智能家居中电动窗帘的设计与实现

李小为+张健

摘要：随着时代的发展，科学的进步，智能化的家居也越来越受到欢迎。基于STC89C52单片机采用光控技术和人工控制技术设计一款智能窗帘系统，用步进电机的旋转模拟窗帘的开关，有光的情况下接受到光信号，窗帘自动打开，在没有光的情况下，窗帘自动关闭。

关键词：智能窗帘；单片机；光控技术

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0161-03

Design and Implementation of Electric Curtain in Smart Home

LI Xiao-wei， ZHANG Jian

（School of Computer Engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230001， China）

Abstract： With the development of the times， the progress of science， intelligent home is also more and more popular. STC89C52 microcontroller design of a smart curtain system using optical technology and artificial control technology Based on switch rotation simulation curtain of stepper motor， the light of the circumstances to receive light signal， the curtains open automatically， in the absence of light， the curtains shut down automatically.

Key words： intelligent curtain； SCM； light control technology

1 概述

自改革開放以后，各行各业迅速发展，而科学技术的发展尤为突出，人们不再满足于简单的物质生活，而是更加追求生活的舒适和便捷，智能家居具有高精度，多功能，低功耗的特点，开始慢慢走进人们的生活，市场上也开始出现越来越多的智能家居产品。虽然从目前国内看智能家居比较昂贵，未能普及，但是随着科技发展的日新月异，智能家居技术会越来越成熟，成本将越来越低，不久的将来，终将走进寻常百姓家。

2 主要元器件

2.1 主控芯片

根据设计要求，必须具有价格低，低功耗，功能强大，使用方便，速度快等优势。所以我们决定使用STC89C52作为处理器的芯片。

STC89C52芯片介绍：

STC89C52是STC公司生产的一种具有高性能，低功耗，使用范围广的CMOS，8位微控制器，拥有8K在系统中可以编程的Flash 存储器。STC89C52使用在经过改良版本的经典的MCS51内核 ，因此在单片机上的STC89C52具有很多传统芯片不具备的功能，使得在单片机上拥有8位CPU和在系统中可以编程Flash的STC89C52芯片在系统控制之中具有高灵活，高效率，快速度的解决问题能力，因此在智能方面的应用非常广泛。STC89C52的引脚图和实物图。

2.2 步进电机

根据我们的研究内容以及研究经费等多方面的因素影响，决定使用步进电机来代替窗帘的开关，我们通过控制步进电机的转动角度来实现控制窗帘的目的。

工作原理：电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组会产生一个磁场，磁场会带动转子旋转，使得磁场的方向和定子产生的磁场的方向一样。每当定子的磁场旋转产生一个角度，转子也会跟着磁场旋转一个角度，每次输入一个脉冲，电动机转动一个角度，它输出的角位移与输入的脉冲的个数成正比，转速成正比，也就是说输入的脉冲的个数越多，角位移越大，转速越快。因此，我们可以通过控制脉冲的个数来控制进步电机的转动。且改变脉冲的顺序可以改变转动的方向。

2.3 光敏电阻

因为本次研究需要检测光，综合实验中的等等因素，所以元器件中便选择了光敏电阻。光敏电阻又称光敏电阻器或者是光导管，在特定的波长的光照下，它们的阻值都会迅速减少。通常光敏电阻器都制成薄片结构，可以吸收更多的光能。光敏电阻器是由半导体的光电导效应制成的一种电阻值，可以随着光的强弱来改变的电阻器或者称之为光导电探测器。它的光越强，电阻越小，光越弱，电阻越大。通常由光敏层，玻璃基片和电极等组成。

工作原理：在半导体光敏材料的两端装上电极引线，然后将它封装在透明窗的管壳里构成光敏电阻，两电极通常做成梳状，接出引线封装在透明光镜的密封壳内。在照射光消失后，由光子产生的电子空穴对复合，光敏电阻的阻值慢慢恢复原值。在光敏电阻的两端加上电压，便有电流通过，受到光的照射，光的强度越强，电流越大，然后实现光电的转换。

3 系统总体设计

3.1 智能控制方案

智能家居中窗帘控制系统主要设计有电源部分，传感器部分，处理器部分以及结果显示部分。

当然在设计智能家居中窗帘控制的时候，还需要考虑到实际的因素，比如在停电的情况下，智能窗帘无法感知外界情况就需要我们人为手动来打开或关闭。

在基于单片机的实验中，我们使用美国Keil software公司的软件Keil，它是c语言软件的开发系统，具有结构性，可读性，可维护性，是一个功能强大的仿真器。 Keil 是美国公司出品的兼容单片机c语言软件开发系统，与汇编语言相比，c语言在功能上，结构性，可读性，可维护性上有明显的优势。keil软件提供库函数和集成开发调试工具，生成目标代码效率非常高。在uVision和ishell集成开发环境下，可以完成编辑，编译，连接，调试，仿真等整个开发流程。开发人员可用其他编辑器编写c语言然后由编译器生成.obj文件。endprint

3.2 硬件設计

1） 电源模块

电源的功能是提供给电器一个稳定的电压。生活中我们常用电压是220V，而我们实验的电压不需要那么高，因此，需要设计一个相对稳定且较低的电压。

在接入不稳定的电压时，要想使得电压稳定而且使生活电压变小，就必须要有二极管，电阻，电容，开关跟接地装置，组成我们需要的符合我们要求的电路。二极管是一种把交流电换成单一方向的脉冲直流电，而且具有稳压性，在串入限流电阻，稳压管击穿过后电流不超过允许值，所以击穿状态可以长期持续。在电路中接入一个开关来控制是否通电，另接入一个灯来显示状态，灯亮则为接通，可以工作，灯灭则断开，处于静止状态。一般芯片直接接直流稳压电源+5v，在保证单片机的系统能够正常的工作，减少干扰，我们可以在电路上接入两个电容来确保电路稳 定，而在电路中接入一个1K的电阻是为了起到限流的作 用防止电流过大会给 整体带来的损害。

2） 传感器模块

实验中，传感器模块是一个非常重要的模块，需要它来检测到光，转换为信号，然后传给主控芯片。在设计光照检测电路的时候需要考虑到会产生耦合，而且会很容易产生振荡，所以需要LM393芯片。而在设计电路中需要电阻，电容来使得电路中的电流达到允许范围，电压处于稳定的状态，最终使得电路能够安全的运行。电路中的电容c1，c2则是起到减少干扰的作用，电阻则是起到限流的作用，滑动电阻则是起到保护电路的作用，当光敏电阻在受到光的照射后，电阻变小，电流变大，超出范围则会损坏电路，滑动电阻器则可以改变电阻，控制电流，保护电路。

LM393是一种与很多的比较器一样的高增益的宽频带器件[15]，当比较器改变时，输出端到输入端有寄生电容在产生耦合，则非常容易发生振荡。而LM393则可以有效地解决这个问题。LM393输出负载电阻能接在任何电源电压上，当然是在可允许的范围内，不受电源端电压值的限制，但是输出的部分电流可能会被限制，当达到极限电流时，输出晶体管会退出，输出电压将很快上升，当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压允许输出在零电平。

3） 处理器模块

控制系统电路如图7所示，在STC89C52芯片作为主控芯片的情况下，需要一些电路来辅助完成任务。其中之一便是复位电路。复位我们都知道，就是将处于某个状态的还原到它的初始状态。而单片机的复位电路由上电复位和按键复位组成，上电复位在STC89C52作为主控芯片的情况下则为高电平复位，复位引脚一般在REST上外接电容到电源，在接一个电阻接地，实现复位。使得回到低电平进入正常的工作状态。按键复位，在复位的电容上并联一个开关，当开关按下时电容放电，RST拉到高电平，电容充电，会有一段高电平的时间来复位。其中之二便是晶振电路，每一个运用到单片机的器件都是有时钟频率。使用STC89C52芯片中有振荡源，单片机内部带有振荡电路，因此就需要在外部连接一个晶振电路，电路由两个电容和一个晶振组成，电容一般在15pf到50pf之间。

4） 显示模块

这次实验是将步进电机的旋转作为最后的结果，在购买步进电机的时候只需要将步进电机按照接口接入电路中。在这个模块中，使用到ULN2003APG作为驱动器来驱动步进电机。ULN2003APG是高耐压，大电流达林顿陈列，内部有消线圈反电动势二极管可以用来驱动。

参考文献：

[1] 冯凯.智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品，2010.

[2] 吴汉清.常用的典型单片机资料[J].无线电，2007.

[3] 徐国山.步进电机的基本原理[J].民营科技，2007.

[4] 贺敬.基于MCGS的51系列单片机控制步进电机的设计[J].山东工业技术，2015.

[5] 乔建良.智能光敏电阻检测装置研究与设计[M].南京理工大学出版社，2006.endprint