智能窗帘的详细应用.doc

基于 MP430单片机的智能窗帘控制系统设计

通过对直流伺服电机 无线数据传输模块和单片机 MSP430 的研究,提出了智能窗帘控制系统的设计方法 采用直流伺服电机 TG-38243000-90K 作为驱动电机,L298N 作为运动驱动芯片; 主控单元采用 MSP430 单片机接收并处理来自TSL230B 传感器检测的光强信号 DS18B20 传感器检测的温度信号 键盘输入信息 PTR8000 无线信号和窗帘位置检测信号,同时根据获得的信息向电机控制器发出信号,控制直流伺服电动机的动作;最后利用齿轮传动技术,在 ICCAVR 软件开发平台上实现了窗帘开度控制。

1 随着信息 自动化和通信等技术的不断进步,智能窗帘控制
系统在家居 大型会议室等领域得到了广泛的使用,最大限度地满足人们对窗帘开度的各种需求 尤其在智能家居领域克服传统的窗帘的许多缺点,为人们提供了更方便 快捷 舒适安全的生活环境,提高了人类的生活质量 本设计采用数字式传感器技术 无线信号传输系统和 MSP430 单片机,实现了远程通信和 LED 显示以及自动控制功能。

2 硬件结构框架设计
基于 MSP430 单片机的智能窗帘控制系统主要由数据采集模块 无线遥控模块 键盘模块 窗帘位置检测模块 中央控制单元 电机控制和 LED 显示七个部分组成
(一)数据采集部分
主要利用传感器技术完成温度和光强数据的采集,
（二）无线遥控部分主要由 NRF905 发送器完成,
（三）按键部分主要完成人工手动控制功能
（四）驱动电机采用直流伺服电机 TG-38243000-90K,
（五）L298N作为运动驱动电路
（六）使用键盘和 PTR8000 无线遥控器作为系统的输入,
（七）过液晶 LCD 输出系统信息 中央控制单元采用 MSP430 单片机,完成对接收到的数据进行处理,并控制直流伺服电机完成对窗帘的控制 其结构框图如图 所示
窗帘位置检测

主控制器

Msp430
单片机

温度传感器*

光强传感器

电机控制

无线模块*

LED显示*

键盘模块

3系统硬件接口电路设计
3.1 TSL230B 光强传感器接口电路设计光强检测采用 TSL230B 传感器,TSL230B 设备的输出是一个标准的 TTL 其引脚功能表可查阅 TSL230B 光强传感器引脚说明书光强检测传感器 TSL230B 的灵敏度是由两个逻辑输入 S0和 S1 组成,灵敏度调整使用电子虹膜技术 灵敏度可以设置为三个等级分别为 1 倍, 10 倍或 100 倍 输出频率缩放控制由两个逻辑输入 S2 和 S3 来完成 其工作原理为当 S2 和 S3 都为低电平时输出频率不变, 当 S2 为高电平 S3 为低电平输出频率为原频率的 1/2,当S2 为低电平 S3 为高电平输出频率为原频率的1/10,当 S2 和 S3 都为高电平时输出频率为原频率的 1/100.其硬件接口原理如图 2 所示。

3.2 PTR8000 无线传输接口电路设计该接口由 10 个数字输入/输出 I/O 组成, 按照工作可分为三组,模式控制 SPI 接口 状态输出接口 其中模式控制接口由TRX_CE TX_EN PWR 组成,控制 PTR8000 的四种工作模式PI 接口由 SCK MISO MOSI 以及 CSN 组成,在配置模式下单片机通过 SPI 接口配置 PTR8000 的工作参数,在发射/接收模式下单片机 SPI 接口发送和接收数据;状态输出接口,提供载波检测输出CD 地址匹配输出 AM 数据就绪输出 DR 其引脚说明如表 2所示

在发射模式中,PTR8000 自动产生前导码和 CRC 校验码,数据准备就绪 DR 信号通知 MCU 数据传输已经完成.其工作过程为上电以后,MCU 首先配置 PTR8000 模块, 先将 PWRTX_EN TRX_CE 设为配置模式;MCU 通过 SPI 将配置数据移入PTR8000 模块;当 MCU 有数据需要发往规定节点时,接收节点的地址和有效数据, 通过 SPI 接口传送给 PTR8000,MCU 设置TRX_CE TX_EN 为高来启动传输,PTR8000 内部处理; 如果AUTO_RETRAN 被设置为高,PTR8000 将连续地发送数据包直到 TRX_CE 被设置为低; 当 TRX_CE 被设置为低时,PTR8000结束数据传输并将自己设置成待机模式3.3 伺服电机和驱动芯片接口设计驱动电机采用直流伺服电机 TG-38243000-90K,L298N 作为运动驱动芯片 L298N 工作电压方式为直流,直流电动机采用PWM 信号平滑调速 其工作原理为 L298 可以驱动两台直流减速电机,使用 PWM 控制 如果要控制窗帘的升降,可将 In1,In2和In3,In4 两对引脚分别接高电平和低电平,使用单片机的两个端口给出 PWM 信号,从而实现对窗帘开度的控制 伺服电机和驱动芯片接口设计如图 3 所示

4系统软件设计
4.1 窗帘位置检测工作原理系统采用槽式光耦进行窗帘四个位置的定位检测 其工作原理为当窗帘处于光耦槽中时, 发光的二极管则无法把光传递给接收的三极管,三极管处于截止状态,当光耦槽中没有窗帘,则三极管接收到光,三极管处于导通状态,由此来判断窗帘的大概位置4.2主控模块流程设计系统首先上电复位完成对单片机 传感器 各端口模块初始化和 Y 值及 Y 值优先级设置, 其中 Y=3 的优先级小于 Y=1或Y=2 然后单片机根据接收到的外界信息的类型,进行相应的数据分析和处理后, 通过电机控制器控制直流伺服电机完成对窗帘的控制 其主流程如图 4所示

4.3窗帘位置控制实现主要函数主要定义了端口初始化程序 port_init( ) 延时函数 delay()模数转换初始化函数 adc_init() 模数转换函数 adc_conv()和设备初始化函数 init_devices()和主函数 main()等,其中主要程序代码为
#include<iom16v.h>
#include<macros.h>
void init_devices(void)
{ port_init();
timer0_init();
adc_init();
SREG=0X80; }
void main(void)
{ init_devices();
while(1)
{ }
}
系统利用 MSP430 单片机与 TSL230B 传感器 DS18B20传感器实现了光强信号 温度信号的检测,利用 MSP430 单片机与 PTR8000 组成无线数据通信系统, 实现系统遥控功能研究了单片机强大的控制功能和信息采集的准确性,利用传感器检测到的信号, 同时利用对直流伺服电机的控制实现了窗的自动控制。