基于Ardunio的智能光控窗簾系統(tǒng)

1、編號 D-26南京航空航天大學(xué)作品報告書基于ATMega328P單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)二一六年十一月第十一屆“中航津電杯”電子電路設(shè)計競賽作品報告基于ATMega328P單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)摘要本課題的研究目的是開發(fā)出基于ATMega328P單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)， 以常見的百葉窗為硬件平臺，采用28BYJ48四相五線步進(jìn)電機(jī)與ULN2003集成達(dá)林頓管驅(qū)動陣列進(jìn)行驅(qū)動。通過光敏傳感器采集光強(qiáng)度，經(jīng)由采樣/ 保持電路、AD 轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字量，與預(yù)設(shè)參量比較，單片機(jī)輸出信號控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以達(dá)到開閉窗簾的目的。同時使用矩陣鍵盤實現(xiàn)手 動開閉窗簾以及設(shè)置開閉系數(shù)的功能。關(guān)鍵詞 ： AT

2、Mega328，百葉窗，智能窗簾Pi第十一屆“中航津電杯”電子電路設(shè)計競賽作品報告Intelligent curtain control system based onsingle-chip ATMega328PAbstractThe purpose of this project is to develop an intelligent control system based on ATMega328P microcontroller, with commonly-seen shutters as hardware platform, using 28BYJ48 four phase fi

3、ve wire stepper motor integrated with ULN2003 Darlington arrays as driver section. With the collection of light intensity by photosensitive sensor, followed by sampling / holding circuit, AD conversion circuit, the system will give a digital output. Next, the signal will compare with preset paramete

4、rs, and use the positive and the negative output signal to control the motor in order to achieve the purpose of opening and closing the curtains. At the same time using the matrix keyboard to achieve manual open and close of curtains and set the function of opening and closing coefficient.Key Words：

5、intelligent control system, ATMega328P ， shutters第十一屆“中航津電杯”電子電路設(shè)計競賽作品報告摘 要 Abstract 一、引 言 11.1 課題背景 11.2 課題的研究工作 1二、電路與程序及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 22.1 作品總體框架設(shè)計 22.2 硬件選擇 32.3 驅(qū)動電路設(shè)計 32.4 控制程序設(shè)計 42.5 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 6三、理論分析與計算 7四、電路圖及有關(guān)設(shè)計文件 7五、元件清單 9六、總結(jié)與展望 9致謝 10iii第十一屆“中航津電杯”電子電路設(shè)計競賽作品報告一、引言1.1 課題背景智能家居（英文：smart home, home

6、 automation ）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984 年美國聯(lián)合科技公司將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國康乃迪克州哈特佛市的 City Place Building 時，才出現(xiàn)了首棟的智能型建筑, 從此也揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。智能家居在中國起步較晚，至今經(jīng)歷了十幾年的時間，研究仍在不斷深入?？梢姡悄芗揖邮袌銮熬熬薮?/p>

7、。家居智能化也已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢。而智能窗簾是智能化家居中最為基礎(chǔ)卻也十分重要的一個組成部分。在歐美等發(fā)達(dá)國家，電動窗簾已經(jīng)廣泛使用。雖然電動窗簾早已進(jìn)入我國，但卻一直沒有大的推廣，這兩年， 隨著電控技術(shù)的不斷發(fā)展和智能家居理念的不斷普及，電動窗簾熱又卷土重來。據(jù)了解， 全國共有200 多種電動窗簾獲得了國家專利，但究其技術(shù)而言，大同小異。并且， 大多只停留在用按鍵控制窗簾開關(guān)或升降的狀態(tài)。1.2 課題的研究工作本課題研究內(nèi)容窗簾自動控制裝置即是智能家居的一個很小的組成部分。 本課題旨在實現(xiàn)的是窗簾自動控制裝置。不同于一般的布藝窗簾，本課題選擇以傳統(tǒng)的百葉窗作為雛形。主要考量如下：1. 實

8、現(xiàn)效果：百葉窗的遮光效果可調(diào)，通過控制布藝窗簾的開合程度來控制進(jìn)光量會導(dǎo)致室內(nèi)亮度不均勻；2. 經(jīng)濟(jì)因素：相比與布藝窗簾，百葉窗成本更低，經(jīng)濟(jì)實惠且局部出現(xiàn)問題后易于更換；3. 設(shè)計風(fēng)格：符合家居- 17 -課題目標(biāo)與實現(xiàn)方法：裝置通過感知周圍環(huán)境的光強(qiáng)自動改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)角度， 控制進(jìn)光量，以實現(xiàn)室內(nèi)光強(qiáng)的穩(wěn)定, 使室內(nèi)的亮度保持在一個舒適的程度。同時也通過手動鍵盤控制窗簾，以滿足用戶主觀上的需求。例如，在夜間，用戶需要關(guān)閉窗簾，此時就可以切換到手動操作模式，關(guān)閉窗簾。本產(chǎn)品可實行自由的自動手動切換，有良好的實用性。二、電路與程序及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 作品總體框架設(shè)計2.2 硬件選擇基于ATM

9、ega328P單片機(jī)的Arduino UNO單片機(jī)系統(tǒng)是一款便捷靈活、 方便上手的開源電子原型平臺。Arduino 能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境，是一款非常成熟的硬件開發(fā)平臺。Arduino 具有以下優(yōu)點：·簡單清晰Arduino IDE 基于 processing IDE 開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。Arduino 語言基于wiring 語言開發(fā)，是對avr-gcc 庫的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開發(fā)。·開放性Arduino 的硬件原理圖、電路圖、

10、IDE 軟件及核心庫文件都是開源的，在開源協(xié)議范圍內(nèi)里可以任意修改原始設(shè)計及相應(yīng)代碼。·發(fā)展迅速Arduino 不僅僅是全球最流行的開源硬件，也是一個優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺，更是硬件開發(fā)的趨勢。Arduino 簡單的開發(fā)方式使得開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實現(xiàn)，更快的完成自己的項目開發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開發(fā)的周期。2.3 驅(qū)動電路設(shè)計功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力, 以便于驅(qū)動各種類型的負(fù)載。功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個重要組成部分。本課題中，驅(qū)動電路部分運(yùn)用的是ULN2003系列的ULN2003D。ULN2003電路主要用于如下領(lǐng)域：;2.4 程序控制設(shè)計光控模式

11、：2.5 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題打算采用百葉窗的形式，來實現(xiàn)窗簾的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于制作時間和展示場地的限制，故制作微縮結(jié)構(gòu)示意。在步進(jìn)電機(jī)上，通過筆芯卡扣扣住電機(jī)，并用膠水粘住。用大小符合的碳纖維桿作為傳動桿。穿過支架上的小孔，并在另一端套入十字型模型。模型十字上有一排小孔。在制作兩個相同的模型。將他們從上到下依次等距離裝在支架上，并用一根傳動桿，固定住十字型支架，來實現(xiàn)他們的互相傳動。機(jī)械結(jié)構(gòu)實物圖三、理論分析和計算28BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)在無細(xì)分時的步距角為5.625/64 度，即無細(xì)分時4096步轉(zhuǎn)一圈。本作品只需將葉片旋轉(zhuǎn)90 度即可，并通過電機(jī)的正傳反轉(zhuǎn)來控制。90/( 5.625/64

12、 ) =1024，在90 度的范圍內(nèi)有1024個區(qū)間。將光照的電壓0到 5伏分成 1024個區(qū)間，與Arduino 內(nèi)部集成的10 位 AD轉(zhuǎn)換器正好對應(yīng)，即每個區(qū)間對應(yīng)的步數(shù)1 步， 所以相鄰區(qū)間光照變化即使電機(jī)走1 步。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的所收到信號頻率的大小決定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動的快慢，而頻率由軟件所產(chǎn)生的高低電平的周期來控制，高低電平的周期通過改變定時器初值和延時時間來改變。Arduino 與步進(jìn)電機(jī)連接圖Arduino 與 LCD 液晶連接圖Arduino 與紅外接收器連接五、元件清單Arduino 單片機(jī)1個DHT11 溫濕度傳感器1個光敏傳感器1個28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)1個ULN20

13、03D 驅(qū)動芯片1個LCD1602 液晶1個萬能板1塊面包板1塊導(dǎo)線若干10K 電位器2個38K 紅外接收器1個紅外遙控器1個六、總結(jié)與展望自動化的智能家居，這是現(xiàn)在家裝的追求方向。小組成員從初期選題到查閱資料到方案討論再到之后的硬件軟件編程、機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，完成了對窗簾自動控制裝置的研究過程，并完成了預(yù)期的功能。本次課題是將專業(yè)課理論知識付諸于實物開發(fā)的一次較為成功的嘗試，小組成員真正體會到 “技術(shù)孕育產(chǎn)品”的強(qiáng)大魅力。 盡管研究過程困難重重，經(jīng)歷了技術(shù)和心理上的雙重考驗。實際和理論構(gòu)想出現(xiàn)差異、理論計算和實際實現(xiàn)情況不符、采樣保持器不能正常工作諸多的困難沒有讓大家放棄，在不斷的鉆研和堅持中，一個個難關(guān)終于被克服。通過本次電子電路設(shè)計競賽的磨煉，大家感受到的遠(yuǎn)不只做出成品后的喜悅。 看到科學(xué)技術(shù)的無盡生命力在我們自己的手中迸發(fā)，我們期待未來可以做出更多的科創(chuàng)產(chǎn)品，即使不能成為最出色的科學(xué)家，也要為祖國的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。致謝首先感謝大賽組委會及老師們，給了我們團(tuán)隊這一次參加比賽、鍛煉自己的機(jī)會， 感謝賽方為我們提供了這樣一個廣闊的平臺，讓我們有機(jī)會展示自己。然后要感謝學(xué)校、感謝電工電子實驗室，為我們提供了足以我們團(tuán)隊大可施為的實驗場地， 給我們提供了必要的實驗儀器，如果不是這樣一個開放的、充裕的實踐條件， 我想我們也不可能有機(jī)會完成這樣一次比賽。最后