基于单片机的智能百叶窗硬件设计

吴昌隆，陈美玲，赵兴雷，穆乐贤

（南京工业大学浦江学院 机电学院，江苏 南京 210000）

0 引 言

随着科技的发展和计算机的普及，单芯片微型计算机的作用愈发凸显。它的集成度与可靠性高，控制性好，功耗低，性能价格优异[1]。现代建筑对智能窗帘的要求越来越苛刻，需要处理日常开关，从而给人们的生活带来便利。智能百叶窗可广泛应用于普通住宅、酒店、写字楼等场合[2]，因而具有极大的发展空间。下面通过总体设计、硬件设计以及硬件调试对其进行详细介绍。

1 总体设计

如图1所示，由传感器获取的信号由信号校正电路放大、滤波，并输入到A/D转换器。输入信号由AT89C51微控制器控制，并响应以完成电机的正向和反向旋转以及停止[3]。显示模块用于显示控制器的时间和各种状态。键盘用作输入设备，控制显示模块的显示内容，并通过不同的按钮控制单个芯片的各种操作状态。

图1 总设计图

2 硬件设计

硬件设计整体包括微控制器核心电路、A/D转换电路、信号调节电路、检测电路、键盘/显示接口电路、步进电动机控制电路和其他模块[4]，如图2所示。单个芯片的外围电路提供由各种模块所需要的5 V电源和时钟模块；信号检测结束后是模拟信号，调节和增加后进入A/D转换和数字信号输出到微控制器。

图2 设计总体框图

2.1 控制电路设计

51系列的优势之一是它有一个完整的位操作系统，称为位处理器。内部硬件到软件处理的是位，而不是字或字节。它不仅可以处理芯片中某些特殊功能的某些位，还可以执行位逻辑运算。它的功能非常完整，易于使用。尽管其他类型的微控制器也具备位处理功能，但很少可以执行位逻辑操作。片上RAM区域中的51系统还打开了一个双功能地址范围，16个字节，单元地址20H到2FH，可用于字节处理和位处理[5]。使用128位和相应的位地址00H至7FH，使用非常敏感。这个功能无疑为用户提供了极大的方便，因为烦琐的程序在运行过程中会碰到很多支系，因此必须建立许多标志位。运行期间需要设置相关的标志位，清除或检测以确定程序运行的方向。要实现此过程，只需使用一位操作指令。

2.2 检测电路设计

设计中使用光敏电阻。光敏电阻不同于碳膜电阻器，对光的变化非常敏感。在照明的情况下，电阻值变得非常小，因此被称为光导。光敏电阻也称为光管，常用材料是硫化镉、硒、硫化铝和硫化铅等材料。这些材料具有在特定波长的光照射下快速降低电阻的性质，因为由光产生的载流子参与传导，并且漂移运动是由施加的电场引起的。电子被冲洗到电源的正极，空穴被冲洗到电源的负极，从而迅速降低光敏电阻的电阻值。设计中使用的器件是LM393，主要优点[6]：（1）高精度比较器；（2）输入电压范围接近地电平；（3）兼容逻辑电路。

2.3 执行电路设计

执行电路设计中的步进电机是将电脉冲转换成角位移的机构。在该设计中使用的步进电机是一种混合步进电机，分为两相和五相[7]。当步进电机加上一系列连续的控制脉冲时，它可以持续旋转。

3 硬件调试

硬件调试是使用开发系统、基本检测仪器（万用表、示波器）等，检查系统硬件中存在的故障。硬件调试可以分为静态调试和动态调试。

3.1 静态调试

静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检查，具体如表1所示[8]。

表1 静态调试步骤表

3.2 动态测试

动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接错误等的一种硬件检查[9]。

4 结 论

设计系统地介绍了智能单片机控制系统的硬件电路设计和调试。AT89C51单片机是主控制组件，经济实用，降低了硬件的复杂性。光敏电阻良好的灵敏度和步进电机的简易构造、便利控制，使控制开关愈加稳定。该系统的硬件部分主要是硬件电路的设计，包括检测电路模块和控制电路模块等的设计。具体地，分析了各模块的组成、性能、特点和用法，介绍了所用主要芯片的用法，简明描述了模块设计的注意事项和用法。