自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作原理
本系統(tǒng)由單片機(jī)、紅外接收、光敏測光、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)碼管顯示以及鳴響提示模塊組成。主要應(yīng)用模塊的選擇包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的、PWM調(diào)速方式、PWM調(diào)脈寬方式、PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式的選擇。其中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路；PWM調(diào)速工作方式采用單極性工作制；PWM調(diào)脈寬方式選擇采用定頻調(diào)寬方式；PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式采用軟件延時(shí)方式。智能窗簾設(shè)計(jì)所需的關(guān)鍵芯片及器件有：單片機(jī)AT89S52、直流電動(dòng)機(jī)、三相穩(wěn)壓器78L05、儲存芯片CAT24WC02以及光耦4N25。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
該窗簾控制系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)使用紅外遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)開、手動(dòng)關(guān)和手動(dòng)?？刂?，數(shù)碼管顯示窗簾的開、關(guān)，可以通過自行設(shè)定相應(yīng)的數(shù)字表示；也可以按事先輸入的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行時(shí)間控制，數(shù)碼管顯示當(dāng)時(shí)的小時(shí)和分鐘時(shí)間，但只能順序顯示，顯示一遍后，略等片刻，再顯示下一遍時(shí)間；還可以根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)光控，即窗簾的自動(dòng)控制，由驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示出當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。紅外窗簾遙控控制器通電默認(rèn)當(dāng)時(shí)時(shí)間是8點(diǎn)鐘。在3種工作方式下，數(shù)碼管均按時(shí)分法顯示時(shí)間、工作方式和工作狀態(tài)。每一組數(shù)據(jù)由5個(gè)數(shù)字組成，前4個(gè)數(shù)字順序顯示時(shí)十位、時(shí)個(gè)位、分十位、分個(gè)位，第5個(gè)數(shù)字包含工作方式和工作狀態(tài)：顯示“一”(1橫)表示手動(dòng)方式；“二”(2橫)表示半手動(dòng)方式；“三”(3橫)表示光控方式；不顯示橫則表示時(shí)控方式。左上角的“豎”點(diǎn)亮表示電機(jī)工作時(shí)發(fā)出鳴響提示，不點(diǎn)亮表示電機(jī)工作無提示；右上角的“豎”點(diǎn)亮表示整點(diǎn)報(bào)時(shí)開啟，不點(diǎn)亮表示無整點(diǎn)報(bào)時(shí)。左下角“豎”點(diǎn)亮表示窗簾正在打開，右下角“豎”點(diǎn)亮表示窗簾正在關(guān)閉。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
該窗簾控制系統(tǒng)電路分為8個(gè)部分：電源、顯示、光控電路測光、電機(jī)控制執(zhí)行、紅外接收、鳴響提示、數(shù)據(jù)存儲、單片機(jī)主控器件。其中，電源部分通過外接插座輸入交流12 V或者直流13 V~14 V電壓供電，經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后輸出5 V電壓，為鳴響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源。使用2節(jié)5號普通電池提供直流電源。
2.1 光采集電路設(shè)計(jì)
測光電路如圖2所示，由GM1、C3、V3組成。GM1采用光敏二極管[1]，C3和GM1組成RC充放電回路。當(dāng)P3.4處于高電平時(shí)，P3.4的高電壓通過GM1的正向電阻向C3充電；當(dāng)P3.4被單片機(jī)拉低為低電平時(shí)，C3通過光敏元件放電。光敏二極管工作在反向電壓狀態(tài)下，此時(shí)環(huán)境亮度決定了光敏二極管的光阻值，光阻值大，C3放電速度慢，反之放電速度快。適當(dāng)控制P3.4的拉低脈沖寬度，使得C3放電工作在線性比較好的工作段上。P3.5用來檢測C3在P3.4拉成低電平期間的放電電壓狀態(tài)，當(dāng)C3電壓降到小于1/2VCC后，P3.5測得數(shù)據(jù)“0”，反之測得數(shù)據(jù)“1”。為了減小P3.5對C3充放電的影響，C3充放電電壓通過三極管V3組成的射極輸出器連接到P3.5上，射極輸出器的高輸入阻抗減小了P3.5對RC充放電電路的影響。
2.2 紅外接收電路及數(shù)據(jù)存儲部分設(shè)計(jì)
紅外接收電路使用型號為HS3008的集成型紅外接收器，靜態(tài)時(shí)輸出端輸出高電平，當(dāng)接收到紅外信號后，按紅外信號的數(shù)據(jù)波形輸出負(fù)脈沖數(shù)據(jù)信號，紅外信號輸出到單片機(jī)的P3.2口，該口對應(yīng)的第二功能是外部中斷0(INT0)，利用該功能，一旦紅外信號到來，P3.2被拉成低電平，使單片機(jī)中止當(dāng)前的工作并轉(zhuǎn)到接收及處理紅外信號。開啟中斷功能的目的是：既減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，又保證接收到的紅外信號的完整性，同時(shí)在手動(dòng)工作狀態(tài)下，單片機(jī)進(jìn)入睡眠后，利用外部中斷功能完成對單片機(jī)的喚醒。單片機(jī)的P3.3和P3.7口作為I2C存儲器的總線，本電路中使用AT24C02完成對設(shè)置狀態(tài)和設(shè)置數(shù)據(jù)的儲存。紅外接收電路和數(shù)據(jù)存儲電路[2]如圖3所示。
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