【毕业学位论文】（Word原稿）遥控窗帘电路的设计-电气工程

题目 :遥控窗帘电路的设计 专业： 计算机 科学与技术 学生 : 白学明 指导教师： 孙伟平 日期 : 2012 目 录 摘 要 1 关键词 1 1. 引言 2 2. 遥控窗帘电 路设计的基本理论 3 片机红外遥控技术 3 进制信号的编码 3 能指标 3 计原理 4 制器 功能介绍 5 3. 遥控窗帘电路的设计 5 控窗帘电路的设计思路 5 控窗帘控制系统的工作原理 6 统功能的介绍 9 统软件部分的设计 10 4. 结论 12 参考文献 13 致谢 13附录一 I 附录二 1 摘 要 ： 本文论述了智能遥控窗帘系统的设计和工作原理 ,给出了智能遥控窗帘系统的硬件原理图 ,软件流程图。该窗帘控制器的 用 片机 ,执行机构由电机驱动电路和一台可逆、变速电动机控制窗帘的拉开和关闭。检测机构由光敏二极管和一些附属电路组成。通信机构由红外发射器、红外接收器 组成。采用红外遥控方式、自动控制方式和手动方式。用单片机实现窗帘控制 ,为传统的手拉式或滑轮式窗帘应用模式转轨到新的红外遥控模式提供了具体解决方案 ,也为窗帘的智 能化发展提供了新的思路。 关键词 ： 红外遥控 ;红外接收器 ;单片机 ; 外接收器 2 1 引言 随着人们生活水平的提高，人们住房面积的逐步增大，还有很多楼房是住宅是复式楼型，安装的手动窗帘很不方便。并且现在部分家庭又将室内装修和智能控制作为一种窒内装修的新时尚。此外，很多星级酒店和高级咖啡厅等都希望使用红外遥控窗帘的控制器对所有窗帘进行统一控制。由于这种红外窗帘控制器既方便又显得很高档，因此红外窗帘很有市场价值。 目前 ,常用的窗帘大部分是手拉式或滑轮式 ,只有部分高收入的家庭采用电动遥控轨道。随着科学技术的不断发展，遥控窗帘的性价比愈来愈高，而人们对于房间的美观、舒适程度也愈来愈在意，遥控窗帘的的飞速发展将势不可挡。根据中国遥控窗帘市场分析，遥控窗帘将成为今后窗帘的主导，发展前景广阔。利用单片机和红外遥控器实现窗帘拉开和关闭的控制，是其中的一个需求方向。为适应这一需求形势，我们基于 51 单片机设计了一种遥控窗帘电路，从而实现了对窗帘的自动控制。 本系统是以 片机为控制核心，利用红外线遥控技术设计了窗帘的控制系统。红外遥控信号的编码和解码都是采用 软件的解决方案，又由于是用单片机做控制芯片，方便系统功能的拓展，使系统更加完善、智能。它可以通过红外遥控器对窗帘的开或关进行控制，可通过遥控器将系统设置成自动状态，当家中多日无人时 ,系统将自动监测白天和晚上 ,晚上窗帘自动关闭 ,并使照明灯亮两小时 ,白天窗帘自动拉开 (表示家中有人 )。设有两个手动开关 ,当遥控器失灵时 ,可通过手动开关来控制窗帘的开和关。可以满足用户各种情况下的使用要求，是一种更为先进的窗帘控制装置。 其工作方式为： 帘可以设置为自动工作模式，天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭。 2手动操作：用控制盒上的按键可以随时手动操作窗帘的开、关和中途停止。 3红外遥控：窗帘的所有操作都可以用红外线遥控器遥控。 4有自动检测开关到位的功能。 3 2 遥控窗帘电路设计的基本理论 单片机红外遥控技术 红外遥控有接收和发送两个组成部分。一方面，发送部分采用单片机将待发送的二进制信号编码调制成一系列的脉冲串信号，以便通过红外发射管发射红外信号；另一方面，目前红外接收端普遍采用价格低、性能可靠的一体化红外接收头（如 收红外信号，频率为 38收红外信号，同时用它对信 号进行放大、检波、整形，得到 编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行后去控制相关对象。 二进制信号的编码 当红外发射头端有 38波脉冲时，红外接收头输出就会变低，而平时无红外信号输入时，红外接收头为高电平，故可采用不同的脉冲宽度来实现二进制的编码，并发送单片机来完成。编码时，二进制信号中的低电平“ 0”，其特征是脉冲中低电平与高电平的宽度等于 就是说可以利用发送单片机在红外发射头上先保持 发38波脉冲，然后再发 38波脉冲。这样接收单 片机的红外接头输出并会产生图 1（ a）所示编码“ 0”的波形；而二进制信号中的高电平“ 1”的特征是脉冲中高电平的宽度等于 低电平中的 表示“ 0” 表示“ 1” 宽度是 1就是说利用单片机在红外发 射头上先保持 发 38波脉冲， 然后再发 1 38波脉冲，这样接 1头输出端便会产生图 1（ b）所示的编码 (a)0的表示 (b)1的表示 “ 1”的波形。 图 2进制的编码 性能指标 额定工作电压： 76 额定输入功率 :静态小于 2W；动态小于 25W 使用环境温度 : 使用环境湿度 :小于 90 水平牵引力 :大于 引速度 :约 /秒 4 最大设计行程： 8 米 使用寿命： 10 年 整机净重： 1要部件体积： 控制器： 106 遥控器： 90 15； 执行器： 154 34 设计原理 本系统以单片机为控制核心，加上红外发射电 路以及一体化红外接收头，在红外发射软件和红外接收软件的支持下，达到控制多扇窗帘动作的目的，其工作原理如图 2 所示。遥控器通过监控指令键盘的输人读出相应的发射码，软件采用不同的脉冲宽度来对发射码进行编码，编码后经由红外发射电路调制成 38信号发送出去。接收部分的一体化红外接收头把接收到的红外信号经内部处理并解调复原，输出为原始编码的反码。一体化的输出端与单片机直接相连，单片机通过软件对接收到的数据进行解码，还原出发送端发送的数据 (即动作指令 )，准确地控制相应电动机 (四个窗帘电动机中的一个或多个 )的继电器来 实现相应的动作。窗帘的滑轨上有中间触点和边缘触点，通过触点发出的电平信号监视并控制窗帘的打开程度 (全开和全关 )。 图 2 红外窗帘控制器系统框图 指令键盘 单片机 单片机 红外发射电路 一体化红外接收头 中间触点 边缘触点 继电 器 马达 5 控制器 功能介绍 高性能 微处理器 ,俗称单片机。该器件采用 密度非易失存储器制造技术制造 ,与工业标准的 令集和输出管脚相兼容 ,由于将多功能 8 位 闪烁存储器组合在单个芯片 中 ,为很多嵌入式系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。 1、主要特性： 与 容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 全静态工作 :0级程序存储器锁定 128 8 位内部 2 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2、芯片擦除 : 整个 列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合 ,并保持 脚处于低电平 10完成 作中 ,代码阵列全被写 ” 1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前 ,该操作必须被执行。 3 遥控窗帘电路设计 遥控窗帘电路的设计思路 1)遥控电路的设计 由于我们的设计是家用窗帘控制系统 ,考虑到遥控范围大概就是 10所以遥控 6 部分决定采用红外遥控器 ,它的可靠性高 ,不容易产生误差而且抗干扰能力强 ,不受其他电磁波的干扰。 2)主控电路的设计 主控芯片采用 机采用 220V 的异步电机 ,利用单片机 脚通过驱动电路对电磁继电器 4098 控制电机的正转和反转 ,达到开和关窗帘的目的 。 3)光控电路的设计 人性化的设计是本系统智能化体现 ,该窗帘会自动随着天黑和天亮的变化自动打开和关闭窗帘 ,另外我有智能安全预警灯 ,在晚上没人的情况下可以自动点亮一段时间 ,让一些别有用心的人以为家中有人。另外还设计了两路光电开关 ,用于检测窗帘是否全部打开或全部闭合。总之 ,我们的目标是设计一款低功耗功能稳定、价格低廉、抗干扰能力强的红外遥控窗帘。 控窗帘控制系统的工作原理 该窗帘控制器的 用 片机 ,执行机构由电机驱动电路和一台可逆、变速电动机控制窗帘的拉开和关闭。检测机构由光敏二极 管和一些附属电路组成。通信机构由红外发射器 6122、红外接收器 组成。采用红外遥控方式、自动控制方式和手动方式。采用自动控制是为了方便家人长时间外出时实现全自动控制方式。遥控距离可达 8且可通过遥控器将系统设置成自动状态。另一种控制方式为手动控制方式 , 有两个手动开关 , 制拉开 ,制关闭。当遥控器失灵时 ,可通过手动开关来控制窗帘的开和关。 电路分为 5 部分 ,分别是电源部分、红外线接收部分、光控电路测光部分、电机控制执行部分、单片机主控部分。窗帘控制系统电路原理图如图 3示 7 5 220151001400010141015109470901510014159 . 0P 3 . 110帘控制系统电路原理图 1) 电源部分 : 该部分由变压器、整流器、滤波电路和稳压电路等组成。 通过插座输入交流 220V 经变压器变成 10V 电压 ,交流电经过整流滤波后 ,输出电压为直流 14V 的 控制继电器提供工作电压。同时经过 3 端集成稳压器 压后 8 输出 5V 电压 红外接收等电路提供电源。 5V 电源经过二极管 流电阻 为单片机提供 压 ,直流后备供电电源 ,电压为 3V本电路中使用两节 5 号充电电池 , 单片机电源滤波电容。平时交流电正常的情况下 ,5V 电源为单片机供电的同时 ,也为电池充电 ,大大延长了电池的使用寿命 ,当交流电停电的时候 ,电池仅为单片机供电 ,单片机在掉电状态下维持时钟的正常走时 ,电被 断。在控制器设置成手动控制时 ,单片机除执行任务外 ,均处于睡眠状态 ,遥控器信号的到来 ,单片机从睡眠中唤醒 ,恢复正常工作 ,所以手动状态下当交流电停电时 ,电源的耗电电流更小。 5 2)红外线接收部分 : 红外线接收电路使用一个集成红外接收器 态时输出端输出高电平 ,当接收到红外信号后 ,收到的红外信号转换成串行数据信号送单片机的 口对应的第二功能是外部中断 0(利用该口的第二功能 ,一旦红外线信号到来 ,拉低 , 单片机中止当前的工作转到中断接收程序 ,处理遥控器发来的红外控制信号。开启中断功能的目的 ,既减轻了单片机的工作负担 ,又保证接收到的红外信号的完整性 ,同时在手动工作状态下 ,单片机进入睡眠后 ,利用外部中断功能完成对单片机的唤醒。 3)光控电路测光部分 : 光控电路由 成 ,利用了单片机的 成对环境亮度的测试工作。 以使用光敏电阻或者光敏二极管 ,本电路中使用光敏二极管。 出为低 ,有光照时光敏二极管反向导通 ,过光敏二极管充电 ,此时环境亮度决定了光敏二极管的光阻值 ,光阻值大 ,电速度慢 ,反之放电速度快。3在 当 ,0” ,反之测得数据“ 1” ,为了减小 放电的影响 ,放电电压通过三极管 成的射极输出器连接到 ,射极输出器的高输入阻抗减小了 电路的影 响。软件对 状态进行检测 ,当 时表示白天 ,当 时表示黑夜。 4)电机驱动部分 : 电机驱动部分完全受单片机的控制 ,通过单片机的 成。单片机复位状态下 出高电平 ,三极管 4、 止 ,两个继电器 于释放状态 ,可逆电动机因无电源供电而停止。当 者 中有一个被拉低后 ,两个继电器便会有一个导通 ,例如 低后 通、 通 ,合 ,电机得电转动 ,当只有 拉低后 ,电机则反方向转动 ,实现了窗帘的拉开和关闭 。 两个继电器的工作状态受单片机控制 ,在同一个时间内两个继电器仅能有一个吸合。即便是在电机工作期间 ,操作了反向转动按键 ,单片机也是先释放当前工作的继电器 ,并延时一段时间后再将另外一个继电器吸合 ,防止了电机正反工作线圈同时通电的危险。 5)单片机主控器件部分 : 单片机是本电路中的核心器件 ,担负整个电路的管理。电路中使用 于与遥控器的串行通信 ,于控制指示灯的亮或暗 , 于检测窗帘是否关闭 ,于检测窗帘是否拉开 , 于检测天亮和天黑。单片机的复位 脚使用成上电复位电路 ,手动复位按键 ,用于重新启动系统。但 实践中得知本复位按键用到的时候很少。 统功能的使用 控按键的使用 1)关闭窗帘按键 :按下关闭按键 ,电机启动窗帘关闭 ,直到窗帘全部关闭后 ,电机自动停止转动。 2)拉开窗帘按键 :按下拉开按键 ,电机启动窗帘打开 ,直到窗帘全部打开后 ,电机自动停止转动。 控器 按键功能 1)用遥控器关闭窗帘 :按一下遥控器上的“关闭”按键 ,窗帘自动闭合 ,当窗帘已经闭合到位后 ,电机自动停止。 2)用遥控器打开窗帘 :按一下遥控器上的“ 拉开”按键 ,窗帘自动打开 ,当窗帘拉开已经到位后 ,电机自动停止。 3)电机停止操作 :在遥控器操作窗帘闭合或者窗帘拉开的执行过程中 ,按一下“开关”按键 ,电机停止工作 ,一般用于故意将窗帘留出一定的缝隙。 4)控制电路睡眠 :电机停止工作 30 秒钟后 ,电路进入睡眠状态 ,减小了电路的功耗。延长了电路的工作寿命。 10 系统软件部分的设计 所设计的 电路中的硬件比较简单，其功能的实现主要由软件完成。 本系统采用单片机的汇编语言来进行程序设计。 软件的设计思路通过框图形式说明如下 ,框图见图 4。 接收控制器程序由主程序、信号判断程序和电动机驱动程序三部分组成。程序开始，单片机不断对 进行扫描，判断从 外接收头输出的信号是否为低电平。若 为高电平说明接收头没有接收到任何红外信号 ;若 为低电平则说明引导码已经到来，开始接收信号。当数据接收完毕，选定被控制的窗帘，驱动相应电动机执行相应的动作。一体化红外接收 )38 输出的信号是原始数据的反相信号，所以接收到的信号要经过反相才能和发送的信号编码一致。当接收到引导码后，进入 解码部分，接受完一帧数据后，处理收到的数据并进入下一次接收。解码采用软件抽样判断，以 15个脉冲为判断门限，在门限时刻读得低电平时，即判断为编码“ l” 判断为编码“ 0”。 再计数 15 个脉冲，再根据门限时刻的电平高低进行下一个编码的判断。 11 12 4 结论 本文介绍了以 片机为主控芯片的红外窗帘控制器的设计方法，并叙述了单片机红外遥控的原理及本系统中采用的红外线编码格式。 充分发挥 了 数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳 状态，提高系统的灵敏度。 由于采用单片机为主控芯片，故可随时在本系统的基础上增加其它功能（如窗帘开关播放音乐、声控窗帘开关、电子闹铃等）。整个系统电路比较简单，成本低廉，使用方便。 13 参考文献： 1张庆双，实用电子电路 200 例，机械工业出版社， 2004 2龚华生，实用电路创意制作自学通，电子工业出版社， 2006 3康华光，电子技术基础（模拟部分（第五版），高等教育出版社， 2006 4李银华，电子线路设计指导：高等学校通用教材，北京航空航天大学出版社， 2005 7 庄渊昭 . 实用智能窗帘机的设计 J. 现代电子技术 , 2008, (04) . 8 陈莉 ,王宇 ,张微微 . 自动启闭窗帘控制器的设计 J. 科技情报开发与经济 , 2007, (20) . 10 B/ 致 谢 ： 在这次论文的写作过程中， 我要特别感谢 我的指导老师： 孙伟平 老师。是他在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励 ,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激 . 孙伟平 老师认真负责的工作 态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我 受益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢 他 耐心的辅导。 同时我也要感谢的是各位前辈的研究成果对我写作思维的启发与引导，使我 能 在 规定的时间内顺利的完成论文 。 I 附录一：电路仿真图 （ 1）正转 2)反转 （ 3） 停止 录二：