时代在进步科技在发展,人类也一步步走向文明。社会发展的历史潮流也推动者人们追求更高水平的生活环境。光控窗帘系统不但解决了每天手拉窗帘不便的问题,并且窗帘还能够感应光线的强弱自动的启闭。以便于调节出非常舒适的光线,这不仅满足了人们对高水平生活的要求更凸显的是一种品。假如能够将该产品进行商业化生产,在不久的将来一定能占据广泛的市场地位。从而带来巨大的经济效益;并且除此之外,该自动启闭光控窗帘系统还可以广泛应用于写字楼、歌舞厅、影剧院、会议厅、别墅、公寓、等各种场所[1-3]。
自动窗帘有声控,遥控,光控,前两中都应归类为半自动,因此能实现完全自动化的光控窗帘就成了热门,我们已知的光控窗帘种类并不少,但由于大多数的设计结构繁杂,不稳定的工作性能,价格昂贵等缺点大大的减少了它的市场份额,因此本设计针对这些缺点进行改善,选择廉价的光敏电阻,单片机作为核心元器件,大大降低了生产成本,并且使用单片机还提高了产品的稳定性,从而使产品具有更高的性价比,开辟更广阔的市场[4-6]。
1.系统方案的总体设计
1.1 设计目标及任务
光控窗帘可以在不依赖人的情况下,随着光照强度的变化自动调节窗帘为人们提供一个更方便的生活。主要目标:实现当光照强度高于某一数值时,步进电机驱动自动关闭窗帘;当光照强度低于某一数值时,步进电机驱动自动开启窗帘。尽可能使室内的光照趋于一个最理想的强度[7-9]。主要任务:
(1) 利用光敏电阻来采集室内的光照强度;
(2) 将AD转换后的信号输入单片机内进行处理,然后将控制阈值的大小确定下来,最终生成控制方案[10];
(3) 窗帘的开关由步进电机的旋转角度和速度来控制。
1.2 总体设计方案
目前信号处理模块有两种方案。
方案一:使用光敏电阻T12528和三个其在正常光照下同阻值的电阻15kΩ搭建的电桥电路作为采集电路,采集输出的两路信号送入滤波电路(由LM324组成)[12],滤波输出接入到差模三运放电路进行信号放大(由LM324组成),放大信号送入ADC0832进行模数转换,转换后的信号再输入单片机,信号的变化控制步进电机实现窗帘的开启和关闭[13]。
方案二:采用光敏电阻T12528和一个15kΩ的电阻组成的分压电路,分得15k电阻的电压紧接一个跟随器(OP07)其目的是:增大输入阻抗,减小输出阻抗,提高电路带负载能力。电压跟随器的输出输入到ADC0832的输入端进行模数转换,转换后的数字信号输入51单片机对步进电机进行程控,当外部条件满足时达到控制阈值,从而实现启闭窗帘的目的。
由于方案一光敏电阻对光照强度敏感度很高,其阻值变化范围较大并不适合采用电桥电路和差分三运放电路,所以本设计最终采用方案二。方案二中,光强大时,光敏电阻仅有1kΩ左右,光强小时却有2MΩ,使用15kΩ的电阻分压范围在0.1V~4.8V之间,所以不需要再将电压放大,只需要使用一个电压跟随器将输入阻抗抬高就可以了。这两种方案有几个共同的特点:
(1) 光敏电阻价格非常便宜,并且有很高的灵敏度;
(2) 该系统实现了窗帘启闭的完全自动化,无需手动操作;
(3) 采用光控方式,不会影响到其他用电器,尤其不会影响无线设备,具有很强的独立性和抗扰能力;
(4) 由于步进电机拥有匀速缓慢转动特点,大大降低了窗帘启闭过程中的噪声;
(5) 体积小、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、结构简单、工作可靠、使用寿命长。
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