黄古乔 李 卓
（桂林理工大学，广西 桂林 541006）
在当今物联网时代，新时代背景下的“物联网+”智能家居作为划时代的新型家电的代表，智能家居是以家为平台,兼备建筑、自动化和智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境[1]。
本文基于单片机控制系统的基础之上设计一个智能窗帘控制系统，主要实现智能窗帘的基本功能，系统具备有光控、时控、遥控和手动四种模式，可根据当前的模式实现相应的功能。本设计主要用到的硬件模块包括单片机、按键、液晶显示屏、步进电机、光敏电阻、时钟芯片和红外遥控[2]。
1 系统整体设计方案
采用STC89C51 单片机作为控制核心来实现智能窗帘的整体控制，同时，运用多个模块分别实现各项要求，其中光控模块使用光敏电阻来实现光亮度信息收集并量化；时间控制模块使用DS1302 时钟芯片，将信号传送给1602 液晶显示以实现时间日期的显示和定时作用；手动控制使用按键控制模块来实现模式的切换和窗帘的手动控制；遥控则是使用红外接收头再加上遥控器来实现。电机模块和指示灯模块相配合，用指示灯的亮与灭显示电机运转状态，指示灯亮则电机正转，指示灯灭则电机没有正转。为防止窗帘电机运行过快，设计时采用步进电机，设置步进电机的最大旋转圈数用以实现窗帘的防过卷[3]。其智能窗帘系统框图如图1 所示。
图1 智能窗帘系统框图
2 系统设计
2.1 STC89C51 单片机
STC89C51 单片机是一种抗干扰能力强、高性能、低功耗的8 位微控制器，包含8K 字节可擦除闪存只读存储器和256 位的随机存取数据存储器，STC89C51 单片机还含有Flash 存储单元和8 位的中央处理器CPU[4-5]。
单片机的最小系统电路包括电源电路、晶振电路和复位电路。电源电路为单片机的引脚40、20 分别接电源和地。晶振电路是将晶振与单片机的工作引脚18、19 相并联，用于起振给单片机提供震荡电路，两个电容的引脚分别接单片机的引脚18、19再接地。复位电路是将电容的正极与电源相连接，负极与单片机的复位脚相连接，同时电阻与电容并联，电阻的另一脚接地。电路接线图如图2 所示。
图2 单片机最小系统
2.2 时钟模块
DS1302 时钟芯片是一款具有涓细电流充电能力的芯片，它拥有两个电源引脚，即一个主电源加上一个备用电源，该芯片常用于与单片机构成时钟模块。DS1302的电路简单、成本很低、使用方便，因此能够被广泛地应用。
芯片引脚1 和8 分别连接主电源和备用电源，当遇到主电源停止供电的情况时，会启用纽扣电池作为备用电源供电的模式，利用备用电源来维持芯片的运转，以保证时钟芯片内部继续计时，在下一次主电源开始供电以后能为单片机继续提供正确的时间信息。引脚RST 即复位端，当该引脚为高电平时，初始化DS1302 芯片内部的数据；当该引脚为低电平时，芯片停止传输数据。
2.3 光照强度采集模块
光敏电阻是利用半导体的光电效应制作而成的一种感光元件，电阻增大当光照强度增加时，电阻减小；当光照强度减小时，电阻会由小变大，但仍然小于原来的阻值；当无光照时，电阻会恢复到原来的阻值。
ADC0832 数模转换器拥有8 位的分辨率，同时其拥有256级的分辨率，能够将光敏电阻的光亮度模拟信号转换成数字信号，再将信号传送到单片机内进行处理，以此实现光敏电阻与单片机之间的连接与控制，AADC0832 模数转换器在闲置状态时，CS 端为高电平，此时芯片呈现出禁用状态。当芯片开始使用时，CS 端为低电平状态，此时芯片内部开始启动模数转换功能，在时钟脉冲信号的配合之下，DI 端负责接收模拟信号，将信号经过模数转换后由DO 端输出。光照电路强度采集模块由光敏电阻搭配ADC0832 模数转换器来实现光控模式的功能，其电路图如图3 所示。
图3 光照电路强度采集模块电路
2.4 液晶显示模块
液晶显示屏是一种体积小、重量轻、功耗低，用于显示文本、图形等的元器件，其良好的显相体验和极长的使用寿命使得被广泛应用于各种智能设备[3]。
液晶显示芯片的引脚3与电位器连接，屏幕显示的对比度会随着电位器阻值的改变而改变。引脚4与单片机的引脚P1.3相连接，用来做寄存器的选择。引脚5 通过判断输入的电平高低执行读指令或者写指令，因此与单片机的引脚P1.4 相连接。通过判断使能信号端口的电平是否由高变为低从而选择是否运行，因此引脚6与单片机的引脚P1.5 相连接。引脚7-14 是液晶的数据/地址8 位总线，依次连接到单片机的P0.0 至P0.7端。
2.5 电机模块
ULN2003 常用于小型电机驱动电路上，用于放大电路电流，使之与步进电机所需要的驱动电压相匹配[4]。ULN2003 芯片左边是信号输入引脚，右边是信号放大输出引脚。由于步进电机有4 个驱动引脚，因此左边需要接单片机的4 个输出引脚，电机模块如图4 所示。
图4 步进电机模块电路图
2.6 遥控模块
将红外接收头与单片机的引脚12 相连接，发送端为遥控器，负责读取按键信息然后将信号发送到红外接收头。接收端为单片机与配套的红外接组合成的接收模块，负责滤波、放大和解调。其电路图如图5 所示。
图5 红外遥控模块电路图
2.7 按键输入模块
按键部分是实现人机互动的最主要的部分，人们通常需要通过按键部分来操纵和调节产品的初始化，也在客户使用的时候通过按键来实现相应的功能。在本次智能窗帘系统的设计中，一共有6 个按键，按键1-5 分别实现“切换模式”、“时间设置”、“阈值设置”、“加”、“减”等功能，按键6 为“电源开关”功能，按键输入模块电路图如图6 所示。
图6 按键输入模块电路图
3 软件设计
本次智能窗帘的软件部分使用Keil 作为编辑软件，采用C语言作为编程语言进行辅佐，以STC89C51 单片机作为主体控制器的同时，运用多个模块分别实现各项功能。整个设计围绕着单片机最小系统展开，结合光敏电阻等外部传感元器件，将环境因素的模拟信号转换成可供单片机识别处理的数字信号，进一步控制窗帘的开启与关闭。
结束语
本设计以51 单片机为整个系统的控制中心，搭配可实现不同功能的外围电路，通过增添时钟模块、光照强度采集模块、按键模块、遥控模块等来采集用户欲达到的目的，同时通过显示模块和电机模块给予用户最直观的反馈。系统整体成本低、功能多样、操作简单、安装便捷，在兼顾舒适性、安全性、高效性、智能性、便捷性、环保性和美观性的同时，创造了前所未有的全新生活环境，人们对生活的追求已不再是以往的单一模式，而是走向更加数字化、智能化。在这样的大背景下，智能窗帘的市场竞争力会越来强。
