摘 要： 為了能根據室外環境亮度實現窗簾自動拉合的設計需求，提出了一種基于單片機控制的光控窗簾設計方案，并完成系統的軟、硬件設計。該系統的硬件部分主要利用光敏傳感器產生的信號作為單片機輸入信號，軟件部分采用C語言進行編程，能夠完成智能光控窗簾的自動拉合。同時，考慮到用戶習慣和天氣原因，本方案還設置了選擇開關，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。實際應用表明，該系統具有設計成本低、可靠性高的特點，達到了設計要求。
關鍵詞：單片機；光敏傳感器；直流電動機；C語言；智能光控窗簾
隨著生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適度的要求也越來越高，具有裝飾、遮光并能進行自動開合的智能光控窗簾成為了現代家居生活的新寵。為了能根據室外環境亮度實現窗簾自動拉合的設計需求，本文提出了一種基于單片機控制的光控窗簾設計方案。
1 系統概述
本設計由單片機、傳感器和直流電動機組成，以AT89C51單片機[1-2]芯片為核心，運用光敏傳感器技術，將室外環境亮度作為單片機的控制信號，實現窗簾的自動拉合。同時,考慮到用戶習慣和天氣原因，本方案還設置了選擇開關，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。當選擇自動控制模式時，單片機將室外環境光線亮度作為輸入信號，單片機控制程序根據光敏傳感器所產生的電流信號的強弱自動調節直流電機的正反轉，從而實現窗簾的自動拉合;當選擇手動控制模式時，單片機將手動控制開關作為輸入信號，單片機控制程序根據開關信號控制電機的正反轉，從而實現窗簾的手動拉合。
2 系統硬件設計
本系統硬件系統主要由傳感器、單片機、直流電動機三大部分組成[3-4]，如圖1所示。
2.1元器件選擇
(1)單片機芯片
本文選擇AT89C51單片機作為控制芯片，可以反復修改1 000多次。
(2)光敏傳感器
光敏傳感器尺寸為32 mm×11 mm×20 mm，型號為EPSON 1600K3+，工作電壓為直流5 V，可用于光控場合、無需驅動、可直接接單片機。
(3)電機
選擇775微型電動機，其工作電流為5 A，工作電壓為27 V。能承受頻繁的沖擊負載，發熱量低、驅動功率較小，滿足負載較輕的智能窗簾的驅動需求。
材料清單如表1所示。
2.2 硬件電路設計圖
本電路由電源部分、光感應部分、數據存儲部分和顯示部分組成。硬件電路設計圖如圖2所示。電源部分通過外接插座輸入直流13 V~14 V電壓；P2.2接光敏傳感器接收光信號，單片機P1.0、P1.1控制電機運行。P0.0、P0.1接正反轉指示燈，其中按鈕接共陰極，低電平有效;指示燈共陽極，低電平有效。
3 系統軟件設計
系統軟件主要實現智能光控、手動控制兩大功能，采用C語言進行編程，可實現用戶在使用窗簾時任意選擇自動或手動控制方式[4-5]。
3.1程序流程圖
光控窗簾程序流程圖如圖3所示。
3.2 程序設計
(1)光控程序
當天亮時，有陽光射進屋內，傳感器感應到光信號，此時電機正轉，窗簾開始打開，當碰到開限位開關時，電機停止轉動;當天黑時，傳感器接收到信號，電機反轉，窗簾閉合，當碰到關限位開關時，電機停止轉動。具體程序如下：
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit K3=P2.2;
//光控正轉或反轉，此處接光敏傳感器
sbit K5=P2.4; //開限位
sbit K6=P2.5; //關限位
sbit LED1=P0.0; //正轉指示燈
sbit LED2=P0.1; //反轉指示燈
sbit MA=P1.0;
sbit MB=P1.1;
void main(void)
{
LED1=1;LED2=1;
while(1)
{
if(K7==0)
sd();
if (K3==0&&K4==1) //光控正轉
{ while (K3==0&&K5==1&&K4==1)
{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}
LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;
}
if (K4==0&&K3==1) //光控反轉
{ while (K4==0&&K6==1&&K3==1)
{ LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0; }
LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;
}
}
}
(2)手動程序
當陰天或者晚上用戶要打開窗簾時，只需將控制方式選擇按鈕P2.6按下，就可以實現手動控制窗簾的開合。程序如下：
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit K1=P2.0; //手動正轉
sbit K2=P2.1; //手動反轉
sbit K7=P2.6; //控制方式選擇按鈕
sbit LED1=P0.0; //正轉指示燈
sbit LED2=P0.1; //反轉指示燈
sbit MA=P1.0;
sbit MB=P1.1;
void sd() //子程序
{
while(1)
{
if(K7= =1)
{
return;
}
if (K1==0&&K2==1) //手動正轉
{
while (K1==0&&K5==1&&K2==1)
{
LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;
}
LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; //不轉
}
if (K2==0&&K1==1) //手動反轉
{
while (K2==0&&K6==1&&K1==1)
{
LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;
}
LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;
}
}
}
4 調試與仿真
將程序燒寫到AT89C51芯片中之后進行調試。在調試過程中出現兩個主要問題：(1)易將二極管極性接反，故障現象為接通直流電源24 V時按下正、反轉按鈕,電機可以正、反轉但二極管不亮，解決方法是將二級管極性對調；(2)電路易有虛焊、漏焊，故障現象為接通直流電源后，選擇光控模式發現電機不動作，解決方法是將虛焊和漏焊處用電烙鐵重新焊接。
本設計采用單片機控制的智能光控窗簾有較好的性價比。實際應用表明，該測試系統具有測試準確、穩定可靠的特點，達到了設計要求。
參考文獻
[1] 張鑫. 單片機原理及應用（第2版）[M].北京:電子工業出版社,2010.
[2] 胡漢才.單片機原理及其接口技術（第3版）[M]. 北京: 清華大學出版社,2010.
[3] 胡漢才.單片機原理及其接口技術學習輔導與實踐教程[M]. 北京:清華大學出版社,2010.
[4] 張義和. 例說51單片機（C 語言版）[M]. 北京:人民郵電出版社,2008.
[5] 黃英.單片機工程應用技術[M]. 上海:復旦大學出版社, 2011.