葛水兵

摘 要

自動化、智能化的家居設(shè)計是未來主要的科技發(fā)展方向，為此，本文將針對智能可遙控可感光窗簾的設(shè)計進行研究，該研究主要是使用單片機為控制硬件，代碼的編寫語言使用C語言編寫軟件程序，CPU采用STC89C52，窗簾的自動化模塊包括操作用鍵盤、顯示電路、紅外線遙控、光敏電阻和步進電動機。該智能窗簾設(shè)計有定時開閉和遙控開閉的功能，同時能實現(xiàn)對溫度和光線的感應(yīng)和自我報警作用。

關(guān)鍵詞

單片機;感光窗簾;自動開閉

中圖分類號： E06B9/36 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 32

智能化家居被認為是網(wǎng)絡(luò)化時代下主要的家居科技發(fā)展方向，AI專家譚茗洲將智能化家居定義為自動化、方便化的家居設(shè)計，智能化家居的設(shè)計理念應(yīng)當(dāng)遵循便捷、高效的設(shè)計原則。因此在智能窗簾的設(shè)計中，如何實現(xiàn)窗簾對光和紅外線的感知，做到自動開閉，測量溫度，并能起到預(yù)警效果就是設(shè)計的關(guān)鍵點。

1 設(shè)計思路

智能化的可遙控可感光窗簾應(yīng)當(dāng)具備感知性，可以根據(jù)環(huán)境亮度和紅外線信號進行定時和自動的開閉。因此，可遙控可感光窗簾需要設(shè)置光敏二極管，該部件會根據(jù)環(huán)境亮度來控制窗簾的單片機輸出電平。而單片機則負責(zé)電機的運轉(zhuǎn)，當(dāng)環(huán)境光度達到預(yù)設(shè)標準時，光敏二極管和電路會控制窗簾的單片機輸出電平，以此來控制步進電機，在電機運轉(zhuǎn)時，窗簾便會開閉，而使用者則根據(jù)自己的需要在程序中輸入對應(yīng)的數(shù)值來決定窗簾的開閉時間和開閉幅度[1]。

基于以上設(shè)計思路，可遙控可感光窗簾的組件至少要包含光照采集電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，前者負責(zé)和光敏二極管向單片機輸出電平，后者負責(zé)將數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機系統(tǒng)以C語言編寫常量鏈表，以sqlite作為數(shù)據(jù)庫，控制臺需要設(shè)計按鍵部分和液晶LCD顯示部分，以供操作者進行簡便的數(shù)值設(shè)定。

除控制和執(zhí)行開閉行為的系統(tǒng)和組件外，窗簾還需要加裝蜂鳴器和時鐘，蜂鳴器是作為執(zhí)行報警工作的模塊，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時可以起到及時提醒家居使用者的效果，時鐘則是根據(jù)預(yù)設(shè)時間進行聲音提醒，并在使用者默許或者不更改開閉操作的情況下執(zhí)行開閉行為。

2 系統(tǒng)設(shè)計的硬件分析與設(shè)計

硬件的選擇包括單片機的選型、時鐘模塊電路、溫度采集模塊電路、按鍵模塊電路、液晶顯示電路、光敏傳感電路、步進電機控制電路、蜂鳴器報警電路和紅外線電路。

考慮到該系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計目的是盡可能執(zhí)行更多的智能化指令和操作，因此單片機的選擇標準必須包括數(shù)據(jù)處理能力強大、兼容性高、能快速處理多重數(shù)據(jù)運算、指令下達快捷等，基于以上這些要求，該設(shè)計決定選用STC89C52RC單片機作為整個系統(tǒng)的主控制CPU，該款CPU的位操作指令非常強大，界端口開放性好，I/O端口都能用位尋址，程序空間的容量高達8K，在處理各類操作指令時，能進行高效化的復(fù)雜運算，滿足窗簾的及時開閉[2]。

窗簾的時鐘模塊電路要基于智能化、自動化進行選擇，時鐘不能僅僅只是時間播報，還必須要讓使用者具備自定義性，可以自己調(diào)節(jié)時間，故設(shè)計選用的時鐘芯片為DS1302，該芯片的特點是其可操作性高，自定義范圍廣，使用者對時間掌握有任意設(shè)置和修改的權(quán)力，同時該芯片也能對數(shù)據(jù)進行實時記錄和備份，方便用戶查詢。

溫度采集模塊電路的選擇要求較少，以溫度誤差為標準，誤差越少的溫度芯片越適合做窗簾的溫度采集電路，設(shè)計使用的數(shù)字溫度芯片是DS18B20。這款芯片的優(yōu)點是能保障0～100℃上的誤差微弱，該芯片的接口只有三個引腳，分別是兩根電源正負極線，一條數(shù)據(jù)線。

按鍵模塊電路是鏈接系統(tǒng)和操作界面的模塊，其標準為對指令的傳輸和反應(yīng)程度，能縮小用戶操作指令和系統(tǒng)開閉執(zhí)行反應(yīng)的按鍵模塊即為最佳選擇，設(shè)計中采用的是獨立鍵盤式，所用的鍵盤是直接掃描法，這樣設(shè)計的好處是指令的接受和反應(yīng)時間快，指令精確率高，誤差性小。

液晶顯示電路的主要作用是操作界面顯示，電源電壓限制在5伏及之下，界面的顯示內(nèi)容要全面，包括現(xiàn)在時間、環(huán)境光照強度、環(huán)境溫度，以及使用者進行指令操作時的遙控和自動兩種操作模式的顯示。本設(shè)計中使用的液晶顯示模塊是分辨率較高的LCD1602，該液晶模塊的界面顯示清晰，能幫助使用者較好的選擇對應(yīng)操作指令[3]。

光敏傳感電路的作用是根據(jù)光照的強弱控制窗簾的開和關(guān)，也就是實現(xiàn)窗簾感光功能的主要模塊，光敏傳感電路需要具備光線采集功能，可以根據(jù)光線的變化對電阻的阻值執(zhí)行改變指令。本設(shè)計使用光敏電阻進行光線采集工作，并通過ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片傳輸給單片機，最終的處理結(jié)果通過液晶顯示屏進行顯示。

步進電機控制電路是控制窗簾開關(guān)幅度的模塊，它的原理來自對單片機脈沖的感應(yīng)，單片機發(fā)送脈沖到步進電機，步進電在接受脈沖后便自動旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)脈沖數(shù)，電機將決定轉(zhuǎn)角幅度，脈沖數(shù)越高，旋轉(zhuǎn)角度越大，最終根據(jù)脈沖數(shù)來決定窗簾的全開全閉或者半開半閉。

蜂鳴器報警電路用作系統(tǒng)報警，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常運作情況時，便出聲報警，以提醒使用者系統(tǒng)問題，該設(shè)計采用PNP型S8550三極管驅(qū)動，當(dāng)單片機的連接基極端子輸出低電平時，三極管的發(fā)射和集電分別結(jié)正偏和反偏，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器便會響起，直到輸出高電平時，三極管截止，此時蜂鳴器才會停止警報[4]。

紅外線電路負責(zé)信號的放大、選頻和解調(diào)，該硬件也是實現(xiàn)窗簾遙控開閉的基礎(chǔ)，設(shè)計中使用的芯片為RPM- 638，該芯片可以將輸入的被調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為原始信號在輸出端直接輸出，這樣系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾性都能得到極大的加強，對于系統(tǒng)順利接收紅外信號能起到良好的保障。

3 系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計

系統(tǒng)程序的設(shè)計將決定窗簾的智能化程度，所以其程序中包含的子程序要盡量豐富且完善，根據(jù)預(yù)想的窗簾智能化效果，該設(shè)計方案中包含的系統(tǒng)程序有顯示子程序、時鐘定時程序、步進電機控制程序和溫度測量程序等。

主程序有單片機控制，同時能通過單片機執(zhí)行初始化操作，當(dāng)系統(tǒng)開始運行時，菜單會顯示內(nèi)容初始化，按鍵的掃描，電機的運行還有當(dāng)前的時間記錄會一并通過顯示屏顯示。

顯示程序便是操作界面，使用者也是通過該程序了解窗簾的情況，所以界面的顯示內(nèi)容要完善、詳細，基礎(chǔ)的內(nèi)容內(nèi)容包括時間和溫度，進一步的顯示內(nèi)容還包括溫度的報警指數(shù)，窗簾閉合的循環(huán)周期等。

時鐘程序則是用以顯示當(dāng)前的時間，使用者也可以借助該程序?qū)Ξ?dāng)前時間進行自定義設(shè)置，出于人性化考慮，時鐘程序還需要具備鬧鐘功能，當(dāng)達到使用者預(yù)設(shè)時間時，使用者會根據(jù)鬧鐘提升執(zhí)行步進電機的開啟和關(guān)閉。

步進電機程序的負責(zé)內(nèi)容是對旋轉(zhuǎn)方向的判定;根據(jù)接收到的脈沖數(shù)以及指令信號，程序會按既定順序傳送控制脈沖，并判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。

測溫程序負責(zé)對溫度的測量，溫度測量的頻率為1秒一次，由單片機進行控制，在讀出并處理DS18B20的當(dāng)前溫度值后，將會把該溫度值和設(shè)定報警溫度做比較，判斷是否報警，如果不超過報警值，就通過調(diào)用讀溫度子程序把存入內(nèi)存儲中的整數(shù)部分與小數(shù)部分分開存放在不同的兩個單元中，然后通過調(diào)用顯示子程序顯示出來。

綜上，通過以上的系統(tǒng)設(shè)置，使用者可以在遙控模式和自動模式兩種模式間進行自由的切花，系統(tǒng)也會具備自讀性和自動化功能。當(dāng)設(shè)置為自動模式時，系統(tǒng)會根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)定的數(shù)值判斷環(huán)境中的光照強度，然后選擇開、關(guān)窗簾行為。并且，由于時鐘模塊具有時間記錄的功能，使用者也能自定義窗簾的開閉時間，使窗簾能按照使用者作息規(guī)律定時開閉。

4 結(jié)語

智能化家居是未來家居的發(fā)展方向，其設(shè)計理念應(yīng)當(dāng)更便捷、更高效，能在人們的生活中減少行為動作和操作步驟，讓其享受最極致的自動化服務(wù)和智能體驗。在該設(shè)計中，通過對硬件的選擇和程序的編寫，可以有效實現(xiàn)窗簾對溫度、光線的感應(yīng)，并能接受使用者的操作指令以執(zhí)行，使用者可以依靠程序提供的便捷功能自由設(shè)定窗簾的開閉時間、開閉規(guī)律、開閉幅度和進行開閉的條件，從而減少在日常生活中手動開閉窗簾的麻煩。故在智能化家居的設(shè)計中，也應(yīng)當(dāng)以該窗簾的智能設(shè)計為參考，以最優(yōu)質(zhì)的硬件選擇和最多用的程序功能布置，為大眾提供最好的智能化體驗。

參考文獻

[1]羅鴻，陳新錕，俞雪娟.基于單片機的智能窗簾系統(tǒng)的軟件設(shè)計[J].電子世界，2017.10.22-24.

[2]楊雅涵，于佐軍.基于單片機的溫控光控智能窗簾設(shè)計[J].控制工程，2016.012.55-56.

[3]衛(wèi)奧琛，韓利凱.基于單片機的智能控制窗簾設(shè)計[J]. 科技廣場，2017.06.88-89.

[4]趙歡顏.基于單片機的自動窗簾系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2016.06.33-34.