基于單片機(jī)的遙控防盜窗簾設(shè)計(jì)

劉志鶴

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的遙控防盜窗簾設(shè)計(jì)

劉志鶴

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本設(shè)計(jì)是在8位的STC89C51單片機(jī)基礎(chǔ)上來(lái)設(shè)計(jì)的遙控防盜窗簾。通過(guò)無(wú)線遙控模板中的SC2272和SC2262編碼解碼芯片組成無(wú)線傳送接收模塊；直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)可以控制窗簾的開關(guān)，需要兩個(gè)繼電器的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)；智能模式和手動(dòng)模式的切換，只要按下遙控板上的切換按鍵就可以實(shí)現(xiàn)；為了防止窗簾超過(guò)正常運(yùn)行的長(zhǎng)度，手動(dòng)觸動(dòng)行程開關(guān)以此實(shí)現(xiàn)窗簾停止；當(dāng)人體感應(yīng)模塊檢測(cè)到紅外線時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。

STC89C51 直流電機(jī) 遙控窗簾

1 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，人民生活水平也越來(lái)越高，人們也在追求著更好更舒適的生活環(huán)境，窗簾作為人們生活的必備家居設(shè)備，自然也在人們追求的范圍之內(nèi)，因此一種智能的遙控防盜窗簾越來(lái)越受到人們的歡迎與需求。

但在傳統(tǒng)上，窗簾需要手動(dòng)去拉動(dòng)，每天早晚需要開關(guān)兩次，尤其是那些笨重的，特別長(zhǎng)的在別墅之類里的窗簾。遙控防盜窗簾只要遙控器輕輕地按下去，遙控窗簾就自動(dòng)開關(guān)。實(shí)際中很方便，并且這種窗簾可以實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的功能。因此本次設(shè)計(jì)，我們主要設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的遙控防盜窗簾。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文主要是以STC89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)遙控防盜窗簾的功能。包括限位開關(guān)部分、復(fù)位按鍵模塊、無(wú)線遙控模塊、人體感應(yīng)模塊、直流電機(jī)控制模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、光敏檢測(cè)自動(dòng)控制功能模塊、LED指示燈模塊和單片機(jī)最小系統(tǒng)等模塊。下面介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的部分主要模塊。

2.1 系統(tǒng)框圖

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框圖

此次設(shè)計(jì)采用8位的STC89C51單片機(jī)做控制器。依據(jù)光敏電阻來(lái)感應(yīng)識(shí)別光線，智能地實(shí)現(xiàn)白天升起窗簾、黑夜降落窗簾。無(wú)線遙控是由SC2272或者SC2262編碼解碼芯片構(gòu)成的無(wú)線發(fā)送接收模塊，再使用SC2272接收輸出端得D0、D1、D2、D3傳遞信號(hào)進(jìn)而控制單片機(jī)。接著，依據(jù)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制窗簾的升降，LED指示燈兩種顏色分別代表著直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)。為了防止窗簾超過(guò)正常運(yùn)行的長(zhǎng)度，手動(dòng)觸動(dòng)行程開關(guān)以此實(shí)現(xiàn)窗簾停止。當(dāng)感應(yīng)到有人入侵報(bào)警提示，可以撤防報(bào)警。

2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

能夠使單片機(jī)正常工作而用到最少的器件的電路就是所謂的單片機(jī)最小系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)正常工作的單片機(jī)需要一個(gè)復(fù)位電路來(lái)使單片機(jī)能夠恢復(fù)到初始狀態(tài)，同時(shí)它也需要一個(gè)晶振電路來(lái)給單片機(jī)一個(gè)初始的工作頻率。

晶振電路是每個(gè)單片機(jī)必須要的，因?yàn)閱纹瑱C(jī)需要一個(gè)初始的頻率來(lái)使它能夠正常的工作。一般都使用一個(gè)12MHz的晶振和兩個(gè)30uf電容連接到單片機(jī)的XTAL1和XTAL2來(lái)實(shí)現(xiàn)。在使用振蕩器時(shí)，芯片中的引腳XTAL1是作為輸入端、XTAL2為對(duì)應(yīng)的輸出端。應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，首先保證單片機(jī)的時(shí)鐘系統(tǒng)能夠正常工作。當(dāng)晶振電路、電源電路和復(fù)位電路正常時(shí)，在ALE引腳可以觀察到穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，其頻率為：晶振頻率/6。

2.3 無(wú)線遙控模塊

無(wú)線遙控模塊的主要參數(shù)如下：

①工作電壓：直流電壓5～12V

②發(fā)射功率：≤500MW

③發(fā)射電流：3～50MA

④頻率穩(wěn)定度：±75KHZ

⑤工作頻率：315MHZ/433MHZ

⑥靜態(tài)電流：≤0.1UA

⑦通訊方式：調(diào)幅AM

無(wú)線遙控有兩種：其一是紅外線無(wú)線遙控，其二是電磁波無(wú)線遙控。常用的是紅外線無(wú)線遙控，其遙控的距離不遠(yuǎn)，并且是直線方向遙控。

2.4 遙控電路

本設(shè)計(jì)是以sc2262/sc2272為紅外線遙控核心芯片的遙控和接收。其遙控電路如圖2所示：

圖2 遙控電路

12伏電壓供電在遙控器上，當(dāng)按下按鈕后，電池的+端就會(huì)與發(fā)射模塊的電源端以及芯片相接，而且傳遞出信號(hào)，這種設(shè)計(jì)可以保持電池很長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)。

2.5 光線檢測(cè)模塊

光敏電阻是利用內(nèi)光電效應(yīng)的原理制成的，而且大部分是由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。光敏電阻感光是光照強(qiáng)度檢測(cè)的采集部分，通過(guò)光敏電阻感光測(cè)量電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)判斷光的強(qiáng)弱功能。光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是：適用范圍廣，容易購(gòu)買，種類繁多。

本系統(tǒng)采用光敏電阻器，主要是其電阻值可以根據(jù)外界環(huán)境光線強(qiáng)弱的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。光敏電阻的工作特性：光線變陰暗的時(shí)候，電機(jī)發(fā)轉(zhuǎn)代表著窗簾降落。光線變明亮的時(shí)候，電機(jī)正傳代表著窗簾升起。這種依據(jù)光敏電阻特性的原理是：光敏電阻的工作特性主要根據(jù)光線的變化。當(dāng)光線顯示白天的時(shí)候，此時(shí)三極管的基極電壓值由于電阻值變大接近于零，導(dǎo)致三極管不導(dǎo)通。并且發(fā)射極輸出低電平。當(dāng)光線顯示黑夜的時(shí)候，三極管的基極電壓由于電阻值變得很小此時(shí)變得非常高，導(dǎo)致三極管導(dǎo)通，并且發(fā)射極輸出高電平。光線傳感器原理如圖3所示：

圖3 光線傳感器原理圖

2.6 蜂鳴器報(bào)警模塊

本系統(tǒng)的報(bào)警模塊用的是蜂鳴器，LED燈作為報(bào)警顯示，蜂鳴器主要由電阻、PNP三極管和發(fā)生器組成。常見的蜂鳴器具有以下兩種形式，一種是有源蜂鳴器，另一種是無(wú)源蜂鳴器。有源和無(wú)源的區(qū)別在于蜂鳴器內(nèi)部是否有振蕩源。有源濾波器內(nèi)置有振蕩源，只需要給其供電即可發(fā)出聲音，而無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源，因此需要給驅(qū)動(dòng)脈沖才能夠發(fā)出一定頻率的聲音。在本設(shè)計(jì)中蜂鳴器采用的就是有源蜂鳴器，只要單片機(jī)IO口輸出低電平就能夠驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音。

由于單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力有限，不能讓蜂鳴器發(fā)出聲音，所以加一個(gè)三極管做驅(qū)動(dòng)放大。當(dāng)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，集電極電流通過(guò)蜂鳴器形成一個(gè)回路，讓蜂鳴器發(fā)出聲音，當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管截止，沒有電流流過(guò)蜂鳴器，蜂鳴器就不會(huì)發(fā)出聲音。這就是它的工作原理。而LED燈的報(bào)警顯示就簡(jiǎn)單的多，它只有一個(gè)發(fā)光二極管組成，二極管的正極接電源Vcc，負(fù)極接單片機(jī)的I/O口即可，當(dāng)二極管的負(fù)極為低電平時(shí)，LED亮，當(dāng)二極管的正極為高電平時(shí)，LED熄滅。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程是本設(shè)計(jì)軟件部分的核心，主要應(yīng)用了if、while等判斷語(yǔ)句，當(dāng)遙控器上按下按鍵時(shí)，無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)出信號(hào)，接收模塊解碼后響應(yīng)相應(yīng)功能，當(dāng)限位開關(guān)閉合時(shí)，這意味著窗簾已經(jīng)到達(dá)指定位置，此時(shí)電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)程序流圖如圖4所示：

圖4 程序流程圖

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中排除故障，需要硬軟件結(jié)合進(jìn)一步排除故障。硬件調(diào)試決定著軟件是否持續(xù)進(jìn)行下去，硬件調(diào)試達(dá)不到要求，軟件就不必調(diào)試了，有時(shí)候硬件引腳位置等等也需要注意。所以硬件調(diào)試是關(guān)鍵，是軟件調(diào)試先決條件。

插入5V電源，開機(jī)自動(dòng)默認(rèn)智能模式，遙控窗簾開始工作。通過(guò)模式切換按鍵，可以選擇手動(dòng)或者智能模式。首先我們選擇智能模式，藍(lán)燈亮，電機(jī)正轉(zhuǎn)檢測(cè)正常。光敏電阻檢測(cè)到白天，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)我們手動(dòng)按下限位開關(guān)模擬窗簾到達(dá)頂部時(shí)，此時(shí)，蜂鳴器響三下，燈亮三下，電動(dòng)機(jī)停下了，說(shuō)明這個(gè)功能是正確的。然后我們遮住光敏電阻，檢測(cè)到黑夜，此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，意味著窗簾降落，我們?cè)谑謩?dòng)按下限位開關(guān)模擬窗簾到達(dá)底部時(shí)，蜂鳴器響三下，燈亮三下，此時(shí)電動(dòng)機(jī)停下。

之后我們便要調(diào)試手動(dòng)模式下窗簾的工作情況。與之智能相反的是，手動(dòng)多了兩個(gè)按鈕，分別代表著窗簾升起和降落，實(shí)現(xiàn)的功能相同，此時(shí)，電路也正常工作，調(diào)試成功。遙控窗簾有防盜功能，開啟防盜功能，此時(shí)計(jì)數(shù)30s，30s之后，人體檢測(cè)模塊檢測(cè)到人體，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警功能，此時(shí)調(diào)試成功。

4 總結(jié)

本設(shè)計(jì)是在STC89C51單片機(jī)基礎(chǔ)上來(lái)設(shè)計(jì)的遙控防盜窗簾系統(tǒng)，系統(tǒng)的實(shí)際操作性強(qiáng)，動(dòng)作準(zhǔn)確，價(jià)格低廉，并且達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)可以控制窗簾的開關(guān)，需要兩個(gè)繼電器的狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，完成了智能模式和手動(dòng)模式的切換及報(bào)警功能。

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