自动窗帘控制系统设计
1 系统总体设计与工作原理
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。智能窗帘设计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。
该窗帘控制系统采用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,即窗帘的自动控制,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
该窗帘控制系统电路分为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。
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