基于单片机的智能窗帘设计

论文名称基于单片机的智能窗帘设计摘要随着社会的发展人们生活水平的越来越高，智能化家居也越来越被人们所关注，智能窗帘等也随着科技发达的基础悄然兴起，它不但具备普通窗帘优雅美观的特点，而且还能提供智能化的自动服务，可以使人们的家居生活更加舒适，温馨与贴心。本文的设计是基于单片机控制系统的智能化窗帘，它具备定时关闭开启，光感，红外遥控，房内温度显示等等智能化功能。该窗帘为了方便用户使用提供了按键来控制窗帘的关合，同时还增设了定时关闭开启模块，用户可以根据自身的需求对某段时间来设置窗帘的关闭开启程度。当时间到达后，窗帘自动切换到光感智能模式，以实现窗帘根据外界的光明强度的变化来控制房内窗帘开启关闭，从而调节室内的光线，同时，还可以选择增设温度显示，使得用户可以随时了解知道室内外的温度状况。关键词：智能窗帘，单片机，红外线遥控，光感控制目录摘要………………2关键词……………2

一概述…………4二本设计的内容及存在的主要问题……52..1设计的基本内容…………5

2.2整体功能的实现………52.2.1光感功能的实现……………………52.2.2遥控功能的实现……………………6三总体方案设计……………………63.1总控制系统………………63.2单片机的选择……………63.3窗帘结构的安装和电机的选择…………73.3.1窗帘结构的安装………73.3.2电机的选择………8四硬件的设计选择………84.1方案选择…………………84.2光电传感器模块…………94.3单片机模块………………104.4执行单元模块……………13五软件设计……………15六参考文献……………18七致谢…………………19

附录硬件电路图………201.概述在如今的21世纪，随着科技的发展，信息化时代的到来，人们经济水平的日渐提高，各种以电子，通信和互联网技术结合创造出来的产物———智能家居应时代出现。这种新型智能家居的普遍将使得人们的生活变得更加快捷，舒适，方便，安全，有效。其中智能窗帘在智能家居中就是“名列前茅”的一员。在现在的生活中，对于室内的设计来说，窗帘也是必不可少的，它不仅有遮光的功能更有美化房间的作用，他不仅可以协调房间内的色彩搭配，而且还可以柔滑房内空间的造型线条，营造出仍任温馨惬意的环境。现在的窗帘大部分都是手动拉轨式，而且智能家居窗帘的造价相当昂贵，因此在普通老百姓的家里还不会普遍广泛的出现，目前只会在一些高档的别墅和住宅出现。现在社会由于普通住宅和公司办公楼的越来越多，窗户的尺寸大小也发展的越来越大，比较以前的窗户尺寸，现在的窗户虽然采光很好但是也因为这个带来了一些不便，比如说手动窗帘已经不适用于如此大尺寸的窗户了，但是在楼盘设计师设计之初并没有考虑到这些问题，使一些高档住宅反而因为窗户的尺寸太大了而带来生活上的不方便。因此如何提高智能窗帘的性价比，使得他可以改善人们的生活，给予人们日常生活上的更大的方便。并且自动控制智能窗帘系统和许多产业有关，而且生产单片机控制的智能窗帘也将会面向大众化普及，它的应用市场是很有前途的，一定会吸引大量的企业家的目光从而牵动很大一批产业的发展壮大。本文就是基于单片机控制的智能窗帘的设计。2本设计的内容及存在的主要问题2.1智能窗帘设计的基本内容智能窗帘的主要设计内容在于窗帘结构的设计，关于系统控制软件的设计和硬件的选择与布局选择不同的设计。窗帘结构在现在这个社会的审美观念中，人们大多都追求的是整体的可观性，并且窗帘是作为整体房间1环境的重要一环，他的结构还有尺寸的大小也有收到一些限制。为了不显笨重，在我们的设计里面，我们大多会采用质量轻盈，并且硬度也高的铝合金材料来作为窗帘的框架制作材料。关于系统控制软件为了可以根据实时室外的情况来实现窗帘的自动开启关闭调节光线对于人们在工作或者室内休息时产生的影响。当人们在工作或休息时，如果外界的光线强烈，很可能会给室内的用户造成眼睛上的不适，时间长了可能会造成一些眼睛过度疲劳，而窗帘的光控可以根据单片机事先设置好的光感强度在收到光线后，程序就可以根据这个光线的强度而调节窗帘的开启关闭，从而改变房间内的光线强度，给房间内的人们一个舒适的环境生活。也可以根据房间主人的实际要求进行手动关闭开启。而且智能窗帘还有一个定时功能，可以提供在任何时候定时12个小时，并在定时功能完成后，自动恢复系统到光感模式，当然用户也可以在定时还没结束前重新开启光感模式操作窗帘开合。且窗帘自身也带有温度检测系统，可以时时刻刻提醒拥护注意外界的温度变化。窗帘布局的设计则是根据智能窗帘的两个光感模块还有它的限位开关从而达到控制智能窗帘光感模式的目的的。对于不同种类尺寸的窗帘，可以根据房间的实际情况来改变限位开关之间的距离来实现控制这一目的。2.2整体功能的实现2.2.1光感功能的实现关于智能窗帘的光感部分可以把他区分成两个部分分别是光感接收检测和光感执行两部分。光感接受检测是依据于光电导探测器的接受反馈。光电导探测器又称为光敏电阻，可以分成两个部分分别是暗电流和亮电流这两个部分。暗电流：光敏电阻器在一定的外加电压下，处于房间内没有入射光照射的时候，流过的电流就是暗电流再经过一定时间测量到的电阻值，就叫做暗电阻。亮电流：光敏电阻器在一定的外加电压下，处于某一入射光的照射下流过的电流就是光电流，而外加电压和光电流的比则就是光电阻。光敏电阻器是一种利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，并且光敏电阻器的暗电阻如果越大，则亮点阻越小这样的光敏电阻器性能就越好。也可以这样理解，暗电流越小则光电流就越大，而这样的光敏电阻器的灵敏度就会越高。在本设计的光感电路中我们会在里面加入一个滑动电阻，这样我们的用户就可以根据因地区不同所带来的光线不同而改变光感元件对入射光不同的敏感程度，从而达到完美的控制目的。在此设计中我们的光感执行部分主要是包括一个直流电机还有三个限位开关来实现我们的控制目的。当光电导探测器通过入射光判断光线强度改变的时侯，此直流电机按照相应的方向转动。以光线程度变弱为例，直流电机向窗帘开启的方向运动，当绕绳碰到某一个限位开关的时候电机会停止继续转动，再进入另一个光电导探测器的判断，如果还是没有达到设定好的位置，电机会继续转动，直到碰到行程开关后停止。2.2.2遥控功能的实现在如今的21世纪遥控器的使用已经很普遍了，遥控器的使用极为便利，并且功能也较多。目前已经广泛的用在了很多家用电器上了，而且价格也很亲民，在市场上很常见。虽然遥控器内预支了多种编码，但是如果我们可以将遥控器的代码调用方式进行选择，用作单片机系统的输入，这样我们就可以解决因为常规矩阵键盘柔性电路板过大，布线过于复杂，占用输入输出端口过多的短处了。而且使用遥控器可以使用户更加方便的使用无需在固定一处操作控制。当然我们选择遥控器还有一个原因就是因为它的红外线发送控制信息，红外线在我们的生活中随处可见，并且在现在的技术中生产红外线是很容易的，还有重要的一点就是生产价格成本很低。其次它是一种肉眼不可见的光，是太阳光谱的一部分，且只要是有热量的物体就会发射红外线，所以我们也需要采取一些行动来防止红外线冲突，而导致的控制信号受到干扰，采取调制的话就可以让我们的控制信号免受干扰。通过把遥控器的红外线和别的红外线使用不同的特殊频率发射，然后再将红外线接收器的频率调试到统一来接收信号，以此来避免信号紊乱受到干扰。3总体方案设计3.1总控制系统单片机又被称作单片微型计算机，是典型的嵌入式微控制器，它不是只用来完成某一个逻辑功能的集成电路，而是把一个计算机系统都集成到一块集成电路上。单片机由运算器，控制器，存储器和输入输出设备几个部分组成的相当于一个微型的计算机并且价格便宜，体积更适合携带，质量也很轻盈，为学习，应用和开发都提供了很大的便利条件。在目前这个社会，单片机应用广泛，几乎和我们形影不离，已经根深蒂固的融入了我们的生活里。在很多方面都给我们带来了便利和舒适，也在稳步地提高这我们的生产效率和产量品质。3.2单片机的选择在国内外单片机的发展也越来越迅速，我们也根据先进性和稳定性后深思熟虑制定下了这个单片机的选择就是STC公司的stc89系列单片机。Stc89系列单片机是采用8051内核的新一代ISP在系统可编程芯片，相较于以前的单片机更为强劲它的最高工作时钟频率可达到80MHz，芯片内含8kBytes的反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，并且它还兼容了MCS-51指令系统和80C51的引脚结构，更是在芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，使得单片机具备了可以编程的特性，配合电脑就可以奖项要输入的东西下载进去，这样就省去了需要特定通用编程器的费用和时间，速度较以前更快，且成本偏低，所以这是一个很好的选择。单片机引脚图3.3窗帘结构的安装和电机的选择3.3.1窗帘结构的安装窗帘作为家居装饰中较为重要的一个因素，窗帘安装一直是一个比较者的关注的问题，并且对于智能窗帘来说，它需要的不仅仅只有外表美观，它还需要稳定和降噪。所以我们在安装的时候会在滑线部位上安装一些能够长期保持磁性的硬磁体，与之相对应的有单只或多只磁性材料制成的吊环，且滑线在封闭的帘杆中运行工作，这样这种智能窗帘的滑线就不会露出，并且不会有灰尘和互相缠绕。窗帘结构图如下3.3.2电机的选择关于脉冲电机它是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现在这个时代的数字信号控制系统中的主要组成部分，应用面非常广泛。当脉冲驱动器接收到一个脉冲信号时它就会驱动脉冲电机按照设定好的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以步距角一步一步转动的，这样可以使定位更加的准确。且脉冲电机还可以控制脉冲频率来控制电机的转速以达到调速的任务。而这次我们的设计选择的是一种12v的直流脉冲电机，以下是关于12v的直流脉冲电机的信息。型号峰值堵转转矩（N。m）电流（v）电压（A）功率（W）最大空转数（r/min）GW31ZY-637.51.51218634硬件的设计选择在这个方案中决定它成功与否的就在于硬件的设计好坏，所以在设计的时候，电路越简易越好，因为这样的话系统也就越可以稳定运行。本文的设计以单片机AT89C52为主要核心控制系统，通过光电传感器采集数字信号，而后经单片机来控制直流脉冲电机，并根据光线变化来调整窗帘的位置。4.1提案的选择本文也考虑了一些外界因素，关于智能窗帘的成本和市场价值。我们也提出了一种提案，使用光的控制原理工作，光强就自动打开，光弱就自动关闭，实现光控窗帘的设计，这个系统有结构简单，成本价格低有利于推广和具有强抗干扰能力等优点，可以满足用户需求，有很好的发展空间。设计框图如下：在我们此次的设计里，选AT89C52单片机作为核心控制系统，光线则由ULN3330光电传感器收集，随后由L293D芯片驱动直流脉冲电机调整它转动的角度问题。关于直流脉冲电机我们会选用较易调整的步进脉冲电机，而它和单片机之间我们使用L293D驱动芯片连接，因为他是一种专用的步进电机驱动芯片。4.2关于光电传感器模块普通的光电传感器输出信号有两种类型：使用开关型和模拟型的。使用开关类的被用于转速测量等而模拟型则被用于光电比色等。光电检测必须要有的：被测物，光电元件和光源。下列是关于传感器uln3330的介绍因为传感器uln3330会直接输出数字信号，所以和连接电路中间不需要模拟数字信号转换电路。以下是ULN3330和单片机的连线图片及仿真（1）ULN3330的输出端口2接在了AT89C52的P3.0口，输出端的电平就会留到单片机，电源端口接上+12v的直流电压，剩下的vss端口接地。当外界变亮，ULN3330受到大于50勒克斯的时候，就会输出高电平，然后经过AT89C52由L293D驱动电机正转，随后窗帘开启，当外界光线变弱小于45勒克斯时，则输出低电平使电机反转，窗帘关闭。下图是电路连接图：（2）使用开关模拟ULN3330接在AT89C52的P3.0口，另一端口则是接地端口，AT89C52通电后它的端口是高电平，所以当开关断开的时候，P3.0口是高电平，窗帘为开启状态。当开关开启的时候开关接地，则此端口是低电平，窗帘为关闭状态。4.3单片机信号模块单片机的全名叫做单片微型计算机，根据我们所学的知识，知道了它是一种集成了计算机部分主要功能的集成芯片。随着世界科技的越来越昌盛单片机等的出现是大家期待的，比如我们这次选择的AT89C52单片机。单片机的主要结构是由中央处理单元，随机存取存储器，只读内存等计算机需要的基本功能的大规模集成电路。以下是AT89C52单片机的结构图和引脚图以下是它的引脚功能介绍：4.4执行单元模块电机与行程开关部分;芯片采用L293D芯片，它的内部逻辑图功能引脚模块与说明：L293D芯片功能引脚介绍在本文我们选用的行程开关是自动式行