基于51单片机的智能窗帘的设计与控制系统

唐波 于娟 陈永翔

（攀枝花学院电气信息工程学院 四川省攀枝花市 617000）

智能窗帘作为现代家居的一部分，在许多的发达国家应用都较为普遍，同时受到人们的喜爱。随着技术的逐渐发展，人们收入增长，用户对智能家居的需求呈现出快速增长的态势，作为智能家居的一部分——智能窗帘，随着认识的深化，推广的普及，其发展呈现功能多样化、噪音更低化、产品高档化等趋势。

1 控制系统设计概述

此设计是实现以STC89C52 单片机[8]为控制的核心元件。其它的外围模块围绕着单片机最小系统展开。其中包括，显示模块部分选用0.96 寸OLED 液晶，可以同时显示年、月、日、时、分、控制模式、光照强度、温度等有关内容；时钟模块部分使用DS1302 芯片，在它初始化之后，就会立即运行，单片机只需要对时间信息进行读取即可，根据读取到的时间，设置窗帘的定时打开和关闭；使用光敏电阻与模数转换芯片ADC0832 组成光照检测电路，将模拟量光照强度通过芯片数字化处理后显示出来，将光照强度转换成电压，根据电压大小控制窗帘开闭程度；使用DS18B20温度传感器测量温度并显示，将采集温度转换成电压，根据电压大小控制窗帘开闭程度；窗帘使用TB6612FNG 驱动减速直流电机进行代替模拟，通过调节PWM 进行对电机的相应控制，同时配有两个LED 灯用来指示窗帘当前的开关状态；本设计还有5 个按键作为操作输入设备，可以对当前时间进行调整设置和设置窗帘开关时间和光控阈值以及温度，切换窗帘控制模式，调节窗帘智能开闭程度；采用USB 5V 对系统进行供电以及程序烧录。控制系统框图如图1 所示。

2 系统电路设计

2.1 控制器

STC89C52 是一款电压低，性能好的CMOS 8 位微控制器，含有8k bytes 的能够重复进行擦写的Flash 只读程序存储器，同时拥有256 位的随机存取数据存储器（RAM），其内部有通用8 位中央处理器和Flash 存储单元，STC89C52 为控制器有许多优点能够广泛地应用于不同的场景下。本设计采用的是LQFP-44 封装芯片[4]。

2.2 时钟模块

此设计采用的时钟模块为DS1302，DS1302 是一款性能好、功耗低、带RAM 的实时时钟电路，它能够实现对年、月、日、时、分、秒计时，其工作电压为2.5V ～5.5V。DS1302 芯片含有用于临时性寄存数据的RAM 寄存器。DS1302 可与DS1202 兼容使用，其增加了双电源引脚，同时提供了对后背电源进行电流充电的能力。它的主要特点是使用串行传输数据，可为断电保护电源供给可编程的充电功能，而且能够关闭充电功能。DS1302 模块电路图如图2。

2.3 光照强度采集模块

本设计的智能窗帘有光控自动开关[3]的功能，因此必须采集环境中的光照强度，以便进行光照强度的计算和窗帘开关的控制。使用光敏电阻采集光照强度，因为光敏电阻只能采集到光照强度的模拟量，所以需要通过ADC0832 将光照强度的模拟量转化成数字量，再将数字量传输给单片机，通过数字量控制电机，打开窗帘。光照强度采集模块[1]电路原理图如图3。

图1：控制系统框图

图2：DS1302 模块电路

图3：光照强度采集模块电路原理图

图4：温度采集模块电路原理图

图5：电机驱动模块电路原理图

2.4 温度采集模块

本系统具有自动采集室内温度从而控制窗帘开闭程度的功能，综合经济实用性和检测灵敏度，采用了DS18B20 温度传感器检测温度；DS18B20 可以程序设定9～12 位分辨率，精度为±0.5℃，可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。其输出的是数字信号，具有体积小、抗干扰能力强、精度高等特点。在连接时仅需一条口线即可实现微处理器与DS18B20 的双向通讯。温度采集模块电路原理图如图4。

2.5 电机驱动模块

本设计采用的电机为直流减速电机，其具有速度相对较快，扭矩大的特点。相对于将脉冲信号转换成角位移或线位移开环控制的步进电机，直流减速电机通过PWM 波形成闭环控制，有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济的特点。并且能够快速准确的转动到指定位置。由于单片机IO 的带负载能力较弱，而直流电机是大电流感性负载，所以我们需要功率放大器件，在这里我们选择了东芝半导体生产的TB6612FNG 作为电机驱动。它具有大电流MOSFER-H 桥结构。与大家熟悉的L298N 使用基本一致，但相比L298N 的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需要外外接滤波电容就可以直接驱动电机，可以满足我们智能窗帘的设计需求。电机驱动模块电路原理图如图5 所示。

3 结束语

该控制系统拥有电动窗帘控制系统的一般功能，即使用电动按钮来控制窗帘的开闭，在此基础下，本方案由于需要还增加了可以根据光照强度、温度和时间设定自动开闭窗帘的功能，在挑选设计方案和使用元器件方面的考虑，本系统围绕简单、实用、低成本的设计思想，尽可能简化电路部分的设计，让电路布线比较简单，同时选择比较划算可靠的元器件用于实现所需要的功能。

自动窗帘控制系统[6]包含以下几个功能：

（1）手动控制：该功能是根据人们的需求通过电动按键实现窗帘开闭，此功能可以将窗帘的开关处于用户需求的任意状态；

（2）光照自动控制：该功能是该系统根据用户设置的光照强度值，通过感光器采集光照来实现自动开关窗帘；

（3）时间控制：在这种模式下可通过用户设定的具体时间对窗帘进行按时开关；

（4）可以通过按键将上面三种控制模式循环切换。

由于智能窗帘的市场潜力巨大，且以上功能能够满足大部分用户对于家居窗帘的需求，系统预留多个IO 口，可供添加其它模块，具有二次开发功能，其中更为重要的就是其控制系统成本较为低廉，具有极高的性价比，势必会受到用户群体的喜爱。