馬晨+張斌

摘要：本文針對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)窗簾手動(dòng)操作麻煩、操作比較頻繁的缺點(diǎn)，以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用紅外遙控、光敏傳感器、直流電機(jī)，設(shè)計(jì)了一種智能化家用窗簾。STC89C51單片機(jī)為核心，采用C語言編程，紅外遙控模塊由NEC編碼發(fā)射裝置及紅外接收裝置組成，光敏傳感器模塊由光敏電阻及模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。紅外遙控超距離遙控可達(dá)8～9m，反應(yīng)靈敏，輸入電壓3～5v，功耗較低。光敏傳感器的感光強(qiáng)度可設(shè)范圍0-65535lx。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；紅外遙控；光照傳感器；直流電機(jī)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）07-0007-02

1 引言

隨著科技發(fā)展，社會(huì)進(jìn)步，人們生活節(jié)奏越來越快，智能家電愈發(fā)受到人們關(guān)注。窗簾是現(xiàn)代人們居家生活中不可缺少的裝飾品，傳統(tǒng)的窗簾，必須手動(dòng)操作，如果能設(shè)計(jì)一種智能窗簾控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)窗簾的開關(guān)，便可極大地方便人們的生活。

現(xiàn)今，家用電器產(chǎn)品性能也在不斷的更新?lián)Q代，從始初的晶體管、到電子管；由分立式元件到現(xiàn)在的集成電路；從普通向高性能、多功能型。紅外遙控是當(dāng)前遠(yuǎn)程控制的最廣泛使用的裝置，由于具有體積小、功耗低、低成本的特點(diǎn)，因此，音影設(shè)備、家電、玩具等均可使用。與此同時(shí)，光照傳感器的使用也已非常普遍。

目前，常用的窗簾軌道是鋼絲繩手拉式和滑輪式，還是需要手動(dòng)操作。在本文中，主要設(shè)計(jì)一種智能自動(dòng)化窗簾，是利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)紅外無線遙控和光敏傳感自動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)。利用光敏傳感器實(shí)行自動(dòng)控制，在特殊天氣下可以人為操控，光敏傳感器地感光強(qiáng)度可以自行設(shè)定。

2 儀器組成與工作原理

使用8位STC89C51單片機(jī)做微控制器，C語言編程。利用直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，對(duì)窗簾的開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制。無線遙控功能的主體NEC編碼解碼芯片，其核心組件是無線收發(fā)模塊，采用紅外遙控方式，不會(huì)干擾其它電器的正常工作和鄰近無線設(shè)備。超距離遙控，可達(dá)8～9m。紅外接收模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，傳送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)出信號(hào)指令實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換，實(shí)現(xiàn)窗簾開合。光敏傳感器模塊用來檢測(cè)光照強(qiáng)度的變化來對(duì)單片機(jī)發(fā)出指令，根據(jù)設(shè)計(jì)的光照強(qiáng)度的變化來控制單片機(jī)對(duì)電極驅(qū)動(dòng)發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)窗簾開合的自動(dòng)控制，程序設(shè)定窗簾的行程使其只能交替運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)窗簾防過卷功能，本設(shè)計(jì)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、工作可靠等特點(diǎn)。如圖1所示。

3 儀器硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 紅外遙控模塊組成

紅外遙控模塊主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩大部分組成，發(fā)射機(jī)采用NEC編碼的紅外遙控器，采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為 0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。二進(jìn)制編碼通過二次調(diào)制，提高發(fā)射效率， 然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。最后經(jīng)紅外接收頭HX1838接收后，將信號(hào)傳送給單片機(jī)，通過程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行識(shí)別、解碼，通過延時(shí)處理，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)，以防止干擾和誤觸發(fā)。

3.2 光敏傳感器模塊設(shè)計(jì)

光敏傳感器模塊使用寬電壓LM393進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出信號(hào)干凈，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過15mA?？烧{(diào)電位器可調(diào)節(jié)檢測(cè)光線亮度，工作電壓在3.3V-5V，設(shè)定光線亮度值后，環(huán)當(dāng)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO端輸出高電平，否則，DO端輸出低電平。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)采用STC公司的L298N作為主驅(qū)動(dòng)芯片，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電壓在5～35V，驅(qū)動(dòng)電流2A（max），工作模式為H橋雙路驅(qū)動(dòng)，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，直流電機(jī)采用強(qiáng)磁無刷直流電機(jī)，扭力大，工作效率高。

4 紅外遙控光感窗簾的軟件設(shè)計(jì)

利用STC89C51單片機(jī)做控制器，采用C語言編程，通過單片機(jī)外部中斷來實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，外部中斷0用來接收紅外信號(hào)，內(nèi)部程序?qū)t外信號(hào)進(jìn)行延時(shí)處理，以防止干擾造成的程序混亂、亂碼、誤觸發(fā)等問題，將無誤紅外信號(hào)后進(jìn)行解碼，并將處理結(jié)果傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)，控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)窗簾的開合；外部中斷1用來接收光敏傳感器采集的信號(hào)，若為白天，光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定閾值后，光敏傳感器傳輸給單片機(jī)一個(gè)低電平，經(jīng)過單片機(jī)接收處理后傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)窗簾防過卷保護(hù)，即電機(jī)正反轉(zhuǎn)只能交替運(yùn)轉(zhuǎn)，防止電機(jī)因?yàn)楦蓴_運(yùn)行異常，造成窗簾過卷破壞窗簾結(jié)構(gòu)。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在室內(nèi)測(cè)試紅外遙控的遙控距離和和反應(yīng)靈敏度，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

在室外測(cè)試的光敏傳感器感光靈敏度反應(yīng)差值基本為0。

電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間測(cè)試與設(shè)定時(shí)間作比較，比設(shè)定時(shí)間短150.0389ms。

測(cè)試結(jié)果表明，紅外遙控預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間值與實(shí)際測(cè)量的輸入觸發(fā)信號(hào)平均時(shí)間間隔測(cè)量值基本一致，測(cè)量得到的最大誤差小于6ms，滿足設(shè)計(jì)要求，光敏傳感模塊較精準(zhǔn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間也基本符合程序設(shè)定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間，誤差在可允許的范圍內(nèi)。誤差主要來源為：信號(hào)傳輸誤差、時(shí)鐘源自身誤差、驅(qū)動(dòng)電路延時(shí)誤差、環(huán)境變化引起的干擾。

6 結(jié)語

（1）采用NEC編碼的紅外遙控發(fā)射機(jī)制傳輸功率大，效率高，失真小，有效傳輸距離達(dá)到9m以上，采用一體化紅外接收頭HX1838，接收效率高抗干擾能力較強(qiáng)，在沒有信號(hào)時(shí)處于待機(jī)模式，一旦有信號(hào)便立即喚醒，實(shí)現(xiàn)了功耗低的設(shè)計(jì)；

（2）設(shè)計(jì)中采用lm393電壓比較器做簡(jiǎn)單的模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了光感傳感器的精準(zhǔn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，并配有可調(diào)電位器來調(diào)節(jié)感光強(qiáng)度閾值，元器件少，并且降低了儀器設(shè)計(jì)的復(fù)雜度、體積和成本；

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，環(huán)境對(duì)驅(qū)動(dòng)影響小，正常工作溫度-20℃～+135℃。采用大容量濾波電容，續(xù)流保護(hù)二極管，提高驅(qū)動(dòng)可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]倪晉平，李亞勝，田會(huì).一種多路時(shí)間序列控制儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，23（7）：77-81.

[2]朱昊，李躍華，周亞鳳.AD9501在精確測(cè)距系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2004（12）：64-66.

[3]張榮，黃?，?，李春枝，衛(wèi)劍峰，蔣宇.基于NIOSⅡ處理器的多通道ns級(jí)時(shí)序控制同步機(jī)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（11）：2968-2971.

[4]馬時(shí)亮，倪晉平，顏家林.基于C51語言智能測(cè)時(shí)儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，25（04）：327.

[5]倪晉平，劉璐，趙靜遠(yuǎn).高分辨率大范圍時(shí)間間隔測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（02）：98-102.endprint