自動(dòng)光控窗簾單片機(jī)

基于單片機(jī)的自動(dòng)光控窗簾設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著高新技術(shù)及電子器件的發(fā)展，人們的生活環(huán)境得到極大改善，智能家居得以實(shí)現(xiàn)。智能窗簾是智能家居的一部分，目前關(guān)于智能窗簾的研究有基于視覺手勢，有基于紅外遙控等多種設(shè)計(jì)，好多研究僅停留在方案設(shè)計(jì)，或者設(shè)計(jì)繁瑣成本高，或者缺乏人性化考慮等。本文提出一種基于單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾系統(tǒng)，既能解決每天手拉窗簾的不便，又顯示出了生活的便捷和檔次，還可以根據(jù)光線的明暗來自動(dòng)控制窗簾的開關(guān)以調(diào)節(jié)室內(nèi)光線。本設(shè)計(jì)為一款基于AT89C52單片機(jī)控制的光控窗簾，該系統(tǒng)的硬件部分主要利用光敏傳感器產(chǎn)生的信號(hào)作為單片機(jī)輸入信號(hào)來控制電機(jī)；軟件部分采用C語言進(jìn)行編程?？紤]到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時(shí)可任意選擇自動(dòng)或手動(dòng)控制方式。該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)人性化、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可靠性高的特點(diǎn)。

一、自動(dòng)光控窗簾總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如框圖1所示，AT89C52單片機(jī)是核心控制器件。采用光敏電阻作為光線采集器，光敏電阻采集到光電信號(hào)后經(jīng)傳感器PCF8591轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)讀入數(shù)字信號(hào)送至電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，驅(qū)動(dòng)28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光控功能。28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)是四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V～DC12V，當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)按一定順序施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)使得步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。

運(yùn)用光控原理，當(dāng)光照強(qiáng)度大于130lx時(shí)窗簾將自動(dòng)打開；當(dāng)光照強(qiáng)度小于50lx時(shí)，窗簾將自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)光照強(qiáng)度在50lx到130lx之間，窗簾狀態(tài)保持不變。

二、自動(dòng)光控窗簾主要硬件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)系統(tǒng)

AT89C52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(chǔ)器。AT89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(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AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。最小系統(tǒng)帶有時(shí)鐘電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、輸入/輸出設(shè)備等。

2.2光電傳感器信號(hào)采集模塊

光電傳感器用于采集光信號(hào)，芯片采用PCF8591，它是集成了光敏電阻的一種芯片，光敏電阻采集到光強(qiáng)信號(hào)后，PCF8591進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號(hào)。模塊芯片采用PCF8591集成模塊，它帶電源指示燈，對模塊供電后指示燈會(huì)亮，這樣在調(diào)試時(shí)便于觀看短路情況。模塊帶DA輸出指示燈，當(dāng)模塊DA輸出接口電壓達(dá)到一定值，會(huì)點(diǎn)亮面板。

2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

ULN2003是高壓、大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003體積小，直接焊接在單片機(jī)40引腳附近，和單片機(jī)的電源連在一起，減少了電源線的連接。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片的in1與單片機(jī)的p0.0端口連接，in2與p0.1連接，in3與p0.2連接，in4與p0.3連接。同樣根據(jù)電機(jī)的位置，直接插導(dǎo)連接出來，放置開關(guān)。電機(jī)部分直接用一個(gè)直插座和驅(qū)動(dòng)來接就可以了。天亮?xí)r，光敏傳感器接收到高電平，依程序所設(shè)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾以某一速度被慢慢拉開，走到極限位置時(shí)，窗簾碰到右端的行程開關(guān)SW3，開關(guān)閉合使能端關(guān)閉，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，光敏傳感器采到的AD值，觸發(fā)輸出低電平，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾打開。

2.4時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路由兩個(gè)陶瓷電容C2、C3和石英晶振組成，C1和C2大小為30pF，石英晶振選用12M晶振。兩個(gè)電容C1和C2并聯(lián)，然后與石英晶振進(jìn)行串聯(lián)，時(shí)鐘電路的兩個(gè)端口X1，X2分別和單片機(jī)的XTAL1，XTAL2引腳相連，內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。另外檢測晶振是否起到振蕩效果，可以使用示波器看到XTAL2輸出的正弦波，也可以使用萬用表測量，要把檔位調(diào)到直流檔，在測量的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的電壓在2V左右。

2.5手動(dòng)復(fù)位按鈕電路連接

當(dāng)人用手按下按鈕時(shí)，電源的+5V電平就會(huì)直接接送到RST端。由于人動(dòng)手能力比較緩慢會(huì)使按鈕保持接通長達(dá)數(shù)十毫秒，人眼具有視覺暫留效應(yīng)，所以，復(fù)位電路完全可以使用手動(dòng)復(fù)位，滿足復(fù)位所需要的時(shí)間要求。復(fù)位電路的S1口與單片機(jī)的RST端口相連，RST端口具有復(fù)位功能，當(dāng)單片機(jī)上電后，在該引腳上就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)震蕩周期）寬度以上的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。因此復(fù)位電路與單片機(jī)的RST端口相連。

2.6正反轉(zhuǎn)按鈕電路設(shè)計(jì)

由于外界天氣以及平時(shí)開閉窗簾的需要，本設(shè)計(jì)增加了兩個(gè)手動(dòng)按鈕來控制窗簾的正反轉(zhuǎn)，這樣設(shè)計(jì)達(dá)到了人性化的要求。當(dāng)白天需要關(guān)閉窗簾時(shí)，只需按下反轉(zhuǎn)按鈕，窗簾就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；反之窗簾就會(huì)自動(dòng)打開。按鈕的p2.0與p2.1分別與單片機(jī)的特殊接口p3.2和p3.3相連接，這兩個(gè)I/O口的第二功能分別為單片機(jī)的外部中斷INT0端口和外部中斷INT1端口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)功能。

三、自動(dòng)光控窗簾的軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)編程語言主要為匯編和C語言。C語言編程軟件帶有比較完善的庫函數(shù)，具有速度快、效率高、可移植、直接對硬件控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，本設(shè)計(jì)采用C語言來實(shí)現(xiàn)。軟件由主程序、顯示子程序、延時(shí)子程序、按鍵掃描程序組成。初始化部分包括1602顯示屏的初始化和控制步進(jìn)電機(jī)I/O口的初始化；采集與顯示部分實(shí)現(xiàn)在1602顯示屏上要顯示采集到的光敏電阻的電壓值并轉(zhuǎn)換為亮度顯示；中斷部分主要體現(xiàn)在按鍵功能的實(shí)現(xiàn)，按鍵部分用到了中斷機(jī)制以確保按鍵的實(shí)時(shí)性。用到了兩個(gè)按鍵，一個(gè)手動(dòng)控制窗簾拉開，另一個(gè)手動(dòng)控制窗簾關(guān)上；電機(jī)控制部分，根據(jù)環(huán)境的亮度智能控制窗簾開關(guān)。

總之，自動(dòng)光控窗簾實(shí)現(xiàn)了根據(jù)外面光線的強(qiáng)弱自動(dòng)開關(guān)的功能。考慮到個(gè)人生活習(xí)慣不一樣，進(jìn)行了人性化設(shè)計(jì)，加上了手動(dòng)開關(guān)，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)的同時(shí)，保留了原始窗簾的功能。該設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)簡單，元器件價(jià)格低廉，降低了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本，經(jīng)濟(jì)可靠，控制靈活，具有一定的市場應(yīng)用前景。

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