基于单片机智能窗帘控制系统设计

解启松 聂志刚

摘要：本文阐述了自动光控制窗帘的整个设计过程，具体描述了硬件电路的设计及其在整个生产过程中的功能和软件语言的驱动。该系统可分为电子自动控制和机械传动STC89C52单片机为核CPU，集多种传感器于一体，实现监控；后者计划在窗户上安装步进电机，在不同的光照条件下打开和关闭窗帘，包括手动或遥控。

关键词:自动控制；光控；单片机；窗帘

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 1009-3044(2018)30-0190-03

Abstract： This paper describes the whole design process of automatic light control curtain， and describes the design of hardware circuit and the function and the driving of software language. The system is divided into two parts： the electronic automatic control part and the mechanical drive part. The electronic control part USES STC89C52 microcontroller as the core CPU， and integrates various sensors to realize monitoring and control. The mechanical drive part is designed to install a stepping motor on the Windows to precisely control the opening of Windows and curtains.

Through this design， the curtain is opened and closed under different light， as well as manual or remote control of the curtain in special circumstances.

Key words： automatic control； optically controlled； single chip microcomputer； the curtain

1 背景

进入21世纪后，随着各种技术的不断发展，理论知识与现实生活的结合越来越紧密，人们的生活水平不断提高，同时，应用越来越广泛的技术智能也使人们的隐私安全受到了极大的侵犯，所以人们越来越关注自己的隐私安全，作为家庭住宅必要的窗帘，对保护居民隐私阻挡外部光线非常有用。现在市场上大多数传统窗帘都需要手动开关，这不仅困难，而且可能会错过最佳的照明时间，所以窗帘的智能控制非常重要和有效。

2 设计方案和内容

本设计主要实现光控窗帘系统，包括光控、定时和手动。因此，需要使用各种接口和各种接口MCU连接这些控制元。应用AT89C安装52系列单片机设计系统ADC0832芯片、VS1838b、ULN2003芯片等，控制窗帘在不同光线下打开或关闭。按键扫描模块、红外遥控模块、光敏电阻、步进电机AT89C52共同构成设计系统。光敏电阻采集模拟信号电阻采集模拟信号A/D将电路转换为数字信息，控制步进电机顺时针旋转或逆时针旋转，模拟窗帘的启闭。

自动光控起闭窗帘采用光控原理完成。当外部光强达到系统内部预设值的上限时，窗帘打开；当外部光强达到系统内部预设值的下限时，窗帘关闭。基于上述工作原理，设计系统的实现不仅成本低，而且方便快捷。结合原理图如图1所示：

此外，窗帘的自动启闭也可以通过按钮提前设置或直接启动。该系统具有结构单一、系统稳定、不易受外部环境干扰的优点。

3 设计系统硬件

3.1 主程序模块

该系统采用AT89C所谓石英晶体振荡器，是单片机电路中的晶体振荡器。晶体振动通常是一个电容器和电阻并联，然后连接到一个电容器。有两个谐振点。谐振串联频率低；谐振并联频率高。晶体振荡器可以为单片机提供脉冲信号，即单片机的工作速度。单片机引脚中的晶体振荡器X1、X2引脚相连，此时电路会产生谐波，谐波的存在会影响振荡器的稳定性。为了解决这个问题，我们将瓷片电容器连接到晶振引脚，通常选择在10到50之间 pF，需要接地。本设计使用的晶振为12MHz石英晶体。

3.2 按键模块

在本设计中，按键模块的功能是在自动照明窗帘外定期关闭窗帘，或直接用按键控制窗帘的打开或关闭。本设计需要五个独立的按钮。其功能包括设置按钮（设置自动光控制窗帘的开启和关闭时间）；数字值加键；数字值减键；启动窗帘按钮（按下此按钮后打开窗帘）；关闭窗帘按钮（按下此按钮后关闭窗帘）。

如上图3所示，该模块中，S1键与P2.7 主功能键是口相连；S2键与P2.6 口相连，按下此键后的时间值或光预设值加一；S3键与P2.5 口相连，按下此键后时间值或光预设值减1；S4键与P2.4 口相连，按下此键打开窗帘。S5键与P2.3 口相连，按下此键后窗帘关闭。

3.3 光敏和AD转换模块

自动光控起闭窗帘系统是根据外部光的变化及时打开或关闭窗帘，光敏电阻负责完成本部分所需的功能。光敏电阻对外部光强度值非常敏感，直接影响电阻值的变化。电阻值与光强度呈负相关，强度增加，电阻值降低，反之亦然。

ADC0832是8位逐次接近模数转换器。与TLC0832可以替换，它有两个输入通道可以多路选择。串行输出可配置为标准移位寄存器或微处理器接口，其多路器可配置为单端或差异输入，差异模拟电压输入可抑制共模电压，但输入基准电压不能调整，已连接到内部Vcc[1]。ADC0832芯片有四条数据连接线，分别与单片机连接CS片选端；CLK芯片时钟输入端；DI数据信号输入端；DO数据信号输出端。单片机通信时，DI与DO端与单片机双向连接，不能同时工作，因此在电路中将两端并联到数据线上。总体设计如下图4所示，CS引脚处于高电平时，芯片不工作，CLK端口的电平可以随意设置，DO和DI电平也是如此。如果要开始整个模数转换电路的工作，必须首先选择设置为低电平状态，并在整个转换过程中始终保持这种状态。在整个进程中，CLK芯片时钟输入端接收时钟脉冲，并将信号输入数据信号。该端口用作输入通道的选择。DI端部始终保持高电平。

两端数据分别显示为1、0时，CH0引脚端实现单通道转换。CH当2位数据为1、1的情况下，将单通道转换为1引脚端。CH1引脚端和CH0引脚端在数据显示为0、0时分别用作反输入端IN-和正输入端IN 。当两位数据显示为0、1时，CH1和CH0正负输入端极性发生变化。若第三脉冲下沉，DI输入功能[2]将在第三脉冲到来之前丢失。采用DO/DI输出端输出数据DO。用DO终端输出转换数据DATA当第四个脉冲下沉时。 DO端在D0端输出最低数据DATA在每个脉冲下沉之前，将始终输入数据。接收到DATA在0数据之后，字节数据输出结束。然后输出相反的字节数据。将CS当芯片不能使用时，可引脚端选择为高电平。

AD转换芯片的输入电压为0-5V，当它被用作单通道的模拟信号时，这种电压只适用于它。八位分辨率时，其电压精度为19.53mV，用作正负输入端时，应预定较大范围值的电压值，并用次数提高转换精度。

3.4 步进电机设计模块

步进电机是一种开环控制装置，角位移是在电脉冲的转换下获得的。脉冲信号的频率和数量会影响电机的旋转。例如，当脉冲信号传输到步进电机的驱动器时，它可以使电机按照我们之前假设的正反方向旋转一定的角度，我们称之为步距角[3]。

步进电机可以快速打开和停止。由于速度与步进角之间的关系，步进电机主要用于高精度电路，这只与脉冲频率有关。

ULN2003年的七个引脚和单片机P1.0～P1.7连接。在ULN插线排针安装在2003芯片旁边，即电机的五线接口，用于连接步进电机。V直接连接电源J4第一引脚端口。与电机连接，直接驱动电机正反转，模拟控制窗帘的启闭。

步进电机包括单相电机和多相电机，都是同步步进电机。单路电脉冲可以驱动单相电机运行，单相电机通常用于驱动微小电路，因为输出功率低。步进电机非常适合微处理器控制，主要是因为它可以直接接收数字。

3.5 显示部分模块

本设计用于显示实时时间、开关窗帘的固定时间和光强值LCD1602，1602上显示的时间可以通过按钮调整，窗帘的时间可以通过按钮实时显示在1602上；我们收集到的光数值也可以通过1602显示。

P0用作数据端口的连接，在1602处与7至14引脚连接，在连接线上传输数据或写指令。上拉电阻必须添加到线路连接中。LCD1602的4引脚是RS可用于选择数据或命令的寄存器选择端； LCD1602的5脚是R/W读写控制端可以决定读数据还是写数据，以及单片机芯片P2.0端口贯串； LCD1602的六引脚是E使能信号端，可以控制器件是否工作，以及单片机芯片P2.端口相连[4]。旋转电位器用于调节1602的背光亮度。

4 部分设计系统软件

该系统的主程序需要完成的功能包括：单片机各模块的初始操作、定时器的初始值设置、电机运行的开启、显示时间、光数量等。通过主函数void main()调用每个模块子函数来实现整个系统的功能。软件流程图如图7所示。

5 结束语

采用系统设计AT89S52单片机的最小系统设计通过控制可逆直流电机来控制窗帘的开关，使窗帘系统通过遥控和光控变得智能家居的发展方向，更好地推广智能生活的理念。

参考文献：

[1] 郑国君. 8位串行A/D转换器ADC0832[J]. 电子世界， 2002(9).

[2] 梁明亮， 王新强. 单片机与ADC0832的接口技术[J]. 河南科技， 2006(8)：48-49.

[3] 郭天祥. 新概念5单片机C语言编程[M]. 北京： 电子工业出版社， 2009.

[4] 于志赣， 刘国平， 张旭斌. 液显LCD1602模块的应用[J]. 机电技术， 2009 ，32(3)：21-23.

【通联编辑：谢媛媛】