基于步进电动机的智能电动窗帘设计与实现

冯 娟，李燕君

(四川师范大学，成都610101)

0 引 言

随着科技的进步，智能窗帘已经开始应用到普通的家居生活中。本文采用步进电动机作为执行元件，实现了对窗帘的自动和手动控制;同时用户可以根据情况选择相应的工作模式。本系统克服了传统窗帘的一些缺点，满足了人们对智能化的需求，为家居生活提供了更多的便利。

1 系统的总体结构及工作原理

本设计主要分为五个主要模块:主控模块、红外遥控模块、光线检测模块、电机驱动及电机模块、位置检测模块。红外遥控模块利用红外接头，将信息接收后传送给主控器;光线检测模块检测周围光线明暗程度，并将信号传给主控器。主控单元则采用STC89C52 单片机，处理接收到的信息并输出控制步进电机运行、停止、正转、反转，以实现对窗帘的升降控制。其结构框图如图1 所示。

图1 系统组成框图

2 主要硬件设计

2.1 红外遥控电路设计

红外遥控模块采用1838T 红外接收头。1838T属于一体化红外接收头，需要完成对红外信号的接收、放大、滤波、解码等任务。当遥控器按下按键后，就会发出32 位不同的二进制码，单片机IRD 接口接收到遥控码后进行相应的解码控制处理。其红外接收电路如图2 所示。

图2 红外接收器电路图

2.2 光线检测模块

光线检测模块的电路图如图3 所示。光敏电阻模块由光敏电阻和10 kΩ 固定值电阻组成测量桥，当光敏电阻的阻值随着光线变化时，其分压值也会改变。经由LM393 电压比较器后，输出数字量1 或者0。此电路在光线未达到设定值时，输出为高电平;达到设定值时，则输出为低电平。将此输出口与单片机相连，则可以通过高低电平的检测从而得知光线的变化情况，再控制电机转动。

图3 光敏电阻模块电路

2.3 步进电动机及驱动

本文采用24BYJ48A 步进电动机作为执行元件。该电机是一种把电脉冲信号转换成线位移或者机械角位移的开环控制元件，它体积小、转速高、振动低，同时电机采用一－二相励磁，通过软件来实现对步进电动机步距的控制。其分辨率高、运转平滑，励磁如表1 所示。

表1 一－二相励磁顺序表

本文驱动部分则采用ULN2003 驱动器，该芯片能够承受较高电压和电流，力矩大，精度高，具有高效的驱动性能。驱动电路如图4 所示。

图4 驱动电路

2.4 位置检测模块

考虑到设计的方便，本文用到两个行程开关，用以判断窗帘是否到达预定位置。当窗帘到达顶端或者底端时，会触碰到行程开关使其闭合，此时会将此线路接地，线路连通。当窗帘离开行程开关时，开关会在弹簧的作用下恢复到常开状态。

2.5 控制电路接口设计

在本文中单片机P3.2 跟红外信号IRD 连接、P3.3 与光线检测信号OUT 连接、P2.0 与窗帘顶端行程开关S1 连接、P2.1 与窗帘底端行程开关S2 连接，P1.0、P1.2、P1.3、P1.4 与电机驱动器ULN2003的A，B，C，D 数据端连接。实现了整个系统的完整连接。连接电路图如图5 所示。

图5 行程开关

3 软件实现及联合调试

系统软件设计首先对外部中断和定时器中断进行初始化。然后进行红外处理，调用红外处理模块和光线检测模块对标志位进行判断。根据标志位Flag 的状态来判断电机状态，Flag1，4 为正转，Flag3，5 为反转，Flag0 为停止。正转则按正转相序:A→AB→B→BC→C→CD→D→DA 输出，反转则按反转相序:A→DA→D→CD→C→BC→B→AB 输出，实现电机的正反转运行。整个系统的流程图如图6所示。将调试好的程序下载到硬件系统联合调试，如图7 所示。系统能够平稳运行，实现了窗帘的上升、下降等智能控制。

图6 主程序流程图

图7 实物调试图

4 结 语

用步进电动机控制的智能电动窗帘目前还比较少且价格较高。本文利用步进电动机的特点，结合达林顿管的特性，实现了智能窗帘控制。实验结果表明:该设计功耗小，电机运行平稳，能够完整实现对窗帘的智能控制且噪声小，转矩波动小，效率高，非常适合智能窗帘在国内市场的普及。

［1］ 李朝青.单片机原理及接口技术［M］. 北京:航空航天大学出版社，1999.

［2］ 郭天祥.新概念51 单片机C 语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［3］ 吴朝霞.控制电机及其应用［M］.北京:北京邮电大学出版社，2012.

［4］ 芦健，彭军，颜自勇，等.自学习型智能红外遥控器设计［J］.国外电子测量技术，2006，25(8):63－66.

［5］ 张自强.复式住宅中智能家居系统的研究与实现［D］. 西安:西安科技大学，2006.

［6］ 赵健，吴顺伟，陈兴美，等.基于单片机的光敏窗帘及声控灯系统的设计［J］.泰山学院学报，2013，35(3):101－103.