基于单片机控制的智能光控窗帘系统研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于单片机控制的智能光控窗帘系统研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】设计了一种智能的光控窗帘控制系统，它能够感应周围环境的光照强度，当光照低于某一强度时窗帘自动打开，等到光照上升到某一范围时窗帘自动停止打开，当光照高于某一强度时窗帘自动关闭，直到光照下降到某一范围时窗帘自动停止关闭。
【关键词】智能；光控窗帘；光照强度
1.引言
现代化家居系统要适应网络时代的发展，应引入智能化地概念。在传统的家居系统中，一般都是综合布线，使用刀开关来控制，寿命短，不安全，较费电。但近年来，随着经济的发展和科技的进步，人们对节能和科学管理提出了更高的要求，使得控制在智能化领域的地位越来越重要。而在商品房的建设热潮中，各大楼盘和房地产商也意识到了智能控制的重要性。使用智能控制系统，更能体现其再节能与管理方面的优势。
智能窗帘控制系统在家居、大型会议室等领域得到了广泛的使用，最大限度地满足人们对窗帘开度的各种需求，克服了传统窗帘的许多缺点，为人们提供了更方便、快捷、舒适安全的生活环境，提高了人类的生活质量。本系统采用单片机技术，实现了光照采集和LED显示以及自动控制功能。
2.硬件电路设计
本系统选用AT89S52作为主控芯片，用来完成电机驱动、光照强度检测、液晶显示等功能。窗帘控制由电机驱动电路和电机来实现，电机正转、反转和停止功能由单片机输出电平来控制。光强控制是利用光照传感器所产生的电流信号的强弱自动调节直流电机的正反转，从而实现窗帘的自动开合。整个系统结构框图如图1所示。
2.1 电机驱动模块
电机驱动模块主要实现对减速电机正转和反转的驱动。采用集成驱动芯片L298作为动力电机的驱动芯片。L298可由PWM信号控制电机调速，其具有体积小，可靠性安全性高，抗干扰能力强，电路简单，具有较大的驱动能力，可直接驱动减速电机工作。其工作原理为L298受单片机控制，通过单片机的P3.0和P3.1完成，当P3.1=0，P3.0=1时，电机正转，当P3.1=1，P3.0=0时，电机反转，当P3.1=0，P3.0=0，电机停止转动。IN1、IN2和IN3、IN4是驱动电机的信号输入端，OUT1～OUT4是驱动信号输出端，如果要控制窗帘的开合，可将两对引脚分别接高电平和低电平，使单片机的两个端口给出PWM信号，从而实现电机控制。
2.2 光照采集模块
光照采集模块使用可见光照度传感器Po188，它是一个光电集成传感器，典型入射波长为520nm，内置双敏感元接收器，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制。采用po188光照传感器，经A/D转换和单片机控制来确定步进电机的转向；其具有暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强呈线性变化，稳定性较好。
当有光线照射到器件的敏感元是敏感元产生的电信号经过内部放大，非线性修正，在阴极输出正比于光强的电流由R流入到地，R两端产生的压降也将是和光强成正比关系。其光强度检测电路如图2所示。
2.3 A/D转换模块
光源经光照传感器输出模拟信号后，需要使用A/D转换器，本系统采用ICL7135芯片，ICL7135是4位双积分A/D转换芯，可以转换输出±20000个数字量，有STB选通控制的BCD码输出，与微机接口十分方便。ICL7135具有精度高（相当于14位A/D转换）的优点。
硬件连接：89S52的外接晶振fosc= 12MHz，则ALE输出约为2MHz，将ALE信号输入CD4040芯片的CLK引脚，CD4040是由12个T型触发器组成的串行二进制计数器/分频器，有12个分频输出端，Q1～Q12，最大分频系数为212=4096，由于CD4040的所有输入端、输出端都设有缓冲器，所以有较好的噪声容限，CD4040的Q2输出是对ALE进行了8分频，故输入ICL7135的时钟为2MHz/8=250KHz，可得TCP=1/250ms=0.004mS。
ICL7135A/D转换电路如图3所示。
2.4 电源模块和显示模块
电源芯片使用标准三端稳压器LM7805、LM7905。其中：LM7905提供负5V电源，主要给ICL7135芯片供电，LM7805提供正5V电源。考虑到系统对减速电机驱动的要求，为了防止电池电量不同对电机驱动能力的影响以及模块间的相互干扰，设计中采用双电源供电，将电机驱动电源和单片机的供电电源完全的隔开，这样设计可以彻底消除电机驱动所造成的干扰，提高系统的稳定性，同时还可提高电机驱动能力。电源模块1给主控系统、ICL7135芯片等供电，电源模块2专给电机供电。
显示模块采用2个4位共阴极数码管显示不同照度下的光照强度及LCD1602液晶显示用户相关信息，实现人机登录界面，以及相关的温馨提示。这样不仅使电路设计简单，直观，而且使用户能够了解更多的信息，使得系统更加的人性化。本模块选用CD4511芯片做为译码器，CD4511是一个用于驱动共阴极LED显示器的BCD码――七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流；74HC573是LED段选锁存器，其内部自带上拉电阻且自带保护电路，具有良好的数据传输和数据锁存功能。
3.软件设计
当光照强度大于1000Lux小于3500Lux时，电机正转，使得窗帘处于闭合状态，数码管显示光照强度，液晶显示turn type =turn open；当大于3500Lux时，电机停止转动，窗帘保持现状，液晶显示turn type=turn stop；当光照大于6000Lux时，电机反转，再次显示光照强度，液晶显示turn type=turn close，使得窗帘张开。在程序中，主要采用定义头文字和子程序的方法，再在主程序中调用子程序的方法实现电机的转动，数码管和液晶的显示功能。其系统整体流程图如图4所示。
4.结束语
本文完成了智能光控窗帘系统的设计，智能控制部分以单相可逆电机作为执行元件，以灵敏度高的可见光照度传感器作为检测元件，以AT89S52作为控制芯片，配合LED数码管显示，实现了光控窗帘的智能控制。本系统研究可使家居智能化、人性化、节能化，特点在于其传感器内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好，可靠性高，是普通光敏器件不可比拟的，实现了光强度范围较宽的检测。
参考文献
[1]余锡存，曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安：西安电子科大出版社，2008.
[2]蒋小洛，涂嘉庆，胡大可.智能家居远程监控系统的软件开发[J].测控技术，2006（12）：60-63.
[3]孙健.智能家居电动窗帘的设计与实现[J].机械工程与自动化，2012（2）.
[4]钱云等.基于ATMEGA16单片机的智能窗帘控制系统设计[J].微计算机信息（嵌入式与SOC），2009，25①（10-2②）.
[5]A.Helal，W.Mann，H.Elzabadani，etal.Gator Tech Smart House：A Programmable Pervasive Space[J].IEEE Computer magazine，2005（3）：64-74.
作者简介：
谌容，女，硕士研究生，研究方向：测控技术及仪器和智能结构系统与仪器。
胡泽，男，博士，教授，西南石油大学电气信息学院副院长，主要从事电子信息和井下测试技术研究。