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(duì)生活水平質(zhì)量的要求。設(shè)計(jì)了一種基于STC90C516RD單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集手動(dòng)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(kāi)合速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的半自動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。該系統(tǒng)具有成本低廉、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)窗簾功能單一，智能化程度不高的缺點(diǎn)，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(jià)值和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：智能窗簾 單片機(jī) 紅外遙控 光控

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(shí)代的到來(lái)，智能化家居控制系統(tǒng)越來(lái)越多的出現(xiàn)在人們的日常生活中，給人們帶來(lái)了安全、方便、舒適的生活環(huán)境，家居環(huán)境也因此越來(lái)越成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。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(duì)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(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種以STC90C

516RD單片機(jī)為控制核心，集手動(dòng)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(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)和自動(dòng)兩種模式的控制方式。半自動(dòng)模式下，可以通過(guò)人工操作機(jī)械按鍵實(shí)現(xiàn)窗簾的任意開(kāi)合；自動(dòng)模式下既可以通過(guò)紅外遙控操作來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的任意開(kāi)合，也可以通過(guò)光敏電阻感應(yīng)外界光照的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)控制窗簾開(kāi)合。在控制窗簾的開(kāi)合的同時(shí)，根據(jù)人們的不同需求，可以通過(guò)機(jī)械按鍵和紅外遙控按鍵來(lái)改變窗簾開(kāi)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(diǎn)，而且可以滿足不同環(huán)境場(chǎng)合的需求。

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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(qiáng)干擾/高速/低功耗的單片機(jī)STC90C516RD為核心，由鍵盤(pán)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等外圍電路組合而成。系統(tǒng)的被控對(duì)象為步進(jìn)電機(jī)，窗簾的開(kāi)合由步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)。通過(guò)紅外遙控器和機(jī)械按鍵發(fā)出信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止與開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，即窗簾的開(kāi)合，還能夠控制窗簾開(kāi)合的速度。同時(shí)，根據(jù)用戶需求可以開(kāi)啟或關(guān)閉光控功能，通過(guò)光敏電阻感知外界光強(qiáng)，窗簾能夠自動(dòng)開(kāi)合。顯示模塊可用來(lái)顯示窗簾速度的等級(jí)和窗簾開(kāi)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(duì)應(yīng)的二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)，接收裝置將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)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(jìn)制數(shù)字信號(hào)后輸出[8-10]。

紅外接收裝置連接到單片機(jī)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(dòng)作的三個(gè)速度等級(jí)“10”“20”和“00”，按下按鍵2，窗簾停止動(dòng)作。當(dāng)紅外遙控有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)就會(huì)接收到信號(hào)，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)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(qiáng)弱發(fā)生變化，其端電壓也隨之變化，再通過(guò)PCF8591 AD轉(zhuǎn)換芯片，將光敏電阻的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，寫(xiě)入24C02存儲(chǔ)器中，通過(guò)I2C總線協(xié)議與單片機(jī)之間進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。

總線接口SCL與SDA分別接單片機(jī)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(jìn)電機(jī)會(huì)根據(jù)光敏電阻接收到外界光的強(qiáng)度進(jìn)行動(dòng)作，當(dāng)光強(qiáng)的時(shí)候，窗簾自動(dòng)拉開(kāi)，光暗的時(shí)候，窗簾自動(dòng)閉合[11-12]。硬件連接如圖4所示。

1.4 步進(jìn)電機(jī)模塊

選用4相5線步進(jìn)電機(jī)，勵(lì)磁方式采用的是1～2相勵(lì)磁方式，即1相和2相輪流交替導(dǎo)通，每送一個(gè)勵(lì)磁信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)1/2標(biāo)稱角度，這種勵(lì)磁方式精度較高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑。由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流較小，不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)勢(shì)不能充分的展現(xiàn)出來(lái)，因此使用ULN2003達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)，為步進(jìn)電機(jī)提供較大的扭力，從而使電機(jī)能夠穩(wěn)定的工作[5-7]。步進(jìn)電機(jī)模塊的硬件設(shè)計(jì)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(jī)的P10～P13管腳上。步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)相當(dāng)于閉合窗簾，反轉(zhuǎn)相當(dāng)于拉開(kāi)窗簾。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件程序在KeilμVision4的開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用C語(yǔ)言進(jìn)行編譯，利用了模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的軟件主要由主程序、顯示程序、機(jī)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(gè)子程序之間的聯(lián)系任務(wù)，主程序是無(wú)限循環(huán)，初始化單片機(jī)的相關(guān)功能模塊，利用子程序中設(shè)定的機(jī)械按鍵和紅外遙控器按鍵以及光強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的model數(shù)值，在主程序中分別進(jìn)行調(diào)用，巡回檢測(cè)控制信號(hào)，判斷電機(jī)動(dòng)作形式，從而分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)按鍵的功能。主程序流程圖如圖5所示。步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)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(guò)來(lái)編寫(xiě)，通過(guò)控制每相之間的延時(shí)時(shí)間來(lái)進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，延時(shí)越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速越慢，延時(shí)越短，轉(zhuǎn)速越快。紅外遙控器發(fā)出的信號(hào)作為單片機(jī)的中斷信號(hào)，當(dāng)程序初始化完畢以后，對(duì)P32口進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，若有脈沖發(fā)出，則進(jìn)行解碼，并根據(jù)編碼進(jìn)行電機(jī)相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)打開(kāi)光控功能按鍵后，光敏電阻檢測(cè)環(huán)境亮度，設(shè)置正常光線的初始值，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果與初始值比較，窗簾實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)合。

3 試驗(yàn)研究

在自然光條件下進(jìn)行試驗(yàn)，硬件連接和軟件編譯無(wú)誤，且單片機(jī)上電后，通過(guò)控制單片機(jī)機(jī)械按鍵，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)（即窗簾的開(kāi)合）和轉(zhuǎn)速，通過(guò)紅外遙控器，也可以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)（即窗簾的開(kāi)合）和轉(zhuǎn)速。打開(kāi)光感功能開(kāi)關(guān)，通過(guò)打燈和用遮光片遮住光敏電阻來(lái)改變光線的強(qiáng)弱，光敏電阻感知后即可自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)合。同時(shí)，數(shù)碼管能夠正常的顯示窗簾的三個(gè)速度等級(jí)“00”“10”“20”即窗簾開(kāi)合的動(dòng)作速度，以及窗簾開(kāi)合的狀態(tài)“0”和“1”。試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖6所示。通過(guò)試驗(yàn)可以看出，本系統(tǒng)運(yùn)行一切正常，并且穩(wěn)定性好，控制簡(jiǎn)單方便。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾智能化，系統(tǒng)集手動(dòng)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(kāi)合速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的半自動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，智能窗簾控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和實(shí)用性，并且更加人性化，在各個(gè)方面都比較適合現(xiàn)在市場(chǎng)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(jìn)行外圍擴(kuò)展，以滿足人們新的需求。

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