基于BH1750芯片的智能窗帘控制系统设计*

2015-03-22王海燕陈贵斌熊志成

现代建筑电气 2015年3期

关键词：窗帘芯片电机

王海燕, 陈贵斌, 熊志成

(上海电力学院自动化工程学院, 上海 200090)

基于BH1750芯片的智能窗帘控制系统设计*

王海燕, 陈贵斌, 熊志成

(上海电力学院自动化工程学院, 上海 200090)

设计了一种基于数字光强度传感器BH1750FVI的智能窗帘控制系统。系统以AT89C52为核心控制芯片,接收并处理来自BH1750FVI传感器的光强信号、DS18B20传感器的温度信号、测速传感器的电机转速信号和红外遥控器的控制信号,根据获得的信号向电机驱动电路发出控制信号,控制交流伺服电动机的动作,并利用齿轮传动技术实现智能控制窗帘开度。试验结果表明,智能窗帘控制系统运行稳定,具有方便快捷、灵敏度高和易于操作的优点。

数字光强度传感器; BH1750芯片; 智能窗帘; 光强度; 温度; 控制系统

0 引言

随着信息、自动化和通信等技术的不断进步,智能电器逐步走入人们的日常生活。智能窗帘系统克服传统窗帘的诸多缺点,在家居、大型会议室、大教室等场所得到了广泛的使用,为人们提供了更方便、舒适的生活环境。传统的光强传感器主要利用光敏电阻的光电特性,由于光电特性呈非线性,因此不适合作为精确的光强检测元件,而BH1750FVI芯片利用内部16位高精度数字光强传感器,可以避免外部A/D转换系统带来的误差,光谱范围与人眼感光相近。

本文设计了基于数字式BH1750FVI传感器的智能窗帘控制系统,实现了窗帘智能控制和定时显示室内温度、光强等参数,在使用中可根据用户的需求方便地进行变更。

1 系统设计

为便于用户使用,智能窗帘控制系统设置了自动控制模式和手动控制模式。在自动模式下,系统通过对室内光强、温度的检测,并根据预设的适宜光强度来实现窗帘开合程度的自动调节。如果用户对智能窗帘的自动调整效果不满意,或者遇到特殊情况需要人工干预和调整,可以选择手动模式,通过遥控器手动操作,控制窗帘实现任意开度。显示屏能显示室内温度和光强,因此系统还可以用作数字式温度计和光强测试仪。

智能窗帘控制系统结构如图1所示,系统主要由AT89C52主控器模块、数据采集模块、动力传动模块和显示模块组成。数据采集模块包括光强检测模块、温度检测模块、测速传感模块和红外遥控模块,利用传感器技术完成光强和温度数据的采集、交流电机运行速度的检测和红外遥控器控制信号的接收。动力传动模块由驱动电路、交流电机传动装置和窗帘固定导轨组成,根据主控芯片AT89C52的输出控制信号进行工作,控制窗帘开度。显示模块由LCD1602液晶显示屏及其相应驱动电路组成,定时刷新显示室内光强和温度数据,提供友善的人机交互界面。

图1 智能窗帘控制系统结构图

2 硬件电路设计

硬件电路主要由电源电路、晶振电路、复位电路、数据采集电路、显示电路和动力传动模块组成。整体硬件电路如图2所示。

图2 整体硬件电路

2.1 数据采集电路

前端数据采集部分主要由VS1838B红外接收头、DS18B20数字温度传感器、BH1750FVI数字光强度传感器和测速传感器组成。VS1838B红外接收头接收端连接主控器外部中断0引脚P3.2,用于及时、准确地接收外部遥控器控制信号;数字光强度传感器BH1750FVI芯片的SDA和SCL引脚分别接主控器的仿IIC协议接口P2.0和P2.1引脚,根据标准IIC协议使之能够读取传感器的光强数据;测速传感器采用红外线光电开关式发射接收管集成模块,用于检测测速轮的转动状态,间接测量交流电机的转速和运行状态。

2.2 数据显示电路

为了使系统人机交互界面更加和谐,方便用户及时了解室内温度和光强度,采用LCD1602字符型液晶显示屏,结合外围电路,实现室内温度和光强的显示。

2.3 动力传动模块

执行机构由电机驱动电路、交流电机、传动装置和窗帘导轨组成。为了实现噪声小、运行稳定的目的,系统采用220 V三线交流电机。根据三线交流电机接线规则,公共线与市电的相线相接,另外两条电源线并联一个AC 450 V、10 μF的CBB61交流金属化聚丙烯电机起动电容后,分别接继电器1和继电器2,通过控制继电器的导通来控制电机正反转。为了能通过测速传感器及时检测电机运转状态,将测速轮装于电机转轴末端,通过光电开关式的测速传感器输出方波信号,由主控芯片查询方波信号高低电平持续时间来判断电机运转状态。

3 软件设计

软件设计主要包括主程序的初始化、外部中断0服务程序设计、光强自动控制子程序设计、电机转动智能控制子程序设计和LCD1602显示子程序设计。系统主程序初始化包括BH1750FVI芯片初始化、LCD初始化、外部中断0初始化和定时器初始化。智能窗帘控制系统在自动控制模式下,通过BH1750FVI芯片对室内光强强弱的检测,实现窗帘开合程度的自动调节。自动控制流程如图3所示。将检测的光强与预设光强(由用户自行设定)上下限比较,若大于上限,则窗帘关闭;若小于下限,则窗帘开启。若用户遇到特殊情况需要人工干预和调整,可通过遥控器进行手动控制,实现窗帘任意开度。

为了实现系统三线交流电机安全运行,采用测速传感器检测测速轮转动速度,以反映电机转动状态。经过测试,在正常运转的情况下,测速传感器输出电平变化时间间隔约为75 ms。当电机工作转动时,若在90 ms内测速传感器输出电平未发生改变,则说明窗帘已处于全开、全关或窗帘上有遮挡物,电机立即断电,停止转动,以保护电机不会过热而烧断线圈。电机运转状态检测流程如图4所示。

图3 自动控制流程

图4 电机运转状态检测流程

4 系统测试

智能窗帘控制系统安装检测无误后,在不同光强的情况下通过多次试验观察窗帘控制效果。测试时根据光强度传感器与台灯的不同照射角度以模拟不同的环境光强度。运行结果表明,系统可以利用红外遥控器控制窗帘到任意开度,也可以利用光强度传感器自动根据预设的适宜光强控制电机,有效地维持室内光强稳定。同时,LCD显示屏定时刷新并显示室内温度和光强。测试表明,整个系统运行稳定,遥控信号接收灵敏,室内光强控制精确,用户操作方便。

5 结语

采用数字化测光BH1750FVI芯片作为光强度传感器,与温度传感器DS18B20、测速传感器、红外遥控接收模块相结合,设计开发了智能窗帘系统。测试结果表明,该系统控制灵活,维护方便,不仅可用于智能家居、教室和会议室光线的自动控制,也可以用于蔬菜栽培温室、花卉栽培温室和养殖温室等温室内的光强控制。

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WANG Haiyan, CHEN Guibin, XIONG Zhicheng

(School of Automation Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China)

Based on an digital light intensity sensor BH1750FVI,an intelligent curtain control system was designed.The core control AT89C52 can receive and deal with light intensity signal produced by BH1750FVI,temperature signal produced by DS18B20,motor rotational speed signal produced by velocity speed sensor and control signal produced by infrared remote controller.At the same time,it can transmit the received signal to motor drive circuit in order to control the operation of AC servo motor,and it can control the opening of the curtain with the technology of gear transmission.The experimental results show that the system could operate steadily with its convenience,high sensitivity and simply operation.

digital light intensity sensor; BH1750 chip; intelligent curtain; light intensity; temperature; control system