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1、窗帘自动控制 1 引言.2 2 方案论证与整体方案设计.2 2.1 方案论证.2 2.1.2 方案比较.2 2.2 整体方案设计.2 3 电路设计.3 3.1 模拟部分电路设计.3 3.2.4 3.3 单片机无线通信部分.6 3.4 窗帘控制部分机械连接.7 3 软件设计.7 4.1 方案论证.8 4.2 整体方案设计.8 5 系统调试.8 5.1 开发工具介绍.8 5.2 软件调试与仿真.8 5.3 系统调试.8 6 设计总结.8 1 引言 由于经济的快速发展，人们生活水平得到较大的提高，生活节奏也越来越快，为此家居智能化也为人们所需要和重视。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息
2、家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居网络是在家庭内部通过一定的传输介质将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通讯协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互连进行信息交换的局域网。无线通讯的智能家居网络，将家庭内部的各种设备通过无线通讯技术连接起来。随着无线通讯技术的迅猛发展，无线通讯技术更稳定，更廉价，将无线通讯技术用到智能家居网络成为现实。无线短程协议更是推出不久就以其低功耗、低价格、低复杂度，引起了业界的广泛关注。智能无线家居是以家居为平台，兼备建筑、自动化、智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。在智能家居
3、系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且因为它能更符合家庭网络的通讯特点。而对于大多数家居网络来说，配置和路由是一件麻烦的事，特别是家居网络有移动的特性，所以，无线家居网络的使用成了学术界和业界的研究热点，也将成为一个颇有潜力的产业。随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。2 方案论证与整体方案设计 2.1 方案论证 2.1.1 方案提出 为了设计出一个性价比适合的窗帘自动控制器，综合考虑各种因素后拟定了多种设计方案，具体如下：方案一：利用 AT89C52 单片机的
4、实现窗帘自动控制器设计。方案二：利用 AT89C52 单片机的实现基于无线电的窗帘自动控制器设计。方案三：利用数模混和电路实现窗帘自动控制器设计。2.1.2 方案比较 相比三个方案各自的特点：方案一和方案二均采用以 AT89C51 单片机作为主控核心，与按键，显示器等较少的辅助硬件相结合，利用软件对窗帘的运行状态进行控制。本系统具有体积小，硬件少，电路结构简单及容易操作等优点。方案二在方案一的基础上增加了无线电通信的窗帘自动控制器，它更符合家居智能化发展的趋势，因此在本设计中选择方案二。方案三利用了数模混和电路实现窗帘自动控制器设计。采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如采用 5
5、55 时基电路振荡产生高频脉冲信号，然后经计数器等数字器件进行频率、占空比的调整处理。本方案电路复杂，制作周期也长，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。2.2 整体方案设计 图 1 为本设计的系统原理图，如图所示本系统包括两个部分固定无线遥控接收器和多个便携式无线遥控发射器组成。固定无线遥控接收器由一 89C52 单片机、解码芯片 PT2272 以及一射频接收模块 HS201 构成一固定无线遥控接收器；固定无线遥控接收器的单片机的一输出端口接一条 IC 总线，利用 IC 总线的自动寻址、高低速设备同步等功能的高性能串行总线，实现多个控制对象的同步控制。由一 89C52单片
6、机、编码芯片 PT2262 以及一射频发射模块 HS101 构成若干工作频率相同的多个便携式无线遥控发射器。对窗帘的控制采用单个直流电机，通过控制电机的转向来控制窗帘的开或者关，在任意时刻断电即能够使窗帘停止运行；为了增大系统的应用范围在 IC 总线留有控制其它设备的空间，如电灯的开与关等。3 电路设计 3.1 模拟部分电路设计 从图 3 可知，无论是 AT89C51 单片机工作电源、二极管还是数码管的驱动，都要用到+5V的直流电源，所以，一个稳定的、持续的+5V 直流电源对本系统十分重要。本系统运用桥式整流电路，将交流转换为直流，为各部分电路提供恒定的+5V 直流。模拟部分和数字部分分别采用
7、一个独立的稳压管供电，保证电路的稳定性和抗干扰，其电路如图 4。图 1 系统原理图 无线道 便携式无线遥控发射器 80C52 PT2262 HS101 按键与液晶显示 固定无线遥控接收器 80C52 PT2272 HS201 按键与液晶显示 家居设备 1 家居设备 2 光强传感器 IC 总线 图图 4 4 3.2 单片机主控电路设计 3.2.1 键盘显示电路（2）键盘电路设计 键盘的设计主要是考虑参数的设定输出及运行方式的必要控制，因此设置了 10个数字键 09，3 个功能选择键实现控制对象选择、设备开、设备关的设定，1 个递增键（上翻）和 1 个递减键（下翻），1 个确认键，他们具体的功能如
8、下：a)数字键 09 用来设置参数，在当前编辑位上输入数字，每按 1 个数字键，便覆盖原数字，主要用在对数字通道的选择设定上。b)功能选择键 控制对象类型选择、控制对象设定和设备运行状态设定 3 个键用来选择当前正在进行设置参数。设置流程为：按中任控制对象类型选择键来选择当前要进行控制对象的类型，使用上翻和下翻键来选择；控制对象设定通过数字键或者递增和递减键输入代表控制编号；设备运行状态设定表示对当前控制对象发出的具体命令开或者关，使用上翻和下翻键来选择。c)递增（上翻）和递减键（下翻）递增和递减键能够实现数字通道的设定按 1 的间距连续递增或者递减，上翻和下翻则用来选择控制对象的类型，如控制
9、窗帘、控制灯、控制电源开关等的选择。d)确认键 确认键是参数设定完成的确认，系统执行并响应输出。（3）液晶显示模块电路设计 液晶显示器选用 FYD12864 工作方式为串行通信方式，这样电路简单，程序也清晰。在液晶显示器上分别显示电压、频率、占空比的设定，以及动态的监测输出电压值或者是显示外接输入的测量值。3.2.2 光强采样电路 TSL2561 是 TAOS 公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强度数字转换芯片。该芯片可广泛应用于各类显示屏的监控，目的是在多变的光照条件下，使得显示屏提供最佳的显示亮度并尽可能降低电源功耗；还可以用于街道光照控制、安全照明等众多场合。该芯片可
10、以编程设置许可的光强度上下阈值，当实际光照度超过该阈值时给出中断信号；微控制器可以通过 I2C 总线协议对 TSL2561 进行读写。写数据时，先发送器件地址，然后发送要写的数据。TSL2561 的写操作过程如下：先发送一组器件地址；然后写命令码，命令码是指定接下来写寄存器的地址 00h0fh 和写寄存器的方式，是以字节、字或块（几个字）为单位进行写操作的；最后发送要写的数据，根据前面命令码规定写寄存器的方式，可以连续发送要写的数据，内部写寄存器会自动加 1。对于 I2C 协议具体的读写时序，可以参考相关资料，在此不再赘述。TSL2561 的软件设计流程如图 4 所示。3.2.3 模拟 IC
11、总线终端 3.3 单片机无线通信部分 无线发射系统 编码电路采用编解码芯片组P1_22622272中的编码芯片PT2262。该芯片内部有振荡器、系统定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路。PT2262的A0A7端是芯片的地址码设置端口，每一端口可以编为“0”(接地)、“1”(接v()和“开路”三种状态，利用A0A7这8位地址线可提供3 一6 561种不同寻址，本开关系统将地址均接地。IX)端是数据码输入端，分别和按键SB1，SB2，SB3，SB4相 在无线电发射电路中采用一种新颖射频发射模块 HSIO1，他具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，内部有发射天线和一个 280 MHz 载波
12、振荡器，其载频受 PT2262编码器输出的脉冲数码调制。发射器的按钮 SB1，SB2，SB3，SB4 分别对应编码集成电路的 DO，D1，D2，D3 数据输入，当按下 SB1 键时，按下信号经 DO 进入 PT2262编码，编码脉冲输出去调制发射 HS101 模块的载波信号后，发射出去。HS101 输入端 IN 平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过HS101 的工作电压。如需更远的可靠距离，可在 HS101 的输出端增加一级射频功率放大器。当发射系统没有键按下时，PT2262 不接通电源，其 17 引脚为低电平，发射模块、HS101 不工作，发射电流为零。当、发
13、射系统有键按下时，PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号；当 17 引脚为高电平期间，PT2262 的发送控制端有效时，17 脚输出的编码脉冲信号对 HS101 进行调制发射 无线接收系统 无线电接收电路采用与射频发射模块 HS101 相配套的射频接收模块 HS201。HS201具有较宽的接收带宽，极低功耗，可长期处于守机状态。HS201 输出端口直接与PT2272 的数据输入端口连接。解码电路采用编解码芯片组 PT22622272 中的解码芯片 PT2272。该芯片内部有地址解码、振荡和系统定时、数据检测、同步检测、控制逻辑、译码逻辑电路。PT2272 的 A0A7
14、端是芯片的地址码设置端口，只有接收端的地址码和发射端的地址码设置完全相同，输出端才有输出信号。解码芯片PT2272 将数据输入端接收到的信号，经内部电路解码辨识确认。如果所接收到的信号地址码与本地址编码相同，DOD3 输出信号控制继电器电路，从而控制相应的开关电路动作。否则，解码芯片不解码，继电器电路不响应，开关电路保持原有的工作状态不变。发射器的按钮 SB1，SB2，SB3，SB4 分别对应接收器接收解码集成电路PT2272 的 DO，D1，D2，D3 数据输出，当按下 SB1 键时，接收模块 HS201 收到编码信号后，经内部解调放大整形后由 OUT 端输出，再送至 PT2272 的 DI
15、N 管脚进行解码处理。若编码和指令信息与 PT2272 所设定的地址码一致时，解码有效端与对应的数据输出端 DO 均输出高电平，松开 SB1 键时，均恢复低电平。所以按下发射器 SB1键时，接收器 PT2272 的 DO 和 Dout 管脚输出高电平，其对应的三极管导通，故产生一个负脉冲，此负脉冲经加到双稳态触发器，使双稳态触发器发生翻转，继电器吸合，完成一次开关动作；如再次按发射器 SB1 键，双稳态触发器又翻转一次，继电器释放，完成一次开关动作 无线发射，接收控制有两部分组成，如图 10 所示，发射部分采用编码芯片 PT2262 和 DF 数据发射模块，接收部分主要由解码芯片 PT2272
16、、DF 接收模块组成。为简化电路，发射接收部分采用现成的收发芯片，其工作频率为 315M，采用 FM 方式调制。S1-S4 为脉冲编码开关，按下后在接收端解码后将输出相应的电平控制电路的开机和 Q9Q11 组成的电子开关的工作。1 编码芯片 PT2262 芯片原理简介：PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无
17、线遥控发射电路。2解码芯片 PT2272 芯片原理简介：编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号，当 17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当 17 脚为低平期间
18、 315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为 100的调幅。3.4 窗帘控制部分机械连接 3 软件设计 4.1 方案论证 4.2 整体方案设计 5 系统调试 软件的调试应该把功能模块化，分模块调试，且调试好了一个模块就不要在随便改动。在软件调试的时候可以结合一些 EDA 软件来帮助调试。（如：PROTEUS，KEILL等）要设计出一种产品，需要将硬件调试和软件调试结合起来，这样才能发现在软件或者在硬件在单独调试中难以发现的问题。许多硬件错误是可以在软件调试中发现和被纠正的，
19、而软件调试能够发现很多容易被忽略的语法错误，对于有些固定的语法，人们可能经常犯错误，但一旦通过软件调试，就会清晰容易的纠正这些错误。故在软件调试过程的在线动态调试中也包括联机仿真、硬件在线动态调试以及硬件故障的排除。这些步骤是相互联系，不可分割的。5.1 开发工具介绍 5.2 软件调试与仿真 5.3 系统调试 5.4 遇到的主要问题及解决方案 6 设计总结 在设计制作数控脉冲源的过程中，我们深切体会到，实践是理论运用的最好检验。本次设计是对我们三年所学知识的一次综合性检测和考验，无论是动手能力还是理论知识运用能力都得到了提高。本系统的研制主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技术等
20、多方面的知识，所设计的数控脉冲电源，采用单片机作为控制器使系统结构简单，性能可靠，精度高，成本低，便于调试和维修；且输出电压无级的形式任意设定，另外系统还将数字直流稳压电压、数字电压表、数字脉冲电压结合在一起，充分利用了其中用到的各种器件，使得其具有更加丰富的附加功能。提高了系统的性价比，应用方便，使用灵活，是做电子实验和为一些电子产品提供电能的理想电源。在本次设计中，我们得到了以下经验：1在电路设计的时，电路确定下来后，应先对电路进行计算机仿真，在从中修改一些器件以达到比较理想的输出，然后在进行器件的购买和硬件电路的焊接。2.在设计数摸混合电路的时候要处理好共地的问题，因为特别是在这种具有
21、D/A 转换的电路中，数字信号必须与模拟部分共地，在一些必须隔离的场合（如本设计中的报警电路要将大电流信号转换成电平信号传递给单片机）可以使用光电耦合来处理。4.在硬件电路焊接的时候要注意，线路之间要平行或垂直尽量要避免线路之间的干扰，特别是在数字频率比较高的场合。5在一些集成块靠近其输入电源引脚边，加入一个 0.1uf 左右的电容。因为电源线路长了以后，同一条线路中的不同点就会有不同的纹波存在，有时离电源输出越远纹波会很大。6程序调试的时候要注意，各程序要模块化调试，各模块调试成功之后再将程序组合起来调试，并且在程序编写的时候要注意注释的书写，因为有注释让我们书写程序时条理更加清晰，对整个程序的调试也比较方便。7 在不影响系统性能的前提条件下，选者器件的时候应尽可能选者同一总线的芯片，这样便于系统集成与节约单片机 I/O 口线。8在采样电阻的选择上应选择稳定性和精度较高的 1-1王俊峰现代遥控技术及应用M北京：人民邮电出 版社，2005 2李朝青无线发送接收Ic芯片及其数据通信技术选编(2)M北京；北京航空航天大学出版社，2004 3肖景和，赵健无线电遥控组件及其应用电路M北京：人 民邮电出版社，2004 4林德彬，杜志聪，王啸计算机无线遥控玩具模型实验方案 J现代电子技术，2006，29(18)；1617 5姚澄，朱灿焰，杨会保信道化技术在软件无线电接收机中
