王海燕, 陳貴斌, 熊志成

(上海電力學(xué)院 自動(dòng)化工程學(xué)院, 上海 200090)

基于BH1750芯片的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

王海燕, 陳貴斌, 熊志成

(上海電力學(xué)院 自動(dòng)化工程學(xué)院, 上海 200090)

設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI的智能窗簾控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以AT89C52為核心控制芯片,接收并處理來(lái)自BH1750FVI傳感器的光強(qiáng)信號(hào)、DS18B20傳感器的溫度信號(hào)、測(cè)速傳感器的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和紅外遙控器的控制信號(hào),根據(jù)獲得的信號(hào)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制信號(hào),控制交流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作,并利用齒輪傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能控制窗簾開(kāi)度。試驗(yàn)結(jié)果表明,智能窗簾控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,具有方便快捷、靈敏度高和易于操作的優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字光強(qiáng)度傳感器; BH1750芯片; 智能窗簾; 光強(qiáng)度; 溫度; 控制系統(tǒng)

0 引 言

隨著信息、自動(dòng)化和通信等技術(shù)的不斷進(jìn)步,智能電器逐步走入人們的日常生活。智能窗簾系統(tǒng)克服傳統(tǒng)窗簾的諸多缺點(diǎn),在家居、大型會(huì)議室、大教室等場(chǎng)所得到了廣泛的使用,為人們提供了更方便、舒適的生活環(huán)境。傳統(tǒng)的光強(qiáng)傳感器主要利用光敏電阻的光電特性,由于光電特性呈非線性,因此不適合作為精確的光強(qiáng)檢測(cè)元件,而B(niǎo)H1750FVI芯片利用內(nèi)部16位高精度數(shù)字光強(qiáng)傳感器,可以避免外部A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)帶來(lái)的誤差,光譜范圍與人眼感光相近。

本文設(shè)計(jì)了基于數(shù)字式BH1750FVI傳感器的智能窗簾控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了窗簾智能控制和定時(shí)顯示室內(nèi)溫度、光強(qiáng)等參數(shù),在使用中可根據(jù)用戶(hù)的需求方便地進(jìn)行變更。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為便于用戶(hù)使用,智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式。在自動(dòng)模式下,系統(tǒng)通過(guò)對(duì)室內(nèi)光強(qiáng)、溫度的檢測(cè),并根據(jù)預(yù)設(shè)的適宜光強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾開(kāi)合程度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。如果用戶(hù)對(duì)智能窗簾的自動(dòng)調(diào)整效果不滿意,或者遇到特殊情況需要人工干預(yù)和調(diào)整,可以選擇手動(dòng)模式,通過(guò)遙控器手動(dòng)操作,控制窗簾實(shí)現(xiàn)任意開(kāi)度。顯示屏能顯示室內(nèi)溫度和光強(qiáng),因此系統(tǒng)還可以用作數(shù)字式溫度計(jì)和光強(qiáng)測(cè)試儀。

智能窗簾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,系統(tǒng)主要由AT89C52主控器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、動(dòng)力傳動(dòng)模塊和顯示模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊包括光強(qiáng)檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、測(cè)速傳感模塊和紅外遙控模塊,利用傳感器技術(shù)完成光強(qiáng)和溫度數(shù)據(jù)的采集、交流電機(jī)運(yùn)行速度的檢測(cè)和紅外遙控器控制信號(hào)的接收。動(dòng)力傳動(dòng)模塊由驅(qū)動(dòng)電路、交流電機(jī)傳動(dòng)裝置和窗簾固定導(dǎo)軌組成,根據(jù)主控芯片AT89C52的輸出控制信號(hào)進(jìn)行工作,控制窗簾開(kāi)度。顯示模塊由LCD1602液晶顯示屏及其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路組成,定時(shí)刷新顯示室內(nèi)光強(qiáng)和溫度數(shù)據(jù),提供友善的人機(jī)交互界面。

圖1 智能窗簾控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路主要由電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、數(shù)據(jù)采集電路、顯示電路和動(dòng)力傳動(dòng)模塊組成。整體硬件電路如圖2所示。

圖2 整體硬件電路

2.1 數(shù)據(jù)采集電路

前端數(shù)據(jù)采集部分主要由VS1838B紅外接收頭、DS18B20數(shù)字溫度傳感器、BH1750FVI數(shù)字光強(qiáng)度傳感器和測(cè)速傳感器組成。VS1838B紅外接收頭接收端連接主控器外部中斷0引腳P3.2,用于及時(shí)、準(zhǔn)確地接收外部遙控器控制信號(hào);數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI芯片的SDA和SCL引腳分別接主控器的仿IIC協(xié)議接口P2.0和P2.1引腳,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IIC協(xié)議使之能夠讀取傳感器的光強(qiáng)數(shù)據(jù);測(cè)速傳感器采用紅外線光電開(kāi)關(guān)式發(fā)射接收管集成模塊,用于檢測(cè)測(cè)速輪的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),間接測(cè)量交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 數(shù)據(jù)顯示電路

為了使系統(tǒng)人機(jī)交互界面更加和諧,方便用戶(hù)及時(shí)了解室內(nèi)溫度和光強(qiáng)度,采用LCD1602字符型液晶顯示屏,結(jié)合外圍電路,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度和光強(qiáng)的顯示。

2.3 動(dòng)力傳動(dòng)模塊

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、交流電機(jī)、傳動(dòng)裝置和窗簾導(dǎo)軌組成。為了實(shí)現(xiàn)噪聲小、運(yùn)行穩(wěn)定的目的,系統(tǒng)采用220 V三線交流電機(jī)。根據(jù)三線交流電機(jī)接線規(guī)則,公共線與市電的相線相接,另外兩條電源線并聯(lián)一個(gè)AC 450 V、10 μF的CBB61交流金屬化聚丙烯電機(jī)起動(dòng)電容后,分別接繼電器1和繼電器2,通過(guò)控制繼電器的導(dǎo)通來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。為了能通過(guò)測(cè)速傳感器及時(shí)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),將測(cè)速輪裝于電機(jī)轉(zhuǎn)軸末端,通過(guò)光電開(kāi)關(guān)式的測(cè)速傳感器輸出方波信號(hào),由主控芯片查詢(xún)方波信號(hào)高低電平持續(xù)時(shí)間來(lái)判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序的初始化、外部中斷0服務(wù)程序設(shè)計(jì)、光強(qiáng)自動(dòng)控制子程序設(shè)計(jì)、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)智能控制子程序設(shè)計(jì)和LCD1602顯示子程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主程序初始化包括BH1750FVI芯片初始化、LCD初始化、外部中斷0初始化和定時(shí)器初始化。智能窗簾控制系統(tǒng)在自動(dòng)控制模式下,通過(guò)BH1750FVI芯片對(duì)室內(nèi)光強(qiáng)強(qiáng)弱的檢測(cè),實(shí)現(xiàn)窗簾開(kāi)合程度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)控制流程如圖3所示。將檢測(cè)的光強(qiáng)與預(yù)設(shè)光強(qiáng)(由用戶(hù)自行設(shè)定)上下限比較,若大于上限,則窗簾關(guān)閉;若小于下限,則窗簾開(kāi)啟。若用戶(hù)遇到特殊情況需要人工干預(yù)和調(diào)整,可通過(guò)遙控器進(jìn)行手動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)窗簾任意開(kāi)度。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)三線交流電機(jī)安全運(yùn)行,采用測(cè)速傳感器檢測(cè)測(cè)速輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度,以反映電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。經(jīng)過(guò)測(cè)試,在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,測(cè)速傳感器輸出電平變化時(shí)間間隔約為75 ms。當(dāng)電機(jī)工作轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),若在90 ms內(nèi)測(cè)速傳感器輸出電平未發(fā)生改變,則說(shuō)明窗簾已處于全開(kāi)、全關(guān)或窗簾上有遮擋物,電機(jī)立即斷電,停止轉(zhuǎn)動(dòng),以保護(hù)電機(jī)不會(huì)過(guò)熱而燒斷線圈。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)流程如圖4所示。

圖3 自動(dòng)控制流程

圖4 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)流程

4 系統(tǒng)測(cè)試

智能窗簾控制系統(tǒng)安裝檢測(cè)無(wú)誤后,在不同光強(qiáng)的情況下通過(guò)多次試驗(yàn)觀察窗簾控制效果。測(cè)試時(shí)根據(jù)光強(qiáng)度傳感器與臺(tái)燈的不同照射角度以模擬不同的環(huán)境光強(qiáng)度。運(yùn)行結(jié)果表明,系統(tǒng)可以利用紅外遙控器控制窗簾到任意開(kāi)度,也可以利用光強(qiáng)度傳感器自動(dòng)根據(jù)預(yù)設(shè)的適宜光強(qiáng)控制電機(jī),有效地維持室內(nèi)光強(qiáng)穩(wěn)定。同時(shí),LCD顯示屏定時(shí)刷新并顯示室內(nèi)溫度和光強(qiáng)。測(cè)試表明,整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,遙控信號(hào)接收靈敏,室內(nèi)光強(qiáng)控制精確,用戶(hù)操作方便。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用數(shù)字化測(cè)光BH1750FVI芯片作為光強(qiáng)度傳感器,與溫度傳感器DS18B20、測(cè)速傳感器、紅外遙控接收模塊相結(jié)合,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了智能窗簾系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)控制靈活,維護(hù)方便,不僅可用于智能家居、教室和會(huì)議室光線的自動(dòng)控制,也可以用于蔬菜栽培溫室、花卉栽培溫室和養(yǎng)殖溫室等溫室內(nèi)的光強(qiáng)控制。

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WANG Haiyan, CHEN Guibin, XIONG Zhicheng

(School of Automation Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

Based on an digital light intensity sensor BH1750FVI,an intelligent curtain control system was designed.The core control AT89C52 can receive and deal with light intensity signal produced by BH1750FVI,temperature signal produced by DS18B20,motor rotational speed signal produced by velocity speed sensor and control signal produced by infrared remote controller.At the same time,it can transmit the received signal to motor drive circuit in order to control the operation of AC servo motor,and it can control the opening of the curtain with the technology of gear transmission.The experimental results show that the system could operate steadily with its convenience,high sensitivity and simply operation.

digital light intensity sensor; BH1750 chip; intelligent curtain; light intensity; temperature; control system

王海燕(1976—),女,副教授,研究方向?yàn)殡娬咀詣?dòng)化、嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。

上海市電站自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(04DZ05901)

TP 216

A

1674-8417(2015)03-0048-03

2014-10-28Design of an Intelligent Curtain Control System Based on BH1750

陳貴斌(1992—),男,研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)。

熊志成(1993—),男,研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)開(kāi)發(fā)。