基于AT89C52的智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計

穆鵬飛　張萍　馬如海

摘 要： 針對家居環(huán)境采光及避光問題，自動窗簾控制將取代手動控制，更加人性化。本智能窗簾控制系統(tǒng)以AT89C52為控制核心，集溫度控制、光照強(qiáng)度控制、LCD顯示、紅外遙控為一體，實現(xiàn)了通過光照強(qiáng)度、溫度檢測、紅外遙控控制窗簾的開閉，很好地解決了普通窗簾的控制問題，方便了人們的生活，滿足了人們提高生活品質(zhì)的需求。

關(guān)鍵詞： AT89C52 智能窗簾控制 紅外遙控

21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。正是因為通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)等的迅猛發(fā)展與提高，影響到了人們生活的各個方面，改變了生活習(xí)慣，提高了人們的生活質(zhì)量，家居智能化也應(yīng)運(yùn)而生。作為智能家居的一個重要組成部分，智能窗簾控制系統(tǒng)在家居、大型會議等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[1]。本設(shè)計主要針對目前生活中使用的普通窗簾所無法解決的現(xiàn)實問題，在普通窗簾上安裝傳動系統(tǒng)，并以傳感器控制系統(tǒng)為核心，構(gòu)成條件感應(yīng)、信息分析、電路控制、機(jī)械傳動的一體化，以實現(xiàn)窗簾開啟和關(guān)閉的智能化，讓窗簾具備識別室外光線、溫度的變化并隨之自動關(guān)閉和較遠(yuǎn)距離遙控的功能，讓人們的生活更便捷、更有效。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

本智能窗簾控制系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為控制核心，由電源模塊、光敏感應(yīng)模塊、溫度檢測模塊、紅外遙控模塊等組成，與此同時可外擴(kuò)一些其他的控制功能。系統(tǒng)可以實現(xiàn)對外界光線強(qiáng)度的實時監(jiān)測，從而來控制窗簾的自動開啟和關(guān)閉，并可對室內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測和顯示，可由用戶設(shè)定溫度閾值，當(dāng)實際的溫度超過或低于設(shè)定溫度后，通過窗簾的開閉，使室內(nèi)的光線和溫度達(dá)到一個較理想的條件。為了體現(xiàn)人性化，本設(shè)計通過紅外線的發(fā)送和接收，可根據(jù)用戶的意愿實現(xiàn)對窗簾開閉的遠(yuǎn)距離遙控。本系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路包括有單片機(jī)及相關(guān)電路、光敏傳感器電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、溫度檢測電路、步進(jìn)電機(jī)電路、紅外控制電路等。單片機(jī)外圍電路提供各模塊所需5V電源；信號檢測后的是模擬信號，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號給單片機(jī)；單片機(jī)的P2口控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，從而控制窗簾的升降。

2.1單片機(jī)及相關(guān)電路設(shè)計

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

2.1.1晶振電路

單片機(jī)必須在時鐘的驅(qū)動下才能進(jìn)行工作。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機(jī)內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度，如圖2所示。本設(shè)計外接12MHZ晶振源，電路中兩個電容采用30pF。這兩個電容的作用一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)作用。

2.1.2復(fù)位電路

復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需要給單片機(jī)的復(fù)位引腳RST加上大于兩個機(jī)器周期的高電平就可以使單片機(jī)復(fù)位[2]。復(fù)位時，單片機(jī)初始化為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行錯誤或操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也需要復(fù)位鍵使RST引腳為高電平，重新啟動。復(fù)位電路圖如圖3所示。

2.1.3顯示電路

在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器具有體積小、重量輕、功耗低、顯示質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)[3]，本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示模塊。

2.1.4電源電路

單片機(jī)工作需要使用5V電壓，因此需要給單片機(jī)設(shè)計電源電路。本系統(tǒng)采用了獨(dú)立電源設(shè)計。整流橋?qū)⒔涣麟娬鞒芍绷麟姡?jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓電路，選用三端穩(wěn)壓管7805輸出+5V電壓為單片機(jī)AT89C52提供工作電源。

2.2光敏傳感器電路

智能窗簾要根據(jù)光照的情況而自動開關(guān)窗簾，因而需要使用到光電傳感器。本設(shè)計采用光敏電阻。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件[4]。光敏電阻在外界光線強(qiáng)度的變化下，阻值產(chǎn)生變化，使得輸出電壓產(chǎn)生變化。變化的電壓信號傳送到A/D轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而輸入單片機(jī)處理器。經(jīng)過處理器的運(yùn)算與處理，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到窗簾開閉的目的。

2.3A/D轉(zhuǎn)化電路

A/D轉(zhuǎn)化電路的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。本設(shè)計采用PCF8591芯片。PCF8591是一個單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8位CMOS數(shù)據(jù)獲取器件[5]。具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行IC總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0、A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個IC總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。

2.4溫度檢測電路

采用溫度傳感器DS18B20采集室內(nèi)的溫度值，通過DQ引腳將檢測到的溫度信息輸出并傳送給單片機(jī)[6]，并由LCD顯示器顯示當(dāng)前的溫度。其中，溫度的閾值可由用戶通過紅外線遙控設(shè)定。當(dāng)室內(nèi)溫度超過或低于設(shè)定值時，伴隨有電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

2.5步進(jìn)電機(jī)電路

步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)，常作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。由于其輸入信號是脈沖電壓，輸出角位移是斷續(xù)的，即每輸入一個電脈沖信號，轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步，因此叫做步進(jìn)電機(jī)[7]。為了實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡易運(yùn)動控制，一般以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的微處理器，通過步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片實現(xiàn)電機(jī)的速度和位置定位控制。

2.6紅外遙控電路

利用HT6221芯片組成的遙控器發(fā)射紅外信號，接收頭接收后先解碼，并用LCD顯示每個按鍵對應(yīng)的用戶碼值。利用遙控器上的按鍵，軟件中設(shè)置供用戶隨時控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序，實現(xiàn)可在任意時刻控制窗簾的開閉；另外，在進(jìn)入溫度設(shè)定模式下，紅外遙控可以設(shè)置初始的溫度值。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)編程采用C語言的模塊化設(shè)計思想，降低了軟件設(shè)計復(fù)雜性。在程序中定義頭文字和子程序，用主程序調(diào)用子程序的方法實現(xiàn)系統(tǒng)的信息采集、處理和電機(jī)的轉(zhuǎn)動。主程序的流程是：早晨陽光較強(qiáng)，光敏電阻呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于接入單片機(jī)為低電平，通過程序控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，打開窗簾；晚上光線較弱，相當(dāng)于接入單片機(jī)為高電平，通過程序控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉窗簾；單片機(jī)輸出停止時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。子程序包括：光敏傳感程序、溫度檢測程序、紅外遙控程序、LCD顯示程序、步進(jìn)電機(jī)控制程序等。

4.結(jié)語

該設(shè)計通過控制電路與軟件程序的協(xié)調(diào)組成了智能窗簾控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了光照強(qiáng)度、溫度和紅外遙控對窗簾的自動調(diào)控。軟件模塊化編程提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，便于后期開發(fā)。實驗測試表明，該智能窗簾控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，成本低，易于擴(kuò)展。采用紅外遙控，使得系統(tǒng)應(yīng)用更智能、方便。因此，本控制系統(tǒng)在生活、辦公等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在智能家居及大型場所方面應(yīng)用前景更廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]安森，張彥航，崔文華.基于凌陽61單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微處理機(jī)，2012.2.

[2]王欣飛，謝龍漢，謝鋒然.51單片機(jī)原理與程序設(shè)計.清華大學(xué)出版社，2014.

[3]陳朝大，李杏彩.單片機(jī)原理與應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[4]王雅芳.傳感器原理與使用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[5]王靜霞.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（第2版）.電子工業(yè)出版社，2014.

[6]何應(yīng)俊，曾祥云.51單片機(jī)C語言編程.機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[7]謝衛(wèi).控制電機(jī).中國電力出版社，2013.