一種基于單片機的紅外遙控光感自動窗簾的設計

馬晨+張斌

摘要：本文針對現有的傳統窗簾手動操作麻煩、操作比較頻繁的缺點，以單片機技術為基礎，采用紅外遙控、光敏傳感器、直流電機，設計了一種智能化家用窗簾。STC89C51單片機為核心，采用C語言編程，紅外遙控模塊由NEC編碼發射裝置及紅外接收裝置組成，光敏傳感器模塊由光敏電阻及模數轉換器組成。紅外遙控超距離遙控可達8～9m，反應靈敏，輸入電壓3～5v，功耗較低。光敏傳感器的感光強度可設范圍0-65535lx。

關鍵詞：單片機；紅外遙控；光照傳感器；直流電機

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0007-02

1 引言

隨著科技發展，社會進步，人們生活節奏越來越快，智能家電愈發受到人們關注。窗簾是現代人們居家生活中不可缺少的裝飾品，傳統的窗簾，必須手動操作，如果能設計一種智能窗簾控制系統來實現窗簾的開關，便可極大地方便人們的生活。

現今，家用電器產品性能也在不斷的更新換代，從始初的晶體管、到電子管；由分立式元件到現在的集成電路；從普通向高性能、多功能型。紅外遙控是當前遠程控制的最廣泛使用的裝置，由于具有體積小、功耗低、低成本的特點，因此，音影設備、家電、玩具等均可使用。與此同時，光照傳感器的使用也已非常普遍。

目前，常用的窗簾軌道是鋼絲繩手拉式和滑輪式，還是需要手動操作。在本文中，主要設計一種智能自動化窗簾，是利用單片機來實現紅外無線遙控和光敏傳感自動控制電路的設計。利用光敏傳感器實行自動控制，在特殊天氣下可以人為操控，光敏傳感器地感光強度可以自行設定。

2 儀器組成與工作原理

使用8位STC89C51單片機做微控制器，C語言編程。利用直流電機正反轉的特點，對窗簾的開關進行自動控制。無線遙控功能的主體NEC編碼解碼芯片，其核心組件是無線收發模塊，采用紅外遙控方式，不會干擾其它電器的正常工作和鄰近無線設備。超距離遙控，可達8～9m。紅外接收模塊對信號進行接收，傳送到單片機，單片機對電機驅動發出信號指令實現正反轉切換，實現窗簾開合。光敏傳感器模塊用來檢測光照強度的變化來對單片機發出指令，根據設計的光照強度的變化來控制單片機對電極驅動發出信號，實現窗簾開合的自動控制，程序設定窗簾的行程使其只能交替運行，實現窗簾防過卷功能，本設計具有體積小、結構簡單、靈敏度高、抗干擾性強、經濟實用、工作可靠等特點。如圖1所示。

3 儀器硬件電路設計

3.1 紅外遙控模塊組成

紅外遙控模塊主要由發射機和接收機兩大部分組成，發射機采用NEC編碼的紅外遙控器，采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為 0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。二進制編碼通過二次調制，提高發射效率， 然后再通過紅外發射二極管產生紅外線向空間發射。最后經紅外接收頭HX1838接收后，將信號傳送給單片機，通過程序對信號進行識別、解碼，通過延時處理，對接收到的信號進行確認，以防止干擾和誤觸發。

3.2 光敏傳感器模塊設計

光敏傳感器模塊使用寬電壓LM393進行模數轉換，輸出信號干凈，驅動能力強，超過15mA。可調電位器可調節檢測光線亮度，工作電壓在3.3V-5V，設定光線亮度值后，環當境光線亮度達不到設定閾值時，DO端輸出高電平，否則，DO端輸出低電平。

3.3 電機驅動設計

電機驅動的設計采用STC公司的L298N作為主驅動芯片，具有驅動能力強，發熱量低，抗干擾能力強的特點，驅動電壓在5～35V，驅動電流2A（max），工作模式為H橋雙路驅動，可同時驅動兩個直流電機，直流電機采用強磁無刷直流電機，扭力大，工作效率高。

4 紅外遙控光感窗簾的軟件設計

利用STC89C51單片機做控制器，采用C語言編程，通過單片機外部中斷來實現信號采集，外部中斷0用來接收紅外信號，內部程序對紅外信號進行延時處理，以防止干擾造成的程序混亂、亂碼、誤觸發等問題，將無誤紅外信號后進行解碼，并將處理結果傳輸到電機驅動，控制直流電機的正反轉，來實現窗簾的開合；外部中斷1用來接收光敏傳感器采集的信號，若為白天，光照強度達到設定閾值后，光敏傳感器傳輸給單片機一個低電平，經過單片機接收處理后傳輸到電機驅動；設計可實現窗簾防過卷保護，即電機正反轉只能交替運轉，防止電機因為干擾運行異常，造成窗簾過卷破壞窗簾結構。

5 實驗結果與分析

在室內測試紅外遙控的遙控距離和和反應靈敏度，測試結果如表1所示。

在室外測試的光敏傳感器感光靈敏度反應差值基本為0。

電機的運行時間測試與設定時間作比較，比設定時間短150.0389ms。

測試結果表明，紅外遙控預設的延時時間值與實際測量的輸入觸發信號平均時間間隔測量值基本一致，測量得到的最大誤差小于6ms，滿足設計要求，光敏傳感模塊較精準，電機驅動的驅動時間也基本符合程序設定的驅動時間，誤差在可允許的范圍內。誤差主要來源為：信號傳輸誤差、時鐘源自身誤差、驅動電路延時誤差、環境變化引起的干擾。

6 結語

（1）采用NEC編碼的紅外遙控發射機制傳輸功率大，效率高，失真小，有效傳輸距離達到9m以上，采用一體化紅外接收頭HX1838，接收效率高抗干擾能力較強，在沒有信號時處于待機模式，一旦有信號便立即喚醒，實現了功耗低的設計；

（2）設計中采用lm393電壓比較器做簡單的模數轉換，實現了光感傳感器的精準模數轉換，并配有可調電位器來調節感光強度閾值，元器件少，并且降低了儀器設計的復雜度、體積和成本；

（3）電機驅動采用L298N驅動芯片，可同時驅動兩個直流電機，環境對驅動影響小，正常工作溫度-20℃～+135℃。采用大容量濾波電容，續流保護二極管，提高驅動可靠性。

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