智能家居中智能窗簾的設(shè)計(jì)

賈海云

摘要：隨著人們對(duì)美好生活的向往，越來越多的人追求舒適便捷的生活方式，智能家居也越來越受到人們的歡迎。室內(nèi)采光避光成為人們重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，光線調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)手段就是手動(dòng)控制窗簾和利用照明系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、光敏電阻實(shí)現(xiàn)智能窗簾的控制，該控制系統(tǒng)可依據(jù)光線強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)窗簾自動(dòng)拉開或合攏，也可以通過開關(guān)和設(shè)定時(shí)間控制窗簾的狀態(tài)，同時(shí)利用時(shí)鐘芯片DS1302提供時(shí)鐘，并通過液晶顯示器LCD1602顯示日期和光照強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī);步進(jìn)電機(jī);智能窗簾;時(shí)鐘芯片DS1302;液晶顯示器LCD1602

中圖分類號(hào)：TP391? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）10-0202-03

1概述

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類的物質(zhì)文明和精神文明都有了很大的飛躍，人們?cè)絹碓阶非蟾咂焚|(zhì)的生活和宜人的環(huán)境。為了滿足人們生產(chǎn)生活的需求，科技領(lǐng)域也發(fā)生了日新月異的變化，朝著智能化的方向邁進(jìn)，人工智能的發(fā)展也如火如荼。智能家居理念應(yīng)運(yùn)而生，契合人們對(duì)高質(zhì)量生活的向往，已是當(dāng)下最熱門的研究熱點(diǎn)之一。智能照明系統(tǒng)是智能家居重要的一部分，室內(nèi)光線的調(diào)節(jié)與窗簾密切相關(guān)。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)依賴于陽(yáng)光、燈光和窗簾。傳統(tǒng)的窗簾是手動(dòng)的，有些場(chǎng)所的窗簾寬大厚重，手工拉動(dòng)極不方便。

本文設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)窗簾智能化的控制系統(tǒng)，旨在為人們提供舒心的生活環(huán)境。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，結(jié)合步進(jìn)電機(jī)、液晶顯示器LCD1602、時(shí)鐘芯片DS1302等器件，完成窗簾的智能控制。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)的功能包括：年月日時(shí)分秒的實(shí)時(shí)顯示、光照強(qiáng)度的采集和調(diào)整、控制模式的調(diào)節(jié)、手動(dòng)控制窗簾的開啟和關(guān)閉;設(shè)置開啟和關(guān)閉時(shí)間來控制窗簾、檢測(cè)光照強(qiáng)度的亮暗來控制窗簾。

2硬件電路設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)采用5V的電源供電，控制的核心元件是STC89C52單片機(jī)，結(jié)合晶體振蕩器、電阻、電容等元件完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的搭建。配置液晶顯示器LCD1602為時(shí)間、溫度的顯示設(shè)備;時(shí)鐘芯片DS1302作為時(shí)鐘模塊由單片機(jī)讀取其時(shí)間信息;光敏電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832組成光照檢測(cè)電路;步進(jìn)電機(jī)模擬窗簾的拉開和合攏;單個(gè)發(fā)光二極管的亮滅表示當(dāng)前窗簾的啟閉狀態(tài);若干按鍵調(diào)整實(shí)施時(shí)間、窗簾的開關(guān)時(shí)間和光照強(qiáng)度的閾值。電路原理圖如圖1所示。

2.1 液晶顯示電路

液晶顯示器電路的核心元件是LCD1602。它可以顯示32個(gè)字符，是一種便攜式的顯示器。在本設(shè)計(jì)中，它的8個(gè)數(shù)據(jù)端D0-D7通過上拉電阻與單片機(jī)的P0口相接;4號(hào)引腳是液晶的寄存器控制引腳，與單片機(jī)的P1.3引腳相接;5號(hào)引腳是液晶的讀寫控制端，與單片機(jī)的P1.4引腳相接;6號(hào)引腳是使能引腳，與單片機(jī)的P1.5引腳相接。

2.2 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路的核心元件是時(shí)鐘芯片DS1302，它是一款低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，性價(jià)比高，具有串行數(shù)據(jù)傳輸、掉電保護(hù)等功能。DS1302共有8個(gè)引腳，1號(hào)引腳Vcc2接5V電源Vcc;4號(hào)引腳接地GND;8號(hào)引腳Vcc1接3v的電池作為備用電源;2號(hào)引腳和3號(hào)引腳是振蕩源，之間接入一個(gè)振蕩頻率為32.768KHz的晶體振蕩器;5號(hào)引腳RST是復(fù)位端，與單片機(jī)的P1.2引腳相接;6號(hào)引腳I/O是數(shù)據(jù)傳輸端，與單片機(jī)的P1.1引腳相接;7號(hào)引腳SCLK是時(shí)鐘輸入端，與單片機(jī)的P1.0引腳相接。

2.3 光照強(qiáng)度采集電路

光照強(qiáng)度采集電路由光敏電阻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832組成，實(shí)現(xiàn)環(huán)境中光照強(qiáng)度的采集。光敏電阻器是一種利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)做成的器件，其電阻值的變化隨光照強(qiáng)弱而變化。ADC0832可實(shí)現(xiàn)8路的模數(shù)轉(zhuǎn)換，光敏電阻的阻值通過ADC0832通道CH0進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。光敏電阻器的一端接ADC0832的2號(hào)引腳CH0通道。ADC0832的1號(hào)引腳片選端與單片機(jī)的P1.6引腳相接，5號(hào)引腳和6號(hào)引腳數(shù)據(jù)輸入輸出一起接單片機(jī)的P3.2引腳;7號(hào)引腳時(shí)鐘端接單片機(jī)的P1.7引腳。

2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的核心元件是步進(jìn)電機(jī)。它可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)精準(zhǔn)的步距腳來控制窗簾移動(dòng)的位移。由于單片機(jī)的輸出電流小，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，故通過一個(gè)大電流驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003與步進(jìn)電機(jī)相連。

2.5 按鍵輸入電路

按鍵輸入電路的核心元件是鍵盤，設(shè)計(jì)中按鍵電路比較簡(jiǎn)單，采用獨(dú)立式鍵盤。5個(gè)按鍵的功能分別是“切換模式”“時(shí)間設(shè)置”“閾值設(shè)置”“減”“加”。模式設(shè)置有定時(shí)模式、手動(dòng)模式和光控模式;時(shí)間設(shè)置可以校準(zhǔn)年月日時(shí)分秒;設(shè)置閾值可以調(diào)整開啟和關(guān)閉時(shí)間;加減按鈕用來調(diào)整時(shí)間。

3程序設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)的工作流程

本設(shè)計(jì)先初始化液晶顯示器和時(shí)鐘芯片，讀取當(dāng)前時(shí)間、光照強(qiáng)度并顯示出來。通過按鍵設(shè)置不同的3種工作模式控制窗簾的狀態(tài)，分別是定時(shí)模式、光控模式和手動(dòng)模式。因此，程序設(shè)計(jì)涉及液晶顯示器初始化、時(shí)鐘芯片初始化、按鍵掃描等，流程圖如圖2所示。

3.2液晶顯示器LCD1602初始化

液晶顯示器上電時(shí)的初始化涉及清屏、工作方式設(shè)置、顯示狀態(tài)設(shè)置、輸入方式設(shè)置、光標(biāo)定位等。初始化完成后，按照操作時(shí)序圖完成寫命令操作、寫數(shù)據(jù)操作。液晶顯示器從單片機(jī)P0口讀取數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、工作模式和光照強(qiáng)度。

3.3時(shí)鐘芯片初始化

實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302可提供年月日時(shí)分秒等信息，單片機(jī)按照DS1302的操作時(shí)序讀取其時(shí)間信息，并發(fā)送到液晶顯示器上的顯示。具體的流程是寫入年份寄存器地址0x8D，讀取年份數(shù)據(jù);再寫入0x87讀取月份信息;再寫入0x8B讀取日期信息。以此類推，依次讀取時(shí)分秒信息。

3.4按鍵掃描

按鍵掃描程序中通過軟件消抖的方法去除抖動(dòng)，然后讀取按鍵的狀態(tài)。如果檢測(cè)到有按鍵按下，則根據(jù)不同的按鍵執(zhí)行相應(yīng)的程序。如選擇手動(dòng)模式，則根據(jù)開窗簾鍵和關(guān)窗簾鍵對(duì)窗簾進(jìn)行控制;如選擇定時(shí)模式，就根據(jù)設(shè)置的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間對(duì)窗簾進(jìn)行控制;如選擇光控模式，則判斷當(dāng)前光照是否高于設(shè)置的控制閾值，高于閾值關(guān)閉窗簾，否則開啟窗簾。

4 測(cè)試與結(jié)果分析

硬件電路搭建借助Proteus仿真平臺(tái)，電路設(shè)計(jì)完畢后，在Keil4中編寫控制程序，編譯調(diào)試程序直至生成.hex文件。由于控制模塊比較多，程序復(fù)雜，在調(diào)試過程中進(jìn)行模塊化調(diào)試。調(diào)試結(jié)果如圖1所示，液晶顯示器能顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、工作模式和光照強(qiáng)度，系統(tǒng)通過調(diào)整光敏電阻的阻值表示光照強(qiáng)度發(fā)生了變化，液晶顯示器顯示實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)光照強(qiáng)度超過閾值的上限或下限時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制窗簾的拉開和閉合。另外，可以通過按鍵可以進(jìn)行閾值的設(shè)置、模式的切換和時(shí)間的調(diào)整。

5 結(jié)論

本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為核心，利用光敏電阻模擬室內(nèi)的光照強(qiáng)度，以步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)模擬窗簾的開合狀態(tài)，液晶顯示器LCD1602顯示單片機(jī)從時(shí)鐘芯片DS1302讀取的時(shí)間信息，借助Proteus仿真平臺(tái)和Keil編程軟件實(shí)現(xiàn)了智能窗簾的設(shè)計(jì)，經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試，符合設(shè)計(jì)要求。

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