自动窗帘控制系统设计

随着高新技术及电子器件的发展，光控、温控及遥控应运而生，给人们的生活带来了很多方便。同时，也为人们的生活环境以及智能家居的实现提供了依据，为此，研究与智能具有深远的现实意义。
1 系统总体与工作原理
本系统由单片机、红外接收、光敏测光、电机驱动、数码管显示以及鸣响提示模块组成。主要应用模块的选择包括电动机驱动模块的、PWM调速方式、PWM调脉宽方式、PWM软件实现方式的选择。其中，电机驱动模块的选择采用由达林顿管组成的H型PWM电路；PWM调速工作方式采用单极性工作制；PWM调脉宽方式选择采用定频调宽方式；PWM软件实现方式采用软件延时方式。智能所需的关键芯片及器件有：单片机AT89S52、直流电动机、三相稳压器78L05、储存芯片CAT24WC02以及光耦4N25。系统总体框图如图1所示。

该窗帘采用AT89S52单片机的最小系统设计，可以实现使用红外遥控器进行远程手动开、手动关和手动停控制，数码管显示窗帘的开、关，可以通过自行设定相应的数字表示；也可以按事先输入的开启时间和关闭时间进行时间控制，数码管显示当时的小时和分钟时间，但只能顺序显示，显示一遍后，略等片刻，再显示下一遍时间；还可以根据室外环境亮度实现光控，即窗帘的控制，由驱动数码管显示出当时的状态。红外窗帘遥控控制器通电默认当时时间是8点钟。在3种工作方式下，数码管均按时分法显示时间、工作方式和工作状态。每一组数据由5个数字组成，前4个数字顺序显示时十位、时个位、分十位、分个位，第5个数字包含工作方式和工作状态：显示“一”(1横)表示手动方式；“二”(2横)表示半手动方式；“三”(3横)表示光控方式；不显示横则表示时控方式。左上角的“竖”点亮表示电机工作时发出鸣响提示，不点亮表示电机工作无提示；右上角的“竖”点亮表示整点报时开启，不点亮表示无整点报时。左下角“竖”点亮表示窗帘正在打开，右下角“竖”点亮表示窗帘正在关闭。
2 硬件电路设计
该窗帘电路分为8个部分：电源、显示、光控电路测光、电机控制执行、红外接收、鸣响提示、数据存储、单片机主控器件。其中，电源部分通过外接插座输入交流12 V或者直流13 V~14 V电压供电，经过三端集成稳压器稳压后输出5 V电压，为鸣响电路、红外接收电路、显示电路提供电源。使用2节5号普通电池提供直流电源。
2.1 光采集电路设计
测光电路如图2所示，由GM1、C3、V3组成。GM1采用光敏二极管[1]，C3和GM1组成RC充放电回路。当P3.4处于高电平时，P3.4的高电压通过GM1的正向电阻向C3充电；当P3.4被单片机拉低为低电平时，C3通过光敏元件放电。光敏二极管工作在反向电压状态下，此时环境亮度决定了光敏二极管的光阻值，光阻值大，C3放电速度慢，反之放电速度快。适当控制P3.4的拉低脉冲宽度，使得C3放电工作在线性比较好的工作段上。P3.5用来检测C3在P3.4拉成低电平期间的放电电压状态，当C3电压降到小于1/2VCC后，P3.5测得数据“0”，反之测得数据“1”。为了减小P3.5对C3充放电的影响，C3充放电电压通过三极管V3组成的射极输出器连接到P3.5上，射极输出器的高输入阻抗减小了P3.5对RC充放电电路的影响。

2.2 红外接收电路及数据存储部分设计
红外接收电路使用型号为HS3008的集成型红外接收器，静态时输出端输出高电平，当接收到红外信号后，按红外信号的数据波形输出负脉冲数据信号，红外信号输出到单片机的P3.2口，该口对应的第二功能是外部中断0(INT0)，利用该功能，一旦红外信号到来，P3.2被拉成低电平，使单片机中止当前的工作并转到接收及处理红外信号。开启中断功能的目的是：既减轻了单片机的工作负担，又保证接收到的红外信号的完整性，同时在手动工作状态下，单片机进入睡眠后，利用外部中断功能完成对单片机的唤醒。单片机的P3.3和P3.7口作为I2C存储器的总线，本电路中使用AT24C02完成对设置状态和设置数据的储存。红外接收电路和数据存储电路[2]如图3所示。