基于步進電動機的智能電動窗簾設(shè)計與實現(xiàn)

馮 娟，李燕君

(四川師范大學(xué)，成都610101)

0 引 言

隨著科技的進步，智能窗簾已經(jīng)開始應(yīng)用到普通的家居生活中。本文采用步進電動機作為執(zhí)行元件，實現(xiàn)了對窗簾的自動和手動控制;同時用戶可以根據(jù)情況選擇相應(yīng)的工作模式。本系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)窗簾的一些缺點，滿足了人們對智能化的需求，為家居生活提供了更多的便利。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本設(shè)計主要分為五個主要模塊:主控模塊、紅外遙控模塊、光線檢測模塊、電機驅(qū)動及電機模塊、位置檢測模塊。紅外遙控模塊利用紅外接頭，將信息接收后傳送給主控器;光線檢測模塊檢測周圍光線明暗程度，并將信號傳給主控器。主控單元則采用STC89C52 單片機，處理接收到的信息并輸出控制步進電機運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)對窗簾的升降控制。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2 主要硬件設(shè)計

2.1 紅外遙控電路設(shè)計

紅外遙控模塊采用1838T 紅外接收頭。1838T屬于一體化紅外接收頭，需要完成對紅外信號的接收、放大、濾波、解碼等任務(wù)。當遙控器按下按鍵后，就會發(fā)出32 位不同的二進制碼，單片機IRD 接口接收到遙控碼后進行相應(yīng)的解碼控制處理。其紅外接收電路如圖2 所示。

圖2 紅外接收器電路圖

2.2 光線檢測模塊

光線檢測模塊的電路圖如圖3 所示。光敏電阻模塊由光敏電阻和10 kΩ 固定值電阻組成測量橋，當光敏電阻的阻值隨著光線變化時，其分壓值也會改變。經(jīng)由LM393 電壓比較器后，輸出數(shù)字量1 或者0。此電路在光線未達到設(shè)定值時，輸出為高電平;達到設(shè)定值時，則輸出為低電平。將此輸出口與單片機相連，則可以通過高低電平的檢測從而得知光線的變化情況，再控制電機轉(zhuǎn)動。

圖3 光敏電阻模塊電路

2.3 步進電動機及驅(qū)動

本文采用24BYJ48A 步進電動機作為執(zhí)行元件。該電機是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或者機械角位移的開環(huán)控制元件，它體積小、轉(zhuǎn)速高、振動低，同時電機采用一－二相勵磁，通過軟件來實現(xiàn)對步進電動機步距的控制。其分辨率高、運轉(zhuǎn)平滑，勵磁如表1 所示。

表1 一－二相勵磁順序表

本文驅(qū)動部分則采用ULN2003 驅(qū)動器，該芯片能夠承受較高電壓和電流，力矩大，精度高，具有高效的驅(qū)動性能。驅(qū)動電路如圖4 所示。

圖4 驅(qū)動電路

2.4 位置檢測模塊

考慮到設(shè)計的方便，本文用到兩個行程開關(guān)，用以判斷窗簾是否到達預(yù)定位置。當窗簾到達頂端或者底端時，會觸碰到行程開關(guān)使其閉合，此時會將此線路接地，線路連通。當窗簾離開行程開關(guān)時，開關(guān)會在彈簧的作用下恢復(fù)到常開狀態(tài)。

2.5 控制電路接口設(shè)計

在本文中單片機P3.2 跟紅外信號IRD 連接、P3.3 與光線檢測信號OUT 連接、P2.0 與窗簾頂端行程開關(guān)S1 連接、P2.1 與窗簾底端行程開關(guān)S2 連接，P1.0、P1.2、P1.3、P1.4 與電機驅(qū)動器ULN2003的A，B，C，D 數(shù)據(jù)端連接。實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的完整連接。連接電路圖如圖5 所示。

圖5 行程開關(guān)

3 軟件實現(xiàn)及聯(lián)合調(diào)試

系統(tǒng)軟件設(shè)計首先對外部中斷和定時器中斷進行初始化。然后進行紅外處理，調(diào)用紅外處理模塊和光線檢測模塊對標志位進行判斷。根據(jù)標志位Flag 的狀態(tài)來判斷電機狀態(tài)，F(xiàn)lag1，4 為正轉(zhuǎn)，F(xiàn)lag3，5 為反轉(zhuǎn)，F(xiàn)lag0 為停止。正轉(zhuǎn)則按正轉(zhuǎn)相序:A→AB→B→BC→C→CD→D→DA 輸出，反轉(zhuǎn)則按反轉(zhuǎn)相序:A→DA→D→CD→C→BC→B→AB 輸出，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)運行。整個系統(tǒng)的流程圖如圖6所示。將調(diào)試好的程序下載到硬件系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，如圖7 所示。系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行，實現(xiàn)了窗簾的上升、下降等智能控制。

圖6 主程序流程圖

圖7 實物調(diào)試圖

4 結(jié) 語

用步進電動機控制的智能電動窗簾目前還比較少且價格較高。本文利用步進電動機的特點，結(jié)合達林頓管的特性，實現(xiàn)了智能窗簾控制。實驗結(jié)果表明:該設(shè)計功耗小，電機運行平穩(wěn)，能夠完整實現(xiàn)對窗簾的智能控制且噪聲小，轉(zhuǎn)矩波動小，效率高，非常適合智能窗簾在國內(nèi)市場的普及。

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