家用自動升降吊燈單片機控制系統設計

付群博

摘 要：家用自動升降吊燈單片機控制系統通過主控芯片對吊燈進行升降調控。這個系統整體的應用C語言進行設計，用keil軟件來編寫程序，主體由有聲光報警、模數轉換、壓力檢測、電源組成。電機為步進式電機，驅動使用ULN2003，通過按鍵來實現總體調控。設計完成后用protues仿真軟件來進行仿真。最后達到系統性能要求。通過總體布局制作出結構框圖，然后對每個模塊進行綜合考量，確定各模塊具體使用方案，并做出其硬件的電路選擇，編制對應的電路圖，設計硬件，完成軟件的程序編寫，最終達到每個設備的功能需求。最后對各個模塊進行仿真，驗證各個模塊軟件的功能，不斷進行優化，完成整個設計。

關鍵詞：單片機;ULN2003;步進電機

前言

進入21世紀后，隨著各種科學技術的不斷發展，理論知識與實踐生活的結合越來越緊密，人們的生活水平不斷提高。同時，越來越廣泛地應用科技智能化也使人們的隱私安全受到極大的侵犯，因此人們更加注重隱私的安全，并將其作為家庭住所。必要的吊燈對于保護居民隱私和屏蔽外部光線非常有用。科技時代的到來使計算機的發展和應用在各個領域有著不可替代的地位，同時也推動了單片機的發展，其功能也對傳統控制技術的變革產生了深遠的影響。從傳統的無線電遙控到現在的紅外線遙控，遙控技術在不斷的發展和成熟，紅外線遙控也被廣泛的應用到遙控和通信上。應用單片機進行遙控設計，不僅遙控工具體積小，操控范圍大，而且功能性更強、可靠性更高，因此應用單片機做紅外遙控有著深遠的發展意義。

一、系統架構設計

系統設計主要采用電機在不同方向通過電流時的不同轉動，遙控吊燈系統可以實現吊燈的有效升降、加速和減速，具有停止功能。吊燈的加速、減速、升降和停止功能需要功率控制。步進電機用于供電，步進電機由單片機產生的不同頻率脈沖控制，從而有效地控制了吊燈。該設計有一個主開關，主要用于防止不必要的麻煩造成的錯觸。按下電源按鈕可以實現相應的轉向。自動升降吊燈系統選擇STM32F103RBT6為核心芯片，內核CPU處理器采用CortexTM-M3 ，工作頻率高達72MHZ，，同時I/O端口較多，存儲器的運行速度也極高。該處理器在兩個方面具有最突出的優勢，第一個是性能方面，反應速度快，能耗低，節約能源。其次它的響應速度快，同時可以依賴其滋生的性能優勢將代碼的性能和作用發揮到最大。除此之外，在開發過程中可以根據客戶需求和系統時鐘的控制，加強其實用性，相比之下較為方便。

二、系統的軟硬件設計

系統硬件設計

個電路主要由電源電路、晶體振蕩器電路、上上變速電路、開關觸發電路和步進電機電路組成。電源電路為整個電路提供能量，確保電路能夠運行;晶體振蕩器電路主要提供所需的振蕩頻率;變速電路主要控制步進電機的轉速;開關觸發電路主要控制步進電機的旋轉和停止;步進電機旋轉，以驅動吊燈向上和向下。

設計需要五個獨立的密鑰。他們實現的功能是設置關鍵;增加數字價值的關鍵;降低數字價值的關鍵;啟動吊燈鍵（按下此鍵后，吊燈升起）;關閉吊燈的鍵（按下此鍵后，吊燈下降）。通過步進電機的旋轉驅動吊燈的起落落，實現智能家居，采用 ULN2003步進電機的每步角度為1.2度，遙控吊燈通過角速旋轉所需的距離上升和下降精度為1.2度，通過輸出的微控制器不同頻率，不同的脈沖數控制步進電機的速度和旋轉循環次數。并得到起起吊燈的效果。當系統在開機后開始復位時，通過設置左側的按鈕來調整步進電機。正向和反向速度水平對應于10個不同的速度水平，由數字管顯示。

一種處理器編程語言主要是匯編語言，而C編程軟件具有相對完整的庫函數，具有高速，高性能，可移植性，直接控制設備等諸多優點。一個按鈕用于控制吊燈手動打開，發動機控制根據按鈕控制吊燈開關，使另一個按鈕關閉并控制吊燈。

在編寫程序前先把該程序流程圖的先畫出來，如圖所示，流程圖是一種圖像的表示，它是由流程、算法、過程所表示。從本設計的要求中所知道，根據按鍵的控制應該由算法與邏輯判斷所組成;案件的啟動需要進行嚴格的控制，可編程邏輯控制器主要是來對信號進行轉化成數字信號，然后進行運算。毋庸置疑，該過程會消耗一定的時間，所以這個系統會出現一定的遲滯現象，由此PLC的工作運行的速度就會下降。本系統采用的時間為1S對其進行控制，因此的到的參數便會得到處理，采集。

三、系統測試

系統仿真

在窗體頂端通過對用戶所需要進行判斷，即對吊燈的升降進行判斷，按照所需要的功能傳送相對應的脈沖到控制器，來控制電機的運轉，當所需要的功能指令傳送完畢以后，結束本周期運行指令，復位等待下一次指令。開關按壓下去的過程會產生相應的抖動，這個過程一般持續時間為5-10ms，抖動的過程中會有一個穩定的閉合狀態，過程結束后會恢復到斷開狀態，從而達到控制電路的開與斷。

系統調試

當系統的軟硬件設計完成后，將設計的軟件記錄到 MCU 中，以檢查硬件和軟件是否兼容，系統是否可以按照預期目的運行，并測試穩定性和系統的效率。通過改進程序結構，檢查相應的缺陷，可以進行測試和運行，成功地實現了電機的加速、減速和停止功能，從而有效地控制了燈的吊裝。

故障檢查

對于一個系統能夠順利進行編程的條件是必須要保證在硬件電路上沒有錯誤。在硬件中，主控制器正常的工作是檢測其它外設是否工作的基礎;好的顯示器能夠幫助我們快速找出所在的錯誤縮短調試時間。

四、結論

單機片上對吊燈升降系統進行的研究和設計，可以解決測控通信的關鍵技術問題。本系統對傳感器進行了深入分析與設計。該系統目的為智能自動升降吊燈的系統設計。其主要目標是更新現有吊燈升降控制技術，為人民生活提供更加便捷與舒服的生活狀態。此外，鑒于該系統目前的應用環境，必須強調以下幾個部分。

①考慮到成本問題，須用便宜并且很容易買到的電子元器件，這樣將會易于安裝，節約成本。

②為了保證此次系統的安全與穩定，采用大量模塊化設計。

③本系統靈活與延展性較強，異常方便增加或者組合不同的傳感器。

④所述的系統它由一主計算機（PC機）和較低的計算機（微控制器控制模塊，數據獲取模塊），以形成主-從分發系統，其可以方便地實現遠程監視。

⑤該系統的設計符合適用的國家和部門標準和條例。

參考文獻

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