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智能窗帘控制系统

专家
2013-01-24 10:53:55    评分

作者:青岛大学 李安祥 李岳 韩宗涛
指导教师:山炳强

  作品简介

  开发背景:随着社会信息化的加快和人民生活水平的不断提高,人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时,也对传统的住宅提出了挑战,人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈,对家居的要求早已不只是物理空间,更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。窗帘作为每个家庭生活中必须的家居用品之一,自然也需要满足人们更舒适性的需求。
  随着电子技术产业结构调整,生产工艺的飞速发展,人们生活水平的不断提高,家用电器逐渐普及,产品性能也在不断的更新换代,从初始的晶体管到电子管,由模拟到数字,由普通向多功能型,由手动控制向智能化发展。社会经济的快速发展和人们生活观念的改变,有宽大窗户的办公和生活建筑越来越多。这种建筑结构美观,采光良好,但是窗户的高度或者宽度超过4米以上,手动拉窗帘比较困难。窗户不仅是大而且也是越来越多,例如在学校、宾馆、大型会议室等场所。这就必然加大了操作者的工作量,使他们不得不花费大量的时间和精力在这些处理窗帘的小事上,严重降低了工作的效率。随着高新技术及电子器件的发展,光控,声控及遥控窗帘应运而生,给人们的生活带来方便。为此,研究与设计光控智能窗帘具有深远的现实意义。
  结构说明:该系统采用的主控器件IAP15F2K61S2单片机,正是运算与控制单元的集合体。系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由单片机扩展的外围电路以及各种实现单片机系统控制功能的接口电路组成;软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。
  功能:1、红外控制。利用开发板自带的红外及红外遥控器,控制窗帘的开关。并且利用红外遥控器实现个模式的切换及定时时间的设定。
  2、光控制。利用光敏二极管及相关硬件,当光照强度达到一定值时,窗帘打开,相反当光照强度弱到一定值时,窗帘关闭。
  3、定时。利用时钟芯片NXP8563制作时钟,设定窗帘打开与关闭的时间,当时间达到时,将窗帘打开或关闭。
  使用说明:本系统有三个模式组成:模式1:红外控制;模式2:光控制;模式3:定时控制。此三个模式分别由红外遥控上的三个键控制。
  当使用模式1红外控制时,红外遥控器上有相应的两个按键分别控制窗帘的打开与关闭。
  当使用模式2光控制时,硬件电路上有电位器可以调节光控时光照的设定值。
  当使用模式3定时控制时,红外遥控器上的6、7、8三个按键分别控制窗帘的打开时间即6点、7点、8点;红外遥控器上的1、2、3三个按键分别控制窗帘的关闭时间即17点、18点、19点关闭。另外,红外遥控器上还有两个键用来检测定时控制的好坏,按下测试1或2,观察当达到整点时,窗帘是否打开或关闭。  


实物图

      平台选型说明

  对本系统来说,所给出的四种指定开发板都能完成任务,但我们通过对开发板的编写难易程度,系统运行的稳定性,系统的复杂性以及经济实用性等方面的综合考虑,最终决定采用STC15F2K61S2单片机开发作为我们控制核心,本芯片无需编程器和仿真器可以直接下载,并且它的速度比普通的8051快8~12倍;同时61K字节片内flash程序存储器,擦写次数10万次以上,并且大容量片内EEPROM,擦写次数10万次以上,对于我们本次要完成的智能窗帘来说足够。

  设计说明

  一、 设计原理
  本系统主要通过单片机IAP15F2K61S2,利用板卡自带的红外一体头1838及红外发射管,来实现智能窗帘的功能一:遥控开关;利用板卡上的PCF8563设置时钟,实时显示当前时间从而实现智能窗帘的功能二:定时开关,即可以早晚自动开关;同时我们用光敏电阻及比较模块来实现了智能窗帘的功能三:光控开关,即有阳光开,没光就关。

  二、 原理图  

 

  三、 设计方案
  1、 电源模块
  方案一:采用干电池供电。此方案的优点是保证了电源的直流特性,纹波比较小,缺点则是干电池体积大,需要多节才能完成5V的电压要求,这样就会影响体积,而且其使用特性也较差,用过一段时间后需要重新更换电池。
  方案二:采用锂电池加稳压芯片供电。此方案的优点为其体积轻巧;缺点是用此方案直流特性不如干电池好,需要稳压芯片为其稳压。
  综上所述,方案二更适合做本模块的电源。因为对于本模块来说,需要较长时间的持续能力;方案二的方案注重了持续性能,且由于稳压芯片的存在,使得电压的稳定性能不比干电池差,所以选择方案二作为我们的电源。
  2、 遥控模块
  方案一:采用红外遥控。此方案的优点是程序简单,易于调试,切经济实惠,并且本板卡自带红外模块,可以直接调试利用。缺点是红外模块易于受到干扰,在强太阳光下很容易产生紊乱,同时红外模块测量的最大距离和最大面积也比较小,但由于在室内使用一般不会干扰。
  方案二:采用无线模块。此方案的优点是测量范围大,但是需要额外购买无线模块,同时还需要自制遥控器而且遥控器自身也需要有主系统来控制,较麻烦,而且自屋内使用不需要控制距离太远。
  综上所述,方案一更符合要求。因为对于本系统来说,成本及操作的简单性,就像大多数家用的电器都采用红外遥控一样,所以我们选择方案一作为本系统的遥控模块。
  3、 光控模块
  方案一:采用光敏二极管,管芯是一个具有光敏特征的PN结,具有单向导电性,因此工作时需加上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流,此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加,形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。
  方案二:采用光敏电阻,利用光敏电阻及LM324比较模块来控制单片机的某个I/O口从而控制窗帘的开关,其优点在于操作简单,便宜;缺点是精度不高。
  综上所述:由于对光照精度要求不高,并且光敏电阻使用方便,操作简单,故采用方案二。
  4、 定时模块
  方案一:采用DS1302芯片,优点在于它通过SPI三线接口与CPU进行同步通信,并可以采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据;缺点是本板卡不带DS1302。
  方案二:采用PCF8563芯片,优点:它是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出一个中断输出和掉电检测器所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递最大总线速度为400Kbits/s每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量;并且最重要的是本板卡自带的是PCF8563。
  综上所述,方案二更符合要求。因为本板卡自带PCF8563 ,并且其特点可以满足我们的项目要求。
  5、 显示模块
  方案一:采用128*64液晶进行显示。此方案的优点是在我们所使用的单片机中提供了12864液晶的端口,切显示程序较容易编写。切屏幕较大,比较容易进行辨认。缺点为12864没有色彩的变化。
  方案二:采用2.4寸TFT彩屏进行显示。此种屏幕的分辨率达到320×240,能够显示262k色的色彩。此种屏幕的优点是能够显示色彩,而彩色的提示作用比黑白两色的要明显。缺点是程序相对复杂,管脚需要重新定义。
  综上所述,选择方案一作为我们的显示模块。因为我们所做的智能窗帘不需要对显示有太大的要求,只需要实时显示当前时间与当前选择的模式,而且12864操作简单,因此采用12864作为我们的显示模块。

  作品特色

  本作品的创新性在于加入了光控制和定时控制两种功能;光控制和定时控制都可以免除人力操作,实现自动控制。光控制可以感知光的强弱,进而判断是否打开窗帘。而且可以根据需要改变打开或关闭窗帘时,光照的强度;而定时功能可以使窗帘在固定的时间打开,可满足有规律人群的需要。
  本作品的实用性在于采用三个模式,可以满足各种情况的需要;红外功能可以使大型的或很多的窗帘关闭或打开;例如:宽大窗户的办公和生活建筑。窗户的高度或者宽度超过4米以上,手动拉窗帘比较困难。而光控功能可以在普通家庭里使用,非常方便。定时功能可以在固定的时间将窗帘打开或关闭,例如在学校的自习室,自习室的窗户有很多,利用光控省时省力。最重要的是本作品成本不高,如果不采用整套开发板的话,成本可在100元以下。
  本作品的先进性在于减少了人的操作,实现自动化或半自动化。并且家庭智能化已成为时代主流,本作品以完全实现了智能化,因此拥有较强的前沿性,也有较好的前景。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13344




关键词: 智能     窗帘     控制系统     需要     控制     功能     红外     模式    

菜鸟
2014-04-01 23:15:06    评分
2楼

本论文视频链接如下:http://v.youku.com/v_show/id_XNjkzMjUzMjQ0.html


菜鸟
2014-04-01 23:20:57    评分
3楼

本论文的视频链接如下:http://v.youku.com/v_show/id_XNjkzMjUzMjQ0.html


菜鸟
2014-04-02 07:34:20    评分
4楼

本片论文的视频演示如下:http://v.youku.com/v_show/id_XNjkzMjUzMjQ0.html




院士
2014-04-02 11:43:54    评分
5楼

    谢谢楼主和你们团队的分享,学习了。

    我看到你们的方案中,每项功能选择都是分析、比较后的“二选一”,确实费了心思,;集合了3种操作(遥控、光控、定时),方便了用户的选择;能够降低成本,使之控制在100元以下,还是比较有市场竞争力的。


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