單片機開發(fā)
自動光控窗簾單片機
基于單片機的自動光控窗簾設(shè)計與實現(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，好多研究僅停留在方案設(shè)計，或者設(shè)計繁瑣成本高，或者缺乏人性化考慮等。本文提出一種基于單片機控制的自動窗簾系統(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)光線的明暗來自動控制窗簾的開關(guān)以調(diào)節(jié)室內(nèi)光線。本設(shè)計為一款基于AT89C52單片機控制的光控窗簾，該系統(tǒng)的硬件部分主要利用光敏傳感器產(chǎn)生的信號作為單片機輸入信號來控制電機；軟件部分采用C語言進行編程?？紤]到用戶習慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。該系統(tǒng)具有設(shè)計人性化、經(jīng)濟實用、可靠性高的特點。
一、自動光控窗簾總體設(shè)計方案
本設(shè)計實現(xiàn)如框圖1所示，AT89C52單片機是核心控制器件。采用光敏電阻作為光線采集器，光敏電阻采集到光電信號后經(jīng)傳感器PCF8591轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，單片機讀入數(shù)字信號送至電機驅(qū)動芯片ULN2003，驅(qū)動28BYJ48型步進電機進行正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)光控功能。28BYJ48型步進電機是四相八拍電機，電壓為DC5V～DC12V，當對步進電機按一定順序施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號使得步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。
運用光控原理，當光照強度大于130lx時窗簾將自動打開；當光照強度小于50lx時，窗簾將自動關(guān)閉；當光照強度在50lx到130lx之間，窗簾狀態(tài)保持不變。
二、自動光控窗簾主要硬件設(shè)計
2.1單片機系統(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存儲器。AT89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。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)帶有時鐘電路、單片機、復位電路、輸入/輸出設(shè)備等。
2.2光電傳感器信號采集模塊
光電傳感器用于采集光信號，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信號后，PCF8591進行A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字信號。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亮，這樣在調(diào)試時便于觀看短路情況。模塊帶DA輸出指示燈，當模塊DA輸出接口電壓達到一定值，會點亮面板。
2.3電機驅(qū)動電路
ULN2003是高壓、大電流達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、帶負載能力強等特點，適應于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。ULN2003體積小，直接焊接在單片機40引腳附近，和單片機的電源連在一起，減少了電源線的連接。在硬件設(shè)計時，驅(qū)動芯片的in1與單片機的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)電機的位置，直接插導連接出來，放置開關(guān)。電機部分直接用一個直插座和驅(qū)動來接就可以了。天亮時，光敏傳感器接收到高電平，依程序所設(shè)步進電機正轉(zhuǎn)，順時針轉(zhuǎn)動，窗簾以某一速度被慢慢拉開，走到極限位置時，窗簾碰到右端的行程開關(guān)SW3，開關(guān)閉合使能端關(guān)閉，電機停止轉(zhuǎn)動。反之，光敏傳感器采到的AD值，觸發(fā)輸出低電平，電機逆時針轉(zhuǎn)動，窗簾打開。
2.4時鐘電路設(shè)計
時鐘電路由兩個陶瓷電容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。兩個電容C1和C2并聯(lián)，然后與石英晶振進行串聯(lián)，時鐘電路的兩個端口X1，X2分別和單片機的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，在測量的時候就會發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的電壓在2V左右。
2.5手動復位按鈕電路連接
當人用手按下按鈕時，電源的+5V電平就會直接接送到RST端。由于人動手能力比較緩慢會使按鈕保持接通長達數(shù)十毫秒，人眼具有視覺暫留效應，所以，復位電路完全可以使用手動復位，滿足復位所需要的時間要求。復位電路的S1口與單片機的RST端口相連，RST端口具有復位功能，當單片機上電后，在該引腳上就會出現(xiàn)兩個機器周期（24個震蕩周期）寬度以上的高電平，使單片機復位。因此復位電路與單片機的RST端口相連。
2.6正反轉(zhuǎn)按鈕電路設(shè)計
由于外界天氣以及平時開閉窗簾的需要，本設(shè)計增加了兩個手動按鈕來控制窗簾的正反轉(zhuǎn)，這樣設(shè)計達到了人性化的要求。當白天需要關(guān)閉窗簾時，只需按下反轉(zhuǎn)按鈕，窗簾就會自動關(guān)閉；反之窗簾就會自動打開。按鈕的p2.0與p2.1分別與單片機的特殊接口p3.2和p3.3相連接，這兩個I/O口的第二功能分別為單片機的外部中斷INT0端口和外部中斷INT1端口，這樣就可以實現(xiàn)手動功能。
三、自動光控窗簾的軟件設(shè)計
單片機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，因此，本設(shè)計采用C語言來實現(xiàn)。軟件由主程序、顯示子程序、延時子程序、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電機I/O口的初始化；采集與顯示部分實現(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)在按鍵功能的實現(xiàn)，按鍵部分用到了中斷機制以確保按鍵的實時性。用到了兩個按鍵，一個手動控制窗簾拉開，另一個手動控制窗簾關(guān)上；電機控制部分，根據(jù)環(huán)境的亮度智能控制窗簾開關(guān)。
總之，自動光控窗簾實現(xiàn)了根據(jù)外面光線的強弱自動開關(guān)的功能?？紤]到個人生活習慣不一樣，進行了人性化設(shè)計，加上了手動開關(guān)，在實現(xiàn)自動開關(guān)的同時，保留了原始窗簾的功能。該設(shè)計整體結(jié)構(gòu)簡單，元器件價格低廉，降低了產(chǎn)品的設(shè)計成本，經(jīng)濟可靠，控制靈活，具有一定的市場應用前景。
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