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智能家居中智能窗帘的设计

范文

贾海云

摘要：随着人们对美好生活的向往，越来越多的人追求舒适便捷的生活方式，智能家居也越来越受到人们的欢迎。室内采光避光成为人们重点关注的对象，光线调节的传统手段就是手动控制窗帘和利用照明系统。本设计采用STC89C52单片机、步进电机、光敏电阻实现智能窗帘的控制，该控制系统可依据光线强弱实现窗帘自动拉开或合拢，也可以通过开关和设定时间控制窗帘的状态，同时利用时钟芯片DS1302提供时钟，并通过液晶显示器LCD1602显示日期和光照强度。

关键词：STC89C52单片机;步进电机;智能窗帘;时钟芯片DS1302;液晶显示器LCD1602

中图分类号：TP391? ?文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）10-0202-03

1概述

随着社会的发展，人类的物质文明和精神文明都有了很大的飞跃，人们越来越追求高品质的生活和宜人的环境。为了满足人们生产生活的需求，科技领域也发生了日新月异的变化，朝着智能化的方向迈进，人工智能的发展也如火如荼。智能家居理念应运而生，契合人们对高质量生活的向往，已是当下最热门的研究热点之一。智能照明系统是智能家居重要的一部分，室内光线的调节与窗帘密切相关。传统的照明系统依赖于阳光、灯光和窗帘。传统的窗帘是手动的，有些场所的窗帘宽大厚重，手工拉动极不方便。

本文设计了能够实现窗帘智能化的控制系统，旨在为人们提供舒心的生活环境。该系统以STC89C52单片机为核心，结合步进电机、液晶显示器LCD1602、时钟芯片DS1302等器件，完成窗帘的智能控制。本设计可以实现的功能包括：年月日时分秒的实时显示、光照强度的采集和调整、控制模式的调节、手动控制窗帘的开启和关闭;设置开启和关闭时间来控制窗帘、检测光照强度的亮暗来控制窗帘。

2硬件电路设计

整个控制系统采用5V的电源供电，控制的核心元件是STC89C52单片机，结合晶体振荡器、电阻、电容等元件完成单片机最小系统的搭建。配置液晶显示器LCD1602为时间、温度的显示设备;时钟芯片DS1302作為时钟模块由单片机读取其时间信息;光敏电阻和模数转换芯片ADC0832组成光照检测电路;步进电机模拟窗帘的拉开和合拢;单个发光二极管的亮灭表示当前窗帘的启闭状态;若干按键调整实施时间、窗帘的开关时间和光照强度的阈值。电路原理图如图1所示。

2.1 液晶显示电路

液晶显示器电路的核心元件是LCD1602。它可以显示32个字符，是一种便携式的显示器。在本设计中，它的8个数据端D0-D7通过上拉电阻与单片机的P0口相接;4号引脚是液晶的寄存器控制引脚，与单片机的P1.3引脚相接;5号引脚是液晶的读写控制端，与单片机的P1.4引脚相接;6号引脚是使能引脚，与单片机的P1.5引脚相接。

2.2 时钟电路

时钟电路的核心元件是时钟芯片DS1302，它是一款低功耗的实时时钟芯片，性价比高，具有串行数据传输、掉电保护等功能。DS1302共有8个引脚，1号引脚Vcc2接5V电源Vcc;4号引脚接地GND;8号引脚Vcc1接3v的电池作为备用电源;2号引脚和3号引脚是振荡源，之间接入一个振荡频率为32.768KHz的晶体振荡器;5号引脚RST是复位端，与单片机的P1.2引脚相接;6号引脚I/O是数据传输端，与单片机的P1.1引脚相接;7号引脚SCLK是时钟输入端，与单片机的P1.0引脚相接。

2.3 光照强度采集电路

光照强度采集电路由光敏电阻器和模数转换器ADC0832组成，实现环境中光照强度的采集。光敏电阻器是一种利用半导体的光电效应做成的器件，其电阻值的变化随光照强弱而变化。ADC0832可实现8路的模数转换，光敏电阻的阻值通过ADC0832通道CH0进行模数转换。光敏电阻器的一端接ADC0832的2号引脚CH0通道。ADC0832的1号引脚片选端与单片机的P1.6引脚相接，5号引脚和6号引脚数据输入输出一起接单片机的P3.2引脚;7号引脚时钟端接单片机的P1.7引脚。

2.4 步进电机驱动电路

步进电机驱动电路的核心元件是步进电机。它可以将电脉冲信号转换为角位移或线位移，从而驱动步进电机转动一个精准的步距脚来控制窗帘移动的位移。由于单片机的输出电流小，不能直接驱动步进电机，故通过一个大电流驱动芯片ULN2003与步进电机相连。

2.5 按键输入电路

按键输入电路的核心元件是键盘，设计中按键电路比较简单，采用独立式键盘。5个按键的功能分别是“切换模式”“时间设置”“阈值设置”“减”“加”。模式设置有定时模式、手动模式和光控模式;时间设置可以校准年月日时分秒;设置阈值可以调整开启和关闭时间;加减按钮用来调整时间。

3程序设计

3.1控制系统的工作流程

本设计先初始化液晶显示器和时钟芯片，读取当前时间、光照强度并显示出来。通过按键设置不同的3种工作模式控制窗帘的状态，分别是定时模式、光控模式和手动模式。因此，程序设计涉及液晶显示器初始化、时钟芯片初始化、按键扫描等，流程图如图2所示。

3.2液晶显示器LCD1602初始化

液晶显示器上电时的初始化涉及清屏、工作方式设置、显示状态设置、输入方式设置、光标定位等。初始化完成后，按照操作时序图完成写命令操作、写数据操作。液晶显示器从单片机P0口读取数据，显示当前日期、时间、工作模式和光照强度。

3.3时钟芯片初始化

实时时钟芯片DS1302可提供年月日时分秒等信息，单片机按照DS1302的操作时序读取其时间信息，并发送到液晶显示器上的显示。具体的流程是写入年份寄存器地址0x8D，读取年份数据;再写入0x87读取月份信息;再写入0x8B读取日期信息。以此类推，依次读取时分秒信息。

3.4按键扫描

按键扫描程序中通过软件消抖的方法去除抖动，然后读取按键的状态。如果检测到有按键按下，则根据不同的按键执行相应的程序。如选择手动模式，则根据开窗帘键和关窗帘键对窗帘进行控制;如选择定时模式，就根据设置的开启时间和关闭时间对窗帘进行控制;如选择光控模式，则判断当前光照是否高于设置的控制阈值，高于阈值关闭窗帘，否则开启窗帘。

4 测试与结果分析

硬件电路搭建借助Proteus仿真平台，电路设计完毕后，在Keil4中编写控制程序，编译调试程序直至生成.hex文件。由于控制模块比较多，程序复杂，在调试过程中进行模块化调试。调试结果如图1所示，液晶显示器能显示当前日期、时间、工作模式和光照强度，系统通过调整光敏电阻的阻值表示光照强度发生了变化，液晶显示器显示实时温度。当光照強度超过阈值的上限或下限时，步进电机正转和反转控制窗帘的拉开和闭合。另外，可以通过按键可以进行阈值的设置、模式的切换和时间的调整。

5 结论

本控制系统的设计以STC89C52单片机为核心，利用光敏电阻模拟室内的光照强度，以步进电机的正反转模拟窗帘的开合状态，液晶显示器LCD1602显示单片机从时钟芯片DS1302读取的时间信息，借助Proteus仿真平台和Keil编程软件实现了智能窗帘的设计，经过运行调试，符合设计要求。

参考文献：

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【通联编辑：梁书】

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