摘要：電路設(shè)計(jì)根據(jù)辦公和生活環(huán)境需要，采用AT89C2051單片機(jī)控制系統(tǒng)，利用P3口的特殊功能與P1口的空閑模式和掉電模式，根據(jù)其不同控制模式，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制、自動(dòng)控制、紅外線遙控的相互轉(zhuǎn)換控制窗簾機(jī)。該設(shè)計(jì)包括紅外線搖控電路、系統(tǒng)主控模塊、電源轉(zhuǎn)換電路、保護(hù)電路等，可實(shí)現(xiàn)窗簾自動(dòng)升降。

關(guān)鍵詞：紅外線發(fā)射器；紅外線接收器；AT89C2051；振蕩電路；橋式驅(qū)動(dòng)電路

中圖分類號(hào)：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004—373X(2008)04—181—03

為適應(yīng)現(xiàn)代化辦公和生活環(huán)境的需要，設(shè)計(jì)一種智能窗簾機(jī)，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)窗簾的半自動(dòng)手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和紅外線遙控。其主要以AT89C2051單片機(jī)為核心，利用擴(kuò)展端口實(shí)現(xiàn)各自不同控制功能。

AT89C2051是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位的單片機(jī)，片內(nèi)含2 kB的可反復(fù)擦寫的只讀存儲(chǔ)器(PEROM)。他提供以下的標(biāo)準(zhǔn)特征：2 kB FLASH閃速存儲(chǔ)器，128 B內(nèi)部RAM，15個(gè)I／0口線，2個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷源，1個(gè)全雙工串行通信口，內(nèi)置精密模擬比較器，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C2051可降至0 Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持2種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C2051的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

引腳功能說明，RST：復(fù)位輸入；VCC：電源電壓；RXD，串行輸入口；TXD：串行輸出口；X1：振蕩器的輸入端；X2：振蕩器的輸出端；INTO*：外部中斷O；INTl*：外部中斷1；TO：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器O外部輸入；T1：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器1外部輸入；P1口是一組8位雙向I／0口；P3.7雙向I／O口。

1 工作原理

電路可以由3種不同的方式控制窗簾動(dòng)作，主要通過不同的按鍵模式。在手動(dòng)模式下，有4個(gè)按鍵對(duì)其進(jìn)行操作，可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)窗簾的開關(guān)和自動(dòng)／手動(dòng)方式的轉(zhuǎn)換；若處于自動(dòng)狀態(tài)下，用光敏電阻對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行采光，通過單片機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動(dòng)打開，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉這一功能；若采用遙控方式，則可以將鍵盤的功能轉(zhuǎn)到遙控上，用遙控電路對(duì)其控制，對(duì)窗簾的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遙控的功能。

將電路分成3個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)整個(gè)功能：外線遙控電路模塊，用遙控器來操作窗簾機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)電路的遙控功能；系統(tǒng)主控模塊，由89c2051控制系統(tǒng)智能窗簾機(jī)的3種工作方式，即半自動(dòng)手動(dòng)、自動(dòng)、紅外線信號(hào)的相互切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的控制；電源模塊，由于電路中用到2個(gè)電源12V和5V，為了方便起見，將12V電壓輸入后再用7805轉(zhuǎn)化為5V電壓。

2 單元電路設(shè)計(jì)

本電路由紅外線遙控電路、系統(tǒng)主控電路、電源電路組成。下面對(duì)個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。

2.1紅外線遙控電路

(1)紅外線發(fā)射電路?？梢允褂糜沙Ｒ?guī)集成電路組成的單通道紅外遙控電路，這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低。紅外線發(fā)射器由于控制方式不同，很難做到一體化，大多是由分立元件組裝而成。如圖2所示。

其中CD4011為二輸入與非門電路，其中YF₂，YF₃與非門與R₁，C₁確定，對(duì)頻度的精度有一定的要求。YF₄為輸出緩沖級(jí)，輸出信號(hào)經(jīng)由8550驅(qū)動(dòng)線外線發(fā)射管D發(fā)射紅外線。YF₂，YF₃能否產(chǎn)生振蕩完全由YF₁決定，當(dāng)YF₁的IN端輸入高電平時(shí)，其輸出端為低電平，YF₂，YF₃振蕩停止，且YF₂輸出高電平，由此可推之YF₂輸出高電平，8550截止，無紅外線發(fā)射；當(dāng)IN端輸入低電平時(shí)，YF₁輸出高電平，YF₂，YF₃產(chǎn)生振蕩，D發(fā)射紅外線。

(2)紅外線接收電路。紅外線發(fā)射器須經(jīng)調(diào)試后方能正常工作：首先是對(duì)紅外線發(fā)射器的振蕩頻率進(jìn)行調(diào)整，務(wù)必使他與紅外線接收器的工作頻率相吻合。該振蕩頻率主要由R₁，C₁之值來確定。

采用一種一體化的紅外線接收頭，體積小巧、價(jià)格低廉、使用方便、無須調(diào)整、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠。3個(gè)輸出腳依次為：OUT(紅外線接收后經(jīng)解調(diào)、整形的輸出腳步)、GND(地)、+(電源正端)。其中LM567是一片鎖相環(huán)電路。在接收電路中，設(shè)置若干只LM567，其輸入均來自紅外接收頭，各個(gè)LM567的振蕩頻率不同但與發(fā)射端一一對(duì)應(yīng)。這樣當(dāng)發(fā)射器按壓不同的按鈕，接入不同的調(diào)制信號(hào)時(shí)，在接收端對(duì)應(yīng)的LM567的第8腳的電平就會(huì)發(fā)生變化，由此形成多路控制。如圖3所示。

2.2 AT89C2051主控電路

(1)主控電路

用專用紅外接受芯片進(jìn)行接受，再可由專用遙控解碼集成電路9149解碼，9149相應(yīng)地輸出1個(gè)正脈沖，控制窗簾機(jī)完成相應(yīng)的電路?？刹捎蒙厦娴募t外線遙控電路，經(jīng)過振蕩產(chǎn)生正脈沖。其電路圖4所示。

(2)自動(dòng)控制功能

應(yīng)用光控原理工作，天亮窗簾自動(dòng)打開，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉。由運(yùn)放組成比較電路，同向輸入端有2個(gè)電阻分壓得到1個(gè)電壓值，作為基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而反相輸入端用一個(gè)光敏電阻對(duì)外部環(huán)境的光線進(jìn)行采集，利用光敏電阻暗時(shí)電阻大，亮?xí)r電阻小的特點(diǎn)，確定反向輸入端的電壓值。兩者再進(jìn)行比較，比較后的信號(hào)再送入單片機(jī)89C2051的P3.0口，從而通過繼電器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動(dòng)打開，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉這一自動(dòng)控制功能。

(3)直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路

利用8050，8550等不同的三極管組合，構(gòu)造一座“橋”，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輕松控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制過程如圖5所示(P1.0為正反轉(zhuǎn)控制端，P1.1為啟?？刂贫?。

①P1.1高電平

P1.0為低電平時(shí)，則T₇基極(back端)為低電平，由T₁構(gòu)成的反相器使T₁集電極為高電平。于是，T₂，T₃，T₄導(dǎo)通，T₅，T₆，T₇截止。其中丁為激勵(lì)級(jí)，T₃，T₄為功放級(jí)。電流從+12V經(jīng)T₄到電機(jī)“+”端再到“-”端最后經(jīng)T₃人地端，電機(jī)正轉(zhuǎn)；P1.0高電平時(shí)，則反之，T₅，T₆，T₇導(dǎo)通，T₂，T₃，T₄截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

②P1.1低電平

P1.1為低電平時(shí)T₁集電級(jí)和T₇基極均為低電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)。該“橋”的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、易控制、帶負(fù)載能力強(qiáng)，在單片機(jī)的配合下，通過調(diào)脈寬的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輕松調(diào)速，通過鍵盤對(duì)具體參數(shù)的修改，可以使小車適應(yīng)各種不同的電源。正因?yàn)椴扇×嗽擁?xiàng)技術(shù)，使完成基本要求的過程邊得簡(jiǎn)單易行。8550兩端能加的最大的電壓是25V，能通過的最大的電流是1 500 mA，根據(jù)P＝U×1，此橋式驅(qū)動(dòng)電路能提供的最大的功率：

P=1500 mA×25V=37.5 W

而在本設(shè)計(jì)中用的電機(jī)是額定電壓為12 V的小功率電機(jī)，所以，此驅(qū)動(dòng)電路完全能驅(qū)動(dòng)該電機(jī)。

在速度控制方面，一般是通過改變加在電機(jī)兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)的，可以是連續(xù)改變(加直流電壓)，也可以是續(xù)斷改變(加脈沖電壓)?；诤?jiǎn)單使用考慮，在本設(shè)計(jì)中采用脈寬調(diào)速，這種改變可以通過硬件或軟件完成，硬件實(shí)現(xiàn)是通過改變振蕩電路中RC參數(shù)來調(diào)整充放時(shí)間；而軟件的做法是通過設(shè)置高電平及低電平的保持時(shí)間達(dá)到，且軟件調(diào)整量化指標(biāo)更高，調(diào)整更可靠、更方便、更準(zhǔn)確。于是，鍵盤成為一個(gè)必不可少的器件來提供人機(jī)交互。

式中，P為電機(jī)兩端的平均功率；P_max為電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的功率；K為脈寬。當(dāng)K=1時(shí)，相當(dāng)于加入直流電壓，這時(shí)電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，P=P_max；當(dāng)K=0時(shí)，相當(dāng)于電機(jī)兩端不加電壓，電機(jī)停轉(zhuǎn)。

(3)電源模塊

三端集成穩(wěn)壓器的組成包括了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)組成部分，另外加上保護(hù)電路和啟動(dòng)電路。在W7800系列三端集成穩(wěn)壓器中，已將三種保護(hù)電路集成在芯片內(nèi)部，他們是限流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路。

當(dāng)輸出電壓比較高，應(yīng)在輸入端與輸出端之間跨接一個(gè)保護(hù)二極管VD，如圖中有斷線點(diǎn)。其作用是在輸入端短路時(shí)，使Co通過二極管放電，以便保護(hù)集成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。

3 關(guān)鍵問題的討論

(1)解決如何停機(jī)的問題。在設(shè)計(jì)過程中使用巧妙的停機(jī)方法：硬件上，在停止按鈕端口并聯(lián)1個(gè)到位開關(guān)，在電機(jī)到位后，軟件上進(jìn)行程序控制，就可以使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)解決電機(jī)的誤動(dòng)作。當(dāng)外部光線介于亮與暗之間，繼電器會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，因此設(shè)置1個(gè)電壓范圍，確定外部光線亮度。用一個(gè)斯密特觸發(fā)器控制電壓，在范圍內(nèi)電機(jī)不工作。若低于他的最低門限電壓，則認(rèn)為天暗了，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉；若高于他的最高門限電壓，則認(rèn)為天亮了，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開。使硬件簡(jiǎn)便起見，用軟件對(duì)光敏電阻對(duì)外部環(huán)境的光線進(jìn)行多次檢測(cè)，確定亮暗后才開始動(dòng)作。

4 結(jié) 語

該電路經(jīng)過多次改進(jìn)，參考現(xiàn)在實(shí)際電路通用的做法，在現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)下各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到技術(shù)要求，但由于自身水平有限，電路中還有些技術(shù)方面還可以進(jìn)一步加強(qiáng)。如紅外線接受電路可以進(jìn)一步調(diào)試其精確度和靈敏度，通過多只光電二極管更加準(zhǔn)確的控制窗簾升降。