[实用简易电动窗帘的设计] 电动窗帘安装视频
摘要:本文介绍了基于52单片机,实现人控,光控,定时控制三重功能的简易电动窗帘的设计思想与实现过程。对光电转换,电机驱动控制,定时控制等问题进行了设计分析,利用电磁继电器将电机部分与控制部分强弱电分离,使以atmel公司的at89s52单片机为核心的控制电路只要使用弱电信号就能控制220V的电机工作状态。系统结构简单,可靠性高,使用方便,功能易扩展,适用于家居卧室,教室,图书馆等多种场合。
关键词:光电转换 电机控制 液晶显示 光控窗帘
引言
窗帘是日常生活中必不可少的用品之一,并且在图书馆,列车,商厂,教室等公共场合被大量使用,目前市场上的窗帘一般都是纯机械的,不具有自动控制功能。在某些大型公共场合,玻璃窗或玻璃墙使用很多,还需配备专门工作人员负责窗帘的升降管理,浪费人力资源。我们所设计的简易电控窗帘具有定时以及光控功能,可以根据具体需要进行设置,达到统一管理的效果,且人控升降时只需按两个按键,更省时省力;成本低廉,使用方便,也可于家庭中使用。
2 系统结构及硬件电路
本系统主要包括四个部分:电压输入、变换部分,光电信号转换输出部分,电机控制部分,单片机控制与液晶显示部分。以atmel公司的at89s52单片机为控制核心,采用光敏电阻将光信号转变为电信号输入单片机中,单片机结合当前工作状态给电机发送控制信号。具体流程如下:
当系统开机时,液晶屏上将立即对运行时间进行计时,显示在液晶屏的第一行。此时用户将进行控制模式选择,一为手动控制模式,二为光敏控制模式,三为定时控制模式,用户可以根据自己的需要用拨码开关选择想要的控制模式,用户选择的模式将会显示在液晶屏的第二行。
在手动控制模式下,用户只需要通过上升和下降两个拨码开关进行控制,并且能够随时停止该操作,使窗帘能够停在任何位置。
在光敏控制模式下,窗帘将被自动控制,当光强高于所设定的标准时,窗帘将会自动下降,直至整个窗帘被拉下(软件中带有计数操作,自动记忆电机转动圈数,即窗帘尾部所处位置,且设有上下限,当窗帘上拉置顶或者下降到底时电机停止工作,并且不影响其他控制功能的操作,起到一个保护作用),反之,当光强低于该标准时,窗帘将自动上升至顶。
在定时模式下,用户可以通过按键开关对窗帘进行定时,用户所设定的时间将会显示在LCD显示屏上,当开始系统运行时就开始计时的时间与设定的时间达到一致时,窗帘就开始按照与当前相反的状态升或降。
电压输入与变换
由于系统各部分供电电压要求不一致,采用三端稳压芯片7805、7806进行电压变换,如图1示。VDD为12V,由一直流变压器直接输入,为电路中的继电器以及大扭矩减速电机提供电源;VCC为6V,由三端稳压芯片7806产生,输入为12V,输出6V,为光控电路提供电源;VBB为5V,由三端稳压芯片7805产生,输入为12V,输出为5V,为at89s52单片机提供电源。
78系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。
电机驱动部分
如图2这部分设计采用了两个12V的电磁继电器实现强弱电分离,使得控制部分只要使用弱电就能控制例如220V的电机的工作状态。由单片机的P3.6、P3.7脚控制三极管Q2,Q3的通端,从而控制机电机,最终控制电机的运行。电机输入信号两端加上了保险丝,保护电机不至过载烧毁。
光控电路部分
为了能准确反映光强变化情况,我们采用了灵敏度较高的光敏电阻。光敏电阻阻值随光强变化如表1所示,数据为多天同一时段测量取平均值,测量时间为三月份。
通过以上数据发现,光敏电阻在光强很强与光强较弱之间存在很大的阻值差,在强太阳光下电阻大概5K欧姆左右,光弱时电阻为几百K欧姆甚至达到几个M,利用此特点可以设计出稳定度较高的光电信号转化电路,如图3所示。其中R3为光敏电阻,这部分电路采用6V供电,通过阳光强弱变化改变光敏电阻的阻值,从而改变输出电压,其中输出端接单片机P2.7脚,判断电平的高低从而选择输出信号控制窗帘的起降。
2.4单片机控制与液晶显示部分
At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52将8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口等多种标准功能集为一体,所以只需配置少量外围电路就可构成控制、显示系统,整个系统结构十分紧凑,有利于降低功耗,提高系统的可靠性。在单片机的人机交流界面中,一般的输出方式有以下几种:发光管、LED数码管、液晶显示器。由于字符型液晶显示器具有显示质量高,数字式接口,体积小,重量轻,功耗低,且功能最全面等优点,我们选用lcd1602,原理图如图4所示。
如图所示,除晶振与复位电路外,还有三个拨码开关与两个按键,三个拨码开关信号分别对应三种工作模式。若选用定时模式,则两个按键配合使用(两个按键分别对应小时、分钟)调节定时时间;若选用手动控制模式,则另外两个拨码开关用作升降控制。
3 结语
该系统的电机驱动电路采用了强弱电分离设计,使得控制电路与实际电机控制输出分离。与此同时增加了保护电路,用保险丝保护电机防止烧坏。电机采用了每分钟一百转的12V大扭矩减速电机使的窗帘的卷起或者放下速度适中。而在光控电路部分,我们运用了灵敏度较高的光敏电阻,由此带来的不稳定一度成为我们的难题,好在经过长时间的思考和尝试,我们还是顺利的解决了这个问题,最终获得成功。此电路有较强的稳定性,软件中带有计数操作,自动记忆电机转动圈数且设有上下限,当窗帘上拉置顶或者下降到底时电机停止工作,并且不影响其他控制功能的操作。实验表明,该电动窗帘系统电路简单,性能稳定,搭建方便,易于扩展,可靠性高。系统通过改造,还可用于更多自动控制领域,具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] 张俊谟编著.《单片机中级教程――原理与应用》.北京航空航天大学出版社,2008年.
[2] 李广弟,朱月秀,冷祖祁编著.《单片机基础》.北京航空航天大学出版社,2007年.
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[4] 查普曼著,满永奎译.《电机原理及驱动》.清华大学出版社,2008年.
[5] 陈永甫主编.《常用电子元件及其应用》.人民邮电出版社,2005年.
作者简介:
佘��(1990.03)女,本科,电子科学与技术专业;单位:南京东南大学电子科学与工程
学院
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