一种基于单片机的红外遥控光感自动窗帘的设计

马晨+张斌

摘要：本文针对现有的传统窗帘手动操作麻烦、操作比较频繁的缺点，以单片机技术为基础，采用红外遥控、光敏传感器、直流电机，设计了一种智能化家用窗帘。STC89C51单片机为核心，采用C语言编程，红外遥控模块由NEC编码发射装置及红外接收装置组成，光敏传感器模块由光敏电阻及模数转换器组成。红外遥控超距离遥控可达8～9m，反应灵敏，输入电压3～5v，功耗较低。光敏传感器的感光强度可设范围0-65535lx。

关键词：单片机；红外遥控；光照传感器；直流电机

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0007-02

1 引言

随着科技发展，社会进步，人们生活节奏越来越快，智能家电愈发受到人们关注。窗帘是现代人们居家生活中不可缺少的装饰品，传统的窗帘，必须手动操作，如果能设计一种智能窗帘控制系统来实现窗帘的开关，便可极大地方便人们的生活。

现今，家用电器产品性能也在不断的更新换代，从始初的晶体管、到电子管；由分立式元件到现在的集成电路；从普通向高性能、多功能型。红外遥控是当前远程控制的最广泛使用的装置，由于具有体积小、功耗低、低成本的特点，因此，音影设备、家电、玩具等均可使用。与此同时，光照传感器的使用也已非常普遍。

目前，常用的窗帘轨道是钢丝绳手拉式和滑轮式，还是需要手动操作。在本文中，主要设计一种智能自动化窗帘，是利用单片机来实现红外无线遥控和光敏传感自动控制电路的设计。利用光敏传感器实行自动控制，在特殊天气下可以人为操控，光敏传感器地感光强度可以自行设定。

2 仪器组成与工作原理

使用8位STC89C51单片机做微控制器，C语言编程。利用直流电机正反转的特点，对窗帘的开关进行自动控制。无线遥控功能的主体NEC编码解码芯片，其核心组件是无线收发模块，采用红外遥控方式，不会干扰其它电器的正常工作和邻近无线设备。超距离遥控，可达8～9m。红外接收模块对信号进行接收，传送到单片机，单片机对电机驱动发出信号指令实现正反转切换，实现窗帘开合。光敏传感器模块用来检测光照强度的变化来对单片机发出指令，根据设计的光照强度的变化来控制单片机对电极驱动发出信号，实现窗帘开合的自动控制，程序设定窗帘的行程使其只能交替运行，实现窗帘防过卷功能，本设计具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠等特点。如图1所示。

3 仪器硬件电路设计

3.1 红外遥控模块组成

红外遥控模块主要由发射机和接收机两大部分组成，发射机采用NEC编码的红外遥控器，采用脉宽调制的串行码，以脉寬为 0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。二进制编码通过二次调制，提高发射效率， 然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。最后经红外接收头HX1838接收后，将信号传送给单片机，通过程序对信号进行识别、解码，通过延时处理，对接收到的信号进行确认，以防止干扰和误触发。

3.2 光敏传感器模块设计

光敏传感器模块使用宽电压LM393进行模数转换，输出信号干净，驱动能力强，超过15mA。可调电位器可调节检测光线亮度，工作电压在3.3V-5V，设定光线亮度值后，环当境光线亮度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，否则，DO端输出低电平。

3.3 电机驱动设计

电机驱动的设计采用STC公司的L298N作为主驱动芯片，具有驱动能力强，发热量低，抗干扰能力强的特点，驱动电压在5～35V，驱动电流2A（max），工作模式为H桥双路驱动，可同时驱动两个直流电机，直流电机采用强磁无刷直流电机，扭力大，工作效率高。

4 红外遥控光感窗帘的软件设计

利用STC89C51单片机做控制器，采用C语言编程，通过单片机外部中断来实现信号采集，外部中断0用来接收红外信号，内部程序对红外信号进行延时处理，以防止干扰造成的程序混乱、乱码、误触发等问题，将无误红外信号后进行解码，并将处理结果传输到电机驱动，控制直流电机的正反转，来实现窗帘的开合；外部中断1用来接收光敏传感器采集的信号，若为白天，光照强度达到设定阈值后，光敏传感器传输给单片机一个低电平，经过单片机接收处理后传输到电机驱动；设计可实现窗帘防过卷保护，即电机正反转只能交替运转，防止电机因为干扰运行异常，造成窗帘过卷破坏窗帘结构。

5 实验结果与分析

在室内测试红外遥控的遥控距离和和反应灵敏度，测试结果如表1所示。

在室外测试的光敏传感器感光灵敏度反应差值基本为0。

电机的运行时间测试与设定时间作比较，比设定时间短150.0389ms。

测试结果表明，红外遥控预设的延时时间值与实际测量的输入触发信号平均时间间隔测量值基本一致，测量得到的最大误差小于6ms，满足设计要求，光敏传感模块较精准，电机驱动的驱动时间也基本符合程序设定的驱动时间，误差在可允许的范围内。误差主要来源为：信号传输误差、时钟源自身误差、驱动电路延时误差、环境变化引起的干扰。

6 结语

（1）采用NEC编码的红外遥控发射机制传输功率大，效率高，失真小，有效传输距离达到9m以上，采用一体化红外接收头HX1838，接收效率高抗干扰能力较强，在没有信号时处于待机模式，一旦有信号便立即唤醒，实现了功耗低的设计；

（2）设计中采用lm393电压比较器做简单的模数转换，实现了光感传感器的精准模数转换，并配有可调电位器来调节感光强度阈值，元器件少，并且降低了仪器设计的复杂度、体积和成本；

（3）电机驱动采用L298N驱动芯片，可同时驱动两个直流电机，环境对驱动影响小，正常工作温度-20℃～+135℃。采用大容量滤波电容，续流保护二极管，提高驱动可靠性。

参考文献

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