基于AT89C52的智能窗簾控制系統的設計

穆鵬飛　張萍　馬如海

摘 要： 針對家居環境采光及避光問題，自動窗簾控制將取代手動控制，更加人性化。本智能窗簾控制系統以AT89C52為控制核心，集溫度控制、光照強度控制、LCD顯示、紅外遙控為一體，實現了通過光照強度、溫度檢測、紅外遙控控制窗簾的開閉，很好地解決了普通窗簾的控制問題，方便了人們的生活，滿足了人們提高生活品質的需求。

關鍵詞： AT89C52 智能窗簾控制 紅外遙控

21世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯網新技術推動了人類文明的巨大進步。正是因為通信技術、網絡技術、控制技術等的迅猛發展與提高，影響到了人們生活的各個方面，改變了生活習慣，提高了人們的生活質量，家居智能化也應運而生。作為智能家居的一個重要組成部分，智能窗簾控制系統在家居、大型會議等領域具有廣泛的應用前景[1]。本設計主要針對目前生活中使用的普通窗簾所無法解決的現實問題，在普通窗簾上安裝傳動系統，并以傳感器控制系統為核心，構成條件感應、信息分析、電路控制、機械傳動的一體化，以實現窗簾開啟和關閉的智能化，讓窗簾具備識別室外光線、溫度的變化并隨之自動關閉和較遠距離遙控的功能，讓人們的生活更便捷、更有效。

1.系統總體設計

本智能窗簾控制系統以STC89C52單片機為控制核心，由電源模塊、光敏感應模塊、溫度檢測模塊、紅外遙控模塊等組成，與此同時可外擴一些其他的控制功能。系統可以實現對外界光線強度的實時監測，從而來控制窗簾的自動開啟和關閉，并可對室內的溫度進行檢測和顯示，可由用戶設定溫度閾值，當實際的溫度超過或低于設定溫度后，通過窗簾的開閉，使室內的光線和溫度達到一個較理想的條件。為了體現人性化，本設計通過紅外線的發送和接收，可根據用戶的意愿實現對窗簾開閉的遠距離遙控。本系統的原理框圖如圖1所示。

2.系統硬件電路設計

系統硬件電路包括有單片機及相關電路、光敏傳感器電路、A/D轉換電路、溫度檢測電路、步進電機電路、紅外控制電路等。單片機外圍電路提供各模塊所需5V電源；信號檢測后的是模擬信號，進入A/D轉換后輸出數字信號給單片機；單片機的P2口控制步進電機的運行，從而控制窗簾的升降。

2.1單片機及相關電路設計

STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

2.1.1晶振電路

單片機必須在時鐘的驅動下才能進行工作。MCS-51系列單片機內部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產生一定頻率的時鐘信號送到單片機內部的各個單元，決定單片機的工作速度，如圖2所示。本設計外接12MHZ晶振源，電路中兩個電容采用30pF。這兩個電容的作用一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率起到微調作用。

2.1.2復位電路

復位是單片機的初始化操作，只需要給單片機的復位引腳RST加上大于兩個機器周期的高電平就可以使單片機復位[2]。復位時，單片機初始化為0000H，從0000H單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化外，當程序運行錯誤或操作錯誤使系統處于鎖死狀態時，也需要復位鍵使RST引腳為高電平，重新啟動。復位電路圖如圖3所示。

2.1.3顯示電路

在單片機系統中，應用液晶顯示器作為輸出器具有體積小、重量輕、功耗低、顯示質量高等優點[3]，本系統采用LCD1602作為顯示模塊。

2.1.4電源電路

單片機工作需要使用5V電壓，因此需要給單片機設計電源電路。本系統采用了獨立電源設計。整流橋將交流電整流成直流電，經過整流、濾波、穩壓電路，選用三端穩壓管7805輸出+5V電壓為單片機AT89C52提供工作電源。

2.2光敏傳感器電路

智能窗簾要根據光照的情況而自動開關窗簾，因而需要使用到光電傳感器。本設計采用光敏電阻。光敏電阻又稱光導管，它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件[4]。光敏電阻在外界光線強度的變化下，阻值產生變化，使得輸出電壓產生變化。變化的電壓信號傳送到A/D轉換芯片，將模擬量轉化為數字量，進而輸入單片機處理器。經過處理器的運算與處理，控制電機的正反轉，達到窗簾開閉的目的。

2.3A/D轉化電路

A/D轉化電路的作用是進行模數轉化，把接收到的模擬信號轉換為數字信號輸出。本設計采用PCF8591芯片。PCF8591是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8位CMOS數據獲取器件[5]。具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行IC總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0、A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個IC總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。

2.4溫度檢測電路

采用溫度傳感器DS18B20采集室內的溫度值，通過DQ引腳將檢測到的溫度信息輸出并傳送給單片機[6]，并由LCD顯示器顯示當前的溫度。其中，溫度的閾值可由用戶通過紅外線遙控設定。當室內溫度超過或低于設定值時，伴隨有電機的正反轉。

2.5步進電機電路

步進電機是一種把電脈沖信號轉換成機械角位移的控制電機，常作為數字控制系統中的執行元件。由于其輸入信號是脈沖電壓，輸出角位移是斷續的，即每輸入一個電脈沖信號，轉子就前進一步，因此叫做步進電機[7]。為了實現步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統的微處理器，通過步進電機專用驅動芯片實現電機的速度和位置定位控制。

2.6紅外遙控電路

利用HT6221芯片組成的遙控器發射紅外信號，接收頭接收后先解碼，并用LCD顯示每個按鍵對應的用戶碼值。利用遙控器上的按鍵，軟件中設置供用戶隨時控制電機正反轉的程序，實現可在任意時刻控制窗簾的開閉；另外，在進入溫度設定模式下，紅外遙控可以設置初始的溫度值。

3.系統軟件設計

系統編程采用C語言的模塊化設計思想，降低了軟件設計復雜性。在程序中定義頭文字和子程序，用主程序調用子程序的方法實現系統的信息采集、處理和電機的轉動。主程序的流程是：早晨陽光較強，光敏電阻呈現低電阻，相當于接入單片機為低電平，通過程序控制步進電機正轉，打開窗簾；晚上光線較弱，相當于接入單片機為高電平，通過程序控制步進電機反轉，關閉窗簾；單片機輸出停止時，電動機停轉。子程序包括：光敏傳感程序、溫度檢測程序、紅外遙控程序、LCD顯示程序、步進電機控制程序等。

4.結語

該設計通過控制電路與軟件程序的協調組成了智能窗簾控制系統，實現了光照強度、溫度和紅外遙控對窗簾的自動調控。軟件模塊化編程提高了系統的開發效率，便于后期開發。實驗測試表明，該智能窗簾控制系統性能穩定，成本低，易于擴展。采用紅外遙控，使得系統應用更智能、方便。因此，本控制系統在生活、辦公等領域具有廣泛的應用前景，特別是在智能家居及大型場所方面應用前景更廣泛。

參考文獻：

[1]安森，張彥航，崔文華.基于凌陽61單片機的智能窗簾控制系統設計[J].微處理機，2012.2.

[2]王欣飛，謝龍漢，謝鋒然.51單片機原理與程序設計.清華大學出版社，2014.

[3]陳朝大，李杏彩.單片機原理與應用.化學工業出版社，2013.

[4]王雅芳.傳感器原理與使用技術.機械工業出版社，2014.

[5]王靜霞.單片機應用技術（第2版）.電子工業出版社，2014.

[6]何應俊，曾祥云.51單片機C語言編程.機械工業出版社，2014.

[7]謝衛.控制電機.中國電力出版社，2013.