家用自動(dòng)升降吊燈單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付群博

摘 要：家用自動(dòng)升降吊燈單片機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)主控芯片對(duì)吊燈進(jìn)行升降調(diào)控。這個(gè)系統(tǒng)整體的應(yīng)用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，用keil軟件來(lái)編寫(xiě)程序，主體由有聲光報(bào)警、模數(shù)轉(zhuǎn)換、壓力檢測(cè)、電源組成。電機(jī)為步進(jìn)式電機(jī)，驅(qū)動(dòng)使用ULN2003，通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)總體調(diào)控。設(shè)計(jì)完成后用protues仿真軟件來(lái)進(jìn)行仿真。最后達(dá)到系統(tǒng)性能要求。通過(guò)總體布局制作出結(jié)構(gòu)框圖，然后對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行綜合考量，確定各模塊具體使用方案，并做出其硬件的電路選擇，編制對(duì)應(yīng)的電路圖，設(shè)計(jì)硬件，完成軟件的程序編寫(xiě)，最終達(dá)到每個(gè)設(shè)備的功能需求。最后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行仿真，驗(yàn)證各個(gè)模塊軟件的功能，不斷進(jìn)行優(yōu)化，完成整個(gè)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);ULN2003;步進(jìn)電機(jī)

前言

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著各種科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，理論知識(shí)與實(shí)踐生活的結(jié)合越來(lái)越緊密，人們的生活水平不斷提高。同時(shí)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用科技智能化也使人們的隱私安全受到極大的侵犯，因此人們更加注重隱私的安全，并將其作為家庭住所。必要的吊燈對(duì)于保護(hù)居民隱私和屏蔽外部光線非常有用。科技時(shí)代的到來(lái)使計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域有著不可替代的地位，同時(shí)也推動(dòng)了單片機(jī)的發(fā)展，其功能也對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的變革產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。從傳統(tǒng)的無(wú)線電遙控到現(xiàn)在的紅外線遙控，遙控技術(shù)在不斷的發(fā)展和成熟，紅外線遙控也被廣泛的應(yīng)用到遙控和通信上。應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行遙控設(shè)計(jì)，不僅遙控工具體積小，操控范圍大，而且功能性更強(qiáng)、可靠性更高，因此應(yīng)用單片機(jī)做紅外遙控有著深遠(yuǎn)的發(fā)展意義。

一、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用電機(jī)在不同方向通過(guò)電流時(shí)的不同轉(zhuǎn)動(dòng)，遙控吊燈系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)吊燈的有效升降、加速和減速，具有停止功能。吊燈的加速、減速、升降和停止功能需要功率控制。步進(jìn)電機(jī)用于供電，步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)產(chǎn)生的不同頻率脈沖控制，從而有效地控制了吊燈。該設(shè)計(jì)有一個(gè)主開(kāi)關(guān)，主要用于防止不必要的麻煩造成的錯(cuò)觸。按下電源按鈕可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)向。自動(dòng)升降吊燈系統(tǒng)選擇STM32F103RBT6為核心芯片，內(nèi)核CPU處理器采用CortexTM-M3 ，工作頻率高達(dá)72MHZ，，同時(shí)I/O端口較多，存儲(chǔ)器的運(yùn)行速度也極高。該處理器在兩個(gè)方面具有最突出的優(yōu)勢(shì)，第一個(gè)是性能方面，反應(yīng)速度快，能耗低，節(jié)約能源。其次它的響應(yīng)速度快，同時(shí)可以依賴其滋生的性能優(yōu)勢(shì)將代碼的性能和作用發(fā)揮到最大。除此之外，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以根據(jù)客戶需求和系統(tǒng)時(shí)鐘的控制，加強(qiáng)其實(shí)用性，相比之下較為方便。

二、系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

個(gè)電路主要由電源電路、晶體振蕩器電路、上上變速電路、開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路和步進(jìn)電機(jī)電路組成。電源電路為整個(gè)電路提供能量，確保電路能夠運(yùn)行;晶體振蕩器電路主要提供所需的振蕩頻率;變速電路主要控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路主要控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和停止;步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)吊燈向上和向下。

設(shè)計(jì)需要五個(gè)獨(dú)立的密鑰。他們實(shí)現(xiàn)的功能是設(shè)置關(guān)鍵;增加數(shù)字價(jià)值的關(guān)鍵;降低數(shù)字價(jià)值的關(guān)鍵;啟動(dòng)吊燈鍵（按下此鍵后，吊燈升起）;關(guān)閉吊燈的鍵（按下此鍵后，吊燈下降）。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)吊燈的起落落，實(shí)現(xiàn)智能家居，采用 ULN2003步進(jìn)電機(jī)的每步角度為1.2度，遙控吊燈通過(guò)角速旋轉(zhuǎn)所需的距離上升和下降精度為1.2度，通過(guò)輸出的微控制器不同頻率，不同的脈沖數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的速度和旋轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。并得到起起吊燈的效果。當(dāng)系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)后開(kāi)始復(fù)位時(shí)，通過(guò)設(shè)置左側(cè)的按鈕來(lái)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)。正向和反向速度水平對(duì)應(yīng)于10個(gè)不同的速度水平，由數(shù)字管顯示。

一種處理器編程語(yǔ)言主要是匯編語(yǔ)言，而C編程軟件具有相對(duì)完整的庫(kù)函數(shù)，具有高速，高性能，可移植性，直接控制設(shè)備等諸多優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)按鈕用于控制吊燈手動(dòng)打開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制根據(jù)按鈕控制吊燈開(kāi)關(guān)，使另一個(gè)按鈕關(guān)閉并控制吊燈。

在編寫(xiě)程序前先把該程序流程圖的先畫(huà)出來(lái)，如圖所示，流程圖是一種圖像的表示，它是由流程、算法、過(guò)程所表示。從本設(shè)計(jì)的要求中所知道，根據(jù)按鍵的控制應(yīng)該由算法與邏輯判斷所組成;案件的啟動(dòng)需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，可編程邏輯控制器主要是來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行運(yùn)算。毋庸置疑，該過(guò)程會(huì)消耗一定的時(shí)間，所以這個(gè)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一定的遲滯現(xiàn)象，由此PLC的工作運(yùn)行的速度就會(huì)下降。本系統(tǒng)采用的時(shí)間為1S對(duì)其進(jìn)行控制，因此的到的參數(shù)便會(huì)得到處理，采集。

三、系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)仿真

在窗體頂端通過(guò)對(duì)用戶所需要進(jìn)行判斷，即對(duì)吊燈的升降進(jìn)行判斷，按照所需要的功能傳送相對(duì)應(yīng)的脈沖到控制器，來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)所需要的功能指令傳送完畢以后，結(jié)束本周期運(yùn)行指令，復(fù)位等待下一次指令。開(kāi)關(guān)按壓下去的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)，這個(gè)過(guò)程一般持續(xù)時(shí)間為5-10ms，抖動(dòng)的過(guò)程中會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，過(guò)程結(jié)束后會(huì)恢復(fù)到斷開(kāi)狀態(tài)，從而達(dá)到控制電路的開(kāi)與斷。

系統(tǒng)調(diào)試

當(dāng)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)的軟件記錄到 MCU 中，以檢查硬件和軟件是否兼容，系統(tǒng)是否可以按照預(yù)期目的運(yùn)行，并測(cè)試穩(wěn)定性和系統(tǒng)的效率。通過(guò)改進(jìn)程序結(jié)構(gòu)，檢查相應(yīng)的缺陷，可以進(jìn)行測(cè)試和運(yùn)行，成功地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的加速、減速和停止功能，從而有效地控制了燈的吊裝。

故障檢查

對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)能夠順利進(jìn)行編程的條件是必須要保證在硬件電路上沒(méi)有錯(cuò)誤。在硬件中，主控制器正常的工作是檢測(cè)其它外設(shè)是否工作的基礎(chǔ);好的顯示器能夠幫助我們快速找出所在的錯(cuò)誤縮短調(diào)試時(shí)間。

四、結(jié)論

單機(jī)片上對(duì)吊燈升降系統(tǒng)進(jìn)行的研究和設(shè)計(jì)，可以解決測(cè)控通信的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本系統(tǒng)對(duì)傳感器進(jìn)行了深入分析與設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)目的為智能自動(dòng)升降吊燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其主要目標(biāo)是更新現(xiàn)有吊燈升降控制技術(shù)，為人民生活提供更加便捷與舒服的生活狀態(tài)。此外，鑒于該系統(tǒng)目前的應(yīng)用環(huán)境，必須強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)部分。

①考慮到成本問(wèn)題，須用便宜并且很容易買(mǎi)到的電子元器件，這樣將會(huì)易于安裝，節(jié)約成本。

②為了保證此次系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，采用大量模塊化設(shè)計(jì)。

③本系統(tǒng)靈活與延展性較強(qiáng)，異常方便增加或者組合不同的傳感器。

④所述的系統(tǒng)它由一主計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）和較低的計(jì)算機(jī)（微控制器控制模塊，數(shù)據(jù)獲取模塊），以形成主-從分發(fā)系統(tǒng)，其可以方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視。

⑤該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合適用的國(guó)家和部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)和條例。

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