題目 :遙控窗簾電路的設(shè)計 專業(yè)： 計算機 科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生 : 白學(xué)明 指導(dǎo)教師： 孫偉平 日期 : 2012 目 錄 摘 要 1 關(guān)鍵詞 1 1. 引言 2 2. 遙控窗簾電 路設(shè)計的基本理論 3 片機紅外遙控技術(shù) 3 進(jìn)制信號的編碼 3 能指標(biāo) 3 計原理 4 制器 功能介紹 5 3. 遙控窗簾電路的設(shè)計 5 控窗簾電路的設(shè)計思路 5 控窗簾控制系統(tǒng)的工作原理 6 統(tǒng)功能的介紹 9 統(tǒng)軟件部分的設(shè)計 10 4. 結(jié)論 12 參考文獻(xiàn) 13 致謝 13附錄一 I 附錄二 1 摘 要 ： 本文論述了智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計和工作原理 ,給出了智能遙控窗簾系統(tǒng)的硬件原理圖 ,軟件流程圖。該窗簾控制器的 用 片機 ,執(zhí)行機構(gòu)由電機驅(qū)動電路和一臺可逆、變速電動機控制窗簾的拉開和關(guān)閉。檢測機構(gòu)由光敏二極管和一些附屬電路組成。通信機構(gòu)由紅外發(fā)射器、紅外接收器 組成。采用紅外遙控方式、自動控制方式和手動方式。用單片機實現(xiàn)窗簾控制 ,為傳統(tǒng)的手拉式或滑輪式窗簾應(yīng)用模式轉(zhuǎn)軌到新的紅外遙控模式提供了具體解決方案 ,也為窗簾的智 能化發(fā)展提供了新的思路。 關(guān)鍵詞 ： 紅外遙控 ;紅外接收器 ;單片機 ; 外接收器 2 1 引言 隨著人們生活水平的提高，人們住房面積的逐步增大，還有很多樓房是住宅是復(fù)式樓型，安裝的手動窗簾很不方便。并且現(xiàn)在部分家庭又將室內(nèi)裝修和智能控制作為一種窒內(nèi)裝修的新時尚。此外，很多星級酒店和高級咖啡廳等都希望使用紅外遙控窗簾的控制器對所有窗簾進(jìn)行統(tǒng)一控制。由于這種紅外窗簾控制器既方便又顯得很高檔，因此紅外窗簾很有市場價值。 目前 ,常用的窗簾大部分是手拉式或滑輪式 ,只有部分高收入的家庭采用電動遙控軌道。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，遙控窗簾的性價比愈來愈高，而人們對于房間的美觀、舒適程度也愈來愈在意，遙控窗簾的的飛速發(fā)展將勢不可擋。根據(jù)中國遙控窗簾市場分析，遙控窗簾將成為今后窗簾的主導(dǎo)，發(fā)展前景廣闊。利用單片機和紅外遙控器實現(xiàn)窗簾拉開和關(guān)閉的控制，是其中的一個需求方向。為適應(yīng)這一需求形勢，我們基于 51 單片機設(shè)計了一種遙控窗簾電路，從而實現(xiàn)了對窗簾的自動控制。 本系統(tǒng)是以 片機為控制核心，利用紅外線遙控技術(shù)設(shè)計了窗簾的控制系統(tǒng)。紅外遙控信號的編碼和解碼都是采用 軟件的解決方案，又由于是用單片機做控制芯片，方便系統(tǒng)功能的拓展，使系統(tǒng)更加完善、智能。它可以通過紅外遙控器對窗簾的開或關(guān)進(jìn)行控制，可通過遙控器將系統(tǒng)設(shè)置成自動狀態(tài)，當(dāng)家中多日無人時 ,系統(tǒng)將自動監(jiān)測白天和晚上 ,晚上窗簾自動關(guān)閉 ,并使照明燈亮兩小時 ,白天窗簾自動拉開 (表示家中有人 )。設(shè)有兩個手動開關(guān) ,當(dāng)遙控器失靈時 ,可通過手動開關(guān)來控制窗簾的開和關(guān)。可以滿足用戶各種情況下的使用要求，是一種更為先進(jìn)的窗簾控制裝置。 其工作方式為： 簾可以設(shè)置為自動工作模式，天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關(guān)閉。 2手動操作：用控制盒上的按鍵可以隨時手動操作窗簾的開、關(guān)和中途停止。 3紅外遙控：窗簾的所有操作都可以用紅外線遙控器遙控。 4有自動檢測開關(guān)到位的功能。 3 2 遙控窗簾電路設(shè)計的基本理論 單片機紅外遙控技術(shù) 紅外遙控有接收和發(fā)送兩個組成部分。一方面，發(fā)送部分采用單片機將待發(fā)送的二進(jìn)制信號編碼調(diào)制成一系列的脈沖串信號，以便通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號；另一方面，目前紅外接收端普遍采用價格低、性能可靠的一體化紅外接收頭（如 收紅外信號，頻率為 38收紅外信號，同時用它對信 號進(jìn)行放大、檢波、整形，得到 編碼信號，再送給單片機，經(jīng)單片機解碼并執(zhí)行后去控制相關(guān)對象。 二進(jìn)制信號的編碼 當(dāng)紅外發(fā)射頭端有 38波脈沖時，紅外接收頭輸出就會變低，而平時無紅外信號輸入時，紅外接收頭為高電平，故可采用不同的脈沖寬度來實現(xiàn)二進(jìn)制的編碼，并發(fā)送單片機來完成。編碼時，二進(jìn)制信號中的低電平“ 0”，其特征是脈沖中低電平與高電平的寬度等于 就是說可以利用發(fā)送單片機在紅外發(fā)射頭上先保持 發(fā)38波脈沖，然后再發(fā) 38波脈沖。這樣接收單 片機的紅外接頭輸出并會產(chǎn)生圖 1（ a）所示編碼“ 0”的波形；而二進(jìn)制信號中的高電平“ 1”的特征是脈沖中高電平的寬度等于 低電平中的 表示“ 0” 表示“ 1” 寬度是 1就是說利用單片機在紅外發(fā) 射頭上先保持 發(fā) 38波脈沖， 然后再發(fā) 1 38波脈沖，這樣接 1頭輸出端便會產(chǎn)生圖 1（ b）所示的編碼 (a)0的表示 (b)1的表示 “ 1”的波形。 圖 2進(jìn)制的編碼 性能指標(biāo) 額定工作電壓： 76 額定輸入功率 :靜態(tài)小于 2W；動態(tài)小于 25W 使用環(huán)境溫度 : 使用環(huán)境濕度 :小于 90 水平牽引力 :大于 引速度 :約 /秒 4 最大設(shè)計行程： 8 米 使用壽命： 10 年 整機凈重： 1要部件體積： 控制器： 106 遙控器： 90 15； 執(zhí)行器： 154 34 設(shè)計原理 本系統(tǒng)以單片機為控制核心，加上紅外發(fā)射電 路以及一體化紅外接收頭，在紅外發(fā)射軟件和紅外接收軟件的支持下，達(dá)到控制多扇窗簾動作的目的，其工作原理如圖 2 所示。遙控器通過監(jiān)控指令鍵盤的輸人讀出相應(yīng)的發(fā)射碼，軟件采用不同的脈沖寬度來對發(fā)射碼進(jìn)行編碼，編碼后經(jīng)由紅外發(fā)射電路調(diào)制成 38信號發(fā)送出去。接收部分的一體化紅外接收頭把接收到的紅外信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原，輸出為原始編碼的反碼。一體化的輸出端與單片機直接相連，單片機通過軟件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù) (即動作指令 )，準(zhǔn)確地控制相應(yīng)電動機 (四個窗簾電動機中的一個或多個 )的繼電器來 實現(xiàn)相應(yīng)的動作。窗簾的滑軌上有中間觸點和邊緣觸點，通過觸點發(fā)出的電平信號監(jiān)視并控制窗簾的打開程度 (全開和全關(guān) )。 圖 2 紅外窗簾控制器系統(tǒng)框圖 指令鍵盤 單片機 單片機 紅外發(fā)射電路 一體化紅外接收頭 中間觸點 邊緣觸點 繼電 器 馬達(dá) 5 控制器 功能介紹 高性能 微處理器 ,俗稱單片機。該器件采用 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造 ,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 令集和輸出管腳相兼容 ,由于將多功能 8 位 閃爍存儲器組合在單個芯片 中 ,為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價的方案。 1、主要特性： 與 容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 全靜態(tài)工作 :0級程序存儲器鎖定 128 8 位內(nèi)部 2 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2、芯片擦除 : 整個 列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ,并保持 腳處于低電平 10完成 作中 ,代碼陣列全被寫 ” 1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前 ,該操作必須被執(zhí)行。 3 遙控窗簾電路設(shè)計 遙控窗簾電路的設(shè)計思路 1)遙控電路的設(shè)計 由于我們的設(shè)計是家用窗簾控制系統(tǒng) ,考慮到遙控范圍大概就是 10所以遙控 6 部分決定采用紅外遙控器 ,它的可靠性高 ,不容易產(chǎn)生誤差而且抗干擾能力強 ,不受其他電磁波的干擾。 2)主控電路的設(shè)計 主控芯片采用 機采用 220V 的異步電機 ,利用單片機 腳通過驅(qū)動電路對電磁繼電器 4098 控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) ,達(dá)到開和關(guān)窗簾的目的 。 3)光控電路的設(shè)計 人性化的設(shè)計是本系統(tǒng)智能化體現(xiàn) ,該窗簾會自動隨著天黑和天亮的變化自動打開和關(guān)閉窗簾 ,另外我有智能安全預(yù)警燈 ,在晚上沒人的情況下可以自動點亮一段時間 ,讓一些別有用心的人以為家中有人。另外還設(shè)計了兩路光電開關(guān) ,用于檢測窗簾是否全部打開或全部閉合。總之 ,我們的目標(biāo)是設(shè)計一款低功耗功能穩(wěn)定、價格低廉、抗干擾能力強的紅外遙控窗簾。 控窗簾控制系統(tǒng)的工作原理 該窗簾控制器的 用 片機 ,執(zhí)行機構(gòu)由電機驅(qū)動電路和一臺可逆、變速電動機控制窗簾的拉開和關(guān)閉。檢測機構(gòu)由光敏二極 管和一些附屬電路組成。通信機構(gòu)由紅外發(fā)射器 6122、紅外接收器 組成。采用紅外遙控方式、自動控制方式和手動方式。采用自動控制是為了方便家人長時間外出時實現(xiàn)全自動控制方式。遙控距離可達(dá) 8且可通過遙控器將系統(tǒng)設(shè)置成自動狀態(tài)。另一種控制方式為手動控制方式 , 有兩個手動開關(guān) , 制拉開 ,制關(guān)閉。當(dāng)遙控器失靈時 ,可通過手動開關(guān)來控制窗簾的開和關(guān)。 電路分為 5 部分 ,分別是電源部分、紅外線接收部分、光控電路測光部分、電機控制執(zhí)行部分、單片機主控部分。窗簾控制系統(tǒng)電路原理圖如圖 3示 7 5 220151001400010141015109470901510014159 . 0P 3 . 110簾控制系統(tǒng)電路原理圖 1) 電源部分 : 該部分由變壓器、整流器、濾波電路和穩(wěn)壓電路等組成。 通過插座輸入交流 220V 經(jīng)變壓器變成 10V 電壓 ,交流電經(jīng)過整流濾波后 ,輸出電壓為直流 14V 的 控制繼電器提供工作電壓。同時經(jīng)過 3 端集成穩(wěn)壓器 壓后 8 輸出 5V 電壓 紅外接收等電路提供電源。 5V 電源經(jīng)過二極管 流電阻 為單片機提供 壓 ,直流后備供電電源 ,電壓為 3V本電路中使用兩節(jié) 5 號充電電池 , 單片機電源濾波電容。平時交流電正常的情況下 ,5V 電源為單片機供電的同時 ,也為電池充電 ,大大延長了電池的使用壽命 ,當(dāng)交流電停電的時候 ,電池僅為單片機供電 ,單片機在掉電狀態(tài)下維持時鐘的正常走時 ,電被 斷。在控制器設(shè)置成手動控制時 ,單片機除執(zhí)行任務(wù)外 ,均處于睡眠狀態(tài) ,遙控器信號的到來 ,單片機從睡眠中喚醒 ,恢復(fù)正常工作 ,所以手動狀態(tài)下當(dāng)交流電停電時 ,電源的耗電電流更小。 5 2)紅外線接收部分 : 紅外線接收電路使用一個集成紅外接收器 態(tài)時輸出端輸出高電平 ,當(dāng)接收到紅外信號后 ,收到的紅外信號轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)信號送單片機的 口對應(yīng)的第二功能是外部中斷 0(利用該口的第二功能 ,一旦紅外線信號到來 ,拉低 , 單片機中止當(dāng)前的工作轉(zhuǎn)到中斷接收程序 ,處理遙控器發(fā)來的紅外控制信號。開啟中斷功能的目的 ,既減輕了單片機的工作負(fù)擔(dān) ,又保證接收到的紅外信號的完整性 ,同時在手動工作狀態(tài)下 ,單片機進(jìn)入睡眠后 ,利用外部中斷功能完成對單片機的喚醒。 3)光控電路測光部分 : 光控電路由 成 ,利用了單片機的 成對環(huán)境亮度的測試工作。 以使用光敏電阻或者光敏二極管 ,本電路中使用光敏二極管。 出為低 ,有光照時光敏二極管反向?qū)?,過光敏二極管充電 ,此時環(huán)境亮度決定了光敏二極管的光阻值 ,光阻值大 ,電速度慢 ,反之放電速度快。3在 當(dāng) ,0” ,反之測得數(shù)據(jù)“ 1” ,為了減小 放電的影響 ,放電電壓通過三極管 成的射極輸出器連接到 ,射極輸出器的高輸入阻抗減小了 電路的影 響。軟件對 狀態(tài)進(jìn)行檢測 ,當(dāng) 時表示白天 ,當(dāng) 時表示黑夜。 4)電機驅(qū)動部分 : 電機驅(qū)動部分完全受單片機的控制 ,通過單片機的 成。單片機復(fù)位狀態(tài)下 出高電平 ,三極管 4、 止 ,兩個繼電器 于釋放狀態(tài) ,可逆電動機因無電源供電而停止。當(dāng) 者 中有一個被拉低后 ,兩個繼電器便會有一個導(dǎo)通 ,例如 低后 通、 通 ,合 ,電機得電轉(zhuǎn)動 ,當(dāng)只有 拉低后 ,電機則反方向轉(zhuǎn)動 ,實現(xiàn)了窗簾的拉開和關(guān)閉 。 兩個繼電器的工作狀態(tài)受單片機控制 ,在同一個時間內(nèi)兩個繼電器僅能有一個吸合。即便是在電機工作期間 ,操作了反向轉(zhuǎn)動按鍵 ,單片機也是先釋放當(dāng)前工作的繼電器 ,并延時一段時間后再將另外一個繼電器吸合 ,防止了電機正反工作線圈同時通電的危險。 5)單片機主控器件部分 : 單片機是本電路中的核心器件 ,擔(dān)負(fù)整個電路的管理。電路中使用 于與遙控器的串行通信 ,于控制指示燈的亮或暗 , 于檢測窗簾是否關(guān)閉 ,于檢測窗簾是否拉開 , 于檢測天亮和天黑。單片機的復(fù)位 腳使用成上電復(fù)位電路 ,手動復(fù)位按鍵 ,用于重新啟動系統(tǒng)。但 實踐中得知本復(fù)位按鍵用到的時候很少。 統(tǒng)功能的使用 控按鍵的使用 1)關(guān)閉窗簾按鍵 :按下關(guān)閉按鍵 ,電機啟動窗簾關(guān)閉 ,直到窗簾全部關(guān)閉后 ,電機自動停止轉(zhuǎn)動。 2)拉開窗簾按鍵 :按下拉開按鍵 ,電機啟動窗簾打開 ,直到窗簾全部打開后 ,電機自動停止轉(zhuǎn)動。 控器 按鍵功能 1)用遙控器關(guān)閉窗簾 :按一下遙控器上的“關(guān)閉”按鍵 ,窗簾自動閉合 ,當(dāng)窗簾已經(jīng)閉合到位后 ,電機自動停止。 2)用遙控器打開窗簾 :按一下遙控器上的“ 拉開”按鍵 ,窗簾自動打開 ,當(dāng)窗簾拉開已經(jīng)到位后 ,電機自動停止。 3)電機停止操作 :在遙控器操作窗簾閉合或者窗簾拉開的執(zhí)行過程中 ,按一下“開關(guān)”按鍵 ,電機停止工作 ,一般用于故意將窗簾留出一定的縫隙。 4)控制電路睡眠 :電機停止工作 30 秒鐘后 ,電路進(jìn)入睡眠狀態(tài) ,減小了電路的功耗。延長了電路的工作壽命。 10 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計 所設(shè)計的 電路中的硬件比較簡單，其功能的實現(xiàn)主要由軟件完成。 本系統(tǒng)采用單片機的匯編語言來進(jìn)行程序設(shè)計。 軟件的設(shè)計思路通過框圖形式說明如下 ,框圖見圖 4。 接收控制器程序由主程序、信號判斷程序和電動機驅(qū)動程序三部分組成。程序開始，單片機不斷對 進(jìn)行掃描，判斷從 外接收頭輸出的信號是否為低電平。若 為高電平說明接收頭沒有接收到任何紅外信號 ;若 為低電平則說明引導(dǎo)碼已經(jīng)到來，開始接收信號。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢，選定被控制的窗簾，驅(qū)動相應(yīng)電動機執(zhí)行相應(yīng)的動作。一體化紅外接收 )38 輸出的信號是原始數(shù)據(jù)的反相信號，所以接收到的信號要經(jīng)過反相才能和發(fā)送的信號編碼一致。當(dāng)接收到引導(dǎo)碼后，進(jìn)入 解碼部分，接受完一幀數(shù)據(jù)后，處理收到的數(shù)據(jù)并進(jìn)入下一次接收。解碼采用軟件抽樣判斷，以 15個脈沖為判斷門限，在門限時刻讀得低電平時，即判斷為編碼“ l” 判斷為編碼“ 0”。 再計數(shù) 15 個脈沖，再根據(jù)門限時刻的電平高低進(jìn)行下一個編碼的判斷。 11 12 4 結(jié)論 本文介紹了以 片機為主控芯片的紅外窗簾控制器的設(shè)計方法，并敘述了單片機紅外遙控的原理及本系統(tǒng)中采用的紅外線編碼格式。 充分發(fā)揮 了 數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳 狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。 由于采用單片機為主控芯片，故可隨時在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加其它功能（如窗簾開關(guān)播放音樂、聲控窗簾開關(guān)、電子鬧鈴等）。整個系統(tǒng)電路比較簡單，成本低廉，使用方便。 13 參考文獻(xiàn)： 1張慶雙，實用電子電路 200 例，機械工業(yè)出版社， 2004 2龔華生，實用電路創(chuàng)意制作自學(xué)通，電子工業(yè)出版社， 2006 3康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分（第五版），高等教育出版社， 2006 4李銀華，電子線路設(shè)計指導(dǎo)：高等學(xué)校通用教材，北京航空航天大學(xué)出版社， 2005 7 莊淵昭 . 實用智能窗簾機的設(shè)計 J. 現(xiàn)代電子技術(shù) , 2008, (04) . 8 陳莉 ,王宇 ,張微微 . 自動啟閉窗簾控制器的設(shè)計 J. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟 , 2007, (20) . 10 B/ 致 謝 ： 在這次論文的寫作過程中， 我要特別感謝 我的指導(dǎo)老師： 孫偉平 老師。是他在我畢業(yè)的最后關(guān)頭給了我們巨大的幫助與鼓勵 ,使我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計，在此表示衷心的感激 . 孫偉平 老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作 態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我 受益匪淺。他無論在理論上還是在實踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝 他 耐心的輔導(dǎo)。 同時我也要感謝的是各位前輩的研究成果對我寫作思維的啟發(fā)與引導(dǎo)，使我 能 在 規(guī)定的時間內(nèi)順利的完成論文 。 I 附錄一：電路仿真圖 （ 1）正轉(zhuǎn) 2)反轉(zhuǎn) （ 3） 停止 錄二：