王洪霞

摘 要：本文采用單片機(jī)STC12C5A60S2，控制一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制窗簾的拉開和關(guān)閉，利用了光敏電路以及按鍵電路等外圍電路，整個(gè)系統(tǒng)在各模塊的配合下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制等功能。該設(shè)計(jì)采用Protel軟件進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)，并用PCB板做出了實(shí)物，模擬窗簾的開閉。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 自動(dòng)控制 STC12C5A60S2 Protel

前言

目前，家庭居住環(huán)境的采光及避光問題主要采用的是手動(dòng)開閉窗簾，手動(dòng)開閉不僅費(fèi)力而且很多方面不夠人性化，可能對(duì)用戶造成一定的困擾，窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問題。本設(shè)計(jì)正是把利用STC12C5A60S2單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及簡(jiǎn)單實(shí)用性，順利的完成了對(duì)智能控制的要求，并且為智能化的家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。

一、總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是基于滿足設(shè)計(jì)要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，而進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本文從人們對(duì)系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

1.系統(tǒng)基本功能

本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時(shí)等開關(guān)窗簾，具體有以下幾大功能：（1）手動(dòng)控制狀態(tài)：此功能使自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)具有手動(dòng)拉開、關(guān)閉和停止功能。（2）半自動(dòng)控制狀態(tài)：此功能是在要打開或者關(guān)閉窗簾的時(shí)候，通過“開”或“關(guān)”按鍵，窗簾在電機(jī)的帶動(dòng)下可以自動(dòng)開閉。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強(qiáng)度，從光傳感器采集的信號(hào)利用信號(hào)校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，由于A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，一旦在這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期間應(yīng)該采用采樣保持電路。傳入的信號(hào)由單片機(jī)來控制，并且做出響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示自動(dòng)窗簾控制器的各種狀態(tài)。通過不同按鍵來控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

二、硬件設(shè)計(jì)

采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心，并且輔助以外圍電路，其中包括電源電路，定時(shí)電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關(guān)電路。

1.電源電路

單片機(jī)正常工作電壓為5V，因此設(shè)計(jì)的電源電路主要是提供單片機(jī)工作電壓[1][2]。

2.晶振電路

電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。

片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz[3]。

3.復(fù)位電路

主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。

4.顯示電路

5.電壓比較部分

LM393是由兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最大為2.0mV。它專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設(shè)計(jì)，也可以以雙電源供電；而且無論電源電壓大小，電源消耗的電流都很低[4]。393被設(shè)計(jì)成能直接連接TTL和CMOS；當(dāng)用雙電源供電時(shí)，它能兼容MOS邏輯電路——這是低功耗的393相較于標(biāo)準(zhǔn)比較器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[5]。

6.手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)化電路

按鍵K2表示手動(dòng)開關(guān)窗，按鍵K3代表手/自動(dòng)切換。

7.步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)控制器的作用是把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。在實(shí)際應(yīng)用中由軟件代替步進(jìn)控制器，其優(yōu)點(diǎn)是使線路簡(jiǎn)化，降低成本，可靠性提高。在窗簾控制系統(tǒng)中選用了型號(hào)為130HZ308-450的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是力矩大，精度高，其步進(jìn)角度是1.2°。

8.總體設(shè)計(jì)圖

三、軟件設(shè)計(jì)

介紹各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)流程以及設(shè)計(jì)思路。

1.主程序的設(shè)計(jì)

主程序主要完成系統(tǒng)初始化操作及各個(gè)子程序之間的聯(lián)系任務(wù)，主程序是無限循環(huán)，主要的功能是完成單片機(jī)初始化，開關(guān)中斷，對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，控制步進(jìn)電機(jī)工作等。

主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內(nèi)容；然后查詢按鍵操作，并且對(duì)按鍵進(jìn)行分析以及處理，通過分析處理，控制步進(jìn)電機(jī)工作。對(duì)于控制鍵，執(zhí)行窗簾開閉的工作。如果經(jīng)過分析后都不是，采取復(fù)位的操作。

2.主要子程序的設(shè)計(jì)

（1）紅外遙控程序設(shè)計(jì)

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器。紅外遙控可實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)切換和開關(guān)窗動(dòng)作。

（2）步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)是操控窗簾開閉的主要執(zhí)行器件，其設(shè)計(jì)主要是按照單片機(jī)指令以及按鍵指令進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)。

結(jié)語

本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。在總體方案設(shè)計(jì)中以光敏電阻作為傳送信號(hào)的傳感器，用步進(jìn)電機(jī)作為信號(hào)輸出的執(zhí)行元件，STC12C5A60S2單片機(jī)作為主要的控制元器件，光敏電阻接收外界光照信號(hào)，經(jīng)過A＼D轉(zhuǎn)換后，傳送給單片機(jī)一個(gè)電信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)過處理后，控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，以控制窗簾的開閉。在實(shí)現(xiàn)一般應(yīng)用的基礎(chǔ)上，又添加了定時(shí)元器件電路，使窗簾的自動(dòng)化性能得到進(jìn)一步提升。光敏電阻的良好感光性以及步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便的優(yōu)點(diǎn)使窗簾控制開關(guān)更加穩(wěn)定。雖然設(shè)計(jì)內(nèi)容完成了基本的功能，但是其中還是存在一定欠缺，比如在設(shè)計(jì)中沒有考慮到窗簾工作方式的顯示以及沒有添加類似紅外遙控的設(shè)計(jì)等。

參考文獻(xiàn)

[1]王幸之.AT89系列單片機(jī)原理.北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2004

[2]AT89C51 DATA SHEEP Philips Semiconductors 1999.dec

[3]胡漢才，單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[4]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1998.

[5]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2003.