史帛加 鄭琳 胡丹 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易家用遙控窗簾的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

史帛加 鄭琳 胡丹 沈陽(yáng)工學(xué)院信息與控制學(xué)院

對(duì)于普通家庭居住環(huán)境的采光及避光問(wèn)題，主要采用的是人工手動(dòng)開(kāi)閉窗簾的方式，手動(dòng)開(kāi)閉不僅費(fèi)力而且在很多方面不夠人性化，及其可能對(duì)用戶造成一定的困擾，然而窗簾控制系統(tǒng)可以很好的解決這些問(wèn)題。本文通過(guò)研究普通家庭的一些日常生活需求，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易家用遙控窗簾。自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要由光照傳感電路、系統(tǒng)控制模塊電路、電源轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)控制電路、鍵盤以及顯示電路等組成，通過(guò)本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用光照強(qiáng)度以及用紅外遙控器來(lái)控制窗簾開(kāi)閉，本文重點(diǎn)討論了窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、硬件選用和軟件調(diào)試等問(wèn)題。

單片機(jī) 紅外線 感光 控制 自動(dòng)

1 硬件部分設(shè)計(jì)

21世紀(jì)是信息技術(shù)時(shí)代，知識(shí)與科技不斷地發(fā)展，智能化也得到巨大的發(fā)展，在生活中的應(yīng)用越來(lái)越多。智能控制系統(tǒng)在通信、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、智能控制等技術(shù)的迅速發(fā)展，家庭生活大多實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化與智能化。

通過(guò)分析人們對(duì)自動(dòng)窗簾控制功能的需求，對(duì)家用遙控窗簾控制系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。用按鍵控制窗簾的開(kāi)關(guān)，還可根據(jù)實(shí)時(shí)的光照強(qiáng)度自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾的功能。用光敏電阻檢測(cè)光，電路板上有按鍵和指示燈，顯示窗簾所展現(xiàn)出來(lái)的對(duì)應(yīng)狀態(tài)。各電路模塊的配合，家用簡(jiǎn)易遙控窗簾系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。

窗簾是每個(gè)家庭生活必備品，與傳統(tǒng)窗簾不同，現(xiàn)有的電動(dòng)窗簾基本可以利用遠(yuǎn)程遙控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)。但某些設(shè)計(jì)還不能適應(yīng)人們的需求，為此設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的窗簾。

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)控制方式：

（1）手動(dòng)控制：根據(jù)用戶的需求，用按鍵操控窗簾的開(kāi)關(guān)。

（2）自動(dòng)控制：根據(jù)用戶設(shè)定的光照值，用光敏元件檢測(cè)光照。

系統(tǒng)硬件部分由芯片電路、晶振電路、復(fù)位模塊、鍵盤模塊、LED指示燈、光敏傳感器、紅外線接收器、步進(jìn)電機(jī)、電子開(kāi)關(guān)和電源電路等部分組成。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器，低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。晶振指石英晶體震蕩器，有良好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾能力，作用是產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率和振蕩電流。復(fù)位電路主要功能是使單片機(jī)初始化，初始化的過(guò)程中在復(fù)位引腳上加上高電平，復(fù)位電路提供復(fù)位信號(hào)，待系統(tǒng)電源穩(wěn)定，撤銷復(fù)位信號(hào)。除紅外線遙控器的按鍵外，覆銅板上也有兩個(gè)按鍵，一個(gè)控制手動(dòng)和自動(dòng)的切換，另一個(gè)為手動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾。指示燈顯示當(dāng)前工作方式與窗簾的工作狀態(tài)。光敏電阻阻值在光照射下快速減小，屬半導(dǎo)體光敏器件，靈敏度高，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是機(jī)電元件，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的角位移或線位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

本設(shè)計(jì)使用紅外線遙控技術(shù)，HS38B是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，它的主要功能包括放大、選頻、解調(diào)幾大部分。中心頻率為38．0kHz，接收器對(duì)外只有3個(gè)引腳分別是OUT、GND、VCC。紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，十分容易引起干擾，所以在接收頭的供電腳上必須加濾波電容。

2 軟件部分設(shè)計(jì)

Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。該軟件既支持C語(yǔ)言編程，也支持匯編語(yǔ)言編程，可以完成編輯、編譯、連接、測(cè)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。

Proteus軟件是一款EDA工具軟件。它具有基礎(chǔ)的EDA軟件仿真功能，此外還能仿真單片機(jī)以及單片機(jī)的外圍器件。從設(shè)計(jì)原理圖的布圖、代碼的調(diào)試到單片機(jī)和其外圍電路的仿真，最后能夠直接切換到PCB設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)主要由以下幾部分組成。如圖2．1所示，為主程序流程圖。

電路主要分電源、顯示、按鍵、步進(jìn)電機(jī)控制、紅外遙控按鍵檢測(cè)和單片機(jī)主控器件部分，各部分有不同的子程序。主程序的作用是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，在系統(tǒng)初始化的設(shè)定下，窗簾處于手動(dòng)模式呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。然后查詢按鍵，并且對(duì)按鍵進(jìn)行分析和處理。

本系統(tǒng)使用AT89C51控制單片機(jī)芯片，軟件設(shè)計(jì)主要分為定時(shí)器初始化、系統(tǒng)初始化、紅外遙控控制程序、紅外解碼程序、按鍵控制程序、步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)程序等。

操作按鍵時(shí)，無(wú)論按下或松開(kāi)，觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，此時(shí)邏輯電平不穩(wěn)，若得不到正確處理，會(huì)引起單片機(jī)錯(cuò)誤執(zhí)行命令。應(yīng)利用延時(shí)，過(guò)濾按鍵起始時(shí)引起的抖動(dòng)，這樣就能避免程序的誤操作。

本設(shè)計(jì)用步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中窗簾的打開(kāi)和關(guān)閉。

步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：

（1）判斷旋轉(zhuǎn)方向。

（2）按順序傳送控制脈沖。

（3）判斷控制步數(shù)是否傳送完畢。

3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試是將已完成的軟件和硬件及其他部分結(jié)合在一起，進(jìn)行系統(tǒng)的組裝測(cè)試，目的是將現(xiàn)有的制作情況與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，改正不完善的地方，提出更好的方案。

實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)需要軟硬件的結(jié)合，從網(wǎng)上下載安裝Keil C51軟件和Protues軟件后，立即打開(kāi)軟件，檢查軟件是否可用。

硬件設(shè)計(jì)中采用的供電設(shè)備是DC插口和USB供電線。電源部分的設(shè)計(jì)中，除了供電部分以外，還安裝了一個(gè)電源開(kāi)關(guān)鍵。電路板上有三個(gè)輕觸按鍵，輕觸按鍵是電子開(kāi)關(guān)。輕輕按下按鍵時(shí)開(kāi)關(guān)接通，松開(kāi)手后開(kāi)關(guān)就自動(dòng)斷開(kāi)。

檢測(cè)電阻值，除了使用萬(wàn)用電表外，還可以觀察電阻外觀的色環(huán)。電阻上色環(huán)的顏色代表電阻值和誤差，保證電阻無(wú)論什么方向安裝都可以。

按電路圖將電子元件都安插到覆銅板上焊接，各個(gè)焊點(diǎn)之間用焊錫或者銅線連接。焊接好所有元件，檢查無(wú)誤進(jìn)行第一次測(cè)試。設(shè)計(jì)和制作存在很多問(wèn)題，指示燈不亮，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。

檢查焊接是否正確，焊點(diǎn)有無(wú)虛焊，再進(jìn)行測(cè)試。第二次測(cè)試中，指示燈都能亮，但步進(jìn)電機(jī)并沒(méi)有按照預(yù)期的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。第三次測(cè)試中，設(shè)計(jì)已經(jīng)能基本實(shí)現(xiàn)所需要的功能，但依舊存在很多問(wèn)題，設(shè)計(jì)并不夠完善。

經(jīng)多次重復(fù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改正。不斷地完善硬件和軟件的設(shè)計(jì)，逐步的實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的功能。

4 結(jié)論

簡(jiǎn)易家用遙控窗簾的整體由硬件和軟件組成。硬件部分由單片機(jī)以及其外圍電路，還有接口電路組成；軟件部分主要由能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能的程序編寫組成。

文中詳細(xì)介紹家用簡(jiǎn)易自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件代碼和實(shí)物的測(cè)試的情況。經(jīng)過(guò)多次的修改和完善，本設(shè)計(jì)制作功能的實(shí)現(xiàn)基本達(dá)到了預(yù)期要求。通過(guò)最后實(shí)物測(cè)試，總結(jié)有以下幾點(diǎn)：

（1）本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了利用紅外線遙控器遠(yuǎn)程控制窗簾開(kāi)關(guān)的功能，及根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)的光照，系統(tǒng)自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)關(guān)。本實(shí)物具有操作簡(jiǎn)便、成效明顯、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

（2）硬件設(shè)計(jì)使用AT89C51芯片為主程序芯片，硬件部分由晶振電路、復(fù)位電路、鍵盤電路、單片機(jī)電路、指示燈電路、光敏傳感部分、紅外線接收部分、進(jìn)步電機(jī)、電子開(kāi)關(guān)和電源電路組成。

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史帛加，女，沈陽(yáng)工學(xué)院，學(xué)生。鄭琳（通訊作者），女，漢族，遼寧人，沈陽(yáng)工學(xué)院，教師，講師，碩士學(xué)位。胡丹，女，沈陽(yáng)工學(xué)院，學(xué)生。