張麗麗 楊彥偉 胡麗輝 武宇

【摘要】 本設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，接收并處理BH1750FVI光照傳感器的光強(qiáng)信號(hào)、DS18B20溫度傳感器的溫度信號(hào)、DS1302時(shí)鐘信號(hào)、紅外遙控信號(hào)，將處理后的信息顯示在12864液晶顯示屏上，通過(guò)獲得的信號(hào)控制減速電機(jī)的動(dòng)作，并用傳送帶完成對(duì)該智能窗簾的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該智能窗簾系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、功能齊全、運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏度高等特點(diǎn)。具有良好的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】 智能家居 智能窗簾 控制系統(tǒng)

一、引言

自動(dòng)控制技術(shù)是21世紀(jì)影響最大、發(fā)展最快的技術(shù)之一，也是現(xiàn)代社會(huì)最重要的高新技術(shù)之一。在現(xiàn)代社會(huì)中，自動(dòng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、軍事、管理、生活、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域中，極大的提高了社會(huì)生產(chǎn)力，解放了人們的雙手，提升了人們的生活品質(zhì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)等各種高新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，致使現(xiàn)代化自動(dòng)控制水平越來(lái)越高，作用越來(lái)越重要，并且自動(dòng)控制技術(shù)在智能家居方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景。應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)，將使家居環(huán)境更加智能化，人性化[1]。針對(duì)家居環(huán)境采光及避光問(wèn)題，本設(shè)計(jì)制作的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)將取代手動(dòng)控制，使之更加科學(xué)化、人性化[2]。本文闡述了一個(gè)設(shè)計(jì)制作完整的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)所需要做的理論分析，以及各環(huán)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

二、系統(tǒng)總體功能

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)核心是采用單片機(jī)STC89C52控制，其次采用光照傳感器[3]，紅外遙控模塊，溫度檢測(cè)電路，時(shí)鐘信號(hào)模塊，液晶顯示，紅外檢測(cè)，防盜報(bào)警電路等模塊搭建主要框架[4]。

整個(gè)系統(tǒng)在各模塊的配合下既可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可手動(dòng)控制。該設(shè)計(jì)在軟件方面，以C語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)各模塊工作，實(shí)現(xiàn)了各模塊的協(xié)調(diào)工作，硬件方面采用PROTUES軟件進(jìn)行仿真。

系統(tǒng)通過(guò)對(duì)室內(nèi)光照強(qiáng)度和時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，來(lái)控制窗簾的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉[5]，窗簾開(kāi)啟或關(guān)閉的光照閥值用戶(hù)可以手動(dòng)設(shè)置，并在液晶顯示屏上顯示當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、時(shí)間等數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際的溫濕度超過(guò)或低于設(shè)定溫濕度后，通過(guò)窗簾的開(kāi)閉，使室內(nèi)的光線(xiàn)和溫度達(dá)到一個(gè)較為理想的條件。為了更加人性化，本設(shè)計(jì)還可根據(jù)用戶(hù)的意愿，通過(guò)紅外線(xiàn)的發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾開(kāi)閉的遠(yuǎn)程遙控。

三、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架

該自動(dòng)窗簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，硬件電路主要由光照檢測(cè)模塊，紅外控制電路，溫度檢測(cè)電路，液晶顯示電路，實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)模塊，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成[6]。通過(guò)本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)光照強(qiáng)度以及時(shí)鐘控制實(shí)現(xiàn)窗簾開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)紅外遙控的手動(dòng)控制。

四、硬件部分

4.1 電源模塊

兩節(jié)可充電鋰電池18650串聯(lián)（電壓7.0V～8.2V），給L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電，L298N模塊上有一個(gè)7805穩(wěn)壓電路可對(duì)外輸出5V電壓，以此給主控芯片供電。

將兩節(jié)電池串聯(lián)后的電壓輸入到LM2596可調(diào)降壓模塊，將LM2596降壓模塊的輸出模塊調(diào)到5.2V給其余電路模塊供電。

4.2數(shù)據(jù)采集電路

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分主要由紅外接收頭、BH1750FVI光照強(qiáng)度傳感器、DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘、DS18B20溫度傳感器、紅外傳感器構(gòu)成。并且紅外接收頭直接連接單片機(jī)外部中斷P3.2，使系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確的接收到外部遙控器控制信號(hào)。光照強(qiáng)度傳感器BH1750FVI的SDA和SCL引腳分別接主控器的模擬IIC協(xié)議接口，根據(jù)協(xié)議IIC接口使單片機(jī)能讀取光強(qiáng)傳感器的光強(qiáng)數(shù)據(jù)。

4.3 數(shù)據(jù)顯示電路

為了使本系統(tǒng)更加人性化，讓用戶(hù)獲得更好的用戶(hù)體驗(yàn)，方便用戶(hù)及時(shí)了解室內(nèi)環(huán)境指數(shù)，采用12864液晶顯示屏，結(jié)合外部電路框架，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、溫度和光照強(qiáng)度的顯示。

4.4 動(dòng)力傳動(dòng)

該模塊由驅(qū)動(dòng)電路、減速電機(jī)和同步帶構(gòu)成。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定、噪聲小的目的，本系統(tǒng)采用金屬直流減速電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同步帶，同步帶帶動(dòng)窗簾滑動(dòng)。

4.5軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是模塊化編寫(xiě)的，包括：光照強(qiáng)度子程序、DS1302子程序、12864液晶顯示模塊子程序、紅外遙控子程序、DS18B20子程序。BH1750FVI光照強(qiáng)度傳感器模塊與單片機(jī)是IIC通信，因?yàn)镾TC89C52單片機(jī)沒(méi)有硬件IIC所以利用I/O口模擬IIC進(jìn)行通信，為了使防盜功能快速反應(yīng)，將作為防盜傳感器的紅外傳感器5接到中斷上，因?yàn)榧t外遙控解碼的特殊性，將紅外接收頭接到中斷0上利用定時(shí)器0進(jìn)行解碼，為了節(jié)省I/O口，將12864與單片機(jī)的通信方式改為IIC。程序控制流程圖如圖2所示。

五、系統(tǒng)測(cè)試

本窗簾在硬件安裝檢測(cè)無(wú)誤后，在系統(tǒng)功能測(cè)試中，不同的時(shí)間下，通過(guò)控制光源至傳感器的距離不同，模擬不同環(huán)境下的光強(qiáng)改變。運(yùn)行結(jié)果表明，在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到用戶(hù)設(shè)定的閥值，窗簾會(huì)根據(jù)光強(qiáng)作出相應(yīng)的反應(yīng)，以保持室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。同時(shí)，LCD液晶顯示屏即時(shí)更新，顯示出當(dāng)前狀態(tài)下的時(shí)間、室溫、光強(qiáng)等信息；并且可根據(jù)用戶(hù)意愿自主對(duì)窗簾的開(kāi)閉進(jìn)行控制。但在設(shè)定的時(shí)間范圍外，通過(guò)外部環(huán)境的條件改變不能控制窗簾的開(kāi)閉，但通過(guò)紅外按鍵設(shè)置依然可以控制窗簾。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，靈敏度高，可拓展性強(qiáng)。

六、結(jié)語(yǔ)

以STC89C52單片機(jī)為主控芯片，包含光照強(qiáng)度、溫度、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、紅外遙控、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及LCD顯示的智能窗簾系統(tǒng)具有控制簡(jiǎn)便、易操作、維護(hù)簡(jiǎn)易等特點(diǎn)，適用于家居、教室、辦公室、會(huì)議室等各種場(chǎng)合，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]肖建章，自動(dòng)控制技術(shù)，北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2004年4月出版

[2]郭天祥，51單片機(jī)C語(yǔ)言教程，電子工業(yè)出版社，2009年6月出版

[3]徐建仁主編，智能現(xiàn)代，長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，1990年2月出版

[4]王金礦編著，單片機(jī)高級(jí)教程應(yīng)用，廣州：中山大學(xué)出版社，2000年6月出版

[5]王化詳，張淑英，傳感器原理，天津：天津大學(xué)出版社，2008年6月出版

[6]孫亮，自動(dòng)控制原理，北京：高等教育出版社，2011年12月出版