基于AT89C52的智能窗帘控制系统的设计

穆鹏飞　张萍　马如海

摘 要： 针对家居环境采光及避光问题，自动窗帘控制将取代手动控制，更加人性化。本智能窗帘控制系统以AT89C52为控制核心，集温度控制、光照强度控制、LCD显示、红外遥控为一体，实现了通过光照强度、温度检测、红外遥控控制窗帘的开闭，很好地解决了普通窗帘的控制问题，方便了人们的生活，满足了人们提高生活品质的需求。

关键词： AT89C52 智能窗帘控制 红外遥控

21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。正是因为通信技术、网络技术、控制技术等的迅猛发展与提高，影响到了人们生活的各个方面，改变了生活习惯，提高了人们的生活质量，家居智能化也应运而生。作为智能家居的一个重要组成部分，智能窗帘控制系统在家居、大型会议等领域具有广泛的应用前景[1]。本设计主要针对目前生活中使用的普通窗帘所无法解决的现实问题，在普通窗帘上安装传动系统，并以传感器控制系统为核心，构成条件感应、信息分析、电路控制、机械传动的一体化，以实现窗帘开启和关闭的智能化，让窗帘具备识别室外光线、温度的变化并随之自动关闭和较远距离遥控的功能，让人们的生活更便捷、更有效。

1.系统总体设计

本智能窗帘控制系统以STC89C52单片机为控制核心，由电源模块、光敏感应模块、温度检测模块、红外遥控模块等组成，与此同时可外扩一些其他的控制功能。系统可以实现对外界光线强度的实时监测，从而来控制窗帘的自动开启和关闭，并可对室内的温度进行检测和显示，可由用户设定温度阈值，当实际的温度超过或低于设定温度后，通过窗帘的开闭，使室内的光线和温度达到一个较理想的条件。为了体现人性化，本设计通过红外线的发送和接收，可根据用户的意愿实现对窗帘开闭的远距离遥控。本系统的原理框图如图1所示。

2.系统硬件电路设计

系统硬件电路包括有单片机及相关电路、光敏传感器电路、A/D转换电路、温度检测电路、步进电机电路、红外控制电路等。单片机外围电路提供各模块所需5V电源；信号检测后的是模拟信号，进入A/D转换后输出数字信号给单片机；单片机的P2口控制步进电机的运行，从而控制窗帘的升降。

2.1单片机及相关电路设计

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

2.1.1晶振电路

单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度，如图2所示。本设计外接12MHZ晶振源，电路中两个电容采用30pF。这两个电容的作用一是帮助振荡器起振，二是对振荡器的频率起到微调作用。

2.1.2复位电路

复位是单片机的初始化操作，只需要给单片机的复位引脚RST加上大于两个机器周期的高电平就可以使单片机复位[2]。复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化外，当程序运行错误或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST引脚为高电平，重新启动。复位电路图如图3所示。

2.1.3显示电路

在单片机系统中，应用液晶显示器作为输出器具有体积小、重量轻、功耗低、显示质量高等优点[3]，本系统采用LCD1602作为显示模块。

2.1.4电源电路

单片机工作需要使用5V电压，因此需要给单片机设计电源电路。本系统采用了独立电源设计。整流桥将交流电整流成直流电，经过整流、滤波、稳压电路，选用三端稳压管7805输出+5V电压为单片机AT89C52提供工作电源。

2.2光敏传感器电路

智能窗帘要根据光照的情况而自动开关窗帘，因而需要使用到光电传感器。本设计采用光敏电阻。光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件[4]。光敏电阻在外界光线强度的变化下，阻值产生变化，使得输出电压产生变化。变化的电压信号传送到A/D转换芯片，将模拟量转化为数字量，进而输入单片机处理器。经过处理器的运算与处理，控制电机的正反转，达到窗帘开闭的目的。

2.3A/D转化电路

A/D转化电路的作用是进行模数转化，把接收到的模拟信号转换为数字信号输出。本设计采用PCF8591芯片。PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8位CMOS数据获取器件[5]。具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行IC总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0、A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个IC总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。

2.4温度检测电路

采用温度传感器DS18B20采集室内的温度值，通过DQ引脚将检测到的温度信息输出并传送给单片机[6]，并由LCD显示器显示当前的温度。其中，温度的阈值可由用户通过红外线遥控设定。当室内温度超过或低于设定值时，伴随有电机的正反转。

2.5步进电机电路

步进电机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。由于其输入信号是脉冲电压，输出角位移是断续的，即每输入一个电脉冲信号，转子就前进一步，因此叫做步进电机[7]。为了实现步进电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用驱动芯片实现电机的速度和位置定位控制。

2.6红外遥控电路

利用HT6221芯片组成的遥控器发射红外信号，接收头接收后先解码，并用LCD显示每个按键对应的用户码值。利用遥控器上的按键，软件中设置供用户随时控制电机正反转的程序，实现可在任意时刻控制窗帘的开闭；另外，在进入温度设定模式下，红外遥控可以设置初始的温度值。

3.系统软件设计

系统编程采用C语言的模块化设计思想，降低了软件设计复杂性。在程序中定义头文字和子程序，用主程序调用子程序的方法实现系统的信息采集、处理和电机的转动。主程序的流程是：早晨阳光较强，光敏电阻呈现低电阻，相当于接入单片机为低电平，通过程序控制步进电机正转，打开窗帘；晚上光线较弱，相当于接入单片机为高电平，通过程序控制步进电机反转，关闭窗帘；单片机输出停止时，电动机停转。子程序包括：光敏传感程序、温度检测程序、红外遥控程序、LCD显示程序、步进电机控制程序等。

4.结语

该设计通过控制电路与软件程序的协调组成了智能窗帘控制系统，实现了光照强度、温度和红外遥控对窗帘的自动调控。软件模块化编程提高了系统的开发效率，便于后期开发。实验测试表明，该智能窗帘控制系统性能稳定，成本低，易于扩展。采用红外遥控，使得系统应用更智能、方便。因此，本控制系统在生活、办公等领域具有广泛的应用前景，特别是在智能家居及大型场所方面应用前景更广泛。

参考文献：

[1]安森，张彦航，崔文华.基于凌阳61单片机的智能窗帘控制系统设计[J].微处理机，2012.2.

[2]王欣飞，谢龙汉，谢锋然.51单片机原理与程序设计.清华大学出版社，2014.

[3]陈朝大，李杏彩.单片机原理与应用.化学工业出版社，2013.

[4]王雅芳.传感器原理与使用技术.机械工业出版社，2014.

[5]王静霞.单片机应用技术（第2版）.电子工业出版社，2014.

[6]何应俊，曾祥云.51单片机C语言编程.机械工业出版社，2014.

[7]谢卫.控制电机.中国电力出版社，2013.