基于单片机的自动窗帘设计_陈峰.pdf

wwwele169com|93电子基础0 引言目前家庭居住环境的采光及避光问题主要采用的是手动开闭窗帘，手动开闭不仅费力而且很多方面不够人性化，会对用户造成一定的困扰。为了解决这些问题，本文设计了基于单片机的自动窗帘控制系统，具有以下特点：可以实现光照控制、定时控制和蓝牙控制三种工作模式，光照控制模式下根据光照强度实现窗帘自动开闭，定时控制模式下能根据设定的时间实现窗帘自动开闭，蓝牙控制模式下可利用手机远程遥控功能实现窗帘开闭，给用户带来很大的方便。1 总体设计自动窗帘控制系统的总体设计框图如图 1 所示，由单片机最小系统、光照强度检测电路、模数转换电路、实时时钟电路、LCD1602 液晶显示电路、按键模块和蓝牙模块等共同组成。蓝牙模块 手机 APP 按键模块 实时时钟 液晶显示 单片机 最小系统 光照检测 模数转换 电机模块 限位开关 图 1 自动窗帘控制设计框图基于单片机的自动窗帘设计陈峰（江苏商贸职业学院，江苏南通，226011）摘要：针对传统窗帘无法满足现代化智能化的需求，以STC89C52单片机为核心设计了自动窗帘控制系统。该系统能实时准确采集光照强度和当前时间，具有三种工作模式，可通过光照强度来控制窗帘开闭，也能定时开关窗帘，还能利用手机远程遥控窗帘开闭，并在液晶上实时显示系统工作模式和采集的信息。利用KEIL软件和PROTEUS软件对系统进行仿真调试，仿真结果表明设计达到了预期目标。关键词：STC89C52单片机；自动窗帘；光敏传感器；DS1302时钟；1602液晶；仿真D0D1D2D3D4D5D6D7XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1STC89C52X1CRYSTALC133pFC233pFC310uR11kD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016LRV1500234567891RP1RESPACK-8CS1VIN(+)2VIN(-)3CLK7VREF5DO6U4ADC083112LDR1TORCH_LDRR210kSW1全开限位SW2全关限位VT1TIP31VT2TIP32VT3BC184R61kR51kVT5TIP32VT6BC184R71kR81k+12VVT4TIP31VT7BC184VT8BC184+88.8DCMOTORBARSRWED0D1D2D3D4D5D6D7CSCLKDORSRWECSCLKDOABK2K3OPENRST5SCLK7I/O6X12X23VCC18VCC21U2DS1302X232768BAT13VRSTSCLKIORSTSCLKIORXTXRXTXK1K2K3K1CLOSEOPENCLOSEVCCTXRXGNDU3HC-06图 2 自动窗帘控制系统电路原理图DOI:10.16589/11-3571/tn.2023.01.00494|电子制作 2023 年 1 月电子基础2 硬件设计自动窗帘控制系统的电路原理图如图 2 所示。该系统以 STC89C52 单片机为核心，单片机根据系统的工作模式，通过获取光照强度、当前时间来控制电机正反转实现窗帘的开闭，按键模块用于设置窗帘开闭时间和光照强度上下限阈值，手机 APP 通过蓝牙模块与单片机进行通信，实现系统工作模式的切换和蓝牙控制模式下窗帘的开闭。2.1 单片机最小系统设计中采用 STC89C52RC 单片机作为系统核心，由电源、时钟电路、按键复位电路构成单片机最小系统，控制协调整个控制系统的运行。2.2 光照采集模块光照采集模块主要由光敏电阻、ADC0831 芯片组成。光照采集模块利用光敏电阻采集光照强度，光敏电阻检测到光照强度的变化，将电阻变化值转化为电压变化值，并通过模数转换芯片 ADC0831 将电压值转换为数字信号传输到单片机进行处理，从而实现光照控制模式下窗帘开闭的控制。2.3 实时时钟电路实时时钟电路主要用于定时工作模式，DS1302 是单片机系统中常用的日历时钟芯片。该芯片可提供秒、分、时、日、月、星期和年信息。DS1302 与单片机之间能方便地采用同步串行的方式进行通信。通过时钟电路计时，系统根据计时时间和设置定时时间进行比较控制窗帘的开闭。2.4 LCD1602 液晶模块采用 1602 液晶显示器实时显示系统的工作状态和设置状态信息，系统工作时液晶实时显示系统工作模式和当前光照强度、当前时间；设置状态时液晶显示如图3和图4所示，实时显示相应的设置参数信息。图3 设置定时时间液晶显示界面 图4 设置光照上下限液晶显示界面 2.5 按键设置电路采用 3 个独立按键来设置窗帘开闭时间和光照强度上下限阈值，其中设置按键 K1 用于工作状态、时间设置、光照设置的切换，按键 K2 用于在设置状态下，对应设置的参数加 1。按键 K3 用于在设置状态下，对应设置的参数减 1。2.6 电机模块单片机根据光照强度、设定时间或者远程遥控调节直流电机的正反转，从而实现窗帘的自动开闭。采用 8 个晶体管接成复合管构成电机的驱动电路。当 A=0，C=1 时，VT1、VT2 及 VT7、VT8 导通，电机正转；当 A=1，C=0 时，VT3、VT4 及 VT5、VT6 导通，电机反转。2.7 蓝牙模块采用 HC-06 蓝牙模块，可方便地与手机等智能终端的蓝牙设备相连，实现两个模块之间通信。由于 HC-06 模块支持 UART 接口，因此将 HC-06 的 TX、RX 分别和单片机的 RXD、TXD，通电后即可进行二者之间的串口通信。通过手机蓝牙串口APP的手机发出相应的指令来实现光控模式、定时模式和蓝牙模式切换以及蓝牙模式下远程遥控电机正反转实现窗帘开闭。2.8 限位开关利用两个限位开关实现全开点、全关点电机自动停止来防止窗帘电机过度转动而造成窗帘损坏。3 软件设计根据自动窗帘控制系统的功能，软件设计主要的工作是采集当前光照强度和时间，并根据工作模式实现窗帘打开和关闭的智能化控制。3.1 主流程图系统的软件设计流程图如图 5 所示，先进行串行口和LCD1602 液晶初始化，然后读取当前时间和光照强度，通过扫描按键执行相关参数的设置功能，根据不同工作模式，对窗帘进行控制，并通过 LCD1602 液晶实时显示相关信息。否MODE=2?蓝牙控制 是否定时控制 MODE=1?是光照控制 读取时间 采集光照强度 按键检测 开始 串口初始化 LCD1602液晶初始化 MODE=0?是否LCD1602液晶显示 图 5 主程序流程图wwwele169com|95电子基础串行口中断入口 RI=0？RI=0;rev=SBUF;rev=0?否rev=1?rev=2?否rev=o&MODE=2?否rev=c&MODE=2?否rev=s&MODE=2?否MODE=0(光照控制)是是MODE=1(定时控制)MODE=2(蓝牙控制)是是电机正转 电机反转 是电机停止 是返回 否图 6 串行口中断服务程序流程图串行口中断服务程序流程图如图 6 所示，主要用于接收手机蓝牙 APP 发送的数据 SBUF，并根据 SBUF 的内容设置系统的工作模式、蓝牙模式下电机正反转和停止。蓝牙串口 APP 界面如图 7 所示，通过按键编辑器设置每个按钮发送的字符。6 个按钮对应的字符如表 1 所示。表1 按钮对应发送字符按钮字符光照模式0时间模式1蓝牙模式2开启o关闭c停止s 3.2 读取信息子程序主要由读取当前时间和光照强度组成。系统启动后，单片机从 DS1302 时钟芯片获取时间，通过 A/D 转换、数据处理进行光照强度的采集。3.3 按键检测子程序按键检测控制程序主要进行窗帘开启、关闭时间和光照上下限阈值的设置，其流程图如图 8 所示。变量 flag 用于表示系统设置的参数，变量flag对应的设置状态如表2所示。图 7 蓝牙 APP 界面相应设置参数加 1 相应设置参数减 1 flag=(flag+1)%7 flag=16？K1=0？K2=0？K3=0？开始 flag=16？是是是是是图 8 按键检测子程序流程表2 变量flag对应的设置状态变量flag的值状态0工作状态1设置开启的小时2设置开启的分钟3设置关闭的小时4设置关闭的分钟5设置光照上限阈值6设置光照下限阈值 3.4 液晶显示子程序显示子程序主要根据变量 flag 值显示系统的工作或设置状态的信息。当 flag=0 时为工作状态显示界面，实时显示系统的工作模式、光照强度和当前时间；当 flag 5 时显示设置时间显示界面；当flag7时显示设置光照强度界面。3.5 光照控制和定时控制子程序当 MODE=0 时为光照控制模式，当光照强度低于光照下限阈值时，电机正转，窗帘开启到开限位时电机停止；当光照强度高于光照上限阈值时，电机反转，窗帘关闭到关限位时电机停止。当 MODE=1 时为定时控制模式，当前时间大于窗帘开启时间时，电机正转，窗帘开启到开限位时电机停止；当前时间大于窗帘关闭时间时，电机反转，窗帘关闭到关限位时电机停止。96|电子制作 2023 年 1 月电子基础4 仿真调试利用 KEIL 软件与 PROTEUS 软件进行联合仿真调试，使用AT89C51代替STC89C52。仿真时通过串口模拟蓝牙，系统仿真效果如图 9 所示，LCD1602 液晶第一行显示当前工作模式为光照模式，当前光照为 60%；第二行实时显示时间。通过改变光敏电阻（LDR1）中灯的位置改变光强，观察电机是否转动。采用串口调试助手发送相应控制字符观察能否进行工作模式的切换，并测试定时模式和蓝牙模式系统是否正常工作。5 结语自动窗帘控制系统有光照控制、定时控制和蓝牙控制三种工作模式，通过手机蓝牙串口APP来实现工作模式切换。在光照控制模式下，窗帘开闭由当前光照强度控制，高于设定上限阈值就关窗帘，低于设定下限阈值则开窗帘系统；在定时控制模式下，当计时时间和预设的定时时间一致时进行控制窗帘开闭；在蓝牙控制模式下，系统通过 HC-06 蓝牙模块接收数据，来控制窗帘开闭。该系统能够取代传统窗帘，能够一定程度上满足了人们对于智能家居的需求，方便人们的生活，具有一定的应用价值。参考文献 1 杨方,庄雄雄.基于单片机设计的智能窗帘控制系统 J.喀什大学学报,2021,42(06):36-39 2 梁建华.基于单片机的光控窗帘设计 J.微型机与应用,2012,31(16):32-34 3 彭志刚.单片机原理与接口技术（C 语言版）M.北京：电子工业出版社出版,2019 4 王静霞.单片机应用技术（C 语言版）M.北京：电子工业出版社出版,2019 5 严敏.基于单片机的 DS1302 日历时钟的设计和实现 J.石家庄职业技术学院学报,2019,31(06):32-36 6 朱敦忠.Proteus 图表仿真在单片机控制 ADC0831 芯片时序中的应用 J.装备制造技术,2018,(01):111-114D0D1D2D3D4D5D6D7XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/