楊 方，莊雄雄

（遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，貴州遵義 563006）

0 引言

現(xiàn)代社會生活中人們越來越追求高質(zhì)量、高品質(zhì)的生活.隨著國家對城市建設(shè)力度的不斷加大，城市建設(shè)的步伐越來越快，一棟棟建筑拔地而起.隨著21 世紀這個智能化時代的發(fā)展，也帶動著窗簾業(yè)的發(fā)展，智能窗簾作為窗簾業(yè)中的新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展空間是巨大的.

窗簾作為現(xiàn)代家庭生活、辦公大樓、酒店、不可缺少的實用產(chǎn)品，其制作業(yè)也在快速發(fā)展，基本的窗簾軌道方式分為手拉式和滑輪式，只有在一些高檔辦公室或別墅區(qū)才會使用電動遙控軌道.但其銷售價格相當昂貴，不能全面普及到人們的日常生活中.而本設(shè)計使用了單片機最小系統(tǒng)，在制造上價格是低廉的，而且具有使用、安裝方便和外形美觀等優(yōu)越特點，完全能夠普及到普通家庭.

1 設(shè)計要求

1.1 研究目標

本設(shè)計是以單片機為控制處理器的窗簾控制系統(tǒng).首先由紅外線遙控器遠程控制步進電機，通過對控制電機的正反轉(zhuǎn)完成對窗簾控制；其次在設(shè)計中加入光敏電阻，通過光敏電阻對外界光照強弱的感應(yīng)形成有用信息發(fā)送給控制中心，由單片機控制中心對信息處理，做出相應(yīng)的反應(yīng).最終通過這個產(chǎn)品的設(shè)計，實現(xiàn)家用窗簾的現(xiàn)代化和智能化.

1.2 設(shè)計任務(wù)

本設(shè)計是讓窗簾系統(tǒng)分為兩種工作模式：第一種為自動模式，主要通過設(shè)定開關(guān)時間控制窗簾和光控傳感器模塊感應(yīng)光強來實現(xiàn)窗簾的開關(guān)；第二種為手動模式，通過紅外接收發(fā)送模塊和外部按鍵電路來實現(xiàn)步進電機的控制，同時顯示屏能正常地顯示日期及時間.

2 模塊制作

在設(shè)計中，對于硬件主要設(shè)計四個模塊和蜂鳴器報警電路、光感應(yīng)電路、獨立按鍵電路，四個模塊分別是單片機最小系統(tǒng)模塊、步進電機模塊、顯示模塊和控制模塊[1].其工作原理是手動控制紅外線遙控裝置產(chǎn)生信號，光敏電阻感應(yīng)外界光強產(chǎn)生信號，單片機接收信號并處理信號，單片機發(fā)出指令作用于步進電機，當手動按壓四個獨立按鍵，則LCD1602液晶顯示器顯示主要的信息，同時也能改變對窗簾控制的模式.通過上述設(shè)計最終來完成整個設(shè)計需要實現(xiàn)的功能.模塊原理流程框圖如圖1所示.

圖1 原理流程框圖

2.1 單片機模塊

在設(shè)計中采用STC 89C52RC 型號單片機，覆銅板腐蝕的PCB 板、發(fā)光二極管、電阻、微動按鍵開關(guān)6 mm×6 mm×5 mm、DC005 型5.5×2.5 頭長13 mm 電源插頭、晶體振蕩器12 Hz，來制作整個單片機模塊.

在設(shè)計中采用STC 89C52RC作為控制系統(tǒng)中心，因為STC 89C52RC 不僅具有其他單片機具備的功能，而且有功耗低、高速、抗干擾能力強等特點，能提供兩種模式的時鐘/機器周期，分別是6 個和12個時鐘/機器周期，同時它共有3個16位定時/計數(shù)器，定時器T0、定時器T1、定時器T2，并且其價格低廉，符合設(shè)計的需求.

2.1.1 模塊的設(shè)計

整個模塊的設(shè)計，把STC 89C52RC 單片機焊接在覆銅板的正中心，振蕩電路焊接在單片機旁邊，連接單片機的XTA 1 和XTA 2 端口[2]，復(fù)位電路設(shè)計在電路板的右下側(cè)，這樣的排版使電路板能得到充分的利用，使的電路看上去更加的清晰[3].單片機模塊的電路設(shè)計原理圖如圖2所示.

圖2 單片機電路設(shè)計圖

2.1.2 單片機模塊的功能

單片機模塊作為窗簾控制系統(tǒng)的控制中心，其主要功能是控制設(shè)計中的其他功能模塊，同時設(shè)計中的復(fù)位電路用于使整個系統(tǒng)回到初始狀態(tài).單片機接收到的信號經(jīng)過單片機轉(zhuǎn)換成有用電信號來控制步進電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)紅外線遙控、光感智能化控制，最終使產(chǎn)品成型以用于實際生活中.

2.2 步進電機模塊設(shè)計

我們采用28BY-J48 步進電機和基于ULN200 3APG 的驅(qū)動電路，來完成整個模塊的制作.在整個步進電機模塊中，單片機發(fā)出電信號經(jīng)過基于ULN2003APG 的驅(qū)動電路，來實現(xiàn)對電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的控制，使步進電機轉(zhuǎn)動并帶動與窗簾相連接的傳送帶，從而實現(xiàn)窗簾的移動,完成窗簾自由的開關(guān).

2.2.1 28BY-J48 的選用

采用28BY-J48型號的電機是因為其在額定工作電壓(5～12 V)之間具有較寬的選擇面，我們選取5 V 的工作電壓，其重量輕大約只有40 g，在絕緣等級、絕緣介電強度等方面都具有很好的特性.電機在高溫下依然能正常地轉(zhuǎn)動，具有急速停止和瞬間啟動功能，在低速時能正常轉(zhuǎn)動，但速度在超過某一特定速度后就無法正常轉(zhuǎn)動，并且發(fā)出嘯叫聲.電機的正反轉(zhuǎn)我們可以通過改變脈沖信號的順序來實現(xiàn)，電機的運行方式為四相四拍，能滿足設(shè)計的需求.[4]

2.2.2 驅(qū)動電路制作

驅(qū)動電路采用ULN2003AP、LED、電阻、電容、電源接口、導(dǎo)線若干制作而成，設(shè)計中把驅(qū)動電路放在整體電路板的右上側(cè)，在電路中采用四個保護電阻保護整個驅(qū)動電路，四個LED 燈作為指示燈，指示步進電機是否正常運轉(zhuǎn)；在驅(qū)動電路中，單片機P20—P23 端口連接ULN2003A 的IN4—IN1，OUT（1—4）四個端口連接LED燈，整體電路在設(shè)計上以簡潔為主.[5]

2.2.3 驅(qū)動電路原理

選用ULN2003AP 驅(qū)動電機，是因為ULN2003 AP 的工作電壓和工作電流大，灌電流可達500 mA,使得驅(qū)動電路不會輕易損壞，這既利于我們的設(shè)計研究，同時也能降低我們設(shè)計成本.驅(qū)動電路原理圖如圖3所示.

圖3 驅(qū)動電路原理圖

2.3 控制模塊設(shè)計

設(shè)計中具有的無線遙控功能，在這里我們選取制作好的紅外線裝置，接收頭為HX1838 型，用NEC編碼和紅外杜邦線，來實現(xiàn)其無線遙控功能.

2.3.1 紅外線裝置特性

因為紅外線裝置采用的是制作好的，其主要由發(fā)射端和接收端組成.此紅外線裝置運用專用的集成電路芯片進行專業(yè)的編碼和解碼，其發(fā)射端由矩陣鍵盤、LED 紅外發(fā)送器、編碼調(diào)制組成，接收端由光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)和解碼電路組成，選用其紅外線裝置是因為其使用廣泛，具有體積小、功耗低、強功能、價格低廉等優(yōu)越特點[6].

接收頭HX1838接收距離達22 m，接收角度正負45°，工作頻率是38 Khz，設(shè)計小巧，抗電磁能力強，靈敏度高，穩(wěn)定性好，并且低電平有效，抗干擾能力強，在強光下能正常工作.[7]

2.3.2 電路的原理設(shè)計

在遙控模塊設(shè)計中，由紅外線裝置器產(chǎn)生信號并發(fā)送信號，HX1838 接收頭接收信號并發(fā)送給單片機處理中心，經(jīng)過信號的處理單片機做出相應(yīng)有用信號控制步進電機轉(zhuǎn)動，完成最終無線遙控開關(guān)窗簾設(shè)計.紅外線連接原理如圖4所示.

圖4 紅外線連接原理圖

2.3.3 控制模塊功能

在本設(shè)計中，紅外線遙控功能用來控制窗簾的開與關(guān)，方便人們的使用，增加了實用性.

2.4 顯示模塊制作

在設(shè)計中顯示模塊，采用LCD1602顯示屏，時鐘芯片SD1302，微動按鍵開關(guān)6 mm×6 mm×5mm，電烙鐵、松香、焊錫絲、鐵絲若干等完成模塊的制作.

2.4.1 DS1302和LCD1602的選用

在此次設(shè)計中，選用LCD1602 液晶顯示屏幕，因為其在顯示數(shù)字和字符上具有優(yōu)越性，其帶有的背光模式能在黑暗中便于觀察，其5 V 工作電壓和2.0 mA 的工作電流符合我們的設(shè)計要求.

選用5 V 的工作電壓的DS1302 型號時鐘芯片，使其與單片機進行簡單的串口連接通信，能提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，并且每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整.[8]

2.4.2 電路的連接

在顯示模塊設(shè)計中，單片機的P10—P12 連接的LCD1602，時鐘芯片I/O 口與P26 口連接，RST與P27 口連接[9]，設(shè)計中把顯示器放于單片機左側(cè)，把時鐘電路放于顯示模塊左側(cè).這樣我們在電路焊接時能清晰地分辨每一條電路，同時使整個設(shè)計電路看起來更加的清晰，可合理的安排電路的位置以節(jié)約電路板的占用面積，使整個設(shè)計更具有廉價性.顯示屏與時鐘芯片連接原理如圖5所示.

圖5 顯示屏與時鐘芯片原理圖

在電路中我們加入四個獨立按鍵，這四個按鍵主要用于顯示屏?xí)r間的調(diào)整和改變控制模塊是手動模式還是智能化自動模式.獨立按鍵連接如圖6所示.

圖6 獨立按鍵連接圖

2.4.3 顯示模塊的功能

顯示模塊的制作主要用于顯示當天的日期、溫度、天氣情況，以便于人們在離開家時選擇是否要打開窗簾.

2.4.4 蜂鳴器

蜂鳴器電路是一個簡單的報警電路，當步進電機發(fā)生故障沒法正常運轉(zhuǎn)時發(fā)出警示鳴叫聲，單片機P24口連接蜂鳴器電路[10].蜂鳴器原理如圖7所示.

圖7 蜂鳴器原理圖

3 結(jié)語

本設(shè)計通過電路分析和實踐研究，硬件之間電路的焊接，光敏傳感器的光強參數(shù)的邏輯電平的比較與調(diào)節(jié)，紅外遙控程序、定時程序的調(diào)試等等，還有許多需要進一步研究，優(yōu)化其性能.如沒有解決限位開關(guān)對窗簾的強制停止功能等問題.