實用智能窗簾機的設計

摘要：電路設計根據辦公和生活環境需要，采用AT89C2051單片機控制系統，利用P3口的特殊功能與P1口的空閑模式和掉電模式，根據其不同控制模式，實現半自動控制、自動控制、紅外線遙控的相互轉換控制窗簾機。該設計包括紅外線搖控電路、系統主控模塊、電源轉換電路、保護電路等，可實現窗簾自動升降。

關鍵詞：紅外線發射器；紅外線接收器；AT89C2051；振蕩電路；橋式驅動電路

中圖分類號：TP368.1

文獻標識碼：B

文章編號：1004—373X(2008)04—181—03

為適應現代化辦公和生活環境的需要，設計一種智能窗簾機，可實現開關窗簾的半自動手動控制、自動控制和紅外線遙控。其主要以AT89C2051單片機為核心，利用擴展端口實現各自不同控制功能。

AT89C2051是美國Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位的單片機，片內含2 kB的可反復擦寫的只讀存儲器(PEROM)。他提供以下的標準特征：2 kB FLASH閃速存儲器，128 B內部RAM，15個I／0口線，2個16位定時器／計數器，1個5向量兩級中斷源，1個全雙工串行通信口，內置精密模擬比較器，片內振蕩器和時鐘電路。另外，AT89C2051可降至0 Hz的靜態邏輯操作，并支持2種軟件可選的節電工作模式。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。AT89C2051的結構圖如圖1所示。

引腳功能說明，RST：復位輸入；VCC：電源電壓；RXD，串行輸入口；TXD：串行輸出口；X1：振蕩器的輸入端；X2：振蕩器的輸出端；INTO*：外部中斷O；INTl*：外部中斷1；TO：定時器／計數器O外部輸入；T1：定時器／計數器1外部輸入；P1口是一組8位雙向I／0口；P3.7雙向I／O口。

1 工作原理

電路可以由3種不同的方式控制窗簾動作，主要通過不同的按鍵模式。在手動模式下，有4個按鍵對其進行操作，可以控制電機的正反轉，即可實現窗簾的開關和自動／手動方式的轉換；若處于自動狀態下，用光敏電阻對外部環境進行采光，通過單片機對電機進行控制，實現天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉這一功能；若采用遙控方式，則可以將鍵盤的功能轉到遙控上，用遙控電路對其控制，對窗簾的運動實現遙控的功能。

將電路分成3個模塊來實現整個功能：外線遙控電路模塊，用遙控器來操作窗簾機工作，實現電路的遙控功能；系統主控模塊，由89c2051控制系統智能窗簾機的3種工作方式，即半自動手動、自動、紅外線信號的相互切換，實現對窗簾的控制；電源模塊，由于電路中用到2個電源12V和5V，為了方便起見，將12V電壓輸入后再用7805轉化為5V電壓。

2 單元電路設計

本電路由紅外線遙控電路、系統主控電路、電源電路組成。下面對個單元電路進行設計和計算。

2.1紅外線遙控電路

(1)紅外線發射電路?？梢允褂糜沙Ｒ幖呻娐方M成的單通道紅外遙控電路，這種遙控電路不需要使用較貴的專用編譯碼器，因此成本較低。紅外線發射器由于控制方式不同，很難做到一體化，大多是由分立元件組裝而成。如圖2所示。

其中CD4011為二輸入與非門電路，其中YF₂，YF₃與非門與R₁，C₁確定，對頻度的精度有一定的要求。YF₄為輸出緩沖級，輸出信號經由8550驅動線外線發射管D發射紅外線。YF₂，YF₃能否產生振蕩完全由YF₁決定，當YF₁的IN端輸入高電平時，其輸出端為低電平，YF₂，YF₃振蕩停止，且YF₂輸出高電平，由此可推之YF₂輸出高電平，8550截止，無紅外線發射；當IN端輸入低電平時，YF₁輸出高電平，YF₂，YF₃產生振蕩，D發射紅外線。

(2)紅外線接收電路。紅外線發射器須經調試后方能正常工作：首先是對紅外線發射器的振蕩頻率進行調整，務必使他與紅外線接收器的工作頻率相吻合。該振蕩頻率主要由R₁，C₁之值來確定。

采用一種一體化的紅外線接收頭，體積小巧、價格低廉、使用方便、無須調整、抗干擾能力強、工作穩定可靠。3個輸出腳依次為：OUT(紅外線接收后經解調、整形的輸出腳步)、GND(地)、+(電源正端)。其中LM567是一片鎖相環電路。在接收電路中，設置若干只LM567，其輸入均來自紅外接收頭，各個LM567的振蕩頻率不同但與發射端一一對應。這樣當發射器按壓不同的按鈕，接入不同的調制信號時，在接收端對應的LM567的第8腳的電平就會發生變化，由此形成多路控制。如圖3所示。

2.2 AT89C2051主控電路

(1)主控電路

用專用紅外接受芯片進行接受，再可由專用遙控解碼集成電路9149解碼，9149相應地輸出1個正脈沖，控制窗簾機完成相應的電路?？刹捎蒙厦娴募t外線遙控電路，經過振蕩產生正脈沖。其電路圖4所示。

(2)自動控制功能

應用光控原理工作，天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉。由運放組成比較電路，同向輸入端有2個電阻分壓得到1個電壓值，作為基準電壓進行比較，而反相輸入端用一個光敏電阻對外部環境的光線進行采集，利用光敏電阻暗時電阻大，亮時電阻小的特點，確定反向輸入端的電壓值。兩者再進行比較，比較后的信號再送入單片機89C2051的P3.0口，從而通過繼電器控制電機的正反轉，實現天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉這一自動控制功能。

(3)直流電動機的驅動電路

利用8050，8550等不同的三極管組合，構造一座“橋”，實現對驅動電機的輕松控制。電機驅動控制過程如圖5所示(P1.0為正反轉控制端，P1.1為啟?？刂贫?。

①P1.1高電平

P1.0為低電平時，則T₇基極(back端)為低電平，由T₁構成的反相器使T₁集電極為高電平。于是，T₂，T₃，T₄導通，T₅，T₆，T₇截止。其中丁為激勵級，T₃，T₄為功放級。電流從+12V經T₄到電機“+”端再到“-”端最后經T₃人地端，電機正轉；P1.0高電平時，則反之，T₅，T₆，T₇導通，T₂，T₃，T₄截止，電機反轉。

②P1.1低電平

P1.1為低電平時T₁集電級和T₇基極均為低電平，電機停轉。該“橋”的優點是原理簡單、易控制、帶負載能力強，在單片機的配合下，通過調脈寬的方法，實現對驅動電機的輕松調速，通過鍵盤對具體參數的修改，可以使小車適應各種不同的電源。正因為采取了該項技術，使完成基本要求的過程邊得簡單易行。8550兩端能加的最大的電壓是25V，能通過的最大的電流是1 500 mA，根據P＝U×1，此橋式驅動電路能提供的最大的功率：

P=1500 mA×25V=37.5 W

而在本設計中用的電機是額定電壓為12 V的小功率電機，所以，此驅動電路完全能驅動該電機。

在速度控制方面，一般是通過改變加在電機兩端的電壓來實現的，可以是連續改變(加直流電壓)，也可以是續斷改變(加脈沖電壓)?；诤唵问褂每紤]，在本設計中采用脈寬調速，這種改變可以通過硬件或軟件完成，硬件實現是通過改變振蕩電路中RC參數來調整充放時間；而軟件的做法是通過設置高電平及低電平的保持時間達到，且軟件調整量化指標更高，調整更可靠、更方便、更準確。于是，鍵盤成為一個必不可少的器件來提供人機交互。

式中，P為電機兩端的平均功率；P_max為電機全速運轉的功率；K為脈寬。當K=1時，相當于加入直流電壓，這時電機全速運轉，P=P_max；當K=0時，相當于電機兩端不加電壓，電機停轉。

(3)電源模塊

三端集成穩壓器的組成包括了串聯型直流穩壓電路的各個組成部分，另外加上保護電路和啟動電路。在W7800系列三端集成穩壓器中，已將三種保護電路集成在芯片內部，他們是限流保護電路、過熱保護電路和過壓保護電路。

當輸出電壓比較高，應在輸入端與輸出端之間跨接一個保護二極管VD，如圖中有斷線點。其作用是在輸入端短路時，使Co通過二極管放電，以便保護集成穩壓器內部的調整管。

3 關鍵問題的討論

(1)解決如何停機的問題。在設計過程中使用巧妙的停機方法：硬件上，在停止按鈕端口并聯1個到位開關，在電機到位后，軟件上進行程序控制，就可以使電機停止運轉。

(2)解決電機的誤動作。當外部光線介于亮與暗之間，繼電器會產生誤動作，因此設置1個電壓范圍，確定外部光線亮度。用一個斯密特觸發器控制電壓，在范圍內電機不工作。若低于他的最低門限電壓，則認為天暗了，電機反轉，窗簾關閉；若高于他的最高門限電壓，則認為天亮了，電機正轉，窗簾打開。使硬件簡便起見，用軟件對光敏電阻對外部環境的光線進行多次檢測，確定亮暗后才開始動作。

4 結 語

該電路經過多次改進，參考現在實際電路通用的做法，在現有技術的狀態下各項指標已經達到技術要求，但由于自身水平有限，電路中還有些技術方面還可以進一步加強。如紅外線接受電路可以進一步調試其精確度和靈敏度，通過多只光電二極管更加準確的控制窗簾升降。