实用智能窗帘控制器的设计

实用智能窗帘控制器的设计

1绪论

1.1研究意义

随着电子信息技术迅猛发展，人们对智能家居的要求越来越强烈，方便及舒适的智能窗帘是适应现代化办公和生活环境的迫切需要。智能家居控制系统必将成为未来住宅的发展趋势，走进普通居民的家居，进一步提高居民的家居生活品质与品味[1]。智能窗帘作为其中的一个重要组成部分，其发展也标志着智能家居的发展程度，现在的智能窗帘控制系统集现代光、机、电为一体，是智能家居的理想选择，尽力达到完美与和谐的统一。

本设计根据现代化办公和生活环境的迫切需要，以单片机STC89C54RD+为主控芯片，利用光强度传感器BH1750FVI、温湿度传感器、红外遥控器、红外对管等传感器设计一个实用智能窗帘控制器。其取代了传统的手动推拉窗操作，以一种人性化的工作模式适应人们日益追求简单、方便、舒适的生活方式。

1.2 实用智能窗帘控制器的设计的发展

自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲等经济比较发达的国家在智能家居的设计上也提出了各种方案[2]。智能窗帘作为其中的一个重要组成部分，其发展也标志着智能家居的发展程度，智能窗帘是未来居家生活的发展方向，虽然现在普及比较少且大多是有钱人的专属，但是随着电子技术的飞速发展和电子元件价格的下降,具有功能完备、安全性较高、便于窗帘的维护、性价比高等优点的智能窗帘得到窗帘设计者的青睐。

1.2.1基于无MCU智能窗帘控制器的设计

无MCU的智能窗帘控制器典型设计原理如图1.1，其核心电路为CK-95专用窗帘驱动模块。该控制器把控制信号经逻辑变换和电平变换后送到CK.95窗帘驱动模块控制电机工作，根据控制信号执行输出从而控制窗帘的开和关[3]。

奥兰AL.CK01由驱动模块、电源模块、遥控接收及定时电路、控制电路等组成，其体积小巧，安装方便。但是，这种设计的控制器没用到微处理器MCU，使其控制不灵活，每一种功能上改动必会引起硬件上的变化，显得并不智能，不能满足高效、智能窗帘控制机的要求。

1.2.2基于PLC智能窗帘的设计

基于PLC智能窗帘的设计框图如图1.2所示。接通开关后，打开PLC电源，PLC启动后就对煤气检测模块、烟雾检测模块、温度检测模块、红外线检测模块等进行检测[4]。PLC根据这些信息自动控制窗户或者窗帘的开关。

该智能窗设计最大的特点是功能模块化，PLC的接口较多，使得该设计的制作和编程较为方便。显然PLC的功能强大可以完成一个智能窗户的所有功能，其利用输入的各个检测信号输入到预处理模块进行电量转换，并将信号输入到PLC处理，控制输出模块的动作，进行智能窗户的设计,功能十分完备。但是，其价格昂贵，一个低端的PLC裸机就高达一千元左右，再加上其体积庞大不易安装、I/O 接口的浪费，显然是大材小用了。

图1.2 基于PLC的智能窗帘的设计

1.2.3基于网络化智能窗帘控制器的设计

基于Zigbee技术设计的智能窗帘网络化控制系统，其典型的原理框图为图1.3。利用系统网络的拓扑和采用Zigbee网络技术来对整栋办公大楼的窗帘进行集中控制管理[5]。根据室外温度、光照强度等参数控制窗帘或者窗户，同时可以起到节约能源和美化整栋建筑幕墙的作用。但是这种方案把每个办公室的温度和光强的情况统一化了，没有按照每个办公室的实际需要而进行统一的管理和控制，使其在广泛利用方面有一定的局限性。

图1.3 基于Zigbee技术的智能窗帘网络化控制系统

1.3 研究容

设计容：设计一个智能窗帘，用STC89C54RD+为主控芯片，以数字光强度、湿度、温度等传感器作为外围电路的窗帘控制器。将各传感器的信号送入单片机，利用单片机发出控制信号去驱动电机转动，完成一个窗帘控制器的设计，使其具有功能完备、安全性较高、便于维护等特点。

该控制器能检测环境的光线强度和湿度，并根据自己设点值自动打开窗帘的打开程度；定时早晚开关窗帘；红外遥控远程控制窗帘的开关和参数设置；能用液晶显示实时显示工作参数等。

1.4 论文结构

整个论文结构安排如下：

第1章绪论：介绍智能窗帘的背景、意义和发展现状

第2章系统硬件设计：讲述本设计所用到的各硬件模块的功能和实现方案

第3章系统硬件模块：系统的介绍硬件系统的总体电路和各个模块硬件功能的实现

第4章系统软件设计：系统地介绍软件流程、各模块的软件设计和总体程序组合

第5章系统的调试：从模块到整机的调试

第6章结束语

2系统硬件设计

2.1功能要求

主要功能：

⑴光线强度检测：通过光线强度传感器实时检测光线强弱，控制窗帘打开的合适程度，为室提

供设定的光线强度；

⑵时钟定时及万年历功能：能提供一个简单的万年历功能并能够定时早晚开关窗帘；

⑶红外遥控远程控制：可以用遥控进行窗帘的开和关，以及各个参数的设置；

⑷湿度检测：能完成湿度检测，当房屋湿度太大能自动打开窗帘进行通风；

⑸各参数（光线强度、湿度、工作模式、万年历等）的实时显示；

⑹窗帘的完全关闭和打开的自动检测及控制等。

根据设计的需要，将单片机最小系统、传感器模块、液晶12864显示、电机驱动电路和电机模块、红外遥控器和遥控接收模块、电源模块等有机组合完成以上的设计要求。

2.2设计方案

利用单片机STC89C54RD+为主控芯片，以数字光强度、湿度、温度、红外对管等传感器为外围电路的有机结合，送入单片机中去驱动电机的转动。最终完成一个具有功能完备、安全性较高、便于窗帘维护等特点的窗帘控制器, 总体设计框图如图2.1。模块化设计：

⑴单片机最小系统模块：单片机的电源电路、开关、必要的时钟电路、复位电路及按键；

⑵传感器模块：BH1750FVI是用16位数字光强度传感器，利用部的模数转换器把采集光的强度

实时送到STC89C54RD+中进行处理，理将温湿度传感器等信号通过电量转换送入单片机[6]；

⑶显示模块：通过液晶12864显示时间和工作模式及其参数等；

⑷电机模块：经过单片机对各种传感器的实时信息输入，根据预先设置好的参数对电机进行控

制，主要为正转和反正的控制；

⑸遥控模块：通过红外解码，进行遥控器的重新设计；

⑹红外对管的模块，设计红外对管电路，能完成窗帘的完全关闭和打开的自动检测及控制等。

图2.1 窗帘总体设计框图

2.3小结

本章主要讲述了该设计要完成的主要功能和设计方案，根据功能确定智能窗帘设计的总体框图，以及其硬件电路设计的整体情况。完成了分析功能要求和确定设计方案。