自动窗帘控制系统

摘要

一．电路组成

（1）光敏电路模块

由光敏和一个合适的电阻分压，然后进行采样并采用单片机技术控

制单片机正反转！

（2）电机驱动模块

直流电机和步进电机的区别：直流电机控制方法简单但不精准，步

进电机精准

（3）电源电路模块

二．程序设计(略)

三．系统功能描述

（1）光敏检测部分

（2）电机驱动部分

摘要

本系统以51单片机为核心器件。其主要模块有单片机控制系统，光敏检测模块，电机驱动模块，电源模块。利用光敏二极管检测光照强度的变化，利用光敏检测模块将电阻变化转化为电压变化，并将电压变化的信号送单片机，单片机通过电机驱动模块控制着电机的正反转实现窗帘的来回移动，并辅以温度检测模块来检测室温，构成一个多功能自动窗帘控制系统。其中,光敏控制模块由光敏二极管和NE555定时器构成，电机驱动模块采用DS2003实现电机的驱动，电源模块实现给整个系统供+5V的电源。经过程序编制，制作电路板和调试，基本达到了我们所期望的系统功能。

关键词：单片机（51）、光敏二极管、NE555、DS2003、稳压7805 一．电路组成

（1）光敏检测模块

1）光敏二极管的构成及原理：

与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层SiO2保护层，它把PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。

光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1 * 10-8 -- 1X10 -9A(称为暗电流)，此时相当于光敏二极管截止;当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对O这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这

样完成电功能转换的。

在芯片CA3140中，由光敏二极管经一个电阻为10千欧的电阻连到引脚2，电源经1兆欧的电阻连道引脚3，经引脚6输出连到NE555定时器的引脚2端。

2）555定时器的构成和原理

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS 工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V 工作，7555 可在3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，因

而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5 脚悬空时，则电压比较器A1 的反相输入端的电压为2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器A2 的输出为1，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则A1 的输出为1，A2 的输出为0，可将RS 触发器置0，使输出为0 电平。

555内部结构及其电路符号在芯片NE555定时器中，通过引脚3、引脚6、引脚7输出高低电平接到单片机，由单片机控制。

（2）电机驱动模块

DS2003是著名的SGS公司的产品，比较常见的是16脚MULTIWATT 封装的DS2003，内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，VSS电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，但经过我们的实验，Vs电压应该比VSS电压高，否则有时会出现失控现象。下表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。

该芯片的核心是H桥电路，H桥式电机驱动电路主要包括4个三极管。通过对角线上的一对三极管的导通情况，电流会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

电机顺时针转动：电机逆时针转动：

本系统通过光敏检测模块将光信号转化为电平信号输入单片机，单片机通过程序控制实现两个I/O端口在特定时间段向DS2003的IN1,IN2输出高低电平，进而实现对电机的控制。

（4）电源模块

由于我们在整个电路系统中用到+5V的电压，所以我们用三端稳压块lm7805芯片来制作+5V的电源模块。电路原理图如下：

7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压恰好为+5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，我们所用的是lm7805,下面我们简单的介绍一下它的3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。

<7805引脚图>

其中引脚1接整流器输出的正电压，引脚2为公共地(也就是负极)，引脚3就是我们需要的+5V输出电压了。我们考虑到实际的应用环境及用户的接受认可程度，我们用下面的固定式三端稳压器输出电压可调电路来实现+5V的输出。但是在我们制作的过程中用直流+9V来代替输入端的整流器输入。

上图中R1用220Ω，R2用680Ω的这个是用来调节输出电压的。输出电压公式Uo≈Uxx(1+R2/R1)，此稳压电路可在5～12V稳压范围内实现输出电压连续可调节。此三端集成稳压集成电路lm7805最大输入电压为35V，输入输出差需保持2V以上，这样该电路中因为稳压器的直流输入电压是正14V，故该稳压电路的最大输出电压为正12V。此电路的精度一般可达到

0.04以上，用lm7805就能满足一般需求了.

二．程序设计

程序流程为：

利用单片机的PB0做光敏检测模块的输入口, PC为LCD控制端，PA为LCD数据端，PB2-PB5做电机驱动模块的输出口。

当清晨是阳光较强，此时光敏二极管呈现低电阻，相当于接入单片机为低电平，可以通过程序在PB0口输出控制步进电机正转，来关闭窗帘。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S1被接通，使PB2变为低电平，单片机输出停止，电动机M停转。

当傍晚时光线比较弱，此时光敏电阻呈现高电阻，相当于接入单片机为高电平，可以通过程序在PB0口输出负相脉冲控制步进电机反转，来打开