智能窗帘报告Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020Hefei University2015年合肥学院电子设计竞赛项目报告项目名称：智能卧室窗帘系统作者姓名：梁波 39 12通信（二）班毛会磊 02 12通信（二）班朱春松 19 13电子（一）班指导教师：完成时间： 2015年3月16日［摘要］本电路根据办公和生活环境需要，采用AT89C51单片机控制系统，利用P3口的特殊功能与P1口的空闲模式和掉电模式，根据其不同控制模式，实现半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换控制窗帘机。

该设计包括光电开关电路、系统主控模块、电源转换电路、保护电路等组成，可实现窗帘自动升降。

［关键词］单片机；定时控制；光电开关；步进电机1 引言系统设计的背景及意义当今时代，科技的发展和人们生活水平显着提高，人们对居住环境方便快捷的要求越来越高，智能家居系统应运而生。

智能家居是现代电子技术、通讯技术及自动化技术相结合的产物。

随着高新技术及电子器件的发展，光控、温控及遥控窗帘应运而生，给人们生活带来很多方便。

同时，也为人们的生活环境及智能家居的实现提供了依据，为此，研究和设计智能窗帘控制系统具有深远的现实意义。

窗帘机的控制方式大体上有三种：声控、光控、时控，声控和遥控属于半自动类而光控虽属全自动式，但因光敏器件的灵敏度，冬夏等不同季节的光照度的不同，以及人们对开闭窗帘在时间上的要求不同，而难以实施和普及。

因此，设计一款价格低廉，结构简单，灵敏度高，抗干扰能力强，实现红外线遥控控制、时间控制、手动控制三种功能的为一体的智能窗帘，具有十分重要的意义。

在欧美等发达国家，电动窗帘已经广泛应用。

在十多年前，电动窗帘就已经进入我国，可一直没有大的推广，这两年，随着电控技术的不断提高及价格的不断下降，电动窗帘热才又卷土重来。

据了解，全国共有170 多种电动窗帘器获得了国家专利，但就其技术本身而言，还是大同小异，但销价却有了很大的差别，贵的要数千元，便宜的只有几百元。

尽管遥控自动窗帘系统在国内是一个新兴的行业，但是，它也正以不可抵挡之势迅速崛起。

遥控自动窗帘系统走进中国以来，再短短四年的时间里，遥控自动窗帘系统生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，其行业发展之迅速是目前国内任何其他行业所无法比拟的。

目前，我国遥控自动窗帘系统生产厂商、分销商、集成商与装饰公司都形成了相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足遥控自动窗帘系统行业。

随着自动窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起，随着中国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生活中的广泛应用，自动窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向。

从目前的发展趋势来看，在未来的20 年时间里，自动窗帘行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。

设计的基本内容本设计通过分析电动窗帘的发展和现状来规划电动窗帘的智能功能，从而对电动窗帘控制器进行设计。

采用步进电机作为执行元件，以光敏电阻作为传感元件的传感器作为检测元件，89C51单片机作为控制芯片，辅助键盘和显示，最终实现了电动窗帘控制器的多项智能项目。

主要章节分为：（1）引言：介绍系统设计的背景及意义，设计的基本内容。

（2）总体设计方案：给出了电动窗帘控制器的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。

（3）软件设计：选用选用汇编语言作为本次软件设计的编程语言。

（4）总结与展望。

设计思想及基本功能该器具有一般的窗帘控制器的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭窗帘，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该器本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。

自动窗帘控制器具有以下几个基本功能：1.手动控制该功能使电动窗帘具有手动正传、手动反转和手动停止的功能。

用户可以通过遥控器对窗帘的开合进行控制，避免了手动拉动窗帘的麻烦。

2.半自动手动控制半自动手动控制是在需要关闭或打开窗帘的时候，只需要人工按一下“正转”或“反转”按键后，窗帘到位自动停止。

3.光控调节功能当用户无暇顾及窗帘的开合程度时可以打开光控调节功能，窗帘的关闭和开启通过环境亮度自动完成窗帘的开启或关闭操作控制，“天黑关闭，天亮打开”单片机会自动获取信息调节室内光照强度，使室内一直处于舒适的光照环境。

具有智能管理，不产生误动作。

4.定时控制功能根据设置输入的开启或关闭时间，来控制窗帘的关闭和打开。

窗帘的正转、反转和停止功能可由单片机输出电平来控制步进电机的运转以实现。

环境亮度的控制通过光敏电阻和运放组成的电路来控制单片机输出电平继而控制电机的正转和反转。

时间自动控制可以由定时器来控制。

2 总体电路设计与原理说明方案选取单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制器的智能化要求，实现其自动控制的方案有两种：方案（一）基于温度检测以及声控检测器件的自动控制方案（二）基于光照强度器件的自动控制这二个方案都是基于单片机控制的，采用步进电机控制以及液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。

方案一的原理图如图一：方案（二）的器框图如图2：方案（一）与方案（二）的区别主要在于检测器件的应用，方案（一）采用温度采集和声音检测元件，通过设定的温度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响，利用声音控制虽然方便性有所提高，但是其误差较大。

方案（二）采用的时钟模块实用性更强。

综合考虑以上因素，器设计采用方案（二）。

方案介绍方案：基于光照检测的自动控制。

自动控制窗帘基本功能(1)手动控制：该功能使电动窗帘具有手动正传、手动反转和手动停止的功能。

而且增加了工作状态指示，电机工作在正传、反转和停止状态的时候，数码管均有不同工作状态指示。

（2）半自动手动控制：半自动手动控制是在需要关闭或打开窗帘的时候，只需要人工按一下“正转”或“反转”按键后，窗帘到位自动停止。

（3）环境亮度控制：窗帘的关闭和开启通过环境亮度自动完成窗帘的开启或关闭操作控制，“天黑关闭，天亮打开”具有智能管理，不产生误动作。

（4）时间自动控制：根据设置输入的开启或关闭时间，来控制窗帘的关闭和打开。

窗帘的正转、反转和停止功能可由单片机输出电平来控制步进电机的运转以实现。

环境亮度的控制通过光敏电阻和运放组成的电路来控制单片机输出电平继而控制电机的正转和反转。

时间自动控制可以由定时器来控制。

控制器总体结构设计自动窗帘控制器设计的总体框图如图3所示：由光电传感器来探测外界的光强，从传感器出来的信号经过信号调理电路的放大，滤波调理后输入到A/D转换器，A/D转换器件完成一个转换过程需要一定时间，如果在这段时间内信号的幅度发生变化，转换结果将会受到影响，所以期间要用到采样保持电路。

转换后的信号由单片机控制器，来实现电机的运行与停止。

显示部件用来显示电动窗帘控制器的各种状态信息。

键盘是主要的输入设备，控制单片机的各种参量。

3 系统硬件设计89C51单片机及相关电路89C51单片机概述AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

晶振电路电路中的晶振即石英晶体震荡器。

由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。

通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。

同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。

图4是单片机的晶振电路。

电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30PF左右，该电容的大小会影响振荡电路频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。

晶体振荡频率的范围通常在~12MHz。

晶体的频率越高，系统的时钟频率越快，单片机的运行速度越快。

但反过来，运行速度对于存储器的速度要求就越高，对印刷电路板的工艺要求也就越高，即要求线间的寄生电容要小。

晶体和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。

89C51常选择振荡频率12MHz的石英晶体。

图4.晶振电路复位电路复位是单片机的初始化操作，只需要给89C51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使89C51复位。

复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序。

除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST脚为高电平，使89C51摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动。

下图是复位电路图。

图5.复位电路显示电路显示部分则主要显示时间，用于设置时间。

采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。

每位数码管由7个笔画加上小数点共8个发光二极管组成；有共阴极和共阳极两种类型，公共端用来进行位控制，笔画端用来进行字符控制；数码管显示有静态显示和动态显示两种方法。

在数码管显示中，有2个技术问题需要解决，这就是整数高位和闪烁显示问题。

虽然某些新型LED驱动芯片本身具有闪烁控制和熄灭控制功能，但通过合理的软件设计，采用廉价芯片组成的驱动电路同样可以实现整数高位灭零和闪烁显示功能，达到降低系统硬件成本的目的。

本设计采用的就是4位LED数码管的串行驱动电路来达到显示时间和消除闪烁显示的目的。

采用LED数码管进行显示是因为LED数码管具有以下几个优点：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。

(2)发光响应时间极短(<μs)，高频特性好，单色性好，亮度高。

(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。

驱动器采用74LS164，74LS164是8 位串行输入，并行输出的移位寄存器。

其引脚及各个引脚的作用如下图所示：符号引脚说明DSA 1 数据输入DSB 1 数据输入Q0~Q3 3~6 输出GND 7 地 (0 V)CP 8 时钟输入（低电平到高电平边沿触发）/MR 9 中央复位输入（低电平有效）Q4~Q710~13输出VCC 14 正电源图引脚及说明由89C51的和来控制LED数码管的显示。

显示电路图如所示。

图7.显示电路光敏传感器电路光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻等。