家用自动升降吊灯单片机控制系统设计

2020-05-25付群博

大众科学·下旬 2020年3期

付群博

摘要：家用自动升降吊灯单片机控制系统通过主控芯片对吊灯进行升降调控。这个系统整体的应用C语言进行设计，用keil软件来编写程序，主体由有声光报警、模数转换、压力检测、电源组成。电机为步进式电机，驱动使用ULN2003，通过按键来实现总体调控。设计完成后用protues仿真软件来进行仿真。最后达到系统性能要求。通过总体布局制作出结构框图，然后对每个模块进行综合考量，确定各模块具体使用方案，并做出其硬件的电路选择，编制对应的电路图，设计硬件，完成软件的程序编写，最终达到每个设备的功能需求。最后对各个模块进行仿真，验证各个模块软件的功能，不断进行优化，完成整个设计。

关键词：单片机;ULN2003;步进电机

前言

进入21世纪后，随着各种科学技术的不断发展，理论知识与实践生活的结合越来越紧密，人们的生活水平不断提高。同时，越来越广泛地应用科技智能化也使人们的隐私安全受到极大的侵犯，因此人们更加注重隐私的安全，并将其作为家庭住所。必要的吊灯对于保护居民隐私和屏蔽外部光线非常有用。科技时代的到来使计算机的发展和应用在各个领域有着不可替代的地位，同时也推动了单片机的发展，其功能也对传统控制技术的变革产生了深远的影响。从传统的无线电遥控到现在的红外线遥控，遥控技术在不断的发展和成熟，红外线遥控也被广泛的应用到遥控和通信上。应用单片机进行遥控设计，不仅遥控工具体积小，操控范围大，而且功能性更强、可靠性更高，因此应用单片机做红外遥控有着深远的发展意义。

一、系统架构设计

系统设计主要采用电机在不同方向通过电流时的不同转动，遥控吊灯系统可以实现吊灯的有效升降、加速和减速，具有停止功能。吊灯的加速、减速、升降和停止功能需要功率控制。步进电机用于供电，步进电机由单片机产生的不同频率脉冲控制，从而有效地控制了吊灯。该设计有一个主开关，主要用于防止不必要的麻烦造成的错触。按下电源按钮可以实现相应的转向。自动升降吊灯系统选择STM32F103RBT6为核心芯片，内核CPU处理器采用CortexTM-M3 ，工作频率高达72MHZ，，同时I/O端口较多，存储器的运行速度也极高。该处理器在两个方面具有最突出的优势，第一个是性能方面，反应速度快，能耗低，节约能源。其次它的响应速度快，同时可以依赖其滋生的性能优势将代码的性能和作用发挥到最大。除此之外，在开发过程中可以根据客户需求和系统时钟的控制，加强其实用性，相比之下较为方便。

二、系统的软硬件设计

系统硬件设计

个电路主要由电源电路、晶体振荡器电路、上上变速电路、开关触发电路和步进电机电路组成。电源电路为整个电路提供能量，确保电路能够运行;晶体振荡器电路主要提供所需的振荡频率;变速电路主要控制步进电机的转速;开关触发电路主要控制步进电机的旋转和停止;步进电机旋转，以驱动吊灯向上和向下。

设计需要五个独立的密钥。他们实现的功能是设置关键;增加数字价值的关键;降低数字价值的关键;启动吊灯键（按下此键后，吊灯升起）;关闭吊灯的键（按下此键后，吊灯下降）。通过步进电机的旋转驱动吊灯的起落落，实现智能家居，采用 ULN2003步进电机的每步角度为1.2度，遥控吊灯通过角速旋转所需的距离上升和下降精度为1.2度，通过输出的微控制器不同频率，不同的脉冲数控制步进电机的速度和旋转循环次数。并得到起起吊灯的效果。当系统在开机后开始复位时，通过设置左侧的按钮来调整步进电机。正向和反向速度水平对应于10个不同的速度水平，由数字管显示。

一种处理器编程语言主要是汇编语言，而C编程软件具有相对完整的库函数，具有高速，高性能，可移植性，直接控制设备等诸多优点。一个按钮用于控制吊灯手动打开，发动机控制根据按钮控制吊灯开关，使另一个按钮关闭并控制吊灯。

在编写程序前先把该程序流程图的先画出来，如图所示，流程图是一种图像的表示，它是由流程、算法、过程所表示。从本设计的要求中所知道，根据按键的控制应该由算法与逻辑判断所组成;案件的启动需要进行严格的控制，可编程逻辑控制器主要是来对信号进行转化成数字信号，然后进行运算。毋庸置疑，该过程会消耗一定的时间，所以这个系统会出现一定的迟滞现象，由此PLC的工作运行的速度就会下降。本系统采用的时间为1S对其进行控制，因此的到的参数便会得到处理，采集。

三、系统测试

系统仿真

在窗体顶端通过对用户所需要进行判断，即对吊灯的升降进行判断，按照所需要的功能传送相对应的脉冲到控制器，来控制电机的运转，当所需要的功能指令传送完毕以后，结束本周期运行指令，复位等待下一次指令。开关按压下去的过程会产生相应的抖动，这个过程一般持续时间为5-10ms，抖动的过程中会有一个稳定的闭合状态，过程结束后会恢复到断开状态，从而达到控制电路的开与断。

系统调试

当系统的软硬件设计完成后，将设计的软件记录到 MCU 中，以检查硬件和软件是否兼容，系统是否可以按照预期目的运行，并测试稳定性和系统的效率。通过改进程序结构，检查相应的缺陷，可以进行测试和运行，成功地实现了电机的加速、减速和停止功能，从而有效地控制了灯的吊装。

故障检查

对于一个系统能够顺利进行编程的条件是必须要保证在硬件电路上没有错误。在硬件中，主控制器正常的工作是检测其它外设是否工作的基础;好的显示器能够帮助我们快速找出所在的错误缩短调试时间。

四、结论

单机片上对吊灯升降系统进行的研究和设计，可以解决测控通信的关键技术问题。本系统对传感器进行了深入分析与设计。该系统目的为智能自动升降吊灯的系统设计。其主要目标是更新现有吊灯升降控制技术，为人民生活提供更加便捷与舒服的生活状态。此外，鉴于该系统目前的应用环境，必须强调以下几个部分。

①考虑到成本问题，须用便宜并且很容易买到的电子元器件，这样将会易于安装，节约成本。

②为了保证此次系统的安全与稳定，采用大量模块化设计。

③本系统灵活与延展性较强，异常方便增加或者组合不同的传感器。

④所述的系统它由一主计算机（PC机）和较低的计算机（微控制器控制模块，数据获取模块），以形成主-从分发系统，其可以方便地实现远程监视。

⑤该系统的设计符合适用的国家和部门标准和条例。

参考文献