遥控窗帘电路的设计Word格式文档下载.docx
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这些都将改变人们传统的生活方式，并提高了人们的生活质量。
其二，牵动一大批产业。
单片机控制的红外遥控窗帘产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批有远见的各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。
这里最先受益的应该是房地产业，单片机控制的红外窗帘控制器不仅是一个很好的概念与“卖点”，同时也是直接提升住宅档次的一个条件，这将会给房地产商带来新的利润空间。
在家居集成化、网络化的趋势下，家居集成也成为一种潮流，许多更专业的、美观的、智能化的家居集成产品相继出现。
其三，开拓一个崭新的市场。
红外窗帘控制器牵动了许多的行业，它将不仅仅是目前的IT系统集成商或建筑弱电工程总包商的市场，而且是专业公司和智能化装饰公司的市场。
在欧美等发达国家，红外遥控窗帘已广泛应用。
在10年前，遥控窗帘就已经进入我国，可一直没有大的推广，这两年，随着电控技术的不断提高及价格的不断下降，遥控窗帘热才又卷土重来。
据了解，全国共有170多种电动窗帘器获得了国家专利，但就其技术本身而言，还是大同小异，但售价却有很大差别，贵的要数千元，便宜的只要500块。
尽管红外窗帘控制器在国内是一个新兴的行业，但是，它也正以不可抵挡之势迅速崛起。
红外窗帘控制器走进中国以来，在短短四年的时间里，其生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，其行业发展之迅速是目前国内任何其它行业所无法比拟的。
目前，我国红外窗帘控制器生产厂商、分销商、集成商与装饰公司都形成了相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足红外窗帘控制器行业，如青岛海尔、清华同方、TCL等，并涌现出一些较具影响力的智能家居专业厂商，如上海索博智能电子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居电子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。
红外遥控窗帘产品已开始走进中国的家庭。
具报道，我国2004年售出商品房1.9亿m²
，如果每20m²
需要一套窗帘架产品，仅此一项就可以年新增窗帘架产品近千万套以上，年新增窗帘架产品市场需求将不低于2000万套。
如果单片机控制的红外窗帘控制器的销售占市场的5%左右，就可实现年产值上亿元。
随着红外遥控窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起，随着中国电子技术的飞速发展，人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用，红外遥控窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向，在不久的将来，没有红外遥控窗帘系统的住宅肯定不合潮流。
从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，红外遥控窗帘行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。
1.2遥控窗帘的优势与特点
智能家居系统是一个大的社会系统工程，我们应当加快我国智能家居标准化进程。
遥控窗帘系统作为智能家居中一个很重要的部分，需要在我国智能家居这一领域，建立起一个具有中国特色的新兴、健康的产业链，让自动窗帘系统在我国并不是远在天边，而是近在眼前。
现有的遥控窗帘机的控制方式有固定式开关控制、遥控、光控、声控等，其中以前两种形式居多。
就实用程度和经济角度来说，用遥控方式较好，因为这样可以省去频繁用手去拉窗帘的繁琐，睡在床上就能控制窗帘的开关，既方便又节能，所以我想利用价格相对便宜的AT89C52单片机作为主要控制器件来完成本系统的设计。
该系统主要有如下几方面的特点：
（1）红外遥控器和红外接收控制器均采用价格相对便宜的AT89C52单片机作为主控芯片，这样既方便又实惠。
（2）采用红外遥控方式，控制灵活方便，不会干扰其它电器的正常工作，也不会影响邻近的无线设备。
（3）具有两种控制方式分别为手动控制方式和自动控制方式。
（4）设置有位置传感器用来检测窗帘的打开程度，当窗帘完全打开或完全关闭时窗帘会自动停止，防止损坏电机。
（5）体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠。
第2章单片机的介绍
为了使红外窗帘控制器在实际使用过程中方便快捷，能够发挥较高的性能，为此在该系统上配备了液晶显示模块使操作具有可见性。
以AT89C52单片机作为整个系统的核心芯片，控制其它模块来完成各种操作；
红外一体化接收头负责接收遥控信号；
ULN2003A用来驱动步进电机；
光敏电阻模块用来检测光照的强度，根据光线的强弱来控制窗帘的打开或关闭。
2.1单片机简介
将中央处理器（CentralProcessingUnit,CPU）,随机存储器，只读存储器，中断系统，定时器/计数器以及I/O接口电路等微型计算机的主要部件集成在一块芯片上，使其具有计算机的基本功能，即单片微型计算机（SingleChipMicroComputer,SCMC）,简称单片机[1]。
由于单片机的指令功能是按照工业控制的要求设计的，所以单片机又称为微控制器（MicroControllerUnit），常用英文字母的缩写MCU表示，单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用，手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都有单片机的身影。
2.2单片机的特点
（1）采用面向控制的指令系统。
为满足控制的需要，单片机有更强的逻辑控制能力，特别是具有很强的位处理能力。
（2）单片机的I/O引脚通常是多功能的。
由于单片机芯片上引脚数目有限为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾，采用了引脚功能复用的方法。
引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。
（3）单片机的外部扩展能力强。
在内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可在外部进行扩展，与许多通用的微机接口芯片兼容，给应用系统设计带来极大的方便和灵活性。
（4）体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便的组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电一体化。
（5）面向控制，能有针对性的解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比。
（6）抗干扰能力强，适用温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠的工作。
（7）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。
2.3单片机的应用
可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。
不过，这种电脑通常是指个人计算机，简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉，这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。
顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制，因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。
现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。
究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及遥控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。
因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域[2]。
2.4单片机AT89C52的结构原理
AT89C52实物图如图2-1所示。
图2-1AT89C52实物图
（1）AT89C52的内部结构图
AT89C52的内部结构图如图2-2所示。
图2-2A89C52内部结构图
（2）AT89C52的主要性能
AT89C52是ATMEL公司生产的带4K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的8位单片机，它具有如下主要特性[3]：
与MCS-51产品完全兼容。
具有4K可在系统编程的Flash内部程序存储器，可擦/写1000次。
全静态操作：
0Hz～24MHz。
三级程序存储器加密。
128字节内部RAM。
32根可编程I/O引线。
两个16位定时器/计数器。
6个中断源。
可编程串行UART通道。
低功耗空闲模式和掉电模式。
（3）AT89C52各引脚功能
AT89C52单片机引脚图如图2-3所示。
图2-3AT89C52单片机引脚图
AT89C52是一个有40个引脚的芯片，采用双列直插（DIP）方式[4]。
（1）电源引脚:
a）Ucc--接5V电源正端。
b）Uss--接5V电源地端。
（2）外接晶振引脚:
a）XTAL1（19引脚）。
接外部晶振和微调电容的一端，与单片机片内震荡电路一起，产生由外部晶振决定的震荡频率。
接内部反向放大器的输入端，使用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。
b）XTAL2（18引脚）。
接外部晶振和微调电容的另一端，接内部反向放大器的输出端，使用外部时钟时，该引脚接地。
（3）制信号引脚:
a）RST/Upd:
复位/备用电源。
RST（Reset）功能：
复位信号输入端，高电平有效。
Upd功能：
备用电源输入端，保持内部RAM中的数据不丢失。
b）ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲。
ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址。
PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
c）PSEN:
片外程序存储器读选通信号输出端，每个机器周期输出两个负脉冲，低电平有效。
d）EA/Upp:
EA为片外程序存储器选择输入端。
低电平时使用片外程序存储器，为高电平时，使用片内程序存储器。
Upp为片内程序存储器编程电压输入端。
e）输入输出引脚：
P0、P1、P2、P3共四个八位I/O口。
P0口是一个8位漏极开路的I/O口，当CPU以总线方式访问片外存储器时，P0口分时的输出低8位地址，读入指令和输入/输出数据，此时PO口可以驱动8个LS型TTL负载。
当P0口作为一般I/O口时，为准双向口，并且作为输出时必须接上拉电阻。
P1口是一个内部有上拉的8位准双向I/O口，作为一般I/O口使用，可以驱动4个LS型TTL负载。
对于增强型单片机，P1.0、P1.1还有第二功能，第二功能的信号分别为T2和T2EX。
T2（P1.0）：
定时器/计数器2的计数脉冲输入和时钟输出。
T2EX（P1.1）：
定时器/计数器2的重装、捕获和计数方向控制输入。
P2口是一个内部有上拉的8位I/O口。
当CPU以总线方式访问片外存储器，P2口输出高8位地址。
作为一般I/O口使用时，为准双向I/O口，可以驱动4个LS型TTL负载。
P3口：
P3口也是一个内部有上拉的8位I/O口,还是一个双功能口。
各引脚第二功能如表2-1所示。
表2-1P3口各引脚第二功能定义
引脚
第二功能
P3.0
RXD：
串行口输入端
P3.1
TXD：
串行口输出端
P3.2
_________INT0：
外部中断0请求输入端，低电平有效
P3.3
________INT1：
外部中断1请求输入端，低电平有效
P3.4
T0：
定时器/计数器0计数脉冲输入端
P3.5
T1：
定时器/计数器1计数脉冲输入端
P3.6
_______WR：
外部数据存储器写选通信号输入端,低电平有效
P3.7
______RD：
外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效
（4）时钟电路
单片机时钟电路如图2-4所示。
有两种方式可以产生单片机需要的时钟，一种是内部方式：
就是利用单片机内部的放大电路，通常外接一个晶振和两个电容分别接在反向放大器的输入端XTAL1，输出端XTAL2就可以构成稳定的自激振荡器。
另一种是外部方式：
使用外部的时钟信号，接到XTAL1或XTAL2引脚上给单片机提供基本震荡信号。
电容C1和C2通常取30pF左右，可稳定频率并对频率有微调作用，对89C52系列，其震荡频率一般为fosc=0～24MHz。
振荡周期/时钟周期：
Tc=晶振频率fosc的倒数。
状态周期：
Ts=2个时钟周期（Tc）。
机器周期：
Tm=6个状态周期（Ts）=12个振荡周期（Tc）。
指令周期：
Ti:
执行一条指令所需的机器周期（Tm）数。
图2-4时钟电路
（5）复位电路
单片机复位电路如图2-5所示。
单片机与其它微处理器一样，在启动工作时先要进行复位，使CPU及其它系统处于确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
单片机有一复位引脚RST（复位信号的输入端），高电平有效，单片机的复位是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个振荡周期（2个机器周期）以上的高电平，系统内部复位。
图2-5复位电路
第3章系统总体设计
本文所介绍的红外窗帘遥控器的系统框图如图3-1所示，红外窗帘接收控制器的系统框图如图3-2所示。
该系统主要有两个部分组成：
一是遥控器部分，其功能为：
单片机扫描遥控器上的6个按键（启动/停止，打开，关闭，速度减小，速度增加和自动），当某个按键按下后，单片机便通过红外发光二极管发射该按键的编码。
二是接收控制器部分，其功能是用单片机通过红外一体化接收头接收遥控器发出的编码并进行解调，解调后根据编码的功能来控制步进电机的状态，从而实现窗帘的打开、关闭或停止等功能。
图3-1红外窗帘遥控器系统框图
图3-2红外窗帘接收控制器系统框图
3.1系统硬件电路设计
硬件电路设计主要包括：
红外发射模块、红外接收模块、显示模块、光控模块、电机驱动模块、窗帘框架构造设计。
3.1.1红外发射模块
红外发射模块主要包括单片机最小系统，按键，红外发射电路组成。
本设计所要实现的功能不是很多，所以控制按键采用4×
4的矩阵键盘即可达到要求，另外发射过程中单片机输出端产生的脉冲信号为38KHz，所以采用一个12M晶体振荡器即可发出满足要求的频率。
红外线的发射过程如图3-3所示。
图3-3红外线的发射过程框图
本遥控器的发射采用码分制的遥控方式，码分制红外遥控就是指令信号产生电路以不同的脉冲编码（不同的脉冲数目及组合）代表不同的控制指令[5]。
在确定选择AT89C52作为本设计发射电路核心芯片和矩阵键盘作为控制键后，加上一个简单的红外发射电路便可实现红外信号的发射，红外发射电路如图3-4所示。
图3-4红外发射电路图
根据红外发射管本身的物理特性，必须要有载波信号与即将发射的信号相“与”，然后将相“与”后的信号送给发射管，才能进行红外信号的发射与传送，而在频率为38KHz的载波信号下，发射管的性能最好，发射距离最远，所以在硬件设计上，本设计利用单片机产生38KHz载波信号，与发射信号进行逻辑“与”运算后，通过三极管的功率驱动到红外发光二极管上[6]。
红外遥控器由51单片机、矩阵键盘、红外发射二极管、NPN型三极管等组成。
键盘用于输入控制指令，51单片机检测键盘上的按键状态，并对红外信号进行调制。
发射二极管发射红外线，当单片机P3.4口输出为“0”时，红外发射管不发光，当单片机P3.4口输出为“1”时，红外发射管发出38KHz调制红外线。
红外信号调制过程如图3-5所示。
图3-5调制过程波形图
3.1.2红外接收模块
红外一体化接收头（HS0038）实物图如图3-6所示。
图3-6HS0038红外接收器件
红外线接收电路使用的是集成红外接收器，型号为HS0038，它接收红外信号的频率为38kHz，周期约26us，采用黑色环氧树脂封装，提供了一个特殊的红外滤光器，可防止自然光、荧光灯等光源的干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。
在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。
它能与TTL、COMS电路兼容。
静态时输出端输出高电平，当接收到红外信号后，按红外信号的数据波形输出负脉冲数据信号。
红外信号输出到单片机的P3.2口，该口对应的第二功能是外部中断0（INT0），利用这一功能，一旦接收到红外信号，P3.2即被拉低，单片机产生中断，处理红外信号[7]。
红外接收头完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲，输出可以让单片机识别的TTL信号，再送给单片机，经单片机解码并执行去控制相关对象。
三个管脚分别是GND、＋5V电源、OUT（解调信号输出端），红外接收头电路如图3-7所示。
图3-7红外接收头电路图
3.1.3显示模块
LCD1602采用标准的14脚（无背光）和16脚（有背光）接口，各接口信号说明如表3-1所示。
液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。
液晶显示器（LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。
液晶显示器采用目前使用的比较广泛的字符型液晶显示器LCD1602。
1602液晶每行可显示16个字符，一共可以显示两行。
LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等。
每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”[8]。
在本设计中LCD1602的主要功能为显示所接收到的遥控器按键编码、运行状态（RUN,STOP或AUTO）、速度等级等内容。
（1）引脚功能说明
表3-1接口信号说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
3
Vo
液晶显示偏压
11
D4
4
RS
数据/命令选择
12
D5
5
RW
读/写选择
13
D6
6
EN
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
第1脚：
VSS为地电源；
第2脚：
VDD接5V正电源；
第3脚：
液晶显示偏压；
Vo为液晶显示器对比度调整端，使用时可以通过一个10K电位器接地。
第4脚：
数据/命令选择；
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
读/写选择；
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
使能信号；
EN端为使能端，当EN端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15
升级会员 