【《光控窗帘控制系统硬件设计案例》3400字】

光控窗帘控制系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u2944光控窗帘控制系统硬件设计案例 1233691.1光控窗帘最小系统电路 1279311.2晶振电路设计 2309931.3复位电路设计 35421.5温度检测电路设计 4187991.6光电传感器信号采集模块设计 442911.7执行单元模块设计 6239031.8硬件设计总结 8系统的整个硬件设计都经过了复杂的过程，从硬件的选择到控制系统的硬件设计，整个电路的完成离不开硬件的选择。1.1光控窗帘最小系统电路系统的最小电路也就是置于单片机的内部电路，也是整个单片机系统最重要的部分，由几个主要电路集合而成，每个电路都能完成特定的工作，它们可以一起运行，也可以作为独立的个体单独运行。所以这部分内容是非常重要的。包含了红外电路，复位电路，晶振电路，温度检测电路等几个重要部分，它们相辅相成，组成了光控窗帘的完整电路。最小系统电路如图3-1所示。图3-1最小系统电路图1.2晶振电路设计晶振电路的设计采用了晶振和电容，将它们连接在单片机的两个引脚。取一个合适的电容值,这个值必须满足电容能在电路的运行。时钟电路的作用是为系统提供脉冲，单片机的所有的程序运行和计算，都要先将脉冲进行设定，时钟电路是一个核心部件，就像手机里的核心元件CPU，假如它停止了运行，手机系统就会出现瘫痪，所以，假如单片机系统里的时钟电路停止运作，那整个系统就会像失去心脏一样无法进行工作。图3-2时钟脉冲电路设计图1.3复位电路设计在复位电路设计中，振荡器是整个电路的核心所在，当振荡器处在运行状态时，引脚上会出现高电平，用来重置MCU。通常，将下拉电阻器连接在该引脚和VSS之间。MCU复位后，会执行之前设定好的指令，电路设计图如图3-3所示。图3-3复位电路设计图1.4红外遥控电路设计将红外接收装置与单片机的P2.2端口连接，即单片机外部中断0口，利用红外遥控器的“开”，“关”两个按键来控制窗帘的开关，接收和处理红外信号。具体红外遥控电路如图3-4所示：图图3-4红外遥控电路1.5温度检测电路设计将温度传感器的下引脚接地，将第一个引脚与单片机的P1.2端口连接，在电源与正数据之间接一个上拉电阻以提高单片机的性能。图3-5位温度检测电路：图图3-5温度检测电路1.6光电传感器信号采集模块设计单片机与连接电路之间可以直接通过ULN3330传感器可以直接输出数字信号，不需要其他的元器件介入。光照量与窗帘的开合状态如下表所示:表3-6光照强度与窗帘状态关系光照量单片机输出端口窗帘状态大于40000勒克斯高电平开启小于35000勒克斯低电平关闭图3-7,3-8为ULN3330连接图和仿真连接图：（1）将光电传感器的输出引脚与单片机的P1.0端口连接，窗帘的开合状态是由单片机端口的电平决定的，为了防止元件出现错误，需要将接地端稳定接地，在上接口接上电源电压。因为外界因素的变化，当光照量大于50000勒克斯时，这种条件不适合花卉的生长，此时就需要将窗帘关闭，利用传感器的识别功能。经过各个元器件，实现最终的目的。反之当光线量小于35000勒克斯时，此时的光照量适合花卉的生长，可以将窗帘开启，几个元器件连续作用，最终由电机带动窗帘动作。几个关键器件相辅相成，形成了完整的系统。如图3-7所示：图3-7ULN3330与单片机的连线图（2）图1.8是利用开关对光电传感器的系统电路进行了仿真模拟，将开关与单片机的输入端连接，其目的是模拟单片机在工作时的状态，在不同状态下，单片机的运行轨迹是不一样的，在高低电平的输入下，窗帘的状态也是不一样的，高电平时开启，低电平时关闭，形成了光控窗帘系统电路图。下图为利用开关的模拟电路图：图3-8模拟电路图说明：仿真使用Keil软件，使用开关代替光敏。1.7执行单元模块设计1.7.1行程开关行程开关在整个执行单元模块设计中也是非常关键的存在，通常安装在电机正反转的末端位置。起到使电机强制关闭的作用，具体过程是使开关的触头关闭，进而控制电机。在光线强度过暗或光线强度过亮时，此时电机会进行反向运动，对开关的阻碍会被移除，当这些操作完成后，需要将各个元器件恢复到系统设定前的位置，方便下一次使用，满足人们的各种需求。位置开关在整个系统起着举足轻重的作用，在系统中，主要利用位置开关进行检测。当设备中的某一个部件触碰到位置开关，使其触头动作，将这个信号转变为电信号，使系统完成控制操作。机械运动往往是非常复杂的，此时就可以利用位置开关来限制它的运动。机械运动会在一个相对固定的位置停止，可以进行变速运动，也可以反向运动，甚至在某些特殊的机械中还可以进行自动往返运动等等。在实际运营中，将行程开关安装在事先决定的位置，当两种物体发生相对运动时，行程开关可以感受到，并以连杆决定触点的开合，以此控制电路和机构的动作。本设计采用的行程开关是直动式行程开关。它的特点与我们常用的按钮有相似的地方，其原理是大致相同的，但也有一些不同的地方，按钮是采用手动的方式，而直动式行程开关则利用运动部件的碰撞，从而使触点动作。当不在受到碰撞时，触头会因为弹簧的作用，恢复到之前的位置。1.7.2步进电机选用步进电机是设计中的重要组成部分，其原理是电磁感应。利用电脉冲信号的转变功能。每输入一个控制脉冲，电机就会按照事先设定好的角度旋转一步，这个旋转的角度就叫做步进角。步进电机有很多优点，成本低，不需要减速机，运用于一些相对简单的器件中。本设计将混合式步进电机作为主体，顾名思义，混合式步进电机是由两种或两种以上电机组成的，使其具备更加强大的功能，反应式步进电机和永磁式步进电机是两个常用电机，将两者的优点融合在一起。其中又可分为五相和两相混合式步进电机，这是市面上非常常见的电机而且价格亲民，其稳定的性能使其非常适合运用该设计中。1.7.3执行单元模块电路连接（1）电机驱动电路连接电机驱动电路是电机能够运行的保障，内部芯片更是其核心部分，不同的电机所适用的芯片是不一样的，本文采用了L293D芯片，其原理是利用单片机端口接收到的电平，改变元器件的工作方式，进而改变电机转向。将芯片的输入端口与单片机的P1.0,1.3进行有效连接，单片机的输出电平从1-4这四个端口进入，起到控制电机的作用，决定电机的工作程序，电机的几个相线在整个电路中也起着重要作用，需要与芯片进行连接。每一个连接部分，都要合理地运行起来。电机的转速改变由单片机的输入端决定。本次设计的光控窗帘，区别于传统的窗帘，传统的窗帘，只能通过手动的方式将窗帘打开或关闭，而光控窗帘，可以根据使用者的需求，不仅可以自动打开或关闭，还可以在一个固定的位置停下，这里需要利用步进电机，控制开关的通断，而为了这一操作更加方便，能更好地发挥L293D芯片性能，开关的作用不仅可以控制电平，在其两端接上设置好的电源电压，使整个驱动电路能更好地运行，另外一端接地，起到限制作用，也就是是电机停止，一旦开关接地，此时电路被终止，电机不再转动，整个驱动电路的运行结束。电机的驱动电路，决定了窗帘的开启程度，电机在运的过程中会在极限端被卡死，也就是全部打开和全部关闭。如果使用者想要在某一位置将窗帘停止，这本设计有几个解决方案，因为电机工作过程中是在不断地旋转，所以如果将这一数据上传到系统端进行统计，也可以将这一数据传输到程序中，进行运算和控制，这是一种方法。另一种方法，当光控窗帘无法继续运行，达到设定的极限端时，会触碰到行程开关，这里是使用行程开关进行控制，当运动到极限位置时，行程开关闭合，当行程开关处于关闭状态时，使能端也会同时关闭。进而停止电机运作。这两种方法各有优点，而后者更适用于光控窗帘系统中，其严密性高，操作性简便的特点，符合本设计的思路。因为受限于步进电机本身的丢步现象，电机也可能会出现错误，在窗帘还在运行过程中强制停止，这也是这一设计的弊端。这里行程开关的作用是对步进电机进行控制，在系统设定好的位置停止：当光线强度较高时，此时会接受到高电平，步进电机在接收到程序后，进行正转动作，以从右到左的方式转动，此时的窗帘以一种之前设定好的速度渐渐打开，当运动到极限位置时，窗帘会碰到右端的行程开关SW3，此时使能端会被开关关闭，步进电机在接收到指令后，停止动作。而当光线强度较暗时，此时输出低电平，此时步进电机以逆时针方向运转，此时窗帘开合，阻碍电机的部件会被撤除，开关断开，使能端打开