基于单片机的智能窗帘控制系统设计

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摘 要：随着智能化家居产品的产生与广泛应用，传统窗帘已经不能满足人们对生活水平质量的要求。设计了一种基于STC90C516RD单片机的智能窗帘控制系统。该系统集手动控制、红外遥控以及光控为一体，并可根据需求调节窗帘开合速度，实现对窗帘的半自动控制和自动控制功能。该系统具有成本低廉、抗干扰能力强、灵敏度高等特点，克服了传统窗帘功能单一，智能化程度不高的缺点，能够实际应用在百叶窗等一系列窗帘的控制中，具有一定的推广价值和应用前景。

关键词：智能窗帘 单片机 红外遥控 光控

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0103-04

Design of Intelligent Curtain Controller Based on the Microcontroller

Deng Jiaqing1 Jin Xin2

（1.School of Mechanical Electronic & Information Engineering，China University of Mining & Technology，Beijing，100083； 2.School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing，100081，China）

Abstract：Due to the emergence and wide use of intelligent household products，conventional curtains can no longer meet people’s increasing demand for higher quality life.Accordingly，an intelligent curtain control system，based on microcontroller STC90C516RD，is designed in this paper.Integrated with manual control，infrared remote control and light control as a whole，the system can be used to adjust opening-closing speed of a curtain on request，and achieve the functions of semi-automatic and automatic control at the same pared with the traditionally single-functioned curtains with low level of intelligence，the system also has the features of low cost，strong anti-interference capacity and high sensitivity.With high promotion value and broad application prospects， the system will have practical application in the control of a series of curtains.

Key Words：Intelligent curtain；Microcontroller；Infrared remote control；Light control

伴随着信息化时代的到来，智能化家居控制系统越来越多的出现在人们的日常生活中，给人们带来了安全、方便、舒适的生活环境，家居环境也因此越来越成为人们关注的热点。而窗帘是我们家居环境中必不可少的，但是传统的窗帘需要繁琐的操作，已经不能满足现代生活品质的要求，于是人们对家居环境提出了更高的要求，具有智能化的窗帘控制系统拥有广泛的应用前景[1-4]。

针对以上问题，设计了一种以STC90C

516RD单片机为控制核心，集手动控制、红外遥控以及光感控制为一体的智能窗帘控制系统，实现了半自动和自动两种模式的控制方式。半自动模式下，可以通过人工操作机械按键实现窗帘的任意开合；自动模式下既可以通过红外遥控操作来实现窗帘的任意开合，也可以通过光敏电阻感应外界光照的强弱来自动控制窗帘开合。在控制窗帘的开合的同时，根据人们的不同需求，可以通过机械按键和红外遥控按键来改变窗帘开合的速度，更加的人性化。智能控制不仅克服了传统窗帘功能单一，操作繁琐、智能化程度不高的缺点，而且可以满足不同环境场合的需求。

1 控制系统硬件设计

1.1 硬件系统的基本组成

系统的硬件结构框图如图1所示。本系统选取的是STC推出的新一代超强干扰/高速/低功耗的单片机STC90C516RD为核心，由键盘电路、数码管显示电路、红外收发电路、光敏电阻、AD转换电路以及步进电机驱动电路等电路组合而成。系统的被控对象为步进电机，窗帘的开合由步进电机来带动。通过红外遥控器和机械按键发出信号来控制电机的正反转、停止与开始运转，即窗帘的开合，还能够控制窗帘开合的速度。同时，根据用户需求可以开启或关闭光控功能，通过光敏电阻感知外界光强，窗帘能够自动开合。显示模块可用来显示窗帘速度的等级和窗帘开合状态。

1.2 红外控制模块

红外控制模块由红外发射装置和红外接收设备两部分组成。本系统是选用TC9012芯片制成的红外遥控器作为红外发射装置，1308红外一体化接收作为红外接收装置。按下红外遥控按键，将相对应的二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号，接收装置将接收到的光脉冲转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路就行解调，还原为二进制数字信号后输出[8-10]。

红外接收装置连接到单片机的P32口，即外部中断0口。红外遥控器按键1、3、4分别表示窗帘动作的三个速度等级“10”“20”和“00”，按下按键2，窗帘停止动作。当红外遥控有按键按下的时候，单片机就会接收到信号，并执行相应的动作。硬件连接如图3所示。

1.3 智能光控模块

智能光控模块，由光敏电阻和A/D转换电路构成。光敏电阻的阻值根据光线的强弱发生变化，其端电压也随之变化，再通过PCF8591 AD转换芯片，将光敏电阻的电压信号转变为数字信号，写入24C02存储器中，通过I2C总线协议与单片机之间进行读写数据，从而实现动作。

总线接口SCL与SDA分别接单片机P20和P21管脚。选择AD0通道，并与光敏电阻相连，即J31（AD0）与J7（RG1）相连。步进电机会根据光敏电阻接收到外界光的强度进行动作，当光强的时候，窗帘自动拉开，光暗的时候，窗帘自动闭合[11-12]。硬件连接如图4所示。

1.4 步进电机模块

选用4相5线步进电机，励磁方式采用的是1～2相励磁方式，即1相和2相轮流交替导通，每送一个励磁信号转动1/2标称角度，这种励磁方式精度较高，且运转平滑。由于单片机的驱动电流较小，不能直接用来驱动步进电机，优势不能充分的展现出来，因此使用ULN2003达林顿阵列驱动，为步进电机提供较大的扭力，从而使电机能够稳定的工作[5-7]。步进电机模块的硬件设计如图2所示，其中一根线接电源VCC，其余4根接到芯片ULN2003上输出端口，芯片ULN2003中的输入端口2～5管脚连接到单片机的P10～P13管脚上。步进电机正转相当于闭合窗帘，反转相当于拉开窗帘。

2 控制系统软件设计

软件程序在KeilμVision4的开发环境下使用C语言进行编译，利用了模块化设计思想，系统的软件主要由主程序、显示程序、机械按键程序、红外遥控控制程序、光感控制程序等几部分组成。主程序主要完成初始化操作以及各个子程序之间的联系任务，主程序是无限循环，初始化单片机的相关功能模块，利用子程序中设定的机械按键和红外遥控器按键以及光强数字信号的model数值，在主程序中分别进行调用，巡回检测控制信号，判断电机动作形式，从而分别实现各个按键的功能。主程序流程图如图5所示。步进电机的动作控制令1相2相轮流交替导通，正反转控制即把导通顺序颠倒过来编写，通过控制每相之间的延时时间来进行电机调速，延时越长，转速越慢，延时越短，转速越快。红外遥控器发出的信号作为单片机的中断信号，当程序初始化完毕以后，对P32口进行实时检测，若有脉冲发出，则进行解码，并根据编码进行电机相应的动作。当打开光控功能按键后，光敏电阻检测环境亮度，设置正常光线的初始值，根据检测结果与初始值比较，窗帘实现自动开合。

3 试验研究

在自然光条件下进行试验，硬件连接和软件编译无误，且单片机上电后，通过控制单片机机械按键，可以实现电机的正反转（即窗帘的开合）和转速，通过红外遥控器，也可以实现控制电机的正反转（即窗帘的开合）和转速。打开光感功能开关，通过打灯和用遮光片遮住光敏电阻来改变光线的强弱，光敏电阻感知后即可自动控制窗帘的开合。同时，数码管能够正常的显示窗帘的三个速度等级“00”“10”“20”即窗帘开合的动作速度，以及窗帘开合的状态“0”和“1”。试验测试结果如图6所示。通过试验可以看出，本系统运行一切正常，并且稳定性好，控制简单方便。

4 结语

本设计利用单片机来实现窗帘智能化，系统集手动控制、红外遥控以及光控为一体，并可根据需求调节窗帘开合速度，实现对窗帘的半自动控制和自动控制功能。从试验结果来看，智能窗帘控制系统具有良好的稳定性和实用性，并且更加人性化，在各个方面都比较适合现在市场的需求，具有很好的发展。该系统可以按照人们的需求进行扩展，以满足人们新的需求。

参考文献

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