红外遥控窗帘系统设计

目录

摘要： (1)

1 设计意义及要求 (1)

1.1 设计意义 (1)

1.2 设计要求 (1)

2 总体方案设计 (1)

3 硬件电路设计 (2)

3.1单片机最小系统设计 (2)

3.2 无线发射、接收模块设计 (5)

3.2.1 PT2262/2272芯片简介 (5)

3.2.2发送、接收模块简介 (7)

3.2.3发送、接收模块电路简介 (7)

3.3 光敏检测模块设计 (9)

3.4 电机驱动模块设计 (9)

3.5 状态指示模块设计 (10)

3.6供电电源模块设计 (11)

4 程序设计 (12)

4.1 软件介绍 (12)

4.2 程序设计 (13)

结论 (16)

参考文献 (16)

附录 (16)

附录1 (16)

附录2 (23)

附录3 .................................................................................................................... 错误！未定义书签。致谢............................................................................................................................... 错误！未定义书签。

智能遥控窗帘

摘要：随着社会的发展，科技的进步，生活水平的提高，人们对家庭生活的舒适性有了更深层次的认知，都不愿停留在传统的生活环境内。所以为了进一步满足人们高水准生活的需求，各种人性化家用电器的设计不断被提出。而窗帘作为每个家庭的生活必须用品，自然也要满足人们对便捷性的要求，因此一款具有使用价值的智能遥控窗帘值得深入研究。而以8位STC89C51单片机为核心器件设计的红外遥控窗帘就是日后窗帘的一种发展趋势。其主要模块有单片机控制系统，无线发射、接收模块，光敏检测模块，电机控制模块，状态指示模块。可以实现无线遥控，防止过卷，指示运行状态等功能，还具有智能模式，可根据环境光线的强弱对窗帘的开关进行自我调节。

关键字：STC89C51；控制系统；无线遥控

1 设计意义及要求

1.1 设计意义

随着社会的发展，科技的进步，生活水平的提高，人们对家庭生活的舒适性有了更深层次的认知。以往的窗帘仅仅是起到遮光的效果，智能化与人性化程度较低，只能通过人们手动去拉动，给居家生活造成了一定的不便，尤其是对于一些应用大型窗帘的会议厅、歌舞厅、酒店等来讲，传统式窗帘的功能已显得极为单调，不能再满足人们各方面的需求。于是遥控电动窗帘在最近几年得到迅速发展，红外遥控的智能窗帘，不但能够解决手拉开关窗帘的难题，而且能够使人们的生活更加便捷，更加人性化，同时还可以根据环境光线的强弱对窗帘的开关进行自我调节，使人们深切体验到智能化时代带来的生活层面的满足。

1.2设计要求

本次课程主要任务是基于STC89C51单片机的遥控窗帘的设计。主要功能如下：

1）控制窗帘的开关。

2）具有防过卷功能。

3）具有无线遥控功能。

4）能够指示运行状态。

5）可以根据环境光线的强弱对窗帘的开关进行自我调节。

2 总体方案设计

智能遥控窗帘总体方案设计框图如图2-1所示：

图2-1 信号发生器总体方案设计框图

由上面智能遥控窗帘总体设计方案框图可看出，本设计是由六部分组成，分别是单片机最小系统、无线发射和接收模块、光敏检测模块、电机驱动模块以及状态指示模块、电源模块。其中最核心是STC89C51芯片构成的微控制器，通过编写C语言来控制芯片。整个设计过程是先通过无线发送和接受模块进行信号传输，主要是用由PT2262/PT2272编码解码芯片，通过解码芯片PT2272输出D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机。然后再通过对单片机编写程序控制继电器的吸和，进而可控制直流电机的正转和反转，并且状态指示模块可显示运行状态。同时利用光敏检测模块检测光强，实现对窗帘升降的控制。电源模块为整个系统供电。

3硬件电路设计

本设计是基于STC89C51单片机的遥控窗帘。采用无线遥控方式控制窗帘的智能转动，实现智能化窗帘，解放人们的双手。

3.1单片机最小系统设计

本设计使用的是芯片STC89C51组成的单片机最小系统作为核心控制电路。由于构成最小系统的各个元器件价格都相对低廉，所以制作一个单片机最小系统的成本较低，且功能很多，特别适合初学者学习和研发使用。

STC89C51芯片的引脚排列如图3-2所示。

图3-2S TC89C51引脚

它总共有40个引脚，是一种功耗很低、性能很高的CMOS型8位微处理器，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。其主要引脚及功能介绍如表3-1所示。

表3-1S TC89C51主要引脚及功能

引脚名称功能介绍

VCC 接+5V电源

GND 公共端，接地

XTAL1

时钟引脚。XTAL1是片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端，使用片内振

荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容。

XTAL2 时钟引脚。XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端，使用片内振荡器时，该引脚连

接外部石英晶体和微调电容。

RST 复位引脚，高电平有效，与电阻电容并联组成复位电路。

EA 外部存储器访问允许控制端，EA为高电平时，单片机只读片内程序存储器中的程序，但PC值超出时，将自动转向读取片外程序存储器中的程序。EA为低电平时，只读取外部程序存储器中的内容。

P0—P3 单片机4个双向的8位I/O口，P0口可作为通用的I/O使用，但需要加上拉电阻，这时为准双向口。P1口是单功能的I/O口，位地址为90H～97H。P2口是一个双功能口，位地址为A0H～A7H。P3口增加了引脚的第二功能，从P3.0～P3.7分别对应RXD、TXD、0

INT（外部中断0输入）、1

INT（外部中断1输入）、T0（定时器0外部输

入）、T1（定时器1外部输入）、WR、RD。

单片机在正常工作时，只有在时钟控制下单片机的取码到译码到微操作才能有序进行，内部时钟方式和外部时钟方式组成了单片机整个时钟信号产生的方式，我们可以根据自身设计需要选择与其相对应的时钟信号产生方式，在本系统中要用到的是片内振荡器，所以选用的时钟信号产生方式为内部时钟方式，图3-3为本设计中使用的时钟电路。

图3-3时钟电路

这种时钟方式产生时钟信号的原理是在XTAL1、XTAL2两端接入一个石英晶体（这种石英晶体的晶振范围一般为0～24MHz，本设计选用12MHz的晶振），再接入一些电容对频率进行稳定（本设计选用两个22pF的电容进行频率稳定），将两个并联电容的一端接地，另一端与12MHz的晶振连接，这样与单片机内部电路组成一个稳定的自激振荡器。

在单片机刚开始上电或者正常工作过程中出现故障时都需要对它进行复位操作，所以一个完整的单片机最小系统一定不能少了复位电路。由于上电复位只会在系统启动的那一刻进行一次自动复位，而在接下来的运行过程中如果出现故障将不会再自动复位，所以本系统使用的是按键复位，可以在运行过程中进行反复多次复位，避免在运行过程中出现故障时无法进行操作。如图3-4所示。

图3-4复位电路

上面引脚介绍时已介绍RST复位引脚相关内容，高电平有效，因此在设计按键复位时在RST 引脚并联一个电容C3和两个电阻R1、R2，R1的另一端与接地相连，R2的另一端通过一个按键与电容C3连接接入+5V电压，这样就组成了复位电路，当按下按键时，R2和C3组成一个闭合回路，已经被充好电的电容将通过此回路快速放电，从而把RST的引脚变为高电平，这样就满足了单片机的复位条件。

一个完整的单片机最小系统便是由时钟电路和复位电路构成，只有在它们两个同时存在时单片机最小系统才能正常工作，单片机最小系统原理图如图3-5所示。

图3-5单片机最小系统

3.2 无线发射、接收模块设计

3.2.1 PT2262/2272芯片简介

PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位的通用编解码芯片，最多有12位，即A0-A11；三态地址端管脚，三态分别是悬空、高电平、低电平。它们任意组合可提供531441地址码。PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端,设定的地址码和数据码是从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

PT2262/PY2272特点

1）CMOS工艺制造，低功耗

2）外部元器件少

3）RC振荡电阻

4）工作电压范围宽：2.6-15v

5）数据最多可达6位

6）地址码最多可达531441种

PT2262/PT2272应用范围

1）车辆防盗系统

2）家庭防盗系统

3）遥控玩具

4）其他电器遥控

图3-6 PT2262/PT2272的引脚图，表3-2、3-3分别是它们的各引脚功能图。

图3-6PT2262/PT2272引脚

表3-2 PT2262主要引脚及功

表3-3 PT2272主要引脚及功能

3.2.2发送、接收模块简介

无线遥控主要是利用SC2262/SC2272 编码解码芯片组成无线发送、接收模块。无线发送、接收模块参数如下：

1)通讯方式：调幅AM

2)工作频率：315MHZ/433MHZ

3)频率稳定度：±75KHZ

4)发射功率：≤500MW

5)静态电流：≤0.1UA

6)发射电流：3～50MA

7)工作电压：DC 3～12V

数据发射模块的工作频率为315M，采用声表面谐振器来稳定频率，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频率漂移仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表面谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。

3.2.3发送、接收模块电路简介

编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果一直按住按键，编码芯片就会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262芯片不供电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并且会发射相同幅度的高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全是受PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）

相当于调制度为100％的调幅。发送模块电路设计如下图3-7所示：

图3-7发送模块电路

数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V ，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。接收电路输出端通过NPN 三极管9013将输出的高电平转变成低电平，单片机可以识别低电平变化。接收模块电路设计如下图3-8所示：

k

图3-8接收模块电路

在这个模块设计中，单片机对接收模块会产生电磁干扰。其中51系列的单片机电磁干扰比较大，2051稍微小一些，PIC 系列的比较小，我们需要采用一些抗干扰措施来减小干扰。比如单片机和遥控接

收电路分别用两个5伏电源供电，将接收板单独用一个MC7805供电，单片机的时钟区远离接收模块，降低单片机的工作频率，中间加入屏蔽等。接收模块和51系列单片机接口时最好做一个隔离电路，能较好地遏制。

3.3 光敏检测模块设计

光敏电阻能将光信号转换成电信号。设计时将光敏电阻与一个电位器串联，两个电阻的另一端分别接12V和地。两个电阻中间连接三极管的基极，通过三极管9013可将变化的电阻转换成变化的电压。光线暗时电阻变大，三极管的基极电压变低，三极管截止，发射极被10k电阻拉低电平，输出低电平；光线亮时电阻变小，三极管的基极电压变高，三极管导通，发射极被电源拉高，输出高电平。这样就能根据光强大小自动控制窗帘的升降。光线传感器的电路如下图3-9所示：

图3-9光敏检测电路

3.4 电机驱动模块设计

设计电机驱动模块时，主要是利用两个继电器“吸”和“放”两种状态来控制直流电动机正反转。通过编写程序控制单片机的P3.0和P3.5口的电位，当P3.0为高电平，P3.5为低电平时，三极管Q3导通，Q4截止。因此继电器1处于“吸”状态，即与电机断来；而继电器2处于“放”状态，与电机连接。即电机反转。同理，当P3.0为低电平，P3.5为高电平时，电机正转。这样就能控制窗帘的开合。电机驱动电路如下图3-10所示。

图3-10电机驱动电路

3.5 状态指示模块设计

本模块车技主要利用3个LED灯来显示系统工作状态，3个LED分别是红色、黄色和蓝色。不同的颜色代表不同的指示状态。，通过对单片机的P1口来控制LED的亮灭。当相应的I/O为高电平时，则对应的LED等就会亮；反之，则灭。其中红灯亮代表系统处于自动模式，受光强控制，即光线亮时窗帘升起，光线暗时窗帘下降；蓝灯亮时代表直流电机正传；黄灯亮时代表电机反转。这样就可通过状态指示模块轻松的观察到当前系统处于那种运行模式。状态指示电路如下图3-11所示：

图3-11状态指示电路

3.6供电电源模块设计

本设计模块主要元件是L7805CV和7812CV稳压芯片，输出电压分别是固定5V和12V，最大输出电流时1.5A。它们是常用的稳压芯片，电路连接很简单，外围电路中只需并联一个电容就可以将输入的直流电源稳定在5V和12V，为整个系统供电。L7805CV和7812CV本质上是一样的，下面以L7805CV为例进行介绍。

L7805CV的一些基本参数：

（1）输入电压：最大可输入电压是35V；

（2）输出电压：输出的电压基本稳定在4.75V—5.25V；

（3）工作温度范围：L7805不能在温度太低的环境中工作，但可以在高温下工作，范围0—125℃；

（4）纹波抑制比：78dB；

（5）输出电阻：15mΩ。

L7805CV的一些特性：

（1）内部有自带的限流保护电路；

（2）最大输出电流可以达到1.5A，使用时最好加上散热片；

（3）外部不需要接补偿元件。

L7805CV的引脚图：

图3-12L7805CV引脚

从上到下三个引脚依次是信号输入端、公共接地端和信号输出端。

在设计中可以让需要进行稳压的电源从VI口进入7805稳压芯片，经过VO口输出稳压后的+5V 电压，供给其他元器件使用。设计原理图如图3-13。

图3-13稳压电路

直流电通过1号引脚输入到L7805CV内，在1号和2号、2号和3号引脚之间分别并联一个电容，用来滤除高频谐波和尖脉冲，使输出的电压更加稳定，稳定后的电压从3号引脚输出。

4 程序设计

本设计使用的是STC89C51组成最小系统的单片机控制器。对STC89C51芯片编写程序用的是简单易懂的C语言，因此使用的编程软件是Kiel软件。

4.1 软件介绍

Keil-C51是美国Keil软件公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil-C51软件界面如下图4-1所示：

图4-1 Keil-C51软件界面

除了上面介绍的Kiel软件，还有另外一个常用的编程软件---Protel99SE。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以网络设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。Protel99SE的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。Protel99SE软件界面如下图4-2所示：

图4-2Protel99SE软件界面

4.2程序设计

本系统的目的实现无线遥控智能窗，当处于自动模式时，窗帘受光强控制，自动升起和放下。当处于手动模式时，可通过红外遥控控制电机的正转和反转，进而控制窗帘的升降。而这些功能都

需要编写程序来一一实现，图4-1为所编程序的流程图，能很好的体现出所编程序的过程及内容。

图4-1程序设计流程图

5测试结果与分析

在进行最终结果测试时首先进行的是各个电路模块的测试，通过测试焊接的各个模块的电路是否导通正常工作，然后将这些单个的电路组合起来再进行总体测试，测试的结果并不是一次成功的，期间出现了一些问题，下面是在实际测试中发现的一些问题及分析解决方法。

在通电后不管是给光敏电阻强光还是完全遮挡住光敏电阻的感光，电机都不转动，通过查找发现光敏电阻两端的电压并没有因为光强的改变而改变，才导致电机不转动，找到这个原因后对光敏电阻进行了更换以及串联电阻阻值大小的调节，然后在不同光强情况下测量光敏电阻两端的电压，测量结果显示电压值随光强的改变而改变，即整个光强检测电路正常，而且此时打开电源供电后电机在光敏电阻受到强光照射时正转，但是当窗帘底部已经升到顶部时电机仍在转动，并没有停止，然后修改了程序中对电机转动圈数的设定，进行多次调试修改，基本实现了电机停止转动时窗帘正好升到顶端，在窗帘升到顶端以后无意中将强光再次照射到光敏电阻上，此时电机再次转动，也就是整个程序没有屏蔽窗帘在升到顶部以后外界光强再高于设定值时对电机的控制，所以才会导致虽然窗帘已经上升到顶部再给光敏电阻强光时电机会继续转动的情况，通过对程序的修改，实现窗帘上升到顶部以后只有在光强低于设定值时才下降，其他光强情况下窗帘保持不动。

在解决了在实际测试中发现的问题后，整个光控智能窗帘系统能够较好的实现在光强越来越强，达到设定值时电机正转，窗帘上升，升到顶端后停止，直到光强减弱，低于设定值时电机反转，窗帘下降，降到低端后停止。

结论

本设计主要是基于8位的STC89C51单片机的红外遥控窗帘，它可以实现无线遥控，防止过卷，指示运行状态的功能，还可以根据环境光线的强弱对窗帘的开关进行自我调节。整个设计详细的介绍了软件设计和硬件控制的过程，通过多次实验的比对和对设计缺陷的不断修改，最终实现对窗帘智能遥控的需求。

回顾整个设计过程，虽然遇到了许多困难，但自己最终也是受益匪浅。从最先开始的迷茫，不知如何下手，到慢慢收集资料，累积有用的资源，自己逐渐有了设计的思路。为了电路设计的简单化，我把总电路分割成多个模块，例如无线发射、接收模块，光敏检测模块，电机控制模块，状态指示模块，然后在把这些模块统一的协调起来组成完整的电路，最后再把编写的程序加载到单片机中，进行调试、仿真。

挑战无处不在，每个阶段都使我感受到实践至关重要。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，有了理论作为基础，还需要实践作为巩固加强，方能牢固掌握知识。

在这次毕业设计的过程中，我花了大量的时间和精力去查了很多文献并复习了相关专业知识，之后再将自己所掌握的理论与生活中的实践相结合，使得自己对于专业知识的了解达到了更深的一个层次。事实上，毕业论文与设计是对我们大学生四年专业知识积累的一个考量，也是我们必须经历的一个过程，同时它也为我们大学四年画上一个完美的句点。天道酬勤，功不唐捐。脚踏实地，扎稳根基，一点点的去学习，去积累，秉持谦逊严谨的态度，我们总会在一定程度上达成自己的目标。

附录:

附录1

源程序

#include

#include

#include

#define uc unsigned char

#define ui unsigned int

sbit in_go = P1^3;

sbit in_back = P1^2;

sbit change = P1^1;

sbit out_go = P3^0;

sbit out_back = P3^5;

sbit limit_go = P3^4;

sbit limit_back =P3^6;

sbit led_go = P1^4;

sbit led_back = P1^5;

sbit light = P1^0;

sbit led_zhishi = P1^7;

//时间计算

#define Imax 14000

#define Imin 8000

#define Inum1 1450

#define Inum2 700

#define Inum3 3000

//解码变量

unsigned char Im[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};

//全局变量

unsigned char f;

unsigned long m,Tc;

unsigned char IrOK;

bit bdata flag1,flag2,change_flag,flag_shan,flag_shan1,flag_shan2; uc n,shan;

void delay(ui x)//延时函数大约延时x ms

{

ui i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<121;j++);

}

void work()

{

if((IrOK==1&&Im[2]==0x15)||change==0)

{

change_flag=~change_flag;

if(change_flag==1)

{

out_go=1;

out_back=1;

led_go=1;

led_back=1;

}

IrOK=0;

while(change==0);

}

led_zhishi=change_flag;

if(change_flag==0)

{

if(light==0)

{

delay(50);

if(light==0)

{

if((limit_go==0)&&(flag_shan==0))

{

out_go=1;

out_back=1;

led_go=1;

for(shan=0;shan<6;shan++)

{

led_go=~led_go;

delay(500);

}

flag_shan=1;

}

else if(limit_go==1)

{

out_go=1;

out_back=0;

led_back=1;

led_go=0;

flag_shan=0;

}

}

}

else if(light==1)

{

delay(50);

if(light==1)

{

if((limit_back==0)&&(flag_shan==0))

{

out_go=1;

out_back=1;

led_back=1;

for(shan=0;shan<6;shan++)

{

led_back=~led_back;

delay(500);

}

flag_shan=1;

}

else if(limit_back==1)

{

out_go=0;

out_back=1;