本文所介紹的紅外窗簾遙控器的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示，紅外窗簾接收控制器的系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。該系統(tǒng)主要有兩個(gè)部分組成：一是遙控器部分，其功能為：單片機(jī)掃描遙控器上的6個(gè)按鍵（啟動(dòng)/停止，打開，關(guān)閉，速度減小，速度增加和自動(dòng)），當(dāng)某個(gè)按鍵按下后，單片機(jī)便通過紅外發(fā)光二極管發(fā)射該按鍵的編碼。二是接收控制器部分，其功能是用單片機(jī)通過紅外一體化接收頭接收遙控器發(fā)出的編碼并進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后根據(jù)編碼的功能來控制步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的打開、關(guān)閉或停止等功能。

　　紅外線遙控電動(dòng)窗簾電路設(shè)計(jì)詳解

　　硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：紅外發(fā)射模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、光控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、窗簾框架構(gòu)造設(shè)計(jì)。

　　1、紅外發(fā)射模塊

　　紅外發(fā)射模塊主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，按鍵，紅外發(fā)射電路組成。本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能不是很多，所以控制按鍵采用4X4 的矩陣鍵盤即可達(dá)到要求，另外發(fā)射過程中單片機(jī)輸出端產(chǎn)生的脈沖信號為38KHz，所以采用一12M 晶體振蕩器即可發(fā)出滿足要求的頻率。

　　紅外線的發(fā)射過程如圖3-3所示。

　　本遙控器的發(fā)射采用碼分制的遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合） 代表不同的控制指令同。

　　在確定選擇AT89C52 作為本設(shè)計(jì)發(fā)射電路核心芯片和矩陣鍵盤作為控制鍵后，加上一個(gè)簡單的紅外發(fā)射電路便可實(shí)現(xiàn)紅外信號的發(fā)射，紅外發(fā)射電路如圖3-4 所示。

　　根據(jù)紅外發(fā)射管本身的物理特性，必須要有載波信號與即將發(fā)射的信號相“與”，然后將相“與”后的信號送給發(fā)射管，才能進(jìn)行紅外信號的發(fā)射與傳送，而在頻率為38KHZ 的載波信號下，發(fā)射管的性能最好，發(fā)射距離最遠(yuǎn)，所以在硬件設(shè)計(jì)上，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)產(chǎn)生38KHZ 載波信號，與發(fā)射信號進(jìn)行邏輯“與”運(yùn)算后，通過極管的功率驅(qū)動(dòng)到紅外發(fā)光二極管上。

　　紅外遙控器由51單片機(jī)、矩陣鍵盤、紅外發(fā)射二極管、NPN 型三極管等組成。鍵盤用于輸入控制指令，51單片機(jī)檢測鍵盤上的按鍵狀態(tài)，并對紅外信號進(jìn)行調(diào)制。發(fā)射二極管發(fā)射紅外線，當(dāng)單片機(jī)P3.4 口輸出為“0”時(shí)，紅外發(fā)射管不發(fā)光，當(dāng)單片機(jī)P3.4 口輸出為“1”時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出38KHZ 調(diào)制紅外線。

　　紅外信號調(diào)制過程如圖3-5所示。

　　2、紅外接收模塊

　　紅外一體化接收頭（HS0038） 實(shí)物圖如圖3-6 所示。

　　紅外線接收電路使用的是集成紅外接收器，型號為HS0038，它接收紅外信號的頻率為38kHz，周期約26us，采用黑色環(huán)氧樹脂封裝，提供了一個(gè)特殊的紅外濾光器，可防止自然光、熒光燈等光源的千擾，內(nèi)附磁屏蔽， 功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達(dá)35m。它能與TTL、COMS電路兼容。

　　靜態(tài)時(shí)輸出端輸出高電平，當(dāng)接收到紅外信號后，按紅外信號的數(shù)據(jù)波形輸出負(fù)脈沖數(shù)據(jù)信號。紅外信號輸出到單片機(jī)的P3.2 口，該口對應(yīng)的第二功能是外部中斷0（INT0），利用這一功能，一旦接收到紅外信號，P3.2 即被拉低，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，處理紅外信號”。

　　紅外接收頭完成對紅外信號的接收、放大、檢波、 整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖，輸出可以讓單片機(jī)識別TTL 信號，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對象。三個(gè)管腳分別是GND、+5V 電源、OUT（解調(diào)信號輸出端），紅外接收頭電路如圖3-7 所示。

　　3、顯示模塊

　　LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光） 和16腳（有背光） 接口，各接口信號說明如表3-1所示。液晶是一種高分子材料， 因?yàn)槠涮厥獾奈锢?、化學(xué)、光學(xué)特性，20 世紀(jì)中葉開始廣泛應(yīng)用在輕薄型顯示器上。

　　液晶顯示器 （LCD） 的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、 線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。液晶顯示器采用目前使用的比較廣泛的字符型液晶顯示器LCD1602。1602 液晶每行可顯示16 個(gè)字符，一共可以顯示兩行。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM） 已經(jīng)存儲了160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有： 阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。

　　在本設(shè)計(jì)中LCD1602 的主要功能為顯示所接收到的遙控器按鍵編碼、運(yùn)行狀態(tài)（RUN，STOP或AUTO）、速度等級等內(nèi)容。

? ? ? ?（1）引腳功能說明

　　當(dāng)向00~0F、40~4F 地址中的任一處寫顯示數(shù)據(jù)時(shí)，液晶都可以立即顯示 出來，當(dāng)寫到10~27、50~67 地址時(shí)，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。

　?。?）LCD1602 電路接線說明

　　PO 口作為數(shù)據(jù)口，P0.0~P0.7 分別連接LCD1602 的D0~D7 數(shù)據(jù)口，來傳輸數(shù)據(jù)及指令，由于PO 口帶負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力差，故需接上拉電阻。P2.4 接LCD1602 的4腳RS （數(shù)據(jù)/命令選擇端），P2.5接LCD1602的5腳RW （讀寫，/選擇端），P2.6接LCD1602的6腳EN （使能信號） VSS接地（電源地），VDD接5V 電源 （電源正極），VEE 為液晶顯示偏壓信號。顯示模塊電路接線圖如圖3-9所示。

　　4、光控模塊

　　光敏電阻模塊由光敏電阻傳感器、可調(diào)電位器、寬電壓LM393 比較器、 電源 指示燈、電容等元器件組成。光敏電阻對環(huán)境光線非常敏感，在黑暗的環(huán)境下，它的阻值很高，當(dāng)受到光照并且光輻射能量足夠大時(shí)，電阻變小。

　　光敏電阻的管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案。

　　電壓比較器（LM393） 是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路，它將一個(gè)模擬量電壓信號和一個(gè)參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生越變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。參考電壓加在運(yùn)放的反相輸入端，輸入電壓加在同相輸入端，當(dāng)輸入電壓小于參考電壓時(shí)， 運(yùn)放輸出高電平（D0=1），當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平（D0=0）。光敏電阻模塊上有一個(gè)可調(diào)電位器用來調(diào)節(jié)光敏電阻的觸發(fā)靈敏度，使光線控制在一定的范圍之內(nèi)。光敏電阻模塊的DO輸出端與單片機(jī)的P2.0 口相連，通過單片機(jī)來檢測DO端口高低電平，以此來判斷光線的強(qiáng)度，當(dāng)環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO 端輸出低電平（光線較暗） 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時(shí)， DO 端輸出高電平（光線較亮） 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉。光敏電阻檢測電路如圖3-10所示。

　　5、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有瞬時(shí)啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性，通過改變脈沖的順序就可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，步進(jìn)電機(jī)必 須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時(shí)候步進(jìn)電機(jī)靜止， 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一 個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與脈沖的頻率成正比。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的; 同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3-11所示。本系統(tǒng)采用的是額定電壓為5V DC，相數(shù)為4相的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式為4 相8拍，一共有5根連接線，其中紅色為電源線，采用單極性直流電源供電。由于單片機(jī)I/0 口輸出的電流比較弱不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。所以要加一個(gè)ULN2003 芯片（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片） 來放大電流使之能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。

　　ULN2003芯片是高耐壓、大電流，內(nèi)部由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)芯片。經(jīng)常在以下電路中使用，顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。ULN2003 的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連。可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。

　　ULN2003 的封裝采用DIP-16 或S0P-16，ULN2003 可以驅(qū)動(dòng)7 個(gè)繼電器具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開關(guān)型感性負(fù)載。每對達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓管還可以并聯(lián)使用以達(dá)到更高的電流輸出能力。

　　當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，對應(yīng)轉(zhuǎn) 子也就轉(zhuǎn)過一定的角度（一個(gè)步距角）， 步距角為對應(yīng)一個(gè)脈沖信號， 電機(jī)轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)過的角位移，當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。由于單片機(jī)I/0 口沒有上拉電阻驅(qū)動(dòng)能力有限，需要通過ULN2003來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)”。驅(qū)動(dòng)端口為P1.0（A）， P1.1（B）， P1.2（C），P1.3（D）。紅色電線接電源+5V，橙色 電線接P1.3 口，黃色電線接P1.2 口，粉色電線接P1.1口，藍(lán)色電線接P1.0 口。如果P1口輸出的控制信號中，0代表使繞組通電，1代表使繞組斷電。則步進(jìn)電機(jī)的控制字見表3-2。

　　6、窗簾框架構(gòu)造設(shè)計(jì)

　　窗簾框架構(gòu)造設(shè)計(jì)包括位置傳感器開關(guān)電路和窗簾架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中采用兩個(gè)位置傳感器接在單片機(jī)的P2.1引腳上，位置傳感器電路圖如圖3-12所示。位置傳感器固定在窗簾滑桿上，一個(gè)安裝在窗簾桿的正中間，另一個(gè)安裝 在窗簾桿的最左端或最右端。當(dāng)窗簾完全打開或完全關(guān)閉時(shí)，位置傳感器便產(chǎn)生有效信號并送給單片機(jī)，通過程序使步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，窗簾停止運(yùn)動(dòng)，防止在窗簾完全打開（關(guān)閉） 時(shí)步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行損壞窗簾。窗簾框架構(gòu)造如圖3-13 所示。