過自行設(shè)定相應(yīng)的數(shù)字表示；也可以按事先輸入的開啟時間和關(guān)閉時間進(jìn)行時間控制，數(shù)碼管顯示當(dāng)時的小時和分鐘時間，但只能順序顯示，顯示一遍后，略等片刻，再顯示下一遍時間；還可以根據(jù) 室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)光控，即窗簾的自動控

3、制，由驅(qū)動數(shù)碼管顯示出當(dāng)時的狀態(tài)。紅外窗簾遙控控制器通電默認(rèn)當(dāng)時時間是8點(diǎn)鐘。在3種工作方式下，數(shù)碼管均按時分法顯示時間、工作方式和工作狀態(tài)。每一組數(shù)據(jù)由5個數(shù)字組成，前4個數(shù)字順序顯示時十位、時個位、分十位、分個位，第5個數(shù)字包含工作方式和工作狀態(tài)：顯示一”（橫）表示手動方式； 二” （2橫）表示半手動方式；三” （3橫）表示光控方式；不顯示橫則表示時控方式。左上角的豎"點(diǎn)亮表示電機(jī)工作時發(fā)出鳴響提示，不點(diǎn)亮表示電機(jī)工作無提示；右上角的 豎”點(diǎn)亮表示整點(diǎn)報時開啟，不點(diǎn)亮表示無整點(diǎn)報時。左下角豎”點(diǎn)亮表示窗簾正在打開，右下角豎”點(diǎn)亮表示窗簾正在關(guān)閉。2硬件電路設(shè)計該窗簾控制系統(tǒng)電路分

4、為8個部分：電源、顯示、光控電路測光、電機(jī)控制執(zhí)行、紅外接收、鳴響提示、數(shù)據(jù)存儲、單片機(jī)主控器件。其中，電源部分通過外接插座輸入交流12 V或者直流13 V14 V電壓供電，經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出5 V電壓，為鳴響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源。使用2節(jié)5號普通電池提供直流電源。2.1光采集電路設(shè)計測光電路如圖2所示，由GM1、C3、V3組成。GM1采用光敏二極管1，C3和GM1組 成RC充放電回路。當(dāng)P3.4處于高電平時，P3.4的高電壓通過 GM1的正向電阻向 C3充電； 當(dāng)P3.4被單片機(jī)拉低為低電平時， C3通過光敏元件放電。 光敏二極管工作在反向電壓狀態(tài)下，此時環(huán)境亮度決

5、定了光敏二極管的光阻值，光阻值大，C3放電速度慢，反之放電速度快。適當(dāng)控制P3.4的拉低脈沖寬度，使得C3放電工作在線性比較好的工作段上。P3.5用來檢測C3在P3.4拉成低電平期間的放電電壓狀態(tài)，當(dāng)C3電壓降到小于1/2VCC后，P3.5測得數(shù)據(jù)“0,反之測得數(shù)據(jù) “ 1?！睘榱藴p小P3.5對C3充放電的影響，C3充放電電壓通過 三極管V3組成的射極輸出器連接到P3.5上，射極輸出器的高輸入阻抗減小了P3.5對RC充放電電路的影響。13.4T芍jA 41血k -1it圖2 測光電踣2.2紅外接收電路及數(shù)據(jù)存儲部分設(shè)計紅外接收電路使用型號為 HS3008的集成型紅外接收器，靜態(tài)時輸出端輸出高電

6、平，當(dāng)接收到紅外信號后，按紅外信號的數(shù)據(jù)波形輸出負(fù)脈沖數(shù)據(jù)信號，紅外信號輸出到單片機(jī)的P3.2開啟中斷功能的目的又保證接收到的紅外信號的完整性，同時在手動工作狀態(tài)P3.2 口，該口對應(yīng)的第二功能是外部中斷0(INT0),利用該功能，一旦紅外信號到來，利用外部中斷功能完成對單片機(jī)的喚醒。單片機(jī)的P3.3和P3.7 口本電路中使用 AT24C02完成對設(shè)置狀態(tài)和設(shè)置數(shù)據(jù)的儲存。紅外2如圖3所示。被拉成低電平，使單片機(jī)中止當(dāng)前的工作并轉(zhuǎn)到接收及處理紅外信號。 是：既減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)， 下，單片機(jī)進(jìn)入睡眠后， 作為I2C存儲器的總線， 接收電路和數(shù)據(jù)存儲電路AO V«I過I <r

7、 *ffi 5糾綁瑯收電帝社數(shù)銘存儲的電襦圖2.3窗簾框架構(gòu)造設(shè)計窗簾框架構(gòu)造設(shè)計包括窗簾微動開關(guān)連接電路設(shè)計和窗簾架的制作與設(shè)計。本設(shè)計中的 微動開關(guān)通過電容、 電阻組成的復(fù)位電路與單片機(jī)的復(fù)位引腳相連，微動開關(guān)安裝在窗簾滑先加工兩只滑輪作為主動輪和從動輪,4 mm ； 1根曬衣繩，直徑約為 將主動輪固定在電動機(jī)軸上，輪子類似皮帶輪，4 mm ;在主動輪的槽底 而將電動機(jī)固定在窗簾盒 用以繃緊拉繩。窗簾桿選桿上，當(dāng)窗簾移動到預(yù)定位置時，觸動微動開關(guān)，使單片機(jī)復(fù)位，此時電機(jī)停轉(zhuǎn)，窗簾停到 指定位置。窗簾架的制作方法如下： 底徑約為25 mm，槽寬和槽深約為 用膠水粘一圈薄膠皮以增加摩擦力；的一

8、端，將從動輪固定在窗簾盒的另一端，固定時最好調(diào)節(jié)裝置， 用19 mm的不銹鋼管，采用 2根桿其目的在于左右窗簾能重合。拉繩的接頭處與左右窗簾 的第一環(huán)連接，并固定一鐵片用來觸動微動開關(guān)3。窗簾架的構(gòu)成及窗簾的布置如圖4所示。從垃右帝可停止9中矗福讎liiJHJTRONIC心 m十忘TV ；. h弭丹呼魏W醫(yī)wxnwfiTHF -童氏報n沁卜廟更聲3系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)中單片機(jī)微處理器的主要任務(wù)是完成對HS3008接收到的紅外信號的控制與處理，從而完成對相應(yīng)控制單元的控制。主程序首先完成初始化，然后啟動HS3008等待接收控制指令，進(jìn)行相應(yīng)的輸出操作 4。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。單片機(jī)對接收到的紅外

9、信號控制指令通過P3.2 口來完成，其對應(yīng)第二功能時為外部中斷O(INTO)，通過接收到不同的紅外信號脈沖實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。程序中重要的子程序有： 串口初始化、串口接收中斷以及紅外信號處理子程序等。當(dāng)串口設(shè)置完畢、程序初始化后，弗動幵關(guān)電動機(jī)f APPLICATION OF E特功開臭4 童宿構(gòu)聘制禮定電金定電楓I杵肥俺程序?qū)3.2 口進(jìn)行實(shí)時檢測，一旦檢測到有低脈沖到來，則進(jìn)行解碼后，提取相應(yīng)的子程 序以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。當(dāng)接收到手動控制信號時，則直接對電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)窗簾的拉開、關(guān)閉或停止；當(dāng)接收到半自動控制信號時，操作者只需按下拉開或關(guān)閉按鈕來程序執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)窗簾拉開或關(guān)閉。對于電機(jī)

10、如何停止的問題， 本設(shè)計在窗簾滑桿上安裝了微動開關(guān)，一旦窗簾拉動到指定位置就會觸碰微動開關(guān)，從而送給單片機(jī)一個低脈沖，單片機(jī)在接收到低脈沖后，則認(rèn)為窗簾已完全拉開或關(guān)閉，調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)接收到光控信號時，單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)的程序，驅(qū)動光敏二極管檢測環(huán)境亮度，根據(jù)檢測結(jié)果，實(shí)現(xiàn)窗簾的拉開或關(guān)閉。電機(jī)的停止也如同半自動控制，如此實(shí)現(xiàn)窗簾的自動控制。電機(jī)的工作狀態(tài)還可通過數(shù)碼管顯示出來，程序的編寫很簡單，通過不同的數(shù)字表示相 應(yīng)工作狀態(tài)。與此同時，還可以通過鳴響提示電路提示電機(jī)正在工作，以避免多次按下按鈕使單片機(jī)進(jìn)行誤操作，造成死機(jī)。基于單片機(jī)的智能遙控窗簾的設(shè)計，在實(shí)時性要求較低的測控與

11、采集系統(tǒng)的應(yīng)用中具有 很好的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。在國內(nèi)外，自動調(diào)光窗簾成為人們家居生活的首選布置。本文介紹的自動調(diào)光窗簾利用紅外遙控實(shí)現(xiàn)了其控制功能，在設(shè)計過程中遇到了一些典型的問 題，但采取了相應(yīng)的措施：(1) 電機(jī)驅(qū)動問題。電機(jī)的驅(qū)動電壓為5 V,但是經(jīng)過三極管的降壓后，電機(jī)驅(qū)動能力明顯下降，為了增大電機(jī)驅(qū)動能力，在控制部分與電機(jī)執(zhí)行部分加了4N25光耦隔離，將兩部分隔離開來，外接12 V電壓，以增大電機(jī)的驅(qū)動能力。(2)電機(jī)停機(jī)問題。單獨(dú)靠程序來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的停機(jī)，對時間控制的要求非常高，且不易實(shí)現(xiàn)。如果通過繼電器來實(shí)現(xiàn)停機(jī)也可以， 但由于繼電器響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高，故采用了微動開關(guān)， 通過送單片機(jī)低脈沖來實(shí)現(xiàn)電機(jī)停機(jī)，實(shí)時性也很好 5。參考文獻(xiàn)1 何希才，薛永毅傳