Abstract: 51 single-chip microcomputer has been used to design the main control unit to carry out the hardware modular design. The control system is mainly divided into illumination detection module, LED display module, clock module, key control module and motor drive module. According to the design requirements, the system has the light control function when means that the smart curtains are automatically opened when the ambient light is dark, and the smart curtains are automatically closed when the ambient light is bright. At the same time, smart curtains can be opened or closed according to user needs under the manual mode. This design could make life more convenient and comfortable, simple operations, easy to understand and low cost, and have a good market to expand the research and development prospects.
Key words: 51 single-chip microcomputer Intelligent Photosensitive resistor Stepper motor
【中图分类号】TP272 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2018）06-0000-00
1 引言
在时代面貌不断革新的今天，人们已经不仅仅满足于最基本的物质基础，更是追求更高质量的生活和环境。为了满足人们的要求，科技领域迎来了智能化，机器智能化、家居智能化等理念已逐渐在我们的生活中体现。人们离不开智能，智能家居理念也更能契合人们高质量生活的需求，成为了市场当下最为热门的研究话题。以前传统化的窗帘都是手动式的，尤其对于高楼会议室、办公室宽大厚重的窗帘，手动是极不方便的。在本次系统设计中，就此方向进行展开研究，实现窗帘智能自动化，给予用户一个舒适、便利的生活环境。
2 方案系统设计
如图1所示，设计整体将系统整体进行模块化，分为主控单元模块、电源电路模块、时钟模块、光强度检测模块、LED显示模块、步进电机以及驱动电路模块、按键控制模块组成。设计采用51单片机为主控模块，并以此为基础，分为自动和手动模式。在自动模式下，利用光强度检测模块将外界光强信号转换为电压信号作为单片机的输入信号，经单片机处理后的信号传送给步进电机驱动模块，控制步进电机的正反转，从而实现窗帘的自动开合。在手动模式下，用户可通过按键模块中按键来控制窗帘达到用户想要的状态。
3 硬件电路设计
3.1 主控单元模块
单片机最小系统是设计中元器件最少也是功能最基础的应用电路，由单片机、晶振电路以及复位电路构成。如图2所示。
在单片机主控单元最小系统中，STC
3.2 电源电路模块
本设计根据需要5V的直流电源供电的要求，可选择的有两种供电方式，一是USB供电，二是5V的电源适配器。此次设计需要5V的直流采用USB供电方式，较电源适配器更方便更常用，不需要再接AC220V，可直接用手机充电器、电脑USB口以及充电宝进行电源供电。
3.3 光强度检测模块
光强度检测模块用到光敏电阻以及A/D转换芯片ADC0832。
设计选用光敏电阻作为光感检测的主要元件。因为光敏电阻采集到的是周围光强度的模拟量，根据它的工作特性，需要A/D转换模块来将变化的电压信号转变为数字信号，然而采用的STC
光强度检测模块设计中，光敏电阻两端分别接电源和10K阻值的电阻R5并且和地相连，其中串联的电阻起到限流的作用。当ADC0832进行A/D转换时，必须要CS使能端置于低电平并且一直保持到转换结束。芯片时钟输入端(CLK)需要接至单片机的数据口P1.7来输入时钟脉冲；CH0端口输入光敏电阻采集的变化的模拟信号；DO、DI端通信时并未同时工作，两端口可并联接至一个数据口P3.2。利用DI数据信号输入选择通道功能以及DO数据输出读取转换的数据实现光强度A/D模拟量转换的目的。
3.4 时钟模块
设计添加了时间设置的辅助功能，选用了掉电后保护电源并有充电功能的DS1302时钟芯片，如图4所示。主要是模块可以提供单片机一定频率的脉冲，从而进行对日期、时间进行有效计时。
DS1302芯片工作的电源输入脚，即第1、4脚分别接到单片机的VCC和GND。第8脚接了一个3V的纽扣电池，它可以保证断掉电源后继续计时，具有记忆功能。第2、3脚接的32.768K的晶振提供时钟脉冲。最后的第5、6、7脚依次连接到单片机的I/O端口，用于数据的传输。
3.5 步进电机驱动电路模块
这一模块主要实现的功能就是步进电机接受转换后的不同的数字信号发生正转或是反转的动作，继而实现窗帘的闭合或是拉开。
为实现步进电机的驱动，本设计采用ULN2003，7路高耐压、大电流单端达林顿阵列芯片，如图5所示。模块的硬件设计为电机的公共端接5V的电源，其余四线接至ULN2003驱动芯片的out1~4输出端口。ULN2003驱动芯片的IN1~4接至单片机的P2.4~P2.7端口。
3.6 按键控制模块
为实现手动和自动模式的来回切换，设置了五个独立按键“模式切换”、“设置时间”、“设置光强度阈值”、“开启”、“关闭”来控制窗帘开合。按键分别与单片机P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7端口连接。按下“模式切换”是自动和手动模式相切换，自动模式下，可通过按键来设置光强度阈值范围。手动模式下再按“开启”、“关闭”来调节窗帘。按键控制模块如图6所示。
3.7 液晶显示模块
液晶模块的电路的硬件设计如图7所示。1脚和2脚分别接地和接电源，3脚添加了一个10K的电位器再接地，电位器是用来调节液晶显示屏的对比度。4脚是寄存器控制端口，连接至单片机的P1.3端口上。5脚是液晶的读写控制端口，接至单片机的P1.4端口上。6脚是液晶的使能端口，接至单片机的P1.5脚上。7~14脚是液晶的数据/地址8位总线，接到了单片机的P0口上。最后15、16脚是液晶的背光电源端口，直接系统电源和地。
系统软件主要由于实现光敏电阻输出的电压信号与电机转速之间的转换以及步进电机的正反转的控制。其中，步进电机正反转控制程序如下：
void OpenW() //开窗
{
uint i,j;
for(j=0;j<255;j++) // 控制步进电机正转
{
for(i=0;i<4;i++)
{
P2=Clock[i];
Delay(3);
}
}
Led_P=0; //指示灯显示
}
/*********************************************************/
void CloseW() // 关窗
{
uint i,j;
for(j=0;j<255;j++) // 控制步进电机反转
{
for(i=0;i<4;i++)
{
P2=AntiClock[i];
Delay(3);
}
}
Led_P=1;
}
在自动模式下，上述程序通过检测外界光强信号的强度来实现步进电机的正反转，从而实现窗帘打开和闭合的操作。综上可得该基于51单片机的智能家居窗帘控制系统可以实现家居窗帘的智能打开闭合控制，具有一定的应用价值。
5 结束语
基于51单片机的智能家居窗帘控制系统主要分为自动及手动两种工作模式，主要是通过光敏电阻采集的电压信号经A/D转换模块转化为数字信号由单片机传送给电机驱动芯片，以此产生连续的电脉冲信号驱动步进电机的正反转，从而实现窗帘的打开闭合操作。整个智能家居窗帘控制系统工作稳定，成本低，电路设计简单，操作方便，便于用户操作，具有一定的应用价值和市场前景。
参考文献
[1]王丽杰.基于AT
[2]王孝尚.基于STM32的智能窗帘控制系统[J].电子世界,2017,(17):188-188.
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[4]邓嘉卿.基于单片机的窗帘的智能控制系统设计.科技创新导报,2015,(22):103-108.
[5]马帅,高岳.基于STC
作者简介
孙艺婕 （1995-） 女 工学学士 研究方向：工业自动化
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