基于单片机的智能窗帘控制器的设计

基于单片机的智能窗帘控制器的设计内容摘要：

是石英晶体震荡器来产生的，它能产生基准频率的主要原因就是因为石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定特性，以及拥有较强的抵抗外界因素原因干扰的超强能力。 它不仅能够很好的控制电路中的频率的准确性通过基准频率。 于此同时，晶振还能够产生振荡电流，然后向单片机控 制芯片发出时钟信号 [1]。 如图 24 电路是单片机的晶振电路。 CPU的所有工作都在时钟脉冲的同步下进行。 位于片内振荡器产生 的振荡频率非常的接近于晶振的频率；一般情况下频率大都在 ～24MHz 之间选取； C C2 是反馈电容，其值在 20pF～ 100pF 之间选取，典型值为 30pF。 本电路选用的电容为 30pF，晶振频率为 12MHz。 振荡周期＝ s121 ； 机器周期 sSm 1 ， 指令周期＝ s4~1。 5 XTAL1 接外部晶体的其中一个引脚， XTAL2 接外外部晶体的另一个引脚， 在单片机内部，接至上文所述的振荡器的反相放大器的输出 端。 在采用外部晶体振荡器的时候，对HMOS 单片机 的引脚接到外部振。 什么是压电效应，所谓的压电效应就是在石英晶体的的两个管脚加上交变电场，于此同时，它将会 产生 具有相应频率的机械型变形，而这种机械振动又会产生相应的交变电场。 通常情况下，无论是电场的振幅，还是机械的振动产生的振幅，这两个振幅具有的供电点就是交变都非常的小。 如图 24 所示电容， C1 以及 C2（它们的 典型值都为 30pF） 可以帮助快速起振，而我们正是通过合理调节它们的大小才能达到实现微调 fOSC 的目的的。 在石英晶振起振后，要能够输出一个 3V左右的正弦波在 XTAL2线端，之所以这样是为了使 MCS51 片内的 OSC 电路按石英晶振相同频率自激振荡。 通常，OSC 的输出时钟频率 fOSC 为 ，典型值为 或者 12MHz。 图 24 单片机晶振电路图 复位电路 对单片机进行初始化操作就是复位电路的主要的功能；一般的为了防止在按键过程中引起的抖动而影响复位。 等电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，这样就能很好的保证了在复位按键的相对稳定性。 通常情况下，在单片机进行初始化的整个过程中，需要在复位引脚上面加上大于 2个机器周 期的高电平；而经过复位后的单片机的地址初始化变成 0000H；则单片机在今后的执行程序都会从刚才初始化的地址开始执行。 在复位电路中提供复位信号，等到系统电源稳定后，再撤销复位信号。 如图 25所示的复位电路，其中复位电路与单片机的 REST即 9号引脚相连，按下 K1按键的同时，输入单片机的为高电平，单片机进行初始化 [2]。 反之， K1不动作时候输入的是低电平。 6 图 25 复位电路图 电压比较部分 LM393 概述 LM393 是由两个高精度 、 独立的电压比较器组成的集成电路。 失调电压 比较 低，最大为。 LM393 就是 专 门 为单电源供电 以及 获得 比较宽裕的 电压范围而 设计的 ， 它不仅能够实现单电源供电，还 可以 实现 双电源供电 ；并且不管单电源供电还是双电源供电，不管系统的 电源电压 过大还是过小 ， LM393 消耗的电流都 非常之 低 ；还有另外一个 特性 是 ：如果 是单电源供电，比较器的共模输入电压范围 也 接近地电平。 本设计中 LM393 的功能主要就是做比较。 LM393 的特点 LM393 的特点有如下几点： （ 1）电源电压范围宽： 单电源： ~36V 双电源： 177。 ~ 177。 18V （ 2）电源电流消 耗很低（ ）； （ 3）输入失调电流低： 177。 5nA； （ 4）输入偏置电流低： 25nA； （ 5）最大输入失调电压： 177。 3mA； 7 （ 6）输出饱和电压低 ： 250mA at 4mA； （ 7）输入共模电压范围接近地电平； （ 8）差模输入电压范围等于电源电压； （ 9）输出电平兼容 TTL， DEL， ECL， MOS 和 CMOS 逻辑系统。 LM393 的电路图 以下是 LM393 的功能框图以及管脚图以及管脚功能排列表。 8 7 6 51 2 3 4++V c cG N D 图 26 功能框图 L M 3 9 3 O U T AI N A I N A +G N DV c cO U T BI N T B I N T B + 图 27 管脚图 8 表 21 管脚功能 引出端序号 符号 功能 1 OUT A 输出 A 2 INT A 反相输入 A 3 INT A+ 同相输入 A 4 GND 接地端 5 INT B+ 同相输入 B 6 INT B 反相输入 B 7 OUT B 输出 B 8 Vcc 接电源 光控电路 在本窗帘设计的系统中，智能窗帘自动控制系统中要实现的光控功能，就是依据室外光线的强弱来实现窗帘的自动开闭的，这样我们就需要用到依据光线感应的传感元器件。 在本设计中采用了 光敏电阻。 制作光敏电阻的通常用材料为 硫化镉 ，另外还有硫化铅等其他半导体材料。 这些特别材料具有在特定 波长 的光照射下，其阻值能够迅速变小的特性。 而我们所用到的光敏电阻器就是利用了这些材料的特性而制作成的。 入射光变强，电阻减小，入射光变弱，电阻变大。 下面是本设计中光控部分的电路图。 其中 D3 为光敏电阻 ，当外部的入射光照射 D3，光敏电阻 D3 阻值立刻减小，同时 2 处电压变大，经过 LM393电压比较器 U2U3，输入单片机的 端口的为低电平，此时处于关闭状态的窗帘自动打开。 反之窗帘会自动关闭。 用户可以根据个人爱好，通过调节与 R11 相连的滑动变阻器来设定 LM393 电压比较器的参考电压。 图 29 光控电路 9 步进电机 步进电动机 ， 是一种 能够 将 接收到的 电脉冲信号 ，直接 转换 而 成线位移 或者 角位移的一种驱动 元件 ；通常， 输入步进电机的是脉冲序列 ， 而 从步进电机的 输出量则为相应的步进运动 或者相应的 增量位移。 在步 进电机 正常 运转的 情况下 ，它 每 运 转一周具 都 有固定的步数。 当步进电机在正常运转的时候，步进电机的 输入脉冲的频率与 步进电机的 旋转转速都会 保持 相当 严格的对应关系， 丝毫 不 会受到 负载 的 变化 的影响，同样也不会受到 电压波动的影响。 如图 210 所示，为本设计中步进电机运行的原理图。 指 令 控 制 脉 冲 控 制 单 元 功 率 驱 动 电 路 单 元 步 进 电 机反 馈 与 保 护 图 210 步进电机工作原理 步进电机不但具有瞬间启动的优势，同时还具有急速停止的优越特性；在控制步进电机的电路中，步进控制器的主要作用，就是把将接收到的输入脉冲转换成环型脉冲，然后步进电 机根据相应的脉冲来控制步进电机的运转方强。 可以通过改变脉冲的顺序，达到改变转动的方向的效果。 在窗帘控制系统中选用了型号为 24BYJ48 的步进电机。 24BYJ48 步进电机的主驱动方法以及主要参数如下图所示。 步进电机的驱动方法如下表所示： 表 22 步进电机 的驱动方法 导线颜色 1 2 3 4 5 6 7 8 6 红 + + + + + + + + 4 橙 3 黄 2 粉 1 蓝 步进电机的接线如下图所示： 10 图 211 步进电机接线图 主要技术参数如下表所示： 表 23 步进电机的参数 电机型号 电压 V 相数 相电阻  布距角度 减速比 启动转矩 启动频率 定位转矩 摩擦转矩 嘈声dB 缘介电强度 24BYJ48 5 4 300 :64  300  500  300 —  35 600VAC1S 步进电机驱动电路 使用驱动芯片直接驱动步进电机，本模块使用 ULN2020 双极型线性集成电路ULN2020 是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管 阵列集成电路。 ULN2020 是有 7 对NPN 达林顿管组合而成的；在 LIN2020 的高电压输出特性能够转换感应负载；对于单个达林顿对的集电极电流是 500mA。 而达林顿管并联可以承受更大的电流。 本设计中驱动电路图 212 所示。 采用了单片机的 口作为外部信号的输入，用单片机的 P2 口作为信号输出。 其中 ULN2020 的 1， 2， 3， 4 引脚分别与单片机的 ， ， ， 相连接。 然后 ULN2020 的 16， 15， 14， 13 引脚分别与步进电机 P1 的 2， 3， 4， 5 相连。 其中 P1上的 1 始终接电源正极，然后 根据单片机输出的 P2 口输出的信号，转化为步进编码实现电机的正转与反转。 为了防止各个单元之间的耦合， ULN2020 的 9 号引脚接的是电源去耦电路。 11 图 212 步进电机电路与单片机的连接 红外线发射部分 一般情况下，红外遥控信号发射器、红外线信号微处理器、红外遥控信号接收器以及红外线外围电路四个模块组合在一起，就能构成一完整的个外线遥控系统。 当按下红外线遥控器上面的其中一个按键，就会产生相应的红外线遥控的编码脉冲；本电路设计的遥控接收模块型号是 TSOP。