基于單片機的智能窗簾控制系統設計

于曉露

摘要：隨著技術產業結構的調整，生產工藝的飛速發展，人們的生活水平不斷提高，家用電氣逐漸普及。高精度、多功能、低功耗是現代科技發展的趨勢。在這種趨勢下，窗簾的數字化、智能化已經成為現代生產研究的主導設計方向。單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，結合感光系統和時鐘系統的智能窗簾系統具有較好的發展前景。

關鍵詞：智能窗簾

1 ?方案設計

整個系統以STC89C52單片機為核心器件，配合電阻電容晶振等器件，構成單片機的最小系統。其它個模塊圍繞著單片機最小系統展開。其中包括，顯示設備使用1602液晶，可以同時顯示年、月、日、時、分、控制模式、光照強度等基本信息;時鐘模塊采用DS1302芯片，初始化之后，就會開始運行計算時間，單片機只需進行時間信息的讀取即可;光照檢測電路采用光敏電阻和模數轉換芯片ADC0832，將模擬量數字化并顯示出來;窗簾使用步進電機進行代替模擬，同時配有一個LED燈用來指示窗簾當前的開關狀態;本設計還有5個按鍵作為操作輸入設備，可以對當前時間進行調整設置和設置窗簾開關時間和光控閾值等;最后是供電采用常用的USB 5V進行供電。

設計的要求如下：

（1）熟悉51單片機集成開發環境，運用C語言編寫工程文件;

（2）熟練應用所選用單片機的內部結構、資源，以及軟硬件調試設備的基本方法;

（3）自行構建基于單片機的最小系統，完成相關硬件電路的設計實現;

（4）理解智能窗簾的原理和掌握實現方法。

方案以及設備的選擇：

（1）STC89C51單片機是由宏基技術公司研發的在此設計中作為主要的集成電路，它具有8k電路閃存編程功能的比較節能的八位高性能CMOS微處理器。單片機的升級總是在其功耗及功能上，STC89C51單片機的內核與原內核完全的兼容，其內核選擇MCS-51的芯片，比較容易操作，而傳統的單片機51則沒有。該芯片功能強大還可以編譯讀寫4K EEPROM， 在使用數據存儲時可以直接存儲調用，不需要外部儲存，方便使用。STC89C51簡便受到喜愛并且普遍的接受使用，同時需要的開發資金少給人們帶來更多的便捷。

（2）LCD1602顯示器的可供選擇的功能較多，主要包括數字、字母、符號或自定義字符，這樣多功能的顯示器可便于觀察到更多的數據信息，LCD1602顯示器為液晶顯示器，其應用廣泛也比較高端，顯示效果更好。

（3）選擇DS1302時鐘芯片來進行時鐘工作，DS1302時鐘的優點是一種高性能、高能效的實時時鐘電路，具有RAM功能，該電路可以使用數年、數月、數天、數周、數小時、數分鐘和數秒的時間，并且具有對閏年進行補償的功能。電壓在2.5V～5.5V能正常工作。采用三線接口實現了與單片機的通信功能，可以同時傳輸多個字節的時鐘信號或幀數據。DS1302內部有31 * 8個原始數據用于臨時存儲。DS1302是DS1202的增強版，與DS1202兼容，但在主/備用電源上添加了雙電源針腳，并具有連接和充電電源備用的能力。該主要功能是使用串行數據傳輸，它提供負載編程來保護電源，并且可以關閉負載。標準晶體32，768 KHZ用作標準時鐘。

（4）ULN2003是一種復合IC晶體管，使用的范圍在高強度的電壓和電流上。由七個硅NPN型晶體管組合來構成達林頓接法以實現步進電機的驅動。達林頓的內部直接連接到具有參考電阻的TTL或CMOS接頭的電路中。采用步進電機驅動，輸出也可以在大負載電流下并行工作。

2 ?軟件設計

軟件設計中C語言是一種計算機程序設計語言，它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它由美國貝爾實驗室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C語言已先后被移植到大、中、小及微型機上，它可以作為工作系統設計語言，編寫系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數據處理能力，不僅僅是在軟件開發上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統軟件、三維、二維圖形和動畫，具體應用例如單片機以及嵌入式系統開發。

本系統的原理圖如下圖所示，最開始先進行液晶和時鐘芯片的初始化，然后就進入了一個循環處理的過程。包括先讀取時鐘芯片的日期時間數據，然后在1602液晶上面顯示出來，接著讀取光照強度并顯示。再往下就是按鍵掃描，如果檢測到有按鍵按下去了，則根據不同的按鍵進行不同的任務處理。然后根據不同的模式，進行不同的窗簾開關控制。如果是手動模式的話，則根據開窗簾鍵和關窗簾鍵對窗簾進行開關控制;如果是定時模式的話，則根據設置的開啟時間和關閉時間對窗簾進行控制，而如果是光控模式的話，則判斷當前光照是否高于設置的控制閾值，是的話話則關閉窗簾，相反則開啟窗簾。至此完成一次循環的過程。

3 ?結束語

經過三個多月的努力，本次畢業設計的任務——基于單片機的智能窗簾設計已經完成。這個設計題目并不是新的，但從中能體現到一個系統開發設計的過程，足于讓我們受益。能夠從設計、論證、制板、編程到最終的調試成功。完成整個系統的設計，這是一次難得的實踐機會。

設計論證和完成本次設計的過程，將單片機原理、C語言程序、模擬電路基礎與數字電路基礎等多門課程的內容有機地結合應用在了一起。通過實際的分析與應用深化了對這些主干知識的認識。此外掌握了從系統的需求、方案論證、功能模塊的劃分、原理圖的設計和繪制、PCB板制作、程序設計到軟硬件調試的設計流程，積累了硬件設計的經驗。單片機的功能日益強大，但其基本原理是相對不變的。因此雖然本次設計任務的功能較為簡單，但是能夠較全面的涉及單片機各項基本知識，提高了自己的單片機設計能力，是一次將理論能力向實踐能力轉化的好機會。

在設計過程中由于時間倉促有很多地方難免存在不足之，但在以后的工作中，我們會嚴格要求自己最求完美?；仡^再看看該設計，還可以擴展設計的功能，比如加上遙控控制功能，都可以提高本設計的適用范圍。

參考文獻：

[1]Shuo Cheng，Yong Taek Chung，Xiang Fan Piao.Design and Development of Large Electric Curtain Control System for Time Controlled[J].Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers，2019，（3）：1-3.

[2]謝永紅.智能家居控制系統設計與實現[D].廣東：華南理工大學，2018.

[3]章程.基于51單片機智能家居設計[J].智庫時代，2019，（7）：282-288.