基于單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計

鄧嘉卿 金鑫

摘 要：隨著智能化家居產(chǎn)品的產(chǎn)生與廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)窗簾已經(jīng)不能滿足人們對生活水平質(zhì)量的要求。設(shè)計了一種基于STC90C516RD單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集手動控制、紅外遙控以及光控為一體，并可根據(jù)需求調(diào)節(jié)窗簾開合速度，實現(xiàn)對窗簾的半自動控制和自動控制功能。該系統(tǒng)具有成本低廉、抗干擾能力強、靈敏度高等特點，克服了傳統(tǒng)窗簾功能單一，智能化程度不高的缺點，能夠?qū)嶋H應(yīng)用在百葉窗等一系列窗簾的控制中，具有一定的推廣價值和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能窗簾 單片機 紅外遙控 光控

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0103-04

Design of Intelligent Curtain Controller Based on the Microcontroller

Deng Jiaqing1 Jin Xin2

（1.School of Mechanical Electronic & Information Engineering，China University of Mining & Technology，Beijing，100083； 2.School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing，100081，China）

Abstract：Due to the emergence and wide use of intelligent household products，conventional curtains can no longer meet peoples increasing demand for higher quality life.Accordingly，an intelligent curtain control system，based on microcontroller STC90C516RD，is designed in this paper.Integrated with manual control，infrared remote control and light control as a whole，the system can be used to adjust opening-closing speed of a curtain on request，and achieve the functions of semi-automatic and automatic control at the same time.Compared with the traditionally single-functioned curtains with low level of intelligence，the system also has the features of low cost，strong anti-interference capacity and high sensitivity.With high promotion value and broad application prospects， the system will have practical application in the control of a series of curtains.

Key Words：Intelligent curtain；Microcontroller；Infrared remote control；Light control

伴隨著信息化時代的到來，智能化家居控制系統(tǒng)越來越多的出現(xiàn)在人們的日常生活中，給人們帶來了安全、方便、舒適的生活環(huán)境，家居環(huán)境也因此越來越成為人們關(guān)注的熱點。而窗簾是我們家居環(huán)境中必不可少的，但是傳統(tǒng)的窗簾需要繁瑣的操作，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生活品質(zhì)的要求，于是人們對家居環(huán)境提出了更高的要求，具有智能化的窗簾控制系統(tǒng)擁有廣泛的應(yīng)用前景[1-4]。

針對以上問題，設(shè)計了一種以STC90C

516RD單片機為控制核心，集手動控制、紅外遙控以及光感控制為一體的智能窗簾控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了半自動和自動兩種模式的控制方式。半自動模式下，可以通過人工操作機械按鍵實現(xiàn)窗簾的任意開合；自動模式下既可以通過紅外遙控操作來實現(xiàn)窗簾的任意開合，也可以通過光敏電阻感應(yīng)外界光照的強弱來自動控制窗簾開合。在控制窗簾的開合的同時，根據(jù)人們的不同需求，可以通過機械按鍵和紅外遙控按鍵來改變窗簾開合的速度，更加的人性化。智能控制不僅克服了傳統(tǒng)窗簾功能單一，操作繁瑣、智能化程度不高的缺點，而且可以滿足不同環(huán)境場合的需求。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 硬件系統(tǒng)的基本組成

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)選取的是STC推出的新一代超強干擾/高速/低功耗的單片機STC90C516RD為核心，由鍵盤電路、數(shù)碼管顯示電路、紅外收發(fā)電路、光敏電阻、AD轉(zhuǎn)換電路以及步進電機驅(qū)動電路等外圍電路組合而成。系統(tǒng)的被控對象為步進電機，窗簾的開合由步進電機來帶動。通過紅外遙控器和機械按鍵發(fā)出信號來控制電機的正反轉(zhuǎn)、停止與開始運轉(zhuǎn)，即窗簾的開合，還能夠控制窗簾開合的速度。同時，根據(jù)用戶需求可以開啟或關(guān)閉光控功能，通過光敏電阻感知外界光強，窗簾能夠自動開合。顯示模塊可用來顯示窗簾速度的等級和窗簾開合狀態(tài)。

1.2 紅外控制模塊

紅外控制模塊由紅外發(fā)射裝置和紅外接收設(shè)備兩部分組成。本系統(tǒng)是選用TC9012芯片制成的紅外遙控器作為紅外發(fā)射裝置，1308紅外一體化接收作為紅外接收裝置。按下紅外遙控按鍵，將相對應(yīng)的二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號，接收裝置將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路就行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出[8-10]。

紅外接收裝置連接到單片機的P32口，即外部中斷0口。紅外遙控器按鍵1、3、4分別表示窗簾動作的三個速度等級“10”“20”和“00”，按下按鍵2，窗簾停止動作。當紅外遙控有按鍵按下的時候，單片機就會接收到信號，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。硬件連接如圖3所示。

1.3 智能光控模塊

智能光控模塊，由光敏電阻和A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。光敏電阻的阻值根據(jù)光線的強弱發(fā)生變化，其端電壓也隨之變化，再通過PCF8591 AD轉(zhuǎn)換芯片，將光敏電阻的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，寫入24C02存儲器中，通過I2C總線協(xié)議與單片機之間進行讀寫數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)動作。

總線接口SCL與SDA分別接單片機P20和P21管腳。選擇AD0通道，并與光敏電阻相連，即J31（AD0）與J7（RG1）相連。步進電機會根據(jù)光敏電阻接收到外界光的強度進行動作，當光強的時候，窗簾自動拉開，光暗的時候，窗簾自動閉合[11-12]。硬件連接如圖4所示。

1.4 步進電機模塊

選用4相5線步進電機，勵磁方式采用的是1～2相勵磁方式，即1相和2相輪流交替導(dǎo)通，每送一個勵磁信號轉(zhuǎn)動1/2標稱角度，這種勵磁方式精度較高，且運轉(zhuǎn)平滑。由于單片機的驅(qū)動電流較小，不能直接用來驅(qū)動步進電機，優(yōu)勢不能充分的展現(xiàn)出來，因此使用ULN2003達林頓陣列驅(qū)動，為步進電機提供較大的扭力，從而使電機能夠穩(wěn)定的工作[5-7]。步進電機模塊的硬件設(shè)計如圖2所示，其中一根線接電源VCC，其余4根接到芯片ULN2003上輸出端口，芯片ULN2003中的輸入端口2～5管腳連接到單片機的P10～P13管腳上。步進電機正轉(zhuǎn)相當于閉合窗簾，反轉(zhuǎn)相當于拉開窗簾。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件程序在KeilμVision4的開發(fā)環(huán)境下使用C語言進行編譯，利用了模塊化設(shè)計思想，系統(tǒng)的軟件主要由主程序、顯示程序、機械按鍵程序、紅外遙控控制程序、光感控制程序等幾部分組成。主程序主要完成初始化操作以及各個子程序之間的聯(lián)系任務(wù)，主程序是無限循環(huán)，初始化單片機的相關(guān)功能模塊，利用子程序中設(shè)定的機械按鍵和紅外遙控器按鍵以及光強數(shù)字信號的model數(shù)值，在主程序中分別進行調(diào)用，巡回檢測控制信號，判斷電機動作形式，從而分別實現(xiàn)各個按鍵的功能。主程序流程圖如圖5所示。步進電機的動作控制令1相2相輪流交替導(dǎo)通，正反轉(zhuǎn)控制即把導(dǎo)通順序顛倒過來編寫，通過控制每相之間的延時時間來進行電機調(diào)速，延時越長，轉(zhuǎn)速越慢，延時越短，轉(zhuǎn)速越快。紅外遙控器發(fā)出的信號作為單片機的中斷信號，當程序初始化完畢以后，對P32口進行實時檢測，若有脈沖發(fā)出，則進行解碼，并根據(jù)編碼進行電機相應(yīng)的動作。當打開光控功能按鍵后，光敏電阻檢測環(huán)境亮度，設(shè)置正常光線的初始值，根據(jù)檢測結(jié)果與初始值比較，窗簾實現(xiàn)自動開合。

3 試驗研究

在自然光條件下進行試驗，硬件連接和軟件編譯無誤，且單片機上電后，通過控制單片機機械按鍵，可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)（即窗簾的開合）和轉(zhuǎn)速，通過紅外遙控器，也可以實現(xiàn)控制電機的正反轉(zhuǎn)（即窗簾的開合）和轉(zhuǎn)速。打開光感功能開關(guān)，通過打燈和用遮光片遮住光敏電阻來改變光線的強弱，光敏電阻感知后即可自動控制窗簾的開合。同時，數(shù)碼管能夠正常的顯示窗簾的三個速度等級“00”“10”“20”即窗簾開合的動作速度，以及窗簾開合的狀態(tài)“0”和“1”。試驗測試結(jié)果如圖6所示。通過試驗可以看出，本系統(tǒng)運行一切正常，并且穩(wěn)定性好，控制簡單方便。

4 結(jié)語

本設(shè)計利用單片機來實現(xiàn)窗簾智能化，系統(tǒng)集手動控制、紅外遙控以及光控為一體，并可根據(jù)需求調(diào)節(jié)窗簾開合速度，實現(xiàn)對窗簾的半自動控制和自動控制功能。從試驗結(jié)果來看，智能窗簾控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和實用性，并且更加人性化，在各個方面都比較適合現(xiàn)在市場的需求，具有很好的發(fā)展。該系統(tǒng)可以按照人們的需求進行外圍擴展，以滿足人們新的需求。

參考文獻

[1]何康旭，張婧婧.基于單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代計算機：專業(yè)版，2012（36）：75-78.

[2]孫勇，楊文月，趙余新.自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2010（13）：15-17.

[3]歐陽宇軒.智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（15）：194.

[4]莊淵昭.實用智能窗簾機的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（4）：181-183.

[5]魏雅.基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)的研究[J].電子設(shè)計工程，2013，21（18）：

156-157，160.

[6]閔次凡.基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)研究[J].價值工程，2013，32（18）：51-53.

[7]趙曉光，李建初.基于AT89C52單片機的步進電機控制系統(tǒng)研究[J].硅谷，2013

（3）：80-81.

[8]任晉婷.基于單片機的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界，2013（24）：36-37.

[9]盧進軍.基于單片機的紅外遙感電機控制[J].電子設(shè)計工程，2013，21（4）：110-112，115.

[10]令朝霞.一種紅外遙控式步進電機控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子元器件應(yīng)用，2012，14（10）：50-53.

[11]孫勤.基于單片機的光控窗簾設(shè)計[J].微型機與應(yīng)用，2012，31（7）：32-34，37.

[12]王俊濤，何川，姚建云，等.光控自動窗簾軌設(shè)計[J].實驗科學(xué)技術(shù)，2013（3）：184-187.