《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
來源:微型機(jī)與應(yīng)用2010年第13期
孫 勇1,,楊文月2,趙宇新1
(1.吉林市供電公司調(diào)度通信所,,吉林 吉林 132001,;2.東北電力大學(xué) 信息工程學(xué)院,吉林 吉林
摘要: 介紹了一款多功能窗簾控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),,可以使用紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制,,也可以輸入時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制,,還可以根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾的自動控制,。為智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù),具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值,。
Abstract:
Key words :

摘  要: 介紹了一款多功能窗簾控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),可以使用紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制,,也可以輸入時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制,,還可以根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾的自動控制。為智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù),,具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值,。
關(guān)鍵詞: AT89S52;紅外遙控器,;自動窗簾,;直流電動機(jī)

    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(shí),,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(jì)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(jì)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(shí)方式。智能窗簾設(shè)計(jì)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(jì),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(shí)間和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制,,數(shù)碼管顯示當(dāng)時(shí)的小時(shí)和分鐘時(shí)間,,但只能順序顯示,顯示一遍后,,略等片刻,,再顯示下一遍時(shí)間;還可以根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)光控,,即窗簾的自動控制,,由驅(qū)動數(shù)碼管顯示出當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。紅外窗簾遙控控制器通電默認(rèn)當(dāng)時(shí)時(shí)間是8點(diǎn)鐘,。在3種工作方式下,,數(shù)碼管均按時(shí)分法顯示時(shí)間、工作方式和工作狀態(tài),。每一組數(shù)據(jù)由5個(gè)數(shù)字組成,,前4個(gè)數(shù)字順序顯示時(shí)十位、時(shí)個(gè)位,、分十位,、分個(gè)位,第5個(gè)數(shù)字包含工作方式和工作狀態(tài):顯示“一”(1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(shí)控方式。左上角的“豎”點(diǎn)亮表示電機(jī)工作時(shí)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(bào)時(shí)開啟,不點(diǎn)亮表示無整點(diǎn)報(bào)時(shí),。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(jì)
    該窗簾控制系統(tǒng)電路分為8個(gè)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 V~14 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(jì)
    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(shí),,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(shí),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(shí)環(huán)境亮度決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”。為了減小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。

2.2 紅外接收電路及數(shù)據(jù)存儲部分設(shè)計(jì)
    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(shí)輸出端輸出高電平,,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,,P3.2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,。開啟中斷功能的目的是:既減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān),,又保證接收到的紅外信號的完整性,同時(shí)在手動工作狀態(tài)下,,單片機(jī)進(jìn)入睡眠后,,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口作為I2C存儲器的總線,,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,。紅外接收電路和數(shù)據(jù)存儲電路[2]如圖3所示。

2.3 窗簾框架構(gòu)造設(shè)計(jì)
    窗簾框架構(gòu)造設(shè)計(jì)包括窗簾微動開關(guān)連接電路設(shè)計(jì)和窗簾架的制作與設(shè)計(jì),。本設(shè)計(jì)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)安裝在窗簾滑桿上,,當(dāng)窗簾移動到預(yù)定位置時(shí),,觸動微動開關(guān),使單片機(jī)復(fù)位,,此時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn),,窗簾停到指定位置。窗簾架的制作方法如下:先加工兩只滑輪作為主動輪和從動輪,,輪子類似皮帶輪,,底徑約為25 mm,槽寬和槽深約為4 mm;1根曬衣繩,,直徑約為4 mm,;在主動輪的槽底用膠水粘一圈薄膠皮以增加摩擦力;將主動輪固定在電動機(jī)軸上,,而將電動機(jī)固定在窗簾盒的一端,,將從動輪固定在窗簾盒的另一端,固定時(shí)最好調(diào)節(jié)裝置,,用以繃緊拉繩,。窗簾桿選用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,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    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)對接收到的紅外信號控制指令通過P3.2口來完成,,其對應(yīng)第二功能時(shí)為外部中斷0(INT0),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,,程序?qū)3.2口進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí),,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(shí),,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)如何停止的問題,,本設(shè)計(jì)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(gè)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(shí),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(shí),,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(jì),,在實(shí)時(shí)性要求較低的測控與采集系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)性也很好[5]。
參考文獻(xiàn)
[1] 何希才,,薛永毅.傳感器及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,,2004.
[2] 瞿貴榮.電動窗簾紅外遙控電路[J].家庭電子,2005(2):2-3.
[3] 郭成林.智能遙控窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù),,2006(6):32-33.
[4] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,,1996.
[5] 吳愛萍,黃振興.基于AT89S52的智能窗簾群控系統(tǒng)[J].科技資訊,,2007,,25(2).

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。