基于單片機的智能百葉窗硬件設計

吳昌隆，陳美玲，趙興雷，穆樂賢

（南京工業大學浦江學院 機電學院，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著科技的發展和計算機的普及，單芯片微型計算機的作用愈發凸顯。它的集成度與可靠性高，控制性好，功耗低，性能價格優異[1]。現代建筑對智能窗簾的要求越來越苛刻，需要處理日常開關，從而給人們的生活帶來便利。智能百葉窗可廣泛應用于普通住宅、酒店、寫字樓等場合[2]，因而具有極大的發展空間。下面通過總體設計、硬件設計以及硬件調試對其進行詳細介紹。

1 總體設計

如圖1所示，由傳感器獲取的信號由信號校正電路放大、濾波，并輸入到A/D轉換器。輸入信號由AT89C51微控制器控制，并響應以完成電機的正向和反向旋轉以及停止[3]。顯示模塊用于顯示控制器的時間和各種狀態。鍵盤用作輸入設備，控制顯示模塊的顯示內容，并通過不同的按鈕控制單個芯片的各種操作狀態。

圖1 總設計圖

2 硬件設計

硬件設計整體包括微控制器核心電路、A/D轉換電路、信號調節電路、檢測電路、鍵盤/顯示接口電路、步進電動機控制電路和其他模塊[4]，如圖2所示。單個芯片的外圍電路提供由各種模塊所需要的5 V電源和時鐘模塊；信號檢測結束后是模擬信號，調節和增加后進入A/D轉換和數字信號輸出到微控制器。

圖2 設計總體框圖

2.1 控制電路設計

51系列的優勢之一是它有一個完整的位操作系統，稱為位處理器。內部硬件到軟件處理的是位，而不是字或字節。它不僅可以處理芯片中某些特殊功能的某些位，還可以執行位邏輯運算。它的功能非常完整，易于使用。盡管其他類型的微控制器也具備位處理功能，但很少可以執行位邏輯操作。片上RAM區域中的51系統還打開了一個雙功能地址范圍，16個字節，單元地址20H到2FH，可用于字節處理和位處理[5]。使用128位和相應的位地址00H至7FH，使用非常敏感。這個功能無疑為用戶提供了極大的方便，因為煩瑣的程序在運行過程中會碰到很多支系，因此必須建立許多標志位。運行期間需要設置相關的標志位，清除或檢測以確定程序運行的方向。要實現此過程，只需使用一位操作指令。

2.2 檢測電路設計

設計中使用光敏電阻。光敏電阻不同于碳膜電阻器，對光的變化非常敏感。在照明的情況下，電阻值變得非常小，因此被稱為光導。光敏電阻也稱為光管，常用材料是硫化鎘、硒、硫化鋁和硫化鉛等材料。這些材料具有在特定波長的光照射下快速降低電阻的性質，因為由光產生的載流子參與傳導，并且漂移運動是由施加的電場引起的。電子被沖洗到電源的正極，空穴被沖洗到電源的負極，從而迅速降低光敏電阻的電阻值。設計中使用的器件是LM393，主要優點[6]：（1）高精度比較器；（2）輸入電壓范圍接近地電平；（3）兼容邏輯電路。

2.3 執行電路設計

執行電路設計中的步進電機是將電脈沖轉換成角位移的機構。在該設計中使用的步進電機是一種混合步進電機，分為兩相和五相[7]。當步進電機加上一系列連續的控制脈沖時，它可以持續旋轉。

3 硬件調試

硬件調試是使用開發系統、基本檢測儀器（萬用表、示波器）等，檢查系統硬件中存在的故障。硬件調試可以分為靜態調試和動態調試。

3.1 靜態調試

靜態調試是在用戶系統未工作時的一種硬件檢查，具體如表1所示[8]。

表1 靜態調試步驟表

3.2 動態測試

動態調試是在用戶系統工作的情況下發現和排除用戶系統硬件中存在的器件內部故障、器件連接錯誤等的一種硬件檢查[9]。

4 結 論

設計系統地介紹了智能單片機控制系統的硬件電路設計和調試。AT89C51單片機是主控制組件，經濟實用，降低了硬件的復雜性。光敏電阻良好的靈敏度和步進電機的簡易構造、便利控制，使控制開關愈加穩定。該系統的硬件部分主要是硬件電路的設計，包括檢測電路模塊和控制電路模塊等的設計。具體地，分析了各模塊的組成、性能、特點和用法，介紹了所用主要芯片的用法，簡明描述了模塊設計的注意事項和用法。