家居环境感光窗帘智能控制与调节系统.doc

家居环境感光窗帘智能控制与调节系统摘 要随着社会的不断进步，物联网已经成为国家五大新兴战略性产业之一，是当今科技发展的重要方向。智能窗帘作为物联网智慧家居的一环，也得到了越来越多的关注和需求。然而，现阶段的很多产品还存在不足，如：不能多层复合控制，无智能操作界面，只能单一模式运行，参量出厂固定，采用简单的机械记忆，光控易受干扰等。本文基于嵌入式ARM2410单片机，设计了一种感光窗帘智能控制与调节系统，该系统通过对光控的重新设计，对窗帘进行复合控制；通过多项可设参数和多种控制模式，来适应不同的环境需求；测试结果表明，该系统操作简便，控制精确可靠，可行性强。关键字：感光窗帘；智能控制；嵌入式ARM2410；步进电机AbstractWith the progress of society, the Internet of Things has become one of the five emerging strategic industries. It is an important direction in science and technology development. Smart curtains as part of the smart home on the Internet of Things get more and more attention and demand. However, at this stage, many products have shortcomings, for example: we cannot multi-layer composite control, smart user interface, only a single mode, factory fixed parameters, using a simple mechanical memory, susceptible to interference light control, and many other shortcomings. A new smart curtain system is designed based on the embedded ARM2410 design to build a new smart curtain system. The system re-designs of light control composite control the opening and closing curtains and venetian blinds; can be set through a number of parameters and a variety of control modes, adapt to different environmental needs. The test results show that, the system has the advantages of simple operation, accurate and reliable control. Key words: Light sensing curtain; Intelligent control; Embedded ARM2410; Stepper motor目 录1 引言- 1 -1.1 研究目的及意义- 1 -1.2 国内外研究现状- 1 -1.3 设计应用分析- 2 -2 系统方案设计- 3 -2.1 系统总体构成- 3 -2.2 系统模块设计- 3 -2.2.1 光敏传感器模块- 3 -2.2.1.1光敏传感器的选型- 3 -2.2.1.2光敏电阻的构成及原理- 3 -2.2.2 电机模块- 6 -2.2.2.1 电机的选择- 6 -2.2.2.2 电机驱动电路- 7 -3 系统硬件平台及接口设计- 9 -3.1 S3C2410A 芯片简介- 9 -3.1.2 ARM2410试验箱硬件结构- 10 -3.2 I/O设备- 13 -4 软件设计- 15 -5 安装与调试- 16 -5.1 窗帘框架的制作与安装- 16 -5.2 测试分析- 16 -6 总结- 17 -参考文献- 18 -III1 引言随着科技的快速发展，家居智能化的趋势越来越明显。目前最常见的智能窗帘如开合帘、罗马帘、卷帘、风琴帘可以根据设定的时间或者光照强度进行打开和关闭，百叶帘可以自动旋转角度调节光强，一般通过墙上电气开关或三四个按键遥控，也可以通过手动模式进行控制。虽然现有的智能窗帘已经能够实现多种功能，并且有着不错的创新点，但仍能够看到很多缺憾，即可以优化改进的地方。单层控制：国内外电动窗帘产品，多数为简单的控制电机正反转，着重于多种多样的电机的开发。智能产品中虽有并联技术等大面积集群控制，但是基本上皆为控制单层窗帘。然而，随着智能家居的不断推广，人们对智能生活的细节要求越来越高，在办公室、家庭等场所对光线的多层控制是一个有待深入发展的方向。若是简单的将两个智能窗帘系统联合使用，将造成传感误判、智能冲突、控制繁琐等问题。1.1 研究目的及意义智能家居是人们经常谈论的话题，智能窗帘作为智能家居的一员，只有在一些高档宾馆和一些高档的私人住宅中，才能见到一些智能窗帘的影子。因此，研究出一款适合大众的、使用简便的窗帘是十分有必要的。其一、改变人们的生活方式。单片机控制的遥控自动窗帘系统具有丰富的智能化功能，为普通家庭用户营造一个高效、舒适、便利的居住环境。其二、智能窗帘能帮助人们有效的安排时间，在外时不必担心窗帘没有关闭可能引起的一些问题。此外，智能窗帘的设计还可以培养自己对已学过的专业基础理论知识与实践的综合应用能力；同时带着系统设计中的各种新问题，学习控制、遥控技术、机械设计等多方面的知识，培养学科间知识的交叉运用能力。1.2 国内外研究现状在欧美等发达国家,电动窗帘已广泛应用。在10 年前,电动窗帘就已经进入我国，可一直没有大的推广。近几年，随着电控技术的不断提高及价格的不断下降, 电动窗帘热才又卷土重来。据了解,全国共有170多种电动窗帘器获得了国家专利,但就其技术本身而言，还是大同小异,但售价却有很大差别，贵的要数千元，便宜的只要500块。尽管遥控自动窗帘系统在国内是一个新兴的行业，但是，它也正以不可抵挡之势迅速崛起。遥控自动窗帘系统走进中国以来，在短短四年的时间里，遥控自动窗帘系统生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业,其行业发展非常迅速。随着技术的不断发展，人们财富的不断增长，用户对智能家居的需求呈现出快速增长的态势，作为智能家居的一部分智能窗帘，随着认识的深化，推广的普及，其发展呈现功能多样化、噪音更低化、产品高档化等趋势。1.3 设计应用分析窗帘是每个家庭的必需品，然而在人们已经越来越快的生活节奏中，窗帘也给人们带来了些许不便。人们在繁忙的工作之后，回到家已是疲惫不堪，本想好好休息一下，但还要去拉开闭合的窗帘，显得有些繁琐；如果碰到出差，家里又没人把打开的窗帘拉上的话，可能会担心家中的安全模式单一：目前智能产品中虽有光感应、温度感应、定时控制、雨水感应等诸多传感应用，然而多为只有其中某一项传感在使用，而不能实现多模式复合控制，不能适应生活各方面带来的复杂需求。阈值固定：目前市面上的产品通常出厂便固定好了光控开关阈值、灵敏度等，然而不同的自然环境和生活需求采光需求不同，产品不能很好的适应与调整。光的错误干扰：安装位置不当会导致外界光污染且影响室内灯光，误导光传感器的判断。针对以上所谈到的国内外智能窗帘的现状，本文设计了一种新的感光窗帘智能控制与调节系统。2 系统方案设计2.1 系统总体构成该系统以s3c2410为核心,以光敏信号为信号输入；通过驱动电路控制步进电机为控制信号输出。系统框图如图2.1所示： 图2.1 系统总体框图 如图所示，本系统的信号采集采用光敏传感器，通过光敏传感器可以感应光照强度，然后根据光照强度控制窗帘开合。本系统可以实现两种工作模式，分别是白天工作模式和夜间工作模式，不停的工作模式下，其实现的功能不一样，即控制电机转动的方式不一样。白天工作模式下，通过光敏传感模块检测光照强度进行打开窗帘；夜间工作模式进行反向转动电机，使窗帘关闭。2.2 系统模块设计2.2.1 光敏传感器模块光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。2.2.1.1光敏传感器的选型光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光的装换，光敏电阻的阻值随光照强弱而改变，光线越强，阻值变得越小，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达到110M欧，在强光条件下，它的阻值（亮阻）只有几百至几千欧。随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。可见光敏电阻具有灵敏度高，反映速度快，稳定可靠，工作电流大，可达数毫，易于使用的特点。光敏电阻完全满足本设计的要求，故选用光敏电阻型的光敏传感器。2.2.1.2光敏电阻的构成及原理光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。如下图所示光敏电阻的工作原理：图2.2 光敏电阻工作原理图光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体图2.3光敏电阻结构原理图及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。图2.4 光敏电阻实物图本模块采用灵敏型光敏电阻传感器，比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。配可调电位器可调节检测光线亮度，工作电压3.3V-5V。输出形式 ：DO开关量输出（0 和1）和AO模拟量输出（电压），模块在环境光线亮度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，DO端输出低电平；DO输出端可以与MCU直接相连，通过MCU来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更精准的数值。图2.5 传感器模块如图2.5所示，本设计采用的光敏传感器模块有4个脚针，一个接电源正极、一个接电源负极，另外两个分别为模拟信号输出和数字信号输入。开关指示灯LED用作数字信号输出指示作用，当光照强度太大，输出低电平时，指示灯点亮。图2.6 传感器模块实物图另外，如图2.6所示，为传感器模块实物图。在本电路图的中上方具有灵敏度调节模块。即通过调节灵敏度电位器，可以调整光照强度阈值。在实际安装过程中，用户可以根据对光照的要求进行调节。如果用户希望房间一直处于非常明亮状态，则可以通过调整灵敏度电位器达到自己要求，即只要房间内稍微有点暗，就可以输出低电平，触发电机转动，打开窗帘。如果用户希望房间内光照强度处于光线柔和状态，则可以调低光照灵敏度。达到用户要求，即只要房间内光线强度不是非常弱，窗帘不会打开，在保证屋内光线柔和的前提下，触动电机模块，进行开关窗帘。2.2.2 电机模块此部分主要包括电机及驱动两部分组成。本设计采用步进电机作为智能窗帘的开关执行器。驱动主要包括电机正反转。2.2.2.1 电机的选择方案一：使用直流电机来作为执行机构，带动窗帘运动实行开合。此方案的优点是电机转速能达到很高，从而实现窗帘的快速开合。其缺点是电机转速能达到很高，从而实现窗帘的快速开合。其缺点是电机速度过高时，给出停转信号后，由于惯性会继续转动，窗帘也随之继续运动，可能会对窗帘框架造成损停转信号后，由于惯性会继续转动，窗帘也随之继续运动，可能会对窗帘框架造成损害；速度过低，则可能会出现电机不能克服阻力，因而不能带动窗帘运动。方案二：使用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。使用步进电机作为来作为执行机构，带动窗帘运动实现开合。此方案的优点是给出停转信号后，会立即停转，不会对窗帘框架造成损害，且其扭矩比直流电机大，便于带动窗帘运动；其缺点是价格比直流电机稍贵。如下图所示，为步进电机实物外观图。图2.7 步进电机实物外观图综上所述，选择方案二作为系统的执行机构，带动窗帘运动实现窗帘的开合。下面以高2.0m、宽2.0m、亚麻窗帘布材质的窗帘布，与电机相连的主动轮以及从动轮都是直径D= 5mm的滑轮构建的窗帘模型为例，具体讲解一下步进电机的型号选择。查阅资料得知，亚麻窗帘布的克重是800g，即高2.7m、宽1m的亚麻窗帘布的质量是800g。那么，高0.8m、宽1.5m的亚麻窗帘布材质的窗帘的质量M为假设拉绳与滑轮的直径垂直，窗帘与窗帘杆之间的滑动摩擦系数为=0.1，重力加速度g=9.8m/ s2，电机的效率一般在0.85 0.95的范围内，在这儿我们取=0.9。则窗帘布与窗帘杆之间的滑动摩擦力F=Mg=0.11.489.8=1.45。那么主动轮转动所需要的最小转动力矩考虑到框架实际设计过程中，拉绳可能与窗帘的拉环之间存在一定的角度。因此，主动轮所需的最小转动力矩要大于之前在理想条件下计算出的转矩值；即要求电机的输出转矩。现有一工作电压在5V/12V时，输出转矩为36mNm/45mNm的步进电机，满足主动轮对转动力矩的要求，因此选择此电机作为带动主动轮转动的电机。2.2.2.2 电机驱动电路方案一：采用分离的三极管、电阻等电子元器件，构成H桥式电机的驱动电路。要使电机运转，必须是对角线上的一对三极管导通。此方案的元器件易得，驱动电路也不复杂；但此电路调试起来非常复杂。具体电路如图所示：图2.8 H桥驱动电路方案二：采用TI公司生产的高耐压、大电流达林顿阵列芯片ULN2003作为电机的驱动芯片，其内部结构如图所示。ULN2003具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统；使用时基本上不需要外接电路，使用起来非常方便。图2.9 ULN2003内部结构图综上所述，选择方案二来设计电机的驱动电路。3 系统硬件平台及接口设计嵌入式系统的硬件是以嵌入式处理器为中心，由存储器、I/O单元电路、通信模块、外部设备等必要的辅助接口组成。其中，存储器是嵌入式系统存放数据和程序的功能部件；而外围设备决定了应用于不同领域的嵌入式系统的独特功能。在实际应用中，嵌入式系统硬件配置非常精简，除了微处理器和基本的外围电路以外，其余的电路可以根据需要和成本进行裁剪、定制。通常，嵌入式系统还包括人机交互界面，用于系统与人的交互。人机界面常常使用键盘、液晶屏、触摸屏等部件，以方便与人的交互操作。本文以S3C2410A微处理器为主要核心部件介绍。图3.1嵌入式系统的硬件组成3.1 S3C2410A 芯片简介 S3C2410A 是Samsung 公司推出的16/32 位RISC 处理器(ARM920T 内核)，适用于手持设备、POS 机、数字多媒体播放设备等等，具有低价格、低功耗、高性能等特点。S3C2410A提供了以下丰富的内部设备：16KB的指令Cache和16KB 数据Cache，MMU虚拟存储器管理，LCD控制器(支持STN&TFT)，支持NAND Flash系统引导，系统管理器(片选逻辑和SDRAM控制器)，3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10 位ADC和触摸屏接口，I2C总线接口，IIS总线接口，USB主机接口，USB设备接口，SD卡&MMC卡接口，2个SPI总线接口以及内部PLL时钟倍频器。S3C2410A采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。同样它还采用了Advanced Microcontroller Bus Architecture(AMBA)新型总线结构。S3C2410A提供了一系列完整的系统外围设备，消除了为系统配置额外器件的需要，大大减少了整个系统的成本。S3C2410A主要的特征如下： 203MHz的ARM920T内核，支持JTAG仿真调试； 16KB的I-Cache和16KB的D-Cache； 具有MMU，支持WinCE、EPOC32、Linux 等操作系统； 外部存储器控制器(SDRAM控制和片选逻辑)，共分8个Bank，每个Bank可访问128MB空间； 片内4KB SRAM，可用作NAND Flash系统引导的缓冲区； LCD控制器(最大支持4K 色STN和256K色TFT)，1通道LCD专用DMA； 4 通道DMA，有外部请求引脚； 3 个UART (IrDA1.0，16字节Tx FIFO，16字节Rx FIFO)； 2 个SPI总线接口； 1 个多主I2C总线接口； 1 个IIS 总线接口； 兼容SD主接口协议1.0 版和MMC卡协议2.11兼容版； NAND Flash/SM 卡接口，支持NAND Flash 系统引导； 2 个USB主机接口，1个USB设备接口(V1.1)； 4 个PWM定时器和1个内部定时器； 看门狗定时器； 117 个通用I/O口； 24 个外部中断； 8 通道10位ADC和触摸屏接口； 具有日历和时钟功能的RTC； 1.8V 内核供电，3.3V存储器供电，3.3V外部I/O供电； 功耗控制模式：普通，慢速，空闲和掉电模式； 具有片内PLL时钟发生器。3.1.2 ARM2410试验箱硬件结构MagicARM2410实验箱是由广州致远电子有限公司开发的一款可使用C/OS-II、Linux和WinCE 操作系统、支持QT、MiniGUI图形系统、集众多功能于一身的ARM9 教学实验开发平台。MagicARM2410 实验箱采用ARM920T 内核的S3C2410A 微处理器，扩展有充足的存储资源(SDRAM、NAND Flash、NOR Flash 和E2PROM 等)，具有10/100M 以太网接口、USB HOST 接口、USB Device 接口、CAN 接口、PCMCIA 存储卡接口、IDE 硬盘接口、CF卡接口、SD 卡接口、IrDA 接口、IIS 数字音频接口，8 英寸640480 真彩TFT 液晶屏(带触摸屏)，可使用JTAG 仿真调试。模块化的功能设计，便于实验操作的工艺设计，保留有外设PACK 和GPIO 输出接口，可以实现目前几乎所有的嵌入式接口实验，非常适用于教学实验。MagicARM2410 实验箱参考图片如图 2.1 所示。MagicARM2410实验箱功能框图如图2.2所示。图 3.2 MagicARM2410 实验箱产品外观图图 3.3 MagicARM2410实验箱功能框图其硬件资源如下： 处理器：核心板ARM920T处理器S3C2410A，工作频率高达203MHz。 SDRAM：核心板64M字节。 NAND Flash：核心板64M字节。 NOR Flash：核心板2M字节。 E2PROM：核心板256字节。 液晶屏：8英寸640480真彩TFT液晶屏。 触摸屏：4线电阻式。 以太网接口：支持10/100M以太网。 USB 接口：USB 1.1，4个USB主机口，1个USB设备口。 音频接口：IIS数字音频输入/输出接口(有2 个扬声器和1 个咪头)。 PCMCIA 接口：1个68Pin PCMCIA接口。 CF 卡接口：1个(PCMCIA 接口扩展)。 IDE 硬盘接口：1个(PCMCIA 接口扩展)。 SD/MMC 卡接口：1个。 RS232：2路。 IrDA：1路。 RS485：1路。 CAN 接口：1路(CAN控制器SJA1000)。 ADC：CPU内置，2路直流电压测量。 DAC：1路PWM DAC输出。 直流电机：1个。 步进电机：1个。 RTC：CPU内置，实验箱上有RTC后备电池。 WDT：CPU内置。 数码管：8位动态数码管(ZLG7290 驱动)。 键盘：16键小键盘(ZLG7290 驱动)。 独立按键：1个(接到中断输入引脚)。 蜂鸣器：1个，直流蜂鸣器。 独立LED：4个。 GPRS PACK 接口：1个，用来扩展GPRS模块。 VGA PACK 接口：1个，用来扩展VGA输出接口。 总线扩展接口：2个(1个16位总线的、1个32位总线的)。 JTAG 接口：20PIN JTAG调试接口。 JTAG 仿真器：Easy JTAG-H仿真器。其软件资源如下： Linux (v2.4.18)嵌入式操作系统 MiniGUI 图形用户界面学习版软件包(Linux/uCLinux) Qt/Embedded和Qtopia支持 LED、蜂鸣器驱动(for Linux) 按键驱动(for Linux) I2C驱动程序 (for Linux) USB Device驱动程序 (for Linux) USB HUB驱动(for Linux) USB HID驱动(鼠标、键盘，for Linux) USB大容量驱动(for Linux) 基于OV511芯片的USB摄像头驱动(for Linux) video4linux视频软件(for Linux) PCMCIA驱动(for Linux) IDE驱动(for Linux) SD/MMC卡驱动程序(for Linux) Framebuffer驱动TFT 640480液晶屏(for Linux) 触摸屏驱动(for Linux) 10M/100M以太网卡DM9000驱动 (for Linux) Madplay、boa移植(for Linux) uC/OS-II (v2.52)移植代码 ZLG/FS文件管理系统软件包 ZLG/FFS支持写平衡的NAND Flash驱动软件包 (for uC/OS-II) ZLG/FTP-S嵌入式FTP服务器软件包(for uC/OS-II) 支持RS485/422MODBUS RTU协议软件包(for uC/OS-II) ZLG/GPS软件包(for uC/OS-II) ZLG/GPRS软件包(for uC/OS-II) 串口软件包 I2C 软件包 实验源代码，芯片数据手册其可选硬件如下： GPRS模块：选配。 GPS模块：选配。 VGA PACK板：VGA接口，在Linux和Win CE系统下均不闪烁。 10M 以太网：CS8900 (PACK)。 摄像头(USB接口)。 PC键盘(USB接口)。 鼠标(USB接口)。3.2 I/O设备一个实用的嵌入式系统常常配有一定的外部设备，构成一个以微处理器为核心的计算机系统。这些外部设备包括输入设备，如键盘、触摸屏等；输出设备，如显示器等；完成数据控制和转换的设备，如定时器、计数器、模/数转换器、数/模转换器等。这些外部设备中，有的是以微控制器形式集成为片上设备，其他的通常是单独实现。嵌入式处理器通常集成了大量I/O模块，因此I/O接口可被认为是处理器的一部分。I/O接口电路与嵌入式处理器之间通过内部总线交换信息。从编程结构看，I/O模块可分为数据输入寄存器、数据输出寄存器、控制寄存器、状态寄存器、模式寄存器等。图 3.3 I/O模块功能框图模式寄存器：只写，用于设置I/O接口的工作方式；控制寄存器：只写，用于控制I/O接口的工作；状态寄存器：只读，用于获取I/O接口的工作状态；数据输入寄存器：只读，用于获取外设数据；数据输出寄存器：只写，用于向外设输出数据；不同I/O接口，寄存器数量和功能也不相同，复杂的接口可能具有更多的寄存器。本文以GPF4作为传感器信号输入，MagicARM2410 实验箱上采用了达林顿管驱动芯片ULN2003 来驱动四相步进电机，其控制口线为GPC0、GPC5、GPC6 和GPC7，只要正确输出I/O 控制时序，即可控制步进电机转动。通过 4 个GPIO 输出有序的矩形脉冲，控制ULN2003 驱动四相步进电机实现正反转，启停调速的功能。控制的方法采用双四拍（ABBCCDDAAB）。4 软件设计本设计为智能窗帘设计，其主程序流程图如下所示：图4.1 系统流程图如图所示，为本系统软件设计的流程图。初始化之后，首先进行判断是白天工作模式还是夜间工作模式。如果是白天工作模式，则根据生活常识，白天应该打开窗帘。则在白天工作模式下，有光敏传感模块进行检测室内光线强度。如果光线太暗，则触发电机正转打开窗帘，随着窗帘开度的增加，室内光线变亮，光敏传模块实时检测室内光线信号，直到光线强度达到要求时候，电机停止转动。如果室内光线没有达到要求，则电机继续正转，继续增大窗帘开度。如果在夜间工作模式下，只需关闭窗帘即可。则在夜间，电机反转进行关闭窗帘，然后实时判断窗帘是否完全关闭。如果窗帘没有完全关闭，则电机继续反转进行关闭窗帘，如果判断窗帘已经完全关闭，则电机停止转动。5 安装与调试5.1 窗帘框架的制作与安装窗帘架的构成及窗帘的布置如图所示：图5.1窗帘框架图先将两只类似皮带轮的滑轮作为主动轮和从动轮，在主动轮的槽底用胶水粘贴一圈薄胶皮以增加摩擦力。主动轮固定在电动机的轴上，将电动机固定在窗帘架的一端，将从动轮固定在窗帘架的另一端；固定时要适当调整两动轮的位置，以达到绷紧滑轮上拉绳的目的。窗帘杆选用不锈钢管，使左右窗帘能重合，且能很好的滑动。拉绳的接头处与左右窗帘的第一环相连。假设窗帘的初始位置如上图所示是闭合的，那么电动机反转时，左窗帘在拉绳的带动下沿窗帘杆向左运动；同时，右窗帘在拉绳的带动下沿窗帘杆向右移动，这样就达到了窗帘由合到开的目的。同理，电机正转就实现了窗帘由开到合。5.2 测试分析在实际调试时，发现当打开窗帘的指令发出后，电机转动，带动窗帘打开；但在发出停止指令后，电机没有停下而依旧在转动；当发出闭合指令时，电机能向相反的方向转动，带动窗帘闭合。通过宿主机发出打开、停止和闭合指令后，电机能带动窗帘正确运动。测试照片如图所示：图 5.2 测试图片6 总结本设计通过红外有线控制对窗帘进行打开、闭合和停止等操作，操作灵活、方便，具有较高的抗干扰能力。至于定时控制模式下的设计，由于本人水平有限，只完成了此模式下的总体思路设计和部分软件设计，没有达到预期的效果。此外，本设计还可以在此基础上进行功能拓展，比如增加光控模式、报警模式。光控模式主要是根据室内外的光线强弱对比，来控制窗帘的打开与闭合；报警模式是在室内多个合理位置设置传感器，对不同位置进行布防，一旦有入侵物，报警电路报警，促使家庭主人提高警惕，减少人身和财产损失。通过此次设计，自己将课堂上学到的理论知识同实际制作相结合，在实践中检验自己的学习成果。在实际运用中，有很多知识需要去自我学习，反复思考，对所学知识进行整合，从而选择出最优方案。同时，整个设计过程也暴露出自身的不足，比如软件编写能力有待加强。参考文献1 鸟哥，王世江.鸟哥的linux私房菜M.北京：人民邮电出版社，2010.2.华清远见嵌入式培训中心.嵌入式linux C语言应用程序设计M.北京：人民邮电出版社，2007.3 华清远见嵌入式培训中心.嵌入式Linux应用程序开发标准教程M.北京：人民邮电出版社，2009.4 赵国安.基于嵌入式技术的家庭智能化技术D.南京：南京航空航天大学，2004.5 孙勇，杨文月，赵宇新. 自动窗帘控制系统设计J. 微型机与应用，2010（13）:15 17.6 陈景砚. 直线电动机在电动窗帘架上的应用 J . 电子世界,2000,(12):47-48.7 郭天祥.十天学会单片机M.北京:电子工业出版社,2008.8 张绮文,解书钢.ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲M.北京:电子工业出社,2008.9 高锋.单片微型计算机原理与接口技术M.北京:科学出版社,2003- 18 -