自动光控窗帘

模拟电子技术基础课程设计报告

题目室内环境亮度监控装置设计

授课教师张秀梅

指导教师

学生姓名訾安琪、张娜、孙圆芳

学号 200900802038、200900802041、200900802079

专业电子信息工程本科

教学单位物理系

完成时间 2011年7月1日

目录

摘要 (01)

1课程设计任务 (02)

1.1功能要求 (02)

2整体方案设计 (02)

2.1设计思路及框图 (02)

3主要单元电路及其原理 (04)

3.1光照采集模块硬件电路 (04)

3.2信号放大电路 (05)

3.3 A/D转换模块硬件电路 (06)

3.4窗帘开关电路 (07)

3.5自动断电电路 (09)

4 控制软件设计 (10)

4.1光照采集模块软件设计 (10)

4.2 A/D转换模块软件设计 (10)

5整体设计方案 (11)

5.5总电路图 (11)

6系统调试 (11)

6.1 光照采集模块调试 (11)

6.2 A/D转换模块调试及问题 (11)

7 整体设计方案 (12)

7.1总硬件电路图 (12)

8 课程小结及心得 (13)

参考文献 (14)

摘要为了让室内居住、工作或者学习的人拥有一个更舒适的环境，我们根据课程设计要求设计了一个自动光控窗帘的系统，它能够感应周围环境的光照强度，当光照低于某一数值时窗帘会自动收起，等到光照又回到某一数值时窗帘又会自动地放下。本电路选用单片机AT89S51作为系统的核心控制器件，通过光电传感器采集数据（光的强度）。因为该信号十分微弱，故电路采用双三极管构成的放大电路以获得合适的电信号，并通过反馈电阻和滤波电容以获得一个稳定的输出电压。

由ADC0809将模拟信号转换为数字信号，之后将信号送入感应电路中进行控制。感应电路产生的电压输入由两片NE555组成的单稳态电路，由单稳态电路的特性，在输入端输入高低电平时输出端会产生相应的低高电平，该电平可用于决定两个与电源相连的三极管T1与T2的导通与截止，而三极管的导通与截止将最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。电路的自动断电由单稳态电路的延时特性来完成。通过对相关电容和电阻的参数进行设置，就可以确定单稳态电路输出的高电平时间，也就是小电机的转动时间，从而实现自动切断电源。

【关键词】自动光控窗帘 ADC0809 NE555

室内环境亮度监控装置设计

—————自动光控窗帘

1 课程设计任务

1.1功能要求

本课题设计的自动光控窗帘可以通过周围环境的光照变化来控制电压变化，从而控制直流电机的正转和反转。当周围光照上升到某一数值时，电机开始正转，数秒后停止。此时电机处于停止状态。当周围光照降低到某一数值时，电机开始反转，数秒后停止。这一个来回的过程就达到了自动光控窗帘的效果了。

2 整体设计方案

2.1设计思路及框图

方案1

选用硅光电池2CR21作为光线的感应电路[4]，硅光电池可以根据光线强度的不同产生与之相对应强弱的电信号。由于该信号十分微弱，故电路采用双三极管构成的放大电路以获得合适的电信号，并通过反馈电阻和滤波电容以获得一个稳定的输出电压。当光照强度改变时，硅光电池产生的电压也会改变，由此构成了变化的输入电压信号。信号经ADC0809进行A/D转换，将信号送入单片机89C51中，用来控制2个输出端的电平高低，这2个输出端与芯片L298N的输入相连，用于控制电机的正反转，这就实现了自动光控窗帘的效果了。系统硬件总体框图如图1所示：

图1 方案一系统硬件电路设计

方案2

设计思路是由光敏电阻与一个电阻串联构成分压电路，当光照强度改变时，光敏电阻电阻值改变，电压也会改变，数据采集使用的是一片CdS光敏电阻PGM2005，经过放大电路，模拟电路将光信号转换成电压信号。信号经ADC0809进行A/D转换，将信号送入两片NE555中[1]，用来控制2个输出端的电平高低，这2个输出端与决定两个与电源相连的三极管T1与T2的导通与截止，而三极管的导通与截止将最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。它的系统硬件总体框图如图2所示：总体框图：

图2 方案二系统硬件电路设计

虽然方案一中，单片机89C51工作使用效率高，但是总的来说还是存在原件成本高且不易采集，再加上电路复杂，操作起来相对起来较麻烦等缺点。对比发现方案二则系统操作简便，自动化程度高，相对比较完善，所以优先采用方案二

。

3 主要单元电路及其原理

就本系统来说，需要通过光敏电阻实时感应室外环境的光的照度，经过A/D 转换器转换为数字信号，送入特定单元，从而控制电机的正反转，最终实现窗帘的自动光控效果。硬件电路主要由主机电路、光照采集电路和控制执行电路组成。

3.1 光照采集模块硬件电路

由光敏电阻阻值的改变来实现输入电压的变化。本课题中采集光照数据使用的是一片CdS光敏电阻PGM2005。

工作原理：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。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，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。

a、工作电路图：

图 3 光敏电阻工作电路图