一种家居遥控一体化系统

一种家居遥控一体化系统一种家居遥控一体化系统 赵京辉 李传江 曹伟 尹美浪 上海师范大学信息与机电工程学院 上海 201418 摘要摘要 设计了一种以单片机为处理核心的家居红外遥控一体化控制系统 通过一个遥控器实 现对生活中各种常见家居的遥控一体化控制 可使改造的家居实现以弱电控制强电 分散 安装 集中控制的目的 实践证明 该系统具有结构简单 成本低 使用灵活方便 可靠 性高等特点 关键词关键词 单片机 家居控制一体化 红外遥控 引言引言 随着社会科学技术的飞速发展 当今的智能家居技术取得了巨大进步 方便 实用的 居家生活理念正在深入人们的思想中 但目前智能化家居存在设备费用昂贵 系统过于繁 杂 安装维修不易等缺点 短时间内很难在社会上得到全面普及 1 本系统正是着眼于这 一点 以一个红外遥控器和 AT89C52 单片机为电路核心 实现 一键操作 对常用家居 如照明灯 饮水机 电风扇 窗帘等 的基本控制 从而使忙碌或休息中的人们不再为 这些 小麻烦 来回走动 经实践证明 家居遥控一体化控制系统省去了智能家居中繁杂 的检测系统 在智能化家居发展趋势中 符合当代人们对成本低 操作便捷 实用性强等 心理需求 无须对现有家居进行过多改造 安装方便简单 市场应用前景非常广阔 1 1 系统介绍 系统介绍 本系统以 STC89C52 单片机为系统的控制核心 整体上主要分为三大模块 红外遥控信 号发送模块 单片机控制的信号接收 处理模块 控制对象构成的电路执行模块 受控对 象主要包括照明灯 饮水机 电风扇 窗帘等 对于不同受控对象 系统又分为若干个不 同的子系统 单片机在接收到红外遥控的发射信号后进行解码处理 经过判定后对相应的 子系统做出控制动作 总系统原理框图如下图 1 所示 在几个受控对象中以窗帘的控制最为复杂 故本论文主要以此为例进行介绍 在该系 统中 以霍尔电流传感器 ACS712 为监测设备的检测模块实时的将电机电流信息反馈给单 片机系统 当发生电机短路 窗帘卡壳 过界等使电机过载的情况时 单片机立即对电机 电路 资助说明 本文得到上海市教委 大学生创新活动计划 项目资助 项目编号 B 7062 12 001138 做出断电处理 从而达到自我防护的目的 图 1 系统框图 2 2 系统硬件设计 系统硬件设计 2 12 1 红外遥控 红外遥控 红外遥控信号的代码采用二进制码 编码调制由专用芯片完成 一个完整的红外遥控 信号代码一般由引导码 地址码 地址反码 数据码 数据反码等几个部分组成 地址码 及数据码的 0 1 是由 1 125MS 和 2 225MS 正脉冲之间的时间间隔决定的 发射 过程中的脉冲是与 38KHZ 的载波一起发射的 2 每个遥控器的引导码 地址码及地址反码 是固定的 数据码则作为功能按键的编码 不同的功能按键其代码不相同 因此单片机只 需对接收到的编码中的数据码进行判断 就可得知要进行操作的功能 红外信号的接收采用 VS 1838b 红外一体化接收头 它是一种集红外接收和放大于一体 的一体化红外线接收器 无需任何外接元件 就可以直接输给单片机编码信号 其电路连 接如图 2 所示 图 2 红外接收电路 2 22 2 电流检测模块 电流检测模块 红外 遥控 发射 器 红外 遥控 接收 器 STC89C52 单片机 照明灯 电流传感器 ACS712 模数转换 TLC2543 饮水机 电风扇 窗帘 通过电流检测来获得窗帘电机的负载情况 用于过载保护 ACS712 是一种线性电流传 感器 本设计中选用量程为5A 的 ACS712ELC 05B 电流传感器 工作电压为5V 在检测量程 5A 内 传感器的输出电压和检测电流成正比 模拟量输出约为185mV A 在没有检测电 流通过时 输出的电压是2 5V ACS712 典型电路图如图 3 所示 3 在本系统中 ACS712 串联在直流电机回路中 实 时检测电机电流 将电流信号转化成模拟电压信号后通过 VIOUT 引脚传送给 AD 转换器 TLC2543 转换成的数字信号再反馈给 STC89C52 进行处理 图 3 ACS712 基本电路图 2 32 3 ADAD 转换模块转换模块 TLC2543 是具有 11 个通道的 12 位开关电容逐次逼近串行 A D 转换器 采样频率为 66 Kbit s TLC2543 具有 AIN0 AIN10 共 11 个模拟输入通道和 3 个控制输入端 片选 CS 输入输出时钟 I O CLOCK 地址输入端 DATA INPUT 4 AD 转换器用来将接收到的模 拟电流信号转化为数字信号 然后通过 DATAOUT 与单片机进行串口通信 5 图 4 TLC2343 与单片机连接电路 在本系统中选用 AIN0 作为数据输入端 与电流传感器 ACS712 数据输出端相连 其电 路连接如图 4 所示 对于输入的 0 5V 的信号电压 经过转换后输出给单片机的数值可达到 0 4999 范围 在 ACS712 内无电流通过其输出电压为 2 5V 时 TLC2543 的输出值为 2499 相对于灵敏度变化率为 185mV A 的 ACS712 而言 输出的每单位数值对应约为 5 4mA 完全 能够达到对电机电流的精确检测 3 3 系统调试和实验结果 系统调试和实验结果 在实际电路中 对于拉动窗帘的电机 本系统采用扭矩为 2 5KG CM 的 6V 直流减速电 机 输出转速为 70RPM 空载电流为 40mA 经测量电机在正常负载转动时电流在 60 80mA 之间 经过实验测试 TLC2543 输送给单片机的数值与电机电流的关系如下表 1 所示 由于 实际电路中电机电流存在小幅度波动 表中数值为该范围内多次测量得到的大致平均值 表 1 电机电流与测得的 TLC2543 数值对应表 电流 mA 050 560 570 580 5 瞬时短路 正转 24992509251125132516 2545 反转 24992490248824872485 2460 由表中数值可知 若窗帘在拉动过程中出现卡壳 过界等情况时 单片机就可通过检 测的电流数值及时做出处理 数值的判定处理 采用如下两种方法 1 对数值的整体限位 控制 即当数值大于 2545 或小于 2460 时就关断电机电路 2 对反馈数据每 0 5S 周期采 样读取一次 将本周期数值与上一周期数值进行对比 若两次数值之差大于 6 即电流波动 超过约 30mA 时 说明电路发生故障则将电路断开 通过最终的实物调试 本系统已能够正常操作控制 由于电机存在正转和反转两种情 形 在程序中对正反转运用互锁的方法 当窗帘处于拉开状态时必须停止后才能跳转到关 闭状态 从而防止电压瞬间反向对电机的损坏 在窗帘完全拉开或关上时 滑轮到达边界 处停止 电机电流瞬间大幅增加 电路会自动的断开 4 4 结束语 结束语 对于其他家居的控制方法其原理和以上大致相同 这里不一一赘述 采用红外遥控的家居一体化系统 革新传统的家居操作控制方式 实现用一个遥控器 分别控制多个不同家居对象 极大的方便的了人们的生活 在智能化家具的发展道路中 完全满足了人们对价格低廉 操作便捷 实用性强等各方面需求 通过这种方法实现家居 的遥控化 设备成本低 安装简单 不影响整体的装修结构 同时可推广到办公室 大型 商场等公共场所的多设备集中控制 具有很大的发展潜力 参考文献参考文献 1 张永刚 我国智能家居现状与问题 J 智能建筑与城市信息 2012 12 26 2 崔如春 谭海燕 红外遥控信号的编码方法与单片机译码程序的设计 J 计算机与现代 化 2000 6 109 110 3 董建怀 电流传感器 ACS712 的原理与应用 J 中国科技信息 2010 5 92 93 4 姚远 王赛 凌毓涛 TLC2543 在 89C51 单片机数据采集系统中的应用 J 电子技术应 用 2003 9 37 5 李映颖 王海军 孟祥谦 串行 AD 转换器 TLC2543 与 51 系列单片