第１期 微处理机 Ｎｏ．１ ２０１２年２月 ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＥＳＳＣｌＲＳ Ｆｅｂ．，２０１２ …一…＋ 一一 … 一 一 一一…＿＿ …一… 基于凌阳６１单片机的智能窗帘控制系统设计 安森，张彦航，崔文华 （哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨１５０００１） 摘 要：智能窗帘系统是智能控制、智能家居的典型代表。本智能窗帘控制系统以单片机为主 控核心，集温度控制、湿度控制、光照度控制、红外遥控、数码显示及蜂鸣报警为一体，实现了智能窗 帘控制系统的设计。该系统具有抗干扰能力强、灵敏度高、可扩展性强、成本低廉等特点，不仅克服 了传统窗帘功能单一、缺乏智能化的缺点，而且能适应多种复杂环境状况，具有良好的发展前景和 应用价值。 关键词：单片机；智能窗帘；智能控制 ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—２２７９．２０１２．０１．０２５ 中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—２２７９（２０１２）Ｏ１—００８５一ｏ３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉ ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｕｒｔａｉｎｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｉｎｇｙａｎｇ６１ ＭｉｃｒＯＣＯｎｔｒＯｌＪｅｒ ＡＮ Ｓｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ—ｈａｎｇ，ＣＵＩ Ｗｅｎ—ｈｕａ （Ｓｃｈｏｏｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｕｒｔａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｓｍａｒｔ ｈｏｍｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｍｏｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｗａｒｎｉｎｇ ｂｕｚｚｅｒ ａｒｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ａｌｓｏ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｕｒｔａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｅａｓｉｌｙ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ａｂｉｌｉｔｙ ｂｕｔ ｌｏｗｅｒ ｃｏｓｔｓ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｕｒｔａｉｎｓ ｌａｃｋ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｃａｎ’ｔ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｉｎｇｌｅｎｅｓｓ．１＇ｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｕｒｔａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｕｒｔａｉｎｓ；Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ １ 引 言 有广泛的应用前景。设计实现的智能窗帘系统以凌 阳６１单片机 为主控核心，采用模拟、数字式传感 随着微电子技术、自动控制、计算机网络技术及 器应用技术，具有自动模式和手动模式两种工作方 通信技术的飞速发展，面向各种复杂应用背景的多 式供用户选择，还更为人性化地设置了自动模式、手 传感器系统大量涌现，人类开始步人物联网时代。 动模式指示灯，光照度等级指示灯、数字式温度、湿 融合了自动化控制、计算机网络系统和无线通讯技 度计。在自动模式下，可以通过对室内温度、湿度及 术于一体的智能化家居控制系统作为其中的一个典 光照度的实时综合检测，实现窗帘开合程度的自动 型应用越来越成为人们关注的热点 Ｊ。以往人们 调节。手动模式下，通过人工操作遥控器对窗帘实 对居室环境的要求仅仅是简单的居住功能，随着技 现任意开度的控制。根据面板上设置的指示灯，用 术的进步和时代的变迁，人们对居住环境提出了更 户可以很方便地获取当前系统的工作模式以及系统 新和更高的要求，而功能化和智能化已成为其中不 所测得的周围环境的参数。该系统克服了传统窗帘 可或缺的选择。作为智能家居的一个重要组成部 功能单一、缺少智能化的缺点，能满足不同程度的多 分，智能窗帘控制系统在家居、大型会议室等领域具 种应用需求，为人们提供更方便、更快捷和更舒适的 作者简介：安森（１９８９一），男，内蒙古呼和浩特市人，在读学士，主研方向：自动控制、信号检测。 收稿日期：２０１１一Ｏ５—２１ ・８６・ 微处理机 ２０１２拄 生活环境，有助于提高生活质量。 ２系统总体功能 为方便用户的使用，智能窗帘控制系统设置了 自动模式和手动模式两种工作方式，方便用户进行 选择。并且设置了人性化的人机面板，设置指示灯 定时间实现开启和闭合。预约时间通过数码管显 示，便于查看。如果用户对智能窗帘的自动调整效 果不满意，或者遇到特殊情况需要人工干预和调整， 则用户可以选择手动模式，通过对遥控器的按键操 作能够方便地控制窗帘实现任意开度。一旦用户选 择手动方式进行操控后，窗帘将保持用户调整的结 果，直到用户再次手工调整或重新切换到自动方式 为ｉ 。 方便用户操作，面板上显示的温度、湿度值还可以作 为数字式温度、湿度计供用户使用。在自动模式下， 通过对室内温度、湿度及光照度强弱的实时综合检 测，实现窗帘开合程度的自动调节。调整的原则是， 自天，随着室内温度相比正常值（可设定）不同程度 的下降或升高，窗帘可以有不同程度的开、合，即通 过增加或减少室内的光照，避免室内过冷或过热，同 ３硬件系统结构框架 系统由单片机、红外接收、光敏检测、温度检测、 湿度检测、电机驱动、数码显示以及鸣响提示模块组 成。主要模块所需的关键芯片及器件包括：凌阳６１ 单片机、通用红外遥控器、ＶＳ１８３８Ｂ红外接收头、光 敏电阻、ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器、ＤＨＴ１１温湿度传感 器、窗帘用交流管状电动机、数码管、发光二极管及 蜂鸣器。系统总体框图如图１所示。 时，测得的温度值显示在显示屏上供用户读取；同 理，也可以利用对室内湿度的检测自动调整窗帘开 度，通过加快或减少室内水蒸气的蒸发，使室内湿度 保持相对稳定，检测到的湿度值也显示在面板上。 另一方面，智能窗帘系统还能通过对室内光照度的 检测，控制窗帘的开合程度，以保证室内的光照始终 处于一 个适宜的范围，用户可以通过光照度等级指 示灼‘读取当前室内光照度的等级。需要说明的是， 在温度、湿度和光照度三者中，光照度的优先级最 圆圆圆圆 匾懿圊 【 ［ 硼 ［塑 童Ｊ 高。若温度、湿度和光照度均不满足要求，则首先保 证光照度，其次考虑温度，最后考虑湿度问题。如果 ４系统硬件接口电路设计 传感器检测到的光照度低于设定的黑夜值，则窗帘 将完全闭合并不再自动调整。此外，自动方式下用 户还可以通过预约方式设定定时时问，使窗帘在指 ４．１系统Ｉ／Ｏ引脚 图１硬件结构框架图 系统Ｉ／Ｏ引脚如表１所示。 表１系统Ｉ／Ｏ引脚 ４．２ ＶＳ１８３８Ｂ红外接收头接口电路 管状电机，该电机力矩大，能带动３×３（ｍ ）以上的 红外线是一种低成本、高速的无线传输形式，本 系统中红外发射装置选用通用红外遥控器，使用纽 扣电池，比较省电。红外遥控器发射编码选择最为 通用的ＮＥＣ编码，从而有利于查阅资料和解码，同 时也能满足可学习型红外遥控器进行学习的需要。 红外接收头接ｆ１电路如图２所示。 ４．３光敏电阻Ａ／Ｄ转换接口电路 窗帘。此外，电机具有过热保护、正反转保护功能， 当通电时间过长、电机过热时，电机可自动断电进行 冷却；当正转、反转接头同时接通时，电机内部的机 电装置可进行报警。 光照度检测采用光敏电阻及凌阳６１单片机 Ａ／Ｄ转换通道，具有灵敏度高、操作简单、价格低廉 的特点。接口电路参数设置如图３所示。 ４．４继电器驱动接口电路 继电器选用ＦＡＮＧＫＥ ＪＺＣ一２３Ｆ，用以驱动交流 图２ ＶＳ１８３８Ｂ红外接收头接口电路 安森等：基于凌阳６１单片机的智能窗帘控制系统设计 ４．５温度、湿度传感器接口电路 持稳定，体现了以光照度为中心，即光照度优先级最 温度传感器和湿度传感器分别采用美国Ｄａｌｌａｓ 公司的ＤＳ１８Ｂ２０数字式温度传感器及国产ＤＨＴ１１ 数字式温湿度传感器。两种传感器均采用单总线时 序，能有效减少对Ｉ／Ｏ口的占用数量。 ＶＣＣ ’＝：－ 图３光敏电阻接口电路 ５系统软件设计 系统的软件设计主要针对凌阳６１单片机的中 断系统，其中用剑＿『定时器中断ＩＲＱ１及外部中断 ＩＲＱ３。定时器中断ＩＲＱ１的优先级要高于外部中断 ＩＲＱ３的优先级。 主程序首先进行中断的初始化操作，设定定时 器中断ＩＲＱ１的初值、控制字，在开中断后进入循环 等待，等待［ＲＱＩ定时器中断或者ＩＲＱ３外部中断的 发生。主程序流程图如ｌ訇４所示。 系统时钟 Ｉ ｌ 关中断 Ｉ 定时器设初值 定时器写控制字 开定时器中断、 外部中断 图４主 序流程图 系统通过ＩＲＱ１定时器中断每隔固定的时间 （町由用户设定）对室内环境参数值（温度、湿度、光 照度）进行自动检测，并对获取的参数进行分析和 推算，进而得出窗帘位置的调整判断，确保窗帘系统 可以实时地对周围环境的变化做出相应的反应。 在 ＩＲＱ１定时器中断的设计中对窗帘位置的调整加入 了反馈控制。如图５所示，根据当前测得的温度、湿 度值，经过程序的分析和推算获得一个理想的光照 度值，将当前时刻的光照度检测值Ｌ作为反馈量， 根据理想光照度和当前光照度的差值调整窗帘的位 置，直到室内光照度值接近理想的光照度值，窗帘保 高的原则。 ５ １ＲＱＩ定时器中断设计 思想 图６中过程Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别对应于温度低于或 高于２０％，湿度低于或高于３０％的四种情况，这四 个过程模块的处理流程类似，只是参数设置不同。 以过程Ａ为例，根据温度、湿度以及光照度的检测 值对窗帘位置实现自动调节的过 ＿『』【】 ７所示。 图６ ＩＲＱＩ 时： ：中 昕流稻 ｌ智 图７过程Ａ流程图 （下转第９１页） 许锦生等：电子乐谱综述 ・９１・ 纠错，提高学习的准确性。 纠错功能的实现是基于演奏乐音和乐谱乐音的 ４结束语 比对形成的。可以有２种方式，一是实时纠错，将出 随着现代科学技术的迅猛发展，数字化就 错的部分在设备相对应的位置显示出来。另一个是 像一股强劲的潮流涌人了人们的学习、工作和生活 事后纠错，将演奏者的乐音转换为乐谱，与原始乐谱 中。电子乐谱在音乐领域取代传统纸质乐谱的趋势 共同显示，突出不同的部分。 逐渐显现。电子乐谱在乐器学习中的作用将体现得 四是乐谱库管理功能，主要包括乐谱的生成、保 更加明显。可以想象，这样一个既可以实现乐谱显 存、修改、删除和搜索。 示和播放功能又具有学习功能的电子乐谱将比一般 乐谱生成有２种方式，一是通过输人音乐转化 的电子乐谱拥有更大的竞争力和生存空间。 为乐谱，包括采用导人ＭＩＤＩ文件和接收外界乐音 参考文献： 两种方式生成乐谱。：二是通过人二［ 打谱的方式生成 【１］舒岚，徐巍，张业鹏，李莉．基于嵌入式系统的电子读 乐谱。 谱器［Ｊ］．湖北工业大学学报，２００８，２３（９）：５６—５８． 生成的乐谱可以决定是否保存。保存可以实现 ［２］ 艾晓辉，孙大有，刘吴，陆生礼，邓松亮．电子乐谱的设 计与实现［Ｊ］．电子器件，２００１，２４（３）：２２８—２３２． 图片格式保存和特定格式保存。保存为特定格式的 ［３］刘晓翔，张树生，宋宝华，朱玉璋．支持笔输入的乐谱 乐谱将自动和源文件链接，下次使用时将自动调用。 编辑器［Ｊ］．计算机工程与应用，２００５，４１（４）：１２２— 乐谱的修改，可以在生成的乐谱上进行修改，比 １２４． 如乐音的时值、音高等等信息。 ［４］ 黄志刚，周昌乐，蒋 隽．ＭＩＤＩ文件主旋律音轨的抽 乐谱的删除，可以将不需要的乐谱删除。 取［Ｊ］．厦门大学学报，２０１０，４９（１）：４３—４６． ［５］ 冯国杰，王吉军．基于分层次聚类的ＭＩＤＩ音乐主旋律 乐谱搜索可以对哼唱、演奏过的音乐进行识别 提取方法［Ｊ］．计算机工程与应用，２００９，４５（２６）： 和检索，找到需要的音乐。也可以通过输人搜索项 ２３３—２３９． 目进行搜索。搜索项目包括乐曲名、作者名、乐曲的 ［６］ Ｒｅｃｏｒｄａｒｅ ＬＬＣ．《ＭｕｓｉｃＸＭＬ ２．０ Ｔｕｔｏｒｉａｌ》［ｊ／ｏＩ ］． 一段旋律等内容。 Ｒｅｃｏｒｄａｒｅ ＬＬＣ．２０１０［２０１ １］．ＷＷＷ．ｒｅｃｏｒｄａｒｅ．ｃｏｉｎ． （上接第８７页） 度控制、湿度控制、光照度控制、红外遥控、电机驱动 ［ＲＱ３外部中断用于红外遥控的控制，当用户对 及数码显示为一体的智能窗帘系统。该系统灵敏度 遥控器有按键操作，则红外遥控器发射ＮＥＣ码，此 高、稳定性强、使用方便、可扩展性强，具有多种功 时检测外部中断的Ｉ／Ｏ端口将检测到低电平，这个 能，不仅可以应用在大众家居领域，还可以应用在如 低电平将会触发ＩＲＱ３外部中断，对红外遥控器发 医院、学校、商场等诸多场合。具有广‘阔的市场发展 射的ＮＥＣ编码进行解码。根据不同的解码值系统 前景和应用价值。 做出相应的反应。例如若用户按下的键是“开启” 参考文献： 或“闭合”，则系统发出开启窗帘或闭合窗帘的电机 ［１］ 钱云，郑舒予，秦雷．基于ＡＴＭＥＧＡ１６单片机的智能窗 驱动信号，并在退出ＩＲＱ３外部中断之前，关闭ＩＲＱ１ 帘控制系统设计［Ｊ］．微计算机信息，２００９（２５）：２４— 定时器中断，以确保窗帘不再自动开合。若用户按 ２５． 下的是“自动模式”按键，则在退出ＩＲＱ３外部中断 ［２］ 王春武，刘春玲，姜文龙，等．基于单片机的无线智能 之前，系统重新设定定时器初值，并开启ＩＲＱ１定时 窗帘控制器的设计［Ｊ］．吉林师范大学学报，２０１０（１）： ９３—９５． 器中断，以确保系统可以实时进行检测，实现自动控 ［３］孙勇，杨文月，赵宇新．自动窗帘控制系统设计［Ｊ］．微 制。需要特别说明的是：由于单总线时序以及Ａ／Ｄ 型机与应用，２０１０（１３）：１５—１７． 转换通道的需要，在主程序中需要将系统时钟调整 ［４］ 周敬．基于单片机的窗帘智能控制系统设计［Ｊ］．信息 到一个适合的值。 时代，２０１０（２）：５８—６Ｏ． ６结束语 【５］ 罗亚非．凌阳ｌ６位单片机应用基础【Ｍｊ．北京：北京航 空航天大学出版社，２００４． ． 以凌阳６ｌ单片机为控制核心，设计实现了集温
