基于單片機的自動窗簾設(shè)計

陳峰

（江蘇商貿(mào)職業(yè)學院，江蘇南通，226011）

0 引言

目前家庭居住環(huán)境的采光及避光問題主要采用的是手動開閉窗簾，手動開閉不僅費力而且很多方面不夠人性化，會對用戶造成一定的困擾。為了解決這些問題，本文設(shè)計了基于單片機的自動窗簾控制系統(tǒng)，具有以下特點：可以實現(xiàn)光照控制、定時控制和藍牙控制三種工作模式，光照控制模式下根據(jù)光照強度實現(xiàn)窗簾自動開閉，定時控制模式下能根據(jù)設(shè)定的時間實現(xiàn)窗簾自動開閉，藍牙控制模式下可利用手機遠程遙控功能實現(xiàn)窗簾開閉，給用戶帶來很大的方便。

1 總體設(shè)計

自動窗簾控制系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示，由單片機最小系統(tǒng)、光照強度檢測電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、實時時鐘電路、LCD1602液晶顯示電路、按鍵模塊和藍牙模塊等共同組成。

圖1 自動窗簾控制設(shè)計框圖

2 硬件設(shè)計

自動窗簾控制系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，單片機根據(jù)系統(tǒng)的工作模式，通過獲取光照強度、當前時間來控制電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)窗簾的開閉，按鍵模塊用于設(shè)置窗簾開閉時間和光照強度上下限閾值，手機APP通過藍牙模塊與單片機進行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)工作模式的切換和藍牙控制模式下窗簾的開閉。

圖2 自動窗簾控制系統(tǒng)電路原理圖

■2.1 單片機最小系統(tǒng)

設(shè)計中采用STC89C52RC單片機作為系統(tǒng)核心，由電源、時鐘電路、按鍵復位電路構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，控制協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)的運行。

■ 2.2 光照采集模塊

光照采集模塊主要由光敏電阻、ADC0831芯片組成。光照采集模塊利用光敏電阻采集光照強度，光敏電阻檢測到光照強度的變化，將電阻變化值轉(zhuǎn)化為電壓變化值，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0831將電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)絾纹瑱C進行處理，從而實現(xiàn)光照控制模式下窗簾開閉的控制。

■ 2.3 實時時鐘電路

實時時鐘電路主要用于定時工作模式，DS1302是單片機系統(tǒng)中常用的日歷時鐘芯片。該芯片可提供秒、分、時、日、月、星期和年信息。DS1302與單片機之間能方便地采用同步串行的方式進行通信。通過時鐘電路計時，系統(tǒng)根據(jù)計時時間和設(shè)置定時時間進行比較控制窗簾的開閉。

■2.4 LCD1602液晶模塊

采用1602液晶顯示器實時顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和設(shè)置狀態(tài)信息，系統(tǒng)工作時液晶實時顯示系統(tǒng)工作模式和當前光照強度、當前時間；設(shè)置狀態(tài)時液晶顯示如圖3和圖4所示，實時顯示相應(yīng)的設(shè)置參數(shù)信息。

圖3 設(shè)置定時時間液晶顯示界面

圖4 設(shè)置光照上下限液晶顯示界面

■ 2.5 按鍵設(shè)置電路

采用3個獨立按鍵來設(shè)置窗簾開閉時間和光照強度上下限閾值，其中設(shè)置按鍵K1用于工作狀態(tài)、時間設(shè)置、光照設(shè)置的切換，按鍵K2用于在設(shè)置狀態(tài)下，對應(yīng)設(shè)置的參數(shù)加1。按鍵K3用于在設(shè)置狀態(tài)下，對應(yīng)設(shè)置的參數(shù)減1。

■ 2.6 電機模塊

單片機根據(jù)光照強度、設(shè)定時間或者遠程遙控調(diào)節(jié)直流電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的自動開閉。采用8個晶體管接成復合管構(gòu)成電機的驅(qū)動電路。當A=0，C=1時，VT1、VT2及VT7、VT8導通，電機正轉(zhuǎn)；當A=1，C=0時，VT3、VT4及VT5、VT6導通，電機反轉(zhuǎn)。

■ 2.7 藍牙模塊

采用HC-06藍牙模塊，可方便地與手機等智能終端的藍牙設(shè)備相連，實現(xiàn)兩個模塊之間通信。由于HC-06模塊支持UART接口，因此將HC-06的TX、RX分別和單片機的RXD、TXD，通電后即可進行二者之間的串口通信。通過手機藍牙串口APP的手機發(fā)出相應(yīng)的指令來實現(xiàn)光控模式、定時模式和藍牙模式切換以及藍牙模式下遠程遙控電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)窗簾開閉。

■ 2.8 限位開關(guān)

利用兩個限位開關(guān)實現(xiàn)全開點、全關(guān)點電機自動停止來防止窗簾電機過度轉(zhuǎn)動而造成窗簾損壞。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)自動窗簾控制系統(tǒng)的功能，軟件設(shè)計主要的工作是采集當前光照強度和時間，并根據(jù)工作模式實現(xiàn)窗簾打開和關(guān)閉的智能化控制。

■ 3.1 主流程圖

系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程圖如圖5所示，先進行串行口和LCD1602液晶初始化，然后讀取當前時間和光照強度，通過掃描按鍵執(zhí)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置功能，根據(jù)不同工作模式，對窗簾進行控制，并通過LCD1602液晶實時顯示相關(guān)信息。

圖5 主程序流程圖

串行口中斷服務(wù)程序流程圖如圖6所示，主要用于接收手機藍牙APP發(fā)送的數(shù)據(jù)SBUF，并根據(jù)SBUF的內(nèi)容設(shè)置系統(tǒng)的工作模式、藍牙模式下電機正反轉(zhuǎn)和停止。藍牙串口APP界面如圖7所示，通過按鍵編輯器設(shè)置每個按鈕發(fā)送的字符。6個按鈕對應(yīng)的字符如表1所示。

圖6 串行口中斷服務(wù)程序流程圖

圖7 藍牙APP界面

表1 按鈕對應(yīng)發(fā)送字符

■3.2 讀取信息子程序

主要由讀取當前時間和光照強度組成。系統(tǒng)啟動后，單片機從DS1302時鐘芯片獲取時間，通過A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理進行光照強度的采集。

■3.3 按鍵檢測子程序

按鍵檢測控制程序主要進行窗簾開啟、關(guān)閉時間和光照上下限閾值的設(shè)置，其流程圖如圖8所示。變量flag用于表示系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)，變量flag對應(yīng)的設(shè)置狀態(tài)如表2所示。

圖8 按鍵檢測子程序流程

表2 變量flag對應(yīng)的設(shè)置狀態(tài)

■3.4 液晶顯示子程序

顯示子程序主要根據(jù)變量flag值顯示系統(tǒng)的工作或設(shè)置狀態(tài)的信息。當flag=0時為工作狀態(tài)顯示界面，實時顯示系統(tǒng)的工作模式、光照強度和當前時間；當flag <5時顯示設(shè)置時間顯示界面；當flag<7時顯示設(shè)置光照強度界面。

■3.5 光照控制和定時控制子程序

當MODE=0時為光照控制模式，當光照強度低于光照下限閾值時，電機正轉(zhuǎn)，窗簾開啟到開限位時電機停止；當光照強度高于光照上限閾值時，電機反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉到關(guān)限位時電機停止。

當MODE=1時為定時控制模式，當前時間大于窗簾開啟時間時，電機正轉(zhuǎn)，窗簾開啟到開限位時電機停止；當前時間大于窗簾關(guān)閉時間時，電機反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉到關(guān)限位時電機停止。

4 仿真調(diào)試

利用KEIL軟件與PROTEUS軟件進行聯(lián)合仿真調(diào)試，使用AT89C51代替STC89C52。仿真時通過串口模擬藍牙，系統(tǒng)仿真效果如圖9所示，LCD1602液晶第一行顯示當前工作模式為光照模式，當前光照為60%；第二行實時顯示時間。通過改變光敏電阻（LDR1）中燈的位置改變光強，觀察電機是否轉(zhuǎn)動。采用串口調(diào)試助手發(fā)送相應(yīng)控制字符觀察能否進行工作模式的切換，并測試定時模式和藍牙模式系統(tǒng)是否正常工作。

圖9 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

5 結(jié)語

自動窗簾控制系統(tǒng)有光照控制、定時控制和藍牙控制三種工作模式，通過手機藍牙串口APP來實現(xiàn)工作模式切換。在光照控制模式下，窗簾開閉由當前光照強度控制，高于設(shè)定上限閾值就關(guān)窗簾，低于設(shè)定下限閾值則開窗簾系統(tǒng)；在定時控制模式下，當計時時間和預設(shè)的定時時間一致時進行控制窗簾開閉；在藍牙控制模式下，系統(tǒng)通過HC-06藍牙模塊接收數(shù)據(jù)，來控制窗簾開閉。該系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)窗簾，能夠一定程度上滿足了人們對于智能家居的需求，方便人們的生活，具有一定的應(yīng)用價值。