基于单片机的简易家用遥控窗帘的设计与实现

史帛加 郑琳 胡丹 沈阳工学院信息与控制学院

基于单片机的简易家用遥控窗帘的设计与实现

史帛加 郑琳 胡丹 沈阳工学院信息与控制学院

对于普通家庭居住环境的采光及避光问题，主要采用的是人工手动开闭窗帘的方式，手动开闭不仅费力而且在很多方面不够人性化，及其可能对用户造成一定的困扰，然而窗帘控制系统可以很好的解决这些问题。本文通过研究普通家庭的一些日常生活需求，设计了一个基于单片机的简易家用遥控窗帘。自动窗帘控制系统的构成主要由光照传感电路、系统控制模块电路、电源转换电路、电机控制电路、键盘以及显示电路等组成，通过本系统可实现利用光照强度以及用红外遥控器来控制窗帘开闭，本文重点讨论了窗帘自动控制系统的设计过程、硬件选用和软件调试等问题。

单片机 红外线 感光 控制 自动

1 硬件部分设计

21世纪是信息技术时代，知识与科技不断地发展，智能化也得到巨大的发展，在生活中的应用越来越多。智能控制系统在通信、网络、计算机、智能控制等技术的迅速发展，家庭生活大多实现了现代化与智能化。

通过分析人们对自动窗帘控制功能的需求，对家用遥控窗帘控制系统进行总体设计。用按键控制窗帘的开关，还可根据实时的光照强度自动开关窗帘的功能。用光敏电阻检测光，电路板上有按键和指示灯，显示窗帘所展现出来的对应状态。各电路模块的配合，家用简易遥控窗帘系统得以实现。

窗帘是每个家庭生活必备品，与传统窗帘不同，现有的电动窗帘基本可以利用远程遥控技术实现自动开关。但某些设计还不能适应人们的需求，为此设计了实时光照强度自动控制开关的窗帘。

自动窗帘控制系统控制方式：

（1）手动控制：根据用户的需求，用按键操控窗帘的开关。

（2）自动控制：根据用户设定的光照值，用光敏元件检测光照。

系统硬件部分由芯片电路、晶振电路、复位模块、键盘模块、LED指示灯、光敏传感器、红外线接收器、步进电机、电子开关和电源电路等部分组成。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器，低电压、高性能CMOS 8位微处理器。晶振指石英晶体震荡器，有良好的频率稳定性和抗外界干扰能力，作用是产生基准频率和振荡电流。复位电路主要功能是使单片机初始化，初始化的过程中在复位引脚上加上高电平，复位电路提供复位信号，待系统电源稳定，撤销复位信号。除红外线遥控器的按键外，覆铜板上也有两个按键，一个控制手动和自动的切换，另一个为手动开关窗帘。指示灯显示当前工作方式与窗帘的工作状态。光敏电阻阻值在光照射下快速减小，属半导体光敏器件，灵敏度高，光谱特性及r值一致性好等特点。步进电动机是机电元件，将电脉冲信号转换成对应的角位移或线位移。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量为相应的增量位移或步进运动。

本设计使用红外线遥控技术，HS38B是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，它的主要功能包括放大、选频、解调几大部分。中心频率为38．0kHz，接收器对外只有3个引脚分别是OUT、GND、VCC。红外接收头内部放大器的增益很大，十分容易引起干扰，所以在接收头的供电脚上必须加滤波电容。

2 软件部分设计

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。该软件既支持C语言编程，也支持汇编语言编程，可以完成编辑、编译、连接、测试、仿真等整个开发流程。

Proteus软件是一款EDA工具软件。它具有基础的EDA软件仿真功能，此外还能仿真单片机以及单片机的外围器件。从设计原理图的布图、代码的调试到单片机和其外围电路的仿真，最后能够直接切换到PCB设计。

本设计的软件设计主要由以下几部分组成。如图2．1所示，为主程序流程图。

电路主要分电源、显示、按键、步进电机控制、红外遥控按键检测和单片机主控器件部分，各部分有不同的子程序。主程序的作用是对系统进行初始化，在系统初始化的设定下，窗帘处于手动模式呈现关闭状态。然后查询按键，并且对按键进行分析和处理。

本系统使用AT89C51控制单片机芯片，软件设计主要分为定时器初始化、系统初始化、红外遥控控制程序、红外解码程序、按键控制程序、步进电机正转反转程序等。

操作按键时，无论按下或松开，触点在闭合和断开时会产生抖动，此时逻辑电平不稳，若得不到正确处理，会引起单片机错误执行命令。应利用延时，过滤按键起始时引起的抖动，这样就能避免程序的误操作。

本设计用步进电机的转动来模拟现实中窗帘的打开和关闭。

步进电机程序设计的主要任务：

（1）判断旋转方向。

（2）按顺序传送控制脉冲。

（3）判断控制步数是否传送完毕。

3 系统测试

系统测试是将已完成的软件和硬件及其他部分结合在一起，进行系统的组装测试，目的是将现有的制作情况与设计要求进行比较，改正不完善的地方，提出更好的方案。

实现本设计需要软硬件的结合，从网上下载安装Keil C51软件和Protues软件后，立即打开软件，检查软件是否可用。

硬件设计中采用的供电设备是DC插口和USB供电线。电源部分的设计中，除了供电部分以外，还安装了一个电源开关键。电路板上有三个轻触按键，轻触按键是电子开关。轻轻按下按键时开关接通，松开手后开关就自动断开。

检测电阻值，除了使用万用电表外，还可以观察电阻外观的色环。电阻上色环的颜色代表电阻值和误差，保证电阻无论什么方向安装都可以。

按电路图将电子元件都安插到覆铜板上焊接，各个焊点之间用焊锡或者铜线连接。焊接好所有元件，检查无误进行第一次测试。设计和制作存在很多问题，指示灯不亮，步进电机不转动。

检查焊接是否正确，焊点有无虚焊，再进行测试。第二次测试中，指示灯都能亮，但步进电机并没有按照预期的方式转动。第三次测试中，设计已经能基本实现所需要的功能，但依旧存在很多问题，设计并不够完善。

经多次重复测试发现设计中所存在的问题，对其进行相应的改正。不断地完善硬件和软件的设计，逐步的实现所设定的功能。

4 结论

简易家用遥控窗帘的整体由硬件和软件组成。硬件部分由单片机以及其外围电路，还有接口电路组成；软件部分主要由能够实现各种功能的程序编写组成。

文中详细介绍家用简易自动窗帘控制系统的硬件组成、软件代码和实物的测试的情况。经过多次的修改和完善，本设计制作功能的实现基本达到了预期要求。通过最后实物测试，总结有以下几点：

（1）本设计实现了利用红外线遥控器远程控制窗帘开关的功能，及根据当地实时的光照，系统自动控制窗帘的开关。本实物具有操作简便、成效明显、经济实用、电路设计简单等特点。

（2）硬件设计使用AT89C51芯片为主程序芯片，硬件部分由晶振电路、复位电路、键盘电路、单片机电路、指示灯电路、光敏传感部分、红外线接收部分、进步电机、电子开关和电源电路组成。

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史帛加，女，沈阳工学院，学生。郑琳（通讯作者），女，汉族，辽宁人，沈阳工学院，教师，讲师，硕士学位。胡丹，女，沈阳工学院，学生。