智能遥控窗帘系统设计【开题报告】

毕业设计（论文）开题报告

题目：智能遥控窗帘系统设计

专业：电子信息工程

1选题的背景、意义

当今时代，科技的发展和人们生活水平显著提高,人们对居住环境方便快捷的要求越来越高,智能家居系统应运而生。智能家居是现代电子技术、通讯技术及自动化技术相结合的产物。它能够实现对家电设备的自动控制和管理、对家庭的安全进行监测报警,能够为用户提供安全舒适、高效便利的生活环境。

随着高新技术及电子器件的发展，光控、温控及遥控窗帘应运而生，给人们的生活带来了很多方便。同时，也为人们的生活环境以及智能家居的实现提供了依据，为此，研究与设计智能窗帘控制系统具有深远的现实意义。

窗帘机是专门为高大的窗户设计的窗帘控制装置，根据功能不同可以分为电动、遥控、自动和智能等多种规格。电动窗帘机是通过窗帘机上的控制按键操作窗帘开合的一种最简单的窗帘机，仅仅解决了手拉窗帘的问题，可还需要人来近距离操作，电动窗帘机使一些超高、超宽窗帘的操作变得比较容易。但因为这种窗帘机技术含量低，基本上没有厂家作大规模工业化生产。然而遥控窗帘机却可以远距离操作窗帘的开合，使用更为方便，在现代生活更有广泛的使用价值。

2相关研究的最新成果及动态

2.1 最新成果

智能窗帘的主要品牌有福建龙岩的飞鸿牌，北京的龙华和广州的创明等，还有一些国外品牌的产品。自动窗帘机具有自动控制功能，使窗帘天亮自动打开，天黑自动关闭，使用更为方便。智能窗帘机同时具有手动、遥控和自动功能，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[1]。

奥兰AL-CK01智能窗帘机是兰州四达电子技术研究所应用微电子技术和光电子技术研制的高科技民用电子产品, 可在各种使用窗帘的场合实现开关窗帘的自动控制、手动控制和红外遥控, 是现代办公和生活环境的高档配套产品。

本窗帘机设计合理，结构先进，可靠性高，和同类产品相比具有鲜明的技术特色。具有自动功能的窗帘机在设计上必须要解决的技术问题是窗帘运动到位后如何停机。本机使用了巧妙的停机方法：窗帘拉到位后由于阻力增大电机转不动了，此时电机的反电势将消失，致使电机电流迅速增加，用检测电路检出此信号

送给由电子元件组成的电子开关，切断驱动电路的输入信号使窗帘机停机。这样，窗帘轨道上不用安装任何检测器件就能控制停机，既简化了安装，又降低了生产成本，还提高了工作的可靠性。用以上方法虽然很好的解决了正常工作时窗帘机的停机问题，但窗帘机工作一段时间以后，窗帘拉绳可能会松弛，这样窗帘拉到位后窗帘拉绳和主动滑轮之间就可能打滑，一旦出现打滑的情况，窗帘机的电机将不能被强行止转，流过电机的电流达不到停机电流，因而不能正常停机，直至转坏为止。为了避免出现这种情况，窗帘机内设置了约 1 分钟的定时电路，万一打滑，最多转一分钟既停。

窗帘机需要解决的另一个问题是工作的可靠性和寿命问题，拉线结构是影响窗帘机工作可靠性和寿命最主要的因素。本机在设计上主动滑轮使用上下两槽的双槽滑轮，并在安装主动滑轮的执行器上另设置了一个导向滑轮，窗帘绳先在主动滑轮的下主动滑轮的上槽绕一圈，再绕过窗帘轨道另一端的导向滑轮结成闭环，这样窗帘绳在主动滑轮上的包角是两圈，增大了主动滑轮和窗帘拉绳之间的摩擦力，解决了拉绳和主动滑轮之间的打滑问题，使窗帘机能可靠的工作：并且，用这种拉线结构，窗帘绳蹦紧后产生的侧向拉力由加装在执行器上的导向滑轮承担，而加在主动滑轮上的侧向拉力左右互相抵消，因此，主动滑轮只承受旋转力矩，避免了电机旋转时执行器输出轴和轴孔之间的单向磨损，延长了窗帘机的使用寿命。

本窗帘机还采取了一些其他的措施来进一步提高产品的性能和工作的可靠性。如：为了在窗帘机动作时也能保持窗帘绳的张力避免打滑，设计了张紧器；经过一段时间的使用后窗帘绳会松驰，为了能方便的调紧窗帘绳设计了张力调节器；为了使输出滑轮和输出轴之间即能可靠的配合又便于生产时的装配，使用了三用轴和三角孔的配合方法等等。

以上采取的各项技术措施再加上严格的工艺手段，最终使产品真正达到了实用化的程度[4]。

2.2 最新动态

遥控电动窗帘在最近几年被广泛应用于高级智能公寓和私人别墅。随着高科技的进步，近年又出现了直线电机新技术，直线电机技术作为一项高新技术自问世以来，就受到社会各界广泛关注。并以它自身的技术特点迅速改变人们对传统事物的看法。电动窗帘的技术革新——磁驱直线电动窗帘机

直线电机与传统旋转式电机相比在很多领域显示了无可比拟的优势。如机场的物流线、自动感应门、邮政分拣系统、上海的磁悬浮列车、计算机磁盘定位系统、离子加速器等，而将它应用在电动帘机方面则使该行业进入了一个新阶段——磁驱直线电动窗帘机，简直就是电动窗帘行业的新革命。

磁驱直线电动窗帘机直接利用磁驱动的力量驱动电机进行往返动作，带动窗

帘作来回往返运动实现窗帘的开合。运行中电机与轨道运行无接触，减少了机械故障，降低了噪音，确保了运行的可靠性，从而改变了人们对于传统电动窗帘机易发生故障，易脱位、不安全，不可靠、使用寿命短的认识。

磁驱直线电动窗帘机与传统旋转式电机产品的区别在于它舍弃了大量复杂的机械传动机构（不用滑轮及钢丝绳组件及相应的定位装置），减少了大量易损部件。使之设计更紧凑、结构更合理、外观更精美、可靠性更好、安全性更高、使用寿命更长（达到50000次以上）。

磁驱电动窗帘机利用了磁浮（驱）原理制作的运行机构，所以在运行时电机无噪音、轻便、快捷；这是传统产品所无法相比的，同时既可手控也可遥控，与手拉式窗帘机及传统电动窗帘机的易掉线、易卡位、易损坏等相比较，它的优势是不言而喻的，今后必将成为当今高档住宅、宾馆、智能大厦、多媒体中心、私家别墅等的首选自动化窗饰[5]。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

3.1 研究方法

通过控制直流永磁电机的参数，可实现电机的正转或反转，即窗帘的拉起或放下。由于本设计方案要求，系统可根据光照程度的不同（光源自制，由三个发光二极管组成，由单片机设定不同的发光方式），设定窗帘的开度不同，共四种位置（全开﹑位置一﹑位置二﹑全关），且由于系统中含有存储单元，四种位置可重复实现。该系统并且加入风力及雨水传感器，系统可根据传感器发回的数据，控制窗的开度。当风力达到一定参数时，窗会自动关闭，或当雨量达到设定值时，窗也自动关闭。此外，该且此系统外加无线遥控装置，可在一定范围内对窗及窗帘进行控制。

80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS 产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。

80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模

式下，保存RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。

STC89C51可以代替AT89C51，功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。 外型：40个引脚，双列直插DIP-40。STC89C51可以完成ISP 在线编程功能，而AT89C51则不能。 将AT89C51中的程序直接烧录到STC89C51中后，STC89C51就可以代替AT89C51直接工作（一般都不需要做任何改动即可正常工作）。 STC 推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的，而51单片机是主流大军，每一个高等院校、普通学校、网站、业余单片机培训都是以51单片机为入门教材的。STC89C51内部有EEPROM ，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等[8]。

图1 总体设计框图

3.1.1无线发射接收功能模块

nRF905在使用中，根据不同需要，其电路图不尽相同，图4.1所示为典型的应用原理图，该电路天线部分使用的是50Ω单端天线。在nRF905的电路板设计中，也可以使用环形天线，把天线布在PCB 板上，这可减小系统的体积。

nRF905通过SPI 接口和微控制器进行数据传送，通过ShockBurstTM 收发模式进行无线数据发送，收发可靠，使用方便，在工业控制、消费电子等各个领域都具有广阔的应用前景。

nRF905有两种工作模式和两种节能模式。两种工作模式分别是

ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM发送模式，两种节能模式分别是关机模式和空闲模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三个引脚

决定[6]。

3.1.2直流电机驱动模块

直流电机的驱动用的是L293D芯片，它是推拉4通道驱动带二极管，600mA 输出电流每通道。2A峰值输出电流每通道(不可重复，估计将会损坏) 。温度过高保护。逻辑"0"输入电压为1.5V,可以免除1.5V以下的干扰。L293D内置钳位二极管。L293D 是单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接受DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步近马达)，和开关电源晶体管。简单的使用是作为2个桥，一对通道连接起来有一个使能输入。分离的输入引脚提供某种逻辑，允许用低电压操作，并且还包括内置的钳位二极管[9]。这个设备适用于高达5KHz的开关应用。L293D是16引脚塑料封装，中间的4个引脚是短路的（为了散热）。

图2 80C51与L293D连接电路