基于Ardunio的智能光控窗簾系統(tǒng)

1、 編號(hào) D-26 南京航空航天大學(xué)電子電路設(shè)計(jì)大賽作品報(bào)告書(shū)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(jì)競(jìng)賽作品報(bào)告基于ATMega328P單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)摘 要小三號(hào)黑體，居中，摘要與題目前空一行。本課題的研究目的是開(kāi)發(fā)出基于ATMega328P單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)，以常見(jiàn)的百葉窗為硬件平臺(tái)，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(dòng)陣列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過(guò)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(hào)控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以達(dá)到開(kāi)閉窗簾的目的。同時(shí)使用矩陣鍵盤(pán)實(shí)

2、現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)閉窗簾以及設(shè)置開(kāi)閉系數(shù)的功能。 300字左右，小四宋體，首行縮進(jìn)2個(gè)字符，摘要正文1.5倍行距關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞為小三黑體，居行首。ATMega328P，百葉窗，智能窗簾 Intelligent curtain control system based on single-chip ATMega328PAbstract小三新羅馬字體，居中，與題目空一行The purpose of this project is to develop an intelligent control system based on ATMega328P microcontroller, with commonl

3、y-seen shutters as hardware platform, using 28BYJ48 four phase five 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 d

4、igital output. Next, the signal will compare with preset parameters, 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 a

5、nd set the function of opening and closing coefficient.Key Words小三新羅馬字體，居行首。： intelligent control system, ATMega328P，shutters目 錄三號(hào)黑體，居中。目錄前空一行摘 要目錄中的內(nèi)容用小四宋體，1.5倍行距Abstract摘要至目錄用小寫(xiě)羅馬數(shù)字編寫(xiě)頁(yè)碼，具體頁(yè)碼格式參照本模板一、引 言1從正文開(kāi)始用阿拉伯?dāng)?shù)字編寫(xiě)頁(yè)碼1.1 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(jì)22.1作品總體框架設(shè)計(jì)22.2硬件選擇32.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)32.4控制程序設(shè)計(jì)42.5機(jī)

6、械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6三、理論分析與計(jì)算7四、電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件7五、元件清單9六、總結(jié)與展望9致謝10- 9 - 一、引 言1.1 課題背景智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅為平臺(tái)，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(dòng)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(shí)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(guó)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(guó)康乃迪克州哈特佛市的City Plac

7、e Building時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的智能型建筑,從此也揭開(kāi)了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。智能家居在中國(guó)起步較晚，至今經(jīng)歷了十幾年的時(shí)間，研究仍在不斷深入?？梢?jiàn)，智能家居市場(chǎng)前景巨大。家居智能化也已經(jīng)成為了一種發(fā)展趨勢(shì)。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(gè)組成部分。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，電動(dòng)窗簾已經(jīng)廣泛使用。雖然電動(dòng)窗簾早已進(jìn)入我國(guó)，但卻一直沒(méi)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(dòng)窗簾熱又卷土重來(lái)。據(jù)了解，全國(guó)共有200多種電動(dòng)窗簾獲得了國(guó)家專(zhuān)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(kāi)關(guān)或升降的狀態(tài)。1.2課題的研究工作本課題

8、研究?jī)?nèi)容窗簾自動(dòng)控制裝置即是智能家居的一個(gè)很小的組成部分。本課題旨在實(shí)現(xiàn)的是窗簾自動(dòng)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(shí)現(xiàn)效果：百葉窗的遮光效果可調(diào)，通過(guò)控制布藝窗簾的開(kāi)合程度來(lái)控制進(jìn)光量會(huì)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(shí)惠且局部出現(xiàn)問(wèn)題后易于更換；3.設(shè)計(jì)風(fēng)格：符合家居中簡(jiǎn)約、大方的現(xiàn)代設(shè)計(jì)風(fēng)格。課題目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)方法：裝置通過(guò)感知周?chē)h(huán)境的光強(qiáng)自動(dòng)改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)角度，控制進(jìn)光量，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)光強(qiáng)的穩(wěn)定, 使室內(nèi)的亮度保持在一個(gè)舒適的程度。同時(shí)也通過(guò)手動(dòng)鍵盤(pán)控制窗簾，以滿足用戶(hù)主觀上的需求。例如，在夜間，用

9、戶(hù)需要關(guān)閉窗簾，此時(shí)就可以切換到手動(dòng)操作模式，關(guān)閉窗簾。本產(chǎn)品可實(shí)行自由的自動(dòng)手動(dòng)切換，有良好的實(shí)用性。二、電路與程序及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 作品總體框架設(shè)計(jì)光敏傳感器采樣保持電路時(shí)鐘信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)控制電路外部驅(qū)動(dòng)電路機(jī)械裝置2.2 硬件選擇基于ATMega328P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(kāi)源電子原型平臺(tái)。Arduino能通過(guò)各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過(guò)控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境，是一款非常成熟的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Arduino具有以下優(yōu)點(diǎn)：·簡(jiǎn)單清晰Arduino IDE基于processing IDE開(kāi)發(fā)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)

10、說(shuō)，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。Arduino語(yǔ)言基于wiring語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，是對(duì) avr-gcc庫(kù)的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開(kāi)發(fā)。·開(kāi)放性Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫(kù)文件都是開(kāi)源的，在開(kāi)源協(xié)議范圍內(nèi)里可以任意修改原始設(shè)計(jì)及相應(yīng)代碼。·發(fā)展迅速Arduino不僅僅是全球最流行的開(kāi)源硬件，也是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，更是硬件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。Arduino簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)方式使得開(kāi)發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實(shí)現(xiàn)，更快的完成自己的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開(kāi)發(fā)的周期。2.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)功率電子電路大多要求具有

11、大電流輸出能力,以便于驅(qū)動(dòng)各種類(lèi)型的負(fù)載。功率驅(qū)動(dòng)電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個(gè)重要組成部分。本課題中，驅(qū)動(dòng)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：伺服電機(jī);步進(jìn)電機(jī);電磁閥;可控照明燈。2.4 程序控制設(shè)計(jì)主函數(shù)： 系統(tǒng)上電電機(jī)紅外遙控 光控模式進(jìn)入自動(dòng)光控模式后，通過(guò)外部中斷使系統(tǒng)復(fù)位從而進(jìn)入手動(dòng)控制模式光控模式：Loop讀傳感器延時(shí)Break閾值極限位置極限位置正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)延時(shí)2.5機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題打算采用百葉窗的形式，來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于制作時(shí)間和展示場(chǎng)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(guò)筆芯卡扣扣住電機(jī)，并用膠水粘住

12、。用大小符合的碳纖維桿作為傳動(dòng)桿。穿過(guò)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(gè)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(dòng)桿，固定住十字型支架，來(lái)實(shí)現(xiàn)他們的互相傳動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)物圖三、理論分析和計(jì)算28BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)在無(wú)細(xì)分時(shí)的步距角為5.625/64度，即無(wú)細(xì)分時(shí)4096步轉(zhuǎn)一圈。本作品只需將葉片旋轉(zhuǎn)90度即可，并通過(guò)電機(jī)的正傳反轉(zhuǎn)來(lái)控制。90/（5.625/64）=1024，在90度的范圍內(nèi)有1024個(gè)區(qū)間。將光照的電壓0到5伏分成1024個(gè)區(qū)間，與Arduino內(nèi)部集成的10位AD轉(zhuǎn)換器正好對(duì)應(yīng)，即每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的步數(shù)1步，所以相鄰區(qū)

13、間光照變化即使電機(jī)走1步。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的所收到信號(hào)頻率的大小決定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的快慢，而頻率由軟件所產(chǎn)生的高低電平的周期來(lái)控制，高低電平的周期通過(guò)改變定時(shí)器初值和延時(shí)時(shí)間來(lái)改變。四、電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件Arduino與步進(jìn)電機(jī)連接圖Arduino與光敏傳感器連接圖Arduino與LCD液晶連接圖Arduino與紅外接收器連接5、 元件清單Arduino單片機(jī)1個(gè)DHT11溫濕度傳感器1個(gè)光敏傳感器1個(gè)28BYJ48步進(jìn)電機(jī)1個(gè)ULN2003D驅(qū)動(dòng)芯片1個(gè)LCD1602液晶1個(gè)萬(wàn)能板1塊面包板1塊導(dǎo)線若干10K電位器2個(gè)38K紅外接收器1個(gè)紅外遙控器1個(gè)六、總結(jié)與展望自動(dòng)化的智能家居，這是現(xiàn)在

14、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(shí)現(xiàn)，完成了對(duì)窗簾自動(dòng)控制裝置的研究過(guò)程，并完成了預(yù)期的功能。本次課題是將專(zhuān)業(yè)課理論知識(shí)付諸于實(shí)物開(kāi)發(fā)的一次較為成功的嘗試，小組成員真正體會(huì)到“技術(shù)孕育產(chǎn)品”的強(qiáng)大魅力。盡管研究過(guò)程困難重重，經(jīng)歷了技術(shù)和心理上的雙重考驗(yàn)。實(shí)際和理論構(gòu)想出現(xiàn)差異、理論計(jì)算和實(shí)際實(shí)現(xiàn)情況不符、采樣保持器不能正常工作諸多的困難沒(méi)有讓大家放棄，在不斷的鉆研和堅(jiān)持中，一個(gè)個(gè)難關(guān)終于被克服。通過(guò)本次電子電路設(shè)計(jì)競(jìng)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(wú)盡生命力在我們自己的手中迸發(fā)，我們期待未來(lái)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(guó)的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。致 謝小三黑體，居中，段前空一行。首先感謝大賽組委會(huì)及老師們，給了我們團(tuán)隊(duì)這一次參加比賽、鍛煉自己的機(jī)會(huì)，感謝賽方為我們提供了這樣一個(gè)廣闊的平臺(tái)，讓我們有機(jī)會(huì)展示自己。然后要感謝學(xué)校、感謝電工電子實(shí)驗(yàn)室，為我們提供了足以我們團(tuán)隊(duì)大可施為的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，給我們提供了必要的實(shí)驗(yàn)儀器，如果不是這樣一個(gè)開(kāi)放的、充裕的實(shí)踐條件，我想我們也不可能有機(jī)