具有光线感知的窗帘自动控制系统

论文总字数：22086字

目 录

1 引言 1

1.1 本课题的研究目的及意义 1

1.2 本课题的国内外研究现状 1

1.3 本课题的研究内容 2

2 总体设计方案 2

2.1 驱动芯片选择 2

2.2 核心光敏检测模块 3

2.3 总体结构图 4

3 系统硬件设计 6

3.1 单片机主控模块 6

3.1.1 MCU介绍 6

3.1.2 L298N驱动芯片性能介绍 7

3.1.3 LT8910射频芯片芯片介绍 8

3.2 PWM输出板块 10

3.2.1 PWM输出板块的基本组成 10

3.2.2 基本工作原理 11

3.3 电源烧写接口模块 11

3.3.1电源烧写接口模块的基本组成 11

3.3.2 电源烧写接口模块功能介绍 11

3.3.3电源烧写接口模块的烧写步骤 12

3.4 无线传输模块 12

3.4.1 无线传输模块硬件电路 12

3.5 3.3V稳压模块 13

3.5.1 稳压模块介绍 13

3.5.2 稳压模块连接作用 13

3.6 电机检测模块和独立按键板块 14

3.6.1 LED灯板块介绍 14

3.6.2 电机检测模块介绍和作用 14

3.6.3 独立按键板块介绍 14

3.7 接收端与发送端流程图展示 15

4 系统软件设计 16

4.1 射频通讯程序设计 16

4.2 光敏A/D采集程序设计 17

4.3电机转动检测模块设计 17

4.4 SPI协议模拟程序设计 18

4.5 按键程序设计 18

4.6 定时器程序设计 19

5 PCB设计 19

6工作展示和实物介绍 23

7总结 25

参考文献 25

致谢 27

具有光线感知的窗帘自动控制系统

舒天越

, China

Abstract: With the production of many intelligent products and a wide range of applications, traditional curtains have been difficult to meet people's requirements for high quality of life. This design is based on STC15 single-chip microcomputer, designed a kind of intelligent control by the light sensor curtains, the system through the light intensity of the sensor to send a different signal to achieve the motor forward and reverse the effect of the final realization of the curtains of the composite control. The design has a high sensitivity of the characteristics, to overcome the traditional curtain a single function and the low degree of intelligence defects. If the success of the study can be applied in a series of curtain control.

Keywords: Intelligent curtain; Light sensor; STC15 microcontroller unit; Composite control

1 引言

1.1本课题的研究目的及意义

随着人类大规模的生产，促进了社会经济的发展，人类的生活水平不断提高，大家对于家庭生活舒适度的要求也在不断地改变，变得对于智能和便捷的要求越来越高，智能的加入会使人们的生活空间扩大。因此智能遥控窗帘无疑会映入设计者的眼帘，再加上近几年国内外对于遥控电动窗帘方面研究的各项突破，此次将具有光线感知的窗帘自动控制系统作为此研究的课题。该课题主要研究的是利用STC15单片机的光敏控制窗帘电路的设计，非常简便，其使用方式存在两种：第一种是遥控器轻按使窗帘自动打开，第二是根据光亮呈现明显的差异刺激光敏，窗帘也会自动开闭。本系统突显自主控制宗旨是给用户带去不一样的体验。但是由于技术背景的局限性和自己水平的不足够，涉及的系统仍存在不足，因此此系统仍无法投入市场广泛运用，如不能多层复合控制、无智能操作界面、运行模式单一、参量出场固定等。采用的是机械记忆简单模式，不够专业。最重要的是的核心光控系统极易受到干扰。因此在每一个模块都加了滤波器，对低频和高频都进行滤波，滤出噪音，减少干扰，但这还是无法排除干扰带来的阻碍，因此只能通过多次实验来去除错误，并通过有效值取平均的方式得出最后结果。

1.2 本课题的国内外研究现状

就本课题的国外现状而言，可以从红外开始对的此项设计开始引入。

从1800年英国天文学家F.W.赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了两个多世纪，1940年前后出现了真正意义上的现代红外技术，20世纪初，通过有机和无机物的吸收和发射光伏，证明红外技术的物质价值。30年代出现红外光谱代，40年代红外探测器出现，50年代，由于半导体物理学的发展使红外技术得到了推广。到了80年代，红外技术迅速在国外发展，运用到了社会各界产品。从90年代至今，红外开始运用在本文所提及的智能窗帘，并且遥控窗帘在欧美等国家都已经有了很好的使用现状。在十年前红外窗帘技术已然成为国外的一个行业，它正以一种不可抵挡的趋势迅速席卷全球各大洲，并在21世纪配合着电子技术的飞速发展，人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在人类生活中的广泛运用。红外智能窗帘成为了未来家居装饰潮流发展的最新方向。相信，在之后不到20年的时间里，智能窗帘一定会成为各国主流窗帘之一，其市场的占有力和发展前景都是无比广阔的。由此对于智能窗帘的控制技术也会出现新的控制来源，将不仅仅局限于红外技术。基于红外遥控的研究和模仿，开始尝试光控操作。

国内的发展较晚，大概就是这几年刚出现了智能家具的购买热，因此遥控窗帘也被关注和开始在国内流行开来。更多人开始追求便捷的生活，国内现状大概就以下内容。

遥控窗帘是在近十年内通过国外公司的中国拓展计划进入了中国市场，但却由于国内技术发展的不对称，一直没有出现智能窗帘的使用热。直到这两年，随着国电子控制技术的不断提高和电子控制方面各类器件成本的降低，遥控窗帘热才开始进入市场，有了投入生产的发展趋势。经过多方调查，国在电动窗帘器方面获得了很大的突破，越来越多的中国人开始研究这方面的东西，并且通过100多项的国家专利奠定了中国的研究基础，因此就遥控窗帘技术方面，国有了推广和开拓市场的能力。

尽管在窗帘控制方面，国仍处于刚发展阶段，但是就其生产商方面，国的企业增加飞速，这也为此行业的迅速发展奠定了基础。目前国窗帘控制器就从各环节生产和装饰的公司，都有了相当大的规模。

国内很多知名的企业也纷纷涉足了此行业，为他的发展奠定了更加良好的经济基础，为此此项研究也就符合了时代的发展趋势和市场的需求，并通过控制源头的改变进行研究，凸显了创新。可见此项研究存在着很高的市场潜力价值和现实意义。

1.3本课题的研究内容

本课题主要研究的是通过光照强度的不同来控制窗帘的自主开合，从而达到智能和便捷的生活体验，因此本设计使用的主要核心和创新部件自然是会对不同光照强度进行识别和产生不同反应效果的光敏电阻，通过阻值不同反应不同的电压，来控制信号的发送与否，完成整个设计功能，具体内部的使用和功能具体解释如下:

第一个STC15单片机通过按键模块接收信号然后将信号发送给LT8910射频模块进入信号的接收端（RX）。然后使用第二个STC15单片机储存程序，再配合使用L298N电机驱动额定电压的直流电机，实现单片机的发接收信号，从而可以根据用户事先设定的自定值作比较。当光照强度高于或低于设定值时会产生信号，使单片机正转反转，控制窗帘，使窗帘具有拉开和合上的表现形式。其次，还可以在第二个单片机中设置定时器模块，以此来定义一个时间也可以达到自主控制窗帘开闭的目的。第一板块的单片机主要承担接收按键模块的输入信号并发送到接收端的任务而第二个单片机则连接着此次设计的两大重要板块，光敏检测板块和射频模块，因此不难想象主要核心为第二块单片机所在的控制板块，也是驱动电机工作的主要模块。

2总体设计方案

2.1 驱动芯片选择

方案一：本方案主要使用的是L298N驱动芯片。此驱动芯片是由ST公司生产的高电压、大电流电机驱动芯片,通常使用15脚分装。

其主要特点：在正常工作的时候存在比较高的电压，最大值显示为46V；而且输出电流较大，电流在输出时的瞬时峰值显示为3A，持续工作时的电流通常在2A左右；额定功率普遍显示在25W左右。此芯片中含有两个具有高电压和大电流特性的全桥式驱动器，分别采用的是驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈的感性负载。一般使用的是标准的逻辑电频信号控制，使能控制端包括两个，在不受外界影响时存在一个逻辑电源的输入端，可以让内部的小部分逻辑电路在低电压的环境下工作，也可以直接在外部连接测试电阻，将测试出的变化量直接反馈给控制电路。最重要的是，该芯片不仅可以驱动一台两相步进电机或四项步进电机，还可以同时驱动两台直流电机，符合的此次研究的需求。

方案二：本方案主要使用的是AT89S52驱动芯片。此驱动芯片主要是一种功耗低、性能高的8位微控制器，拿它进行分析的主要原因在于它被称为非易失性存储器，因此它可以更好地保留程序，况且这样更方便与之后对于定时器的设置和使用。而且片上Flash允许程序存储器在系统中编程，更加方便。

其主要特点：具有32个可编程I/O口线；掉电后中断可以重新唤醒，并且存在掉电标识符和双数据指针，主要看中其存在3个16位的定时器和计时器，且功耗较低。

综合以上两方案，就价格方面，方案二所用的AT89S52更便宜，而且本身具有的定时器可以节省后面的操作，但是由于L298N可以同时驱动两台直流电动机，并且可以实现电机的正反转及调速，而这点是后者不存在的，况且前者的这一特性与对于窗帘开关的对应控制基本符合，所以最终为了性能优势使用这个芯片。而且本设计本身所需电路设计较为方便，可以通过P7的端口引出来方便很多接口的之后使用，而单片机AT89S52大多数接口用不到便会浪费。

综上所述，基于本设计本身功能的实现和开关的对应关系，最终还是放弃了价格优势选择了方案一中的L298N作为本设计的主要驱动芯片。

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