基于红外遥控窗帘的控制系统本科毕业设计 - 图文

商 丘 工学院 2016-JX-SJ 080701-004 本科毕业设计

基于红外遥控窗帘的控制系统

学 院 专 业 学 号 学生姓名 指导教师 提交日期

信息与电子工程学院 电子信息工程 1112020152 刘萌 高善坤 2016年 5 月 12 日

诚 信 承 诺 书

本人郑重承诺和声明:

我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定,恪守学术规范,此毕业论文(设计)中均系本人在指导教师指导下独立完成,没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果,没有篡改研究数据,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,如有违规行为发生,我愿承担一切责任,接受学校的处理,并承担相应的法律责任。

毕业设计作者签名： 年 月 日

摘要

本设计是基STC89C51单片机设计的遥控窗帘。工作状态有两种，分为手动模式和智能模式。手动模式是利用无线遥控来控制窗帘，通过控制继电器来控制智能窗帘的开关，智能模式是根据环境光线的亮度自动控制窗帘的开合状态，可以通过LED灯颜色显示当前窗帘状态，利用限位开关的原理来控制窗帘停止，以防窗帘发生过卷现象。本设计主要在智能家居，大型会议室等领域得到广泛的使用，为人们提供了更方便，快捷的生活环境。

关键字：窗帘;直流电机;红外遥控

I

ABSTRACT

The design of the remote control is based on STC89C51 Microcomputer design. Its working state has two kinds , manual model and intelligent model. The manual model is use of wirerless remote control to control The curtain, And it controls The switch Of intelligent curtain by Electric Relay. However, intelligent model is according to The brightness of ambient light to control The opening and closing sate of cutain automatically, and It can show that by LED light. Currently, The state of The curtain uses the principle of Limit Switch to control The curtain to stop, The purpose is to prevent , the phenomenon of the curtain. The design is mainly widely used In smart home and large metting room so that it may provide people with more convenient And efficient living environment.

Key Words:：curtain; Dc motor; wireless remote control

II

目 录

1绪 论 ................................................................................................................................ 1

1.1 选题背景与意义 .............................................................................................. 1 1.2 国内外现状 ...................................................................................................... 1 1.3 设计目的和功能 .............................................................................................. 2 2 系统方案设计 ................................................................................................................. 3

2.1 设计思路 .......................................................................................................... 3 2.2 主控芯片的方案选择 ...................................................................................... 3 2.2.1 方案一 ..................................................................................................... 3 2.2.2 方案论证 ................................................................................................. 3 2.3 无线模块的方案和论证 .................................................................................. 4 2.3.1 方案一 ..................................................................................................... 4 2.3.2 方案二 ..................................................................................................... 4 2.3.3 方案论证 ................................................................................................. 4 2.4 系统方案论证 .................................................................................................. 4 3 系统硬件设计 ................................................................................................................. 5

3.1 单片机最小系统 .............................................................................................. 5 3.1.1 时钟电路 ................................................................................................. 5 3.1.2 复位电路 ................................................................................................. 5 3.2 遥控发射模块参数 .......................................................................................... 6 3.3 PT2262/PT2272编解码集成电路原理说明 ................................................... 6 3.4 遥控电路设计 .................................................................................................. 7 3.5 光线检测模块 .................................................................................................. 9 3.6 正反转控制模块 .............................................................................................. 9 3.7 显示模块 ........................................................................................................ 10 3.8 本设计实现的功能 ........................................................................................ 11 4 系统软件设计 ............................................................................................................... 13

4.1 软件介绍 ........................................................................................................ 13 4.2 程序设计过程 ................................................................................................ 14 4.3 主程序流程图 ................................................................................................ 15 5.系统调试 ........................................................................................................................ 17

5.1 PROTUES0软件仿真电路图 .............................................................................. 17 5.2 硬件测试 ........................................................................................................ 17 结 论 ................................................................................................................................. 19 致谢 ................................................................................................................................... 20 参考文献 ........................................................................................................................... 21 附录 ................................................................................................................................... 22

III

1 绪论

1绪 论

1.1 选题背景与意义

智能窗帘作为物联网智能家居的一员,向着人性化和舒适化的方向发展，相比传统窗帘有非常多的优点。传统的窗帘，你必须手动去拉，每天早晚都要拉窗帘也是非常麻烦的一件事情，尤其是在别墅或复式房中，所以人们需要一个智能窗帘控制系统来实现窗帘的开关，方便人们的生活;因此遥控电动窗帘在最近几年发展迅速，被广泛应用于智能楼宇，高级公寓，酒店和别墅等领域。只要在遥控器上轻轻点击，就可以自动开启和关闭窗帘，非常方便[4]。在本次设计中，我们主要研究的是利用单片机来实现无线遥控电路的设计。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。智能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快速发展,建立起一个具有中国特色的新兴、健康的产业链。让智能窗帘控制系统技术在我国变得更加成熟。

当今，遥控已经很普遍，技术也非常的成熟，为了进一步满足人们高水生活的需求，家用电器产品性能也在不断的更新换代，从始初的晶体管、到电子管；由分立式元件到现在的集成电路；从普通向高性能、多功能型；红外遥控是当前远程控制的最广泛使用的装置[8]。由于具有体积小，功耗低，功能性和低成本的的特点。因此，彩电，录像机，音响设备，空调，玩具，遥控车和门铃标志和其它小型设备都在使用红外遥控器。与此同时，窗帘作为装饰和不可缺少的一部分，它也越来越受欢迎，目前，常用的窗帘轨道是钢丝绳手拉式和滑轮式，价格非常昂贵，只有高收入家庭的一部分用户使用电动遥控轨道，不具有普遍性。所以，现在的重点是如何研制出功能全、造价省的家用自动控制装置。所以本设计中将探讨如何能研究出功能强大且成本很低的智能遥控窗帘控制系统。

1.2国内外现状

在欧美等发达国家，电动窗帘已经被广泛的应用了，技术也比较的成熟。在十年前电动窗帘就已经进入我国，但是没有得到很好的推广，最近几年由于电控技术的快速发展和成本的不断下降，电动窗帘热在我国又卷土重来，据了解我国已经有170多种电动智能窗帘获得了国家专利。尽管遥控智能窗帘系统在我国还是一个新兴的产业，但是他的发展十分迅速，在智能窗帘引进我国的短短的几年内，它以丰富的功能，人性化的控制被人们慢慢接受并喜欢。在未来的几年内，技术的成熟性有望超过国外。

随着自动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快速发展、人们生活水平的不断提高，智能电子技术在生活中被广泛应用 ,自动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,没有自动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,自动窗帘行业将成为中

1

商丘工学院本科毕业设计

国的主流行业之一,其市场的发展前景是非常广阔的。

1.3 设计目的和功能

本次课程设计的主要是通过单片机为控制芯片对各部分电路进行控制，以达到本次设计的目的，设计前期预想主要功能如下：

1、可以手动控制窗帘的开关。 2、具有防过卷功能。 3、具有无线遥控功能。 4、能够指示运行状态。

5、具有智能模式，可以根据环境光线控制窗帘的开合。

2

2 系统方案设计

2 系统方案设计

2.1 设计思路

本设计是基于单片机控制的遥控窗帘，利用8位的STC89C51单片机做微控制器，程序采用C语言。我们利用直流电机正反转的特点，对窗帘的开关进行自动控制，实现本次设计的目标。无线遥控功能的主体芯片是SC2262/SC2272 编码解码芯片，在该芯片中的无线发送接收模块是核心组件，采用红外遥控方式,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。超距离遥控,可达8～9m。SC2272能实现对D0、D1、D2、D3的信号进行接收，来控制单片机，集合继电器原理俩实现正反转切换，实现开闭。检测模块功能则使用行程控制进行设置，保障窗帘的防过卷功能实现，本设计具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠等特点。其系统框图如图2.1所示:

图2.1 系统框图

光线检测模块 无线接收模块 STC89C51状态指示 单片机 电机控制模块 2.2主控芯片的方案选择

2.2.1方案一

采用AT89C51做为本设计的主控芯片。AT89C51具有2K字节的存储器是8位的微处理器，而且带有2K字节的可擦出只读存储器。它有40个引脚，完全可以满足本设计需求。

2.2.2方案二

采用STC89C51做为本设计的主控芯片。STC89C51是单片发展以来的升级版本，它具有8K的可擦除只读存储器，增强行1T流水线和保留了8051的精简代码集，并且可以STC-SPI来进行程序下载，功耗非常低运行稳定可靠。

2.2.3方案论证

STC89C51和AT89C51相比价格相差无几，但是STC89C51乃是单片机长期发展

3

商丘工学院本科毕业设计

以来的增强版本，功能和运行速度远比AT89C51要快。故本设计采用方案一的STC89C51来做为本设计的主控芯片。

2.3无线模块的方案和论证

2.3.1方案一

采用Si4432无线模块做为本设计的通信系统i4432具有完整的FSK收发器，它的工作频率在430.24～439.75MHz也可以工作在900.72～929.27Mhz。它的接受林敏度高达128Kbps.功率低。在空旷的场合传输距离可以达到800米。

2.3.2方案二

采用PT2262/2272作为本设计的通信系统，PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。

2.3.3方案论证

采用PT2262/2272作为本设计的通信系统虽然传输距离没有Si4432远，但考

虑到本设计知道室内使用，没有必要大材小用故选择方案二。

2.4系统方案论证

通过对系统的分析，设计本着成本低功能多的理念，所以系统的主控芯片选择了STC89C51，此芯片完成可以满足系统的需求且成本低廉，遥控部分采用PT2262/2272作为本设计的通信系统，对于直流电机的正反转控制采用一对价格低廉的小型继电器和三极管相互配合来完成这个动作，系统负载的供电采用一个交流220V输入，直流5V输出的开关电源可以完全满足。至此，设计的硬件主要模块的选型已经完成。

4

3 系统硬件设计

3 系统硬件设计

3.1单片机最小系统

单片机加上适当的外围器件和应用程序后，所构成的应用系统称为最小系统。主要由时钟电路和复位电路加上单片机芯片就构成了单片机最小系统。

3.1.1时钟电路

时钟电路是单片机最小系统的一部分，它用于产生单片微机工作所需要的时钟信号，单片微机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作，系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的元件组成的一个振荡电路。单片机AT89C51的内部有一个用于构成高增益反相放大器的振荡电路，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入和输出。这个放大器与反馈元件片外的晶体谐振器一起构成一个自激振荡放大器。外接晶体谐振放大器以及和电容C1、C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值没有固定的一个要求，但会对电容的大小会产生影响，比如震荡器频率的高低和震荡器的稳定性或着是起振的快速性和温度的准确性，电容应尽量的使用陶瓷电容，电容值最好为22pF。振荡器的工作频率一般在1.2MHz～12MHz之间，由于制造工艺的改进，有些单片微机的频率范围正向两端延伸，高端可达40MHz，低端可达0Hz，一般用11.0592MHz晶振。时钟电路图如下图所示其原理图如3.1所示：

C21830pFY1C311.0592MHz1930pF

图3.1 时钟电路

3.1.2复位电路

单片机小系统常采用的复位形式是手动按键以及上电自动复位两种形式。其中前者保障在电源接通的前提下，运行单片机期间，使用按钮开关进行复位操作。后者则是接通电源后，自动进行复位的触发操作。两者都需要在系统中实现，这样系统才会更加完善，更加具有智能化，并且在调试的时候也是比较方便的，所以加了手动按键在系统上电的情况下来完成复位动作，下图展示了手动复位的原理图。上电自动复位依据C1电容来完成，在电路中，手动按键复位以按键形式连接电阻R1与VCC，S4是一个常开触点，当S4与C1接触的时候，完成手动复位的动作，其原

5

商丘工学院本科毕业设计

理图如图3.2所示：

VCCS49C1R110uF10k

图3.2 复位电路

3.2遥控发射模块参数

（1）通讯方式：调幅AM （2）工作频率：315MHZ/433MHZ （3）频率稳定度：±75KHZ （4）发射功率：≤500MW （5）静态电流：≤0.1UA （6）发射电流：3～50MA （7）工作电压：DC 3～12V

3.3 PT2262/PT2272编解码集成电路原理说明

PT2262/2272是一对带地址、PT2262/2272是一对带地址、PT2262/2272是一对带地址,数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片。其中发射芯片 PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。

一、 PT2262特点：

（1）CMOS工艺制造，功率较低 （2）外部元器件缺失 （3）RC振荡电阻

（4）工作电压的值域广：2.6-15v （5）数据最多可达6位 （6）地址码最多可达531441种 二、 应用范围： （1）汽车防盗系统设计 （2）个人防盗系统设计 （3）遥控玩具 （4）家用电器遥控

6

3 系统硬件设计

（5）其他智能仪器

在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。大部分产品都是用2262/1.2M＝2272/200K组合的，模块的其他关键的作用就是配合单片机来进行有序的数据通讯，通讯时的基本特征是：

1、控制合适的通讯速度

数据模块的极限传输数据速率可达到9.6KBs，常控制在2.5KBs左右，若传输数据速率过高，则会使得接收灵敏度下降，且使得误码率变得更大，甚至失效。

2、控制合适的信息码格式

控制模块中的单片机运行时，常常需要考虑新的传输协议，协议的调制不同，其对应的信息码格式也不同，信息格式直接决定了数据传输的安全性。

信息码组格式的经典形式是以前导码＋同步码＋数据帧集合而成，其中前导码的长度高于10ms，以避开背景噪声。因此选择CPU编译码以乱码添加形式来排除零电平的干扰。与前导码及数据帧不同的是同步码具特征位代码，使得系统能在算法帮助下甄别出同步码，接收数据。 数据帧切忌使用长0和长1，一般通用形式为POCSAG或曼彻斯特编码。

3、控制单片机对接收模块的干扰

单片机模拟2262时，功能实现较为正常，测试2272解码则出现异常情形，表现为遥控的实际距离减少了。究其原因，时钟频率的倍数较大，接收的模块干扰性影响大，使得调制结果有所偏差。事实上，PIC的抗干扰水平较差，单片机的接受电路供电源为5V电源。采用接收模块降低，单片机工作频率减小以及加入中间屏障等方式来避免单片机受干扰程度加深。

接收模块正常状态下的脉冲信号为高电平输出形式，万用表无法准确测得。变通的测试手段是发光二极管与3K的电阻监控其输出状态。

对无线形式的编解码选择芯片时，PT2262/PT2272能够积极的连接起来，传输效果较好，正常能传至600米以外。如果和单片机或者微机配合使用时，会受到单片机或者微机的时钟干扰，造成传输距离明显下降，一般实用距离在200米以内。

3.4 遥控电路设计

系统采用sc2262和sc2272遥控和接收，SC226是CMOS工艺的低功耗通用的编码电路，它和SC2272配对使用，最多有12位三态编码。电路具有省电模式，主要用于无线电和红外线路遥控发射等应用。其特点有1、CMOS工艺制造，低功耗。2、外部应用线路元器件少。3、工作电压范围宽：2V~15V。4、地址A和数据D位通用。5、数据A可以多达6位。其主要应用在车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具等

7

商丘工学院本科毕业设计

诸多行业,因其价格低廉，功能强大所以一直成为红外遥控的首选，尤其在中低端产品中更为常见。其原理图如图3.3所示：

M1FSMKATADGNDVCC987654321D0D1D2D3OSC1TEOSC2GNDVCCDoutA7A6A5A4A3A2A1A0U1SC2262R110KR2R410RK310K10KDATAD1D2D3101112131415161718R54.7M4148DATA12VD1D24148D34148D1D2D3K131UP42K231DOWN42K331QH42

图3.3 遥控电路设计图

遥控器部分用12V电池供电，按下按键后电池的正极才会和芯片和发射模块的电源端连通并发出信号，这样设计也是为解决电池耗电量快的问题。如图3.4所示：

P1.3VCCM2GNDDATADATAVCCJSMK123456789U2R1510KVCCP1.2VCCQ19013R1810kR16Q5R13901310kSC2272A0VCCA1VTA2OSC2A3OSC1A4DINA5D3A6D2A7D1GNDD01817R14162.2K15141312R192.2k1110R122.2k820KP1.1Q29013

图3.4 接收部分电路图

8

3 系统硬件设计

接收电路输出端通过npn三极管9013将输出的高电平转变成低电平，单片机可以更好的识别低电平变化。

3.5 光线检测模块

该模块切入自动模式时，窗帘闭合依照光线自动实现开关。亮的时候开暗的时候关，更好的实现了窗帘的自动化水平。对光线的检测就是以光敏元件的光敏特征，光线较暗时，阻值大，三极管的基级电压下降，管路截止状态，输出为低电平；光线明亮时，阻值小，三极管的基级电压上升，管路联通状态，输出为高电平。图3.5为光线传感器的原理图：

图3.5 光线传感器的原理图

3.6 正反转控制模块

该模块的主要功能是控制直流电机的正反转动作，通过直流电机正反转来控制窗帘的拉开与闭合。继电器采用5V的小型继电器，通过9012三极管来驱动完成，当p3.0输出一个低电平的时候，三极管导通，线圈得电，继电器触点吸合，此时电路中有电流流过，直流电机开始工作，当窗帘拉开到一定程度触碰到行程开关的时候，继电器闭合，直流电机停止工作，反转也是同样的原理来完成这个动作，这样我们就完成了窗帘的拉开与闭合的动作。正反转控制模块的详细电路图如图3.6所

9

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wmeg.html