2.3.1方案设计说明

考虑到自动窗帘的成本和巨大的市场空间，本文提出一种方案，应用光控原理工作，光亮在一定程度窗帘自动打开，光线变暗窗帘自动关闭，实现光控电动自动窗帘的设计，成本低，环保且方便使用。实现框图如图2.4所示：

光敏 电阻 采集 光强 电路 单片机 驱动电机芯片 步进电机正反转控制窗帘开闭

图2.4 本设计实现的方框图

该系统具有抗干扰能力强、结构简单、性能稳定,成本低廉,利于推广等特点,能够满足智能家居需求,具有良好的市场应用前景. 2.3.2方案选择说明

论文设计的核心控制器选用的是AT89C52单片机，光线采集选用光电传感器ULN3330。它输出单片机能读入数字信号，然后由L293D驱动芯片驱动步进电机转动，调节其转动角度。电机选用比较容易进行角度调节的步进电机，单片机与步进电机之间的连接采用L293D驱动器，它是一种两相和四相步进电机专用驱动芯片。

2.3.3 硬件方案选择说明

硬件电路绘图平台为PROTEL软件， 所用元器件在其上绘出，例如AT89C52微控制器、电机驱动芯片L293D、42BYG系列步进电机、电阻、电容、按键、肖特基二极管、转换开关等。

逻辑框图如图2.5所示。

图2.5 系统硬件电路设计

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○1光检测模块

选用集成光电传感器ULN3330，当器件顶部受到大于50 Lx[4]的光照时就输出高电平，负载上没有电流；当光照不足45 Lx时，器件就输出低电平，负载上有电流通过。

○2单片机模块

选用MCS-51单片机系列，AT89C52单片机。 ○3步进电机的驱动模块

选用步进电机专用驱动芯片L293D,采用L293D，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正、反转、停止的操作。

○4步进电机选用

步进电机的步距角选用1.8度/步（四相电机）。 2.4 软件方案设计说明（主控程序流程图）

软件开发平台为Keil软件，用C语言编写具体的程序代码。主控程序流程图如图2.6所示。

图2.6 主控程序流程图

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第3章 硬件电路设计

3.1 光电传感器信号采集模块设计 3.1.1 光电传感器ULN3330介绍

光电传感器按输出信号有开关型和模拟型， 开关型用于转速测量、 模拟开关、 位置开关等；模拟型用于光电式位移计、 光电比色计等。 光电检测必须具备光源、 被测物和光电元件。

ULN3330是美国摩托罗拉公司生产的集成光电传感器。 它是一种新颖的光电开关， 将光敏二极管、 低电平放大器、 电平探测器、 输出功率驱动器和稳压电路等五部分都集成在了一块1×1.8(mm×mm)的硅片上， 形成一种具有驱动能力的光敏功率器件。 该器件可用于众多使用光敏器件的场合， 使光敏器件的应用变得更简单、 可靠。光敏二极管的光敏区域约为1.1×1.1��(mm×mm)，峰值波长为880 nm。 当ULN3330受到光照时，会产生微安数量级的光电流。低电平放大器是一种低噪声小电流放大器，能对微安级的光电流进行放大、电平位移，最后输出可供电平探测器进行鉴别的电平。 电平探测器是由施密特电路构成的，它具有约20％的“滞后”特性。 输出功率驱动器是NPN中功率晶体管，最大可通过100 mA的电流，可以直接驱动各种负载。 稳压电路可确保当电压在4～15 V范围内变化时电路也能稳定地工作。ULN3330接上电源与负载后， 不需要其他元件就能工作。当器件顶部受到大于50 Lx的光照时， 就输出高电平，负载上没有电流；当光照不足45 Lx时，器件就输出低电平，负载上有电流通过。 3.1.2 传感器信号采集模块设计

由于光电传感器ULN3330直接输出数字信号，因而与单片机连接电路之间无需模数转换电路。

ULN3330控制电路基本思路: 光照强度 E>50LX E<45LX OUTPUT输出端 高电平1 低电平0 窗帘开合状态 打开 关上

表3.1 光照强度与窗帘状态关系

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下面两图即为光电传感器ULN3330模块电路连接图： ○1图3.2：

光电传感器的输出端○2OUTPUT接单片机的P3.0口，输出端的高低电平就送到单片机的口，电源端接+12V的直流电压，VSS端接地。

当外界逐渐变亮，光电传感器件顶部受到大于50 Lx的光照时，就输出高电平，经单片机后由驱动电路L293D驱动步进电机正转，窗帘打开，当光电传感器件顶部光照不足45 Lx时，光电传感器件就输出低电平。经单片机后由驱动电路L293D驱动步进电机反转，窗帘闭合。

○2图3.3：

用开关模拟光电传感器，开关一端接单片机的P3.0口，另一端为接地端，单片机上电后其端口为高电平，因而当开关断开时，P3.0口即为高电平，窗帘打开。当开关闭合时，开关接地，P3.0口为低电平，窗帘闭合。

下图即为光电传感器ULN3330的电路连接图：

图3.2 ULN3330与单片机的连线图

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图3.3 PROTUES中连线图

说明：要用PROTUES软件仿真，因其中器件库中没有光敏这块，用开关替代，左图为光电传感器在单片机上的连接图，右图为用开关代替光电传感器在与单片机的连接图。

3.2 单片机信号处理模块设计 3.2.1 MCS-51单片机的结构

单片机全称单片微型计算机，顾名思义，它指的是一种单硅片上集成的微型计算机主要功能部件的集成芯片。单片机的出现要归功与大规模集成电路技术的发展，就组织和功能而言，它如一个微型计算机系统，内部集成了中央处理器，随机数据存储器、只读程序存储器、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路和串行通信接口等主要功能部件。这里的51单片机指的是Intel公司的MCS-51系列单片机，属于这一系列的单片机芯片有许多种，如8051/8052、8031/8032、8752/8751等，他们的基本组成、基本性能、指令系统都是相同的。 （1）MCS-51单片机的内部结构

单片机是在一块芯片中继承了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功能I/O接口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称MCU。51系列单片机内包含下列几个部件： ·1个8为CPU。

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