陳美玲 趙興雷 穆樂賢 吳昌隆

摘 要：在實(shí)際生活中，人們離不開窗簾，但現(xiàn)如今人們多采用的是手動(dòng)百葉窗，不僅費(fèi)力而且很不人性化。文中設(shè)計(jì)的智能百葉窗就可以解決這些困擾。以AT89C51單片機(jī)為核心控制，光敏、溫度傳感器采集數(shù)據(jù)并提供信號，步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行控制。該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)將半自動(dòng)控制、自動(dòng)控制和手動(dòng)控制諸多控制方式結(jié)合起來，智能地控制百葉窗簾的打開和閉合。

關(guān)鍵詞：AT89C51;步進(jìn)電機(jī);自動(dòng)控制;溫度傳感器;逐光百葉窗;遠(yuǎn)程遙控

中圖分類號：TP393.05文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）01-00-02

0 引 言

科技讓人們的生活更加的多樣化，人們能夠使用更多的智能系統(tǒng)來代替自己動(dòng)手。人們的生活需要窗簾，它能夠保護(hù)人們的隱私。自動(dòng)窗簾系統(tǒng)不僅可以省去自己關(guān)窗簾的麻煩，并且可以廣泛地應(yīng)用到各種場合。但是我國的智能科技處于初步發(fā)展階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上歐美國家，但是不難看出這一產(chǎn)業(yè)的潛力。這一系統(tǒng)不僅可以讓人們的生活變得更加舒適愜意，同時(shí)還可以帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。智能窗簾科技屬于高端前沿產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)歐美國家已經(jīng)將這一科技廣泛應(yīng)用于民生中，所以我國也有必要去加大推廣力度。

1 總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括AT89C51單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、光敏傳感器、溫度傳感器，以單片機(jī)為核心控制，光敏、溫度傳感器采集信息，然后通過串口傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)處理后發(fā)送脈沖信號給步進(jìn)電機(jī)，由此控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），最終實(shí)現(xiàn)葉片的完全打開（完全關(guān)閉）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)包括微控制器核心電路、信號調(diào)理電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、鍵盤/顯示接口電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、檢測電路等電路模塊，芯片的外圍電路提供各種模塊所需的5 V電源和時(shí)鐘模塊。在模擬信號之后，調(diào)整放大并等待A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號輸出到控制器。設(shè)計(jì)的實(shí)物如圖2所示。

2.1 WiFi模塊的選取

ESP8266是Ai-Thinker公司推出的一款無線WiFi模塊，可以通過配置，與單片機(jī)上的串口通信，利用WiFi傳輸數(shù)據(jù)。并通過UART接口，可以由Arduino發(fā)送AT命令控制其功能[1]。ESP8266有兩種工作模式，分別是Station模式以及AP模式。Station模式用來連接無線路由器進(jìn)行工作;AP模式將ESP8266作為熱點(diǎn)由手機(jī)連接對應(yīng)設(shè)備（或者無線路由器）進(jìn)行工作。本文采取AP模式來實(shí)現(xiàn)主要遠(yuǎn)程傳輸功能。

2.2 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試使用開發(fā)系統(tǒng)、基本檢測儀器（萬用表、示波器）等檢查系統(tǒng)硬件存在的故障。硬件調(diào)試分為兩步：靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試。

（1）靜態(tài)調(diào)試

靜態(tài)調(diào)試步驟如下：

①眼睛檢測：檢測各種外部組件或電路是否存在故障;

②萬用表檢測：通過萬用表檢查步驟①中存在疑問的連接點(diǎn)，然后檢查每個(gè)電源和地線之間是否短路;

③上電檢測：為電路板上電，直到所有的硬件電源都達(dá)到所需值;

④操作檢測：連接好整個(gè)系統(tǒng)以后檢查系統(tǒng)。

（2）動(dòng)態(tài)測試

動(dòng)態(tài)調(diào)試是一種硬件檢測，用于在用戶系統(tǒng)工作時(shí)查找和消除用戶系統(tǒng)硬件中設(shè)備的內(nèi)部故障、設(shè)備連接錯(cuò)誤等。

3 軟件設(shè)計(jì)

電路由信號放大和比較電路、轉(zhuǎn)換電路、傳感控制電路、89C51單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、定時(shí)電路、顯示電路等組成。

當(dāng)系統(tǒng)沒有連接到短路帽時(shí)，可以通過定時(shí)開關(guān)百葉窗，并且4個(gè)按鍵K1，K2，K3，K4分別與單片機(jī)的P1.3，P1.4，P1.5，P1.6相接。K1鍵可用于設(shè)置日期及時(shí)間，按下K1依次調(diào)整年、月、日、時(shí)和分，被調(diào)整的部分就會(huì)變?yōu)椤?*”狀態(tài)，可以按K2（+），K3（-）來調(diào)整數(shù)據(jù)，K4用來設(shè)置開啟和關(guān)閉的時(shí)間，按下5次即完成調(diào)整并可正常顯示。

當(dāng)系統(tǒng)接上短路帽時(shí)，此時(shí)的百葉窗是由傳感器控制。由運(yùn)算放大器組成的比較電路是傳感器控制電路的主要組成元件電路，在同相輸入端有兩個(gè)電阻，它們的作用是分壓，其電壓值為基準(zhǔn)電壓。由溫度傳感器和光敏電阻采集到的信號被提供給反相輸入。光敏電阻可以通過光照強(qiáng)度的變化而變化，溫度傳感器可以根據(jù)溫度進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，就可以得出反相輸入端的電壓值。比較獲得的兩組電壓值，然后通過A/D轉(zhuǎn)換將比較的信號發(fā)送到AT89C51微控制器的P3.5和P3.6接口。在MCU處理之后，輸出命令用于控制電機(jī)正向或者反向旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)光照和溫度對葉片的閉合進(jìn)行控制。

通過定時(shí)器工作在中斷方式實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。定時(shí)器定時(shí)中斷產(chǎn)生一個(gè)不占用CPU時(shí)間的周期性脈沖序列。CPU只有在中斷發(fā)生時(shí)才能發(fā)出命令使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，所以在非中斷時(shí)間內(nèi)能夠處理其他事情。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可以通過查表法獲得所需的輸出狀態(tài)，并將其二進(jìn)制碼形式依次存儲在單片機(jī)內(nèi)部的存儲器中;然后以正向或反向順序依次取出地址中的狀態(tài)字，并發(fā)送到STC12C4052AD以輸出各勵(lì)磁狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。步進(jìn)電機(jī)電路如圖3所示。

4 結(jié) 語

本文主要介紹智能窗簾控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在整體方案中，用光敏、溫度傳感器采集信號，使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使控制更容易，并將AT89C51單片機(jī)作為控制機(jī)構(gòu)，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡單明了，還可將所測參數(shù)送至智能手機(jī)等移動(dòng)終端，方便對數(shù)據(jù)的存儲、查詢，顯示方式可隨界面設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)呈現(xiàn)多樣化、個(gè)性化特征。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] QU J Y，REN G Z，HOU S Z，et al. Measure of engine speed based on C8052F chip [J]. Tractor & farm transporter，2007（6）：66-67.

[2]郁有文，常健，程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[3]何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[4]袁新燕.關(guān)于“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)的討論[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，1997，10（4）：28-29.

[5]唐煒.“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（3）：21-23.

[6]曾一江.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[7] LYU Quan. Modern sensor principle and application [M]. 1st edition. Beijing： Tsinghua University Press，2006.

[8] BRENT Yeager. How to troubleshoot your electronic scale [J]. Powder and bulk engineering，1995（9）：31-40.

[9] MEEHAN Joanne，MUIR Lindsey. SCM in merseyside SNES： benefits and barriers [J]. TQM journal，2008（9）：58-62.

[10]陳雪麗.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.