智能家居电动窗帘的设计与实现

传 统 的滑轮 、 绳索 、 带 等机 械 机 构 ， 窗 帘 的 可靠 性 皮 使 和使 用 寿命得 到很 大提 高 。本设计 中采 用管 状螺旋 滚
珠 丝杆 、 有 内螺 纹球 形 滚 道 移 动 小 车和 使 二者 产 生 带 相 对运 动 的球 形滚 珠组 成传 动机 构 。滚珠丝 杆外 部是 带 有滑槽 的轨道 ， 轨道 上放 置多个 可沿 轨道 移动 、 于 用 固定窗帘 吊环的 吊环座 。当滚珠 丝杆 在 电机 带动 下转 动 时 ， 动小 车会 沿着 丝杆 做直线 运 动 ， 移 并且 推动 吊环 座 运动 。移 动小 车 和 吊环 座上 都 装 有 弹性 橡 胶 小 轮 ， 使机 构 中 的运 动都 依 靠滚 动 摩 擦 力 ， 而 采用 较 小 的 从
能 。芯 片内部 还集 成有 一 定 容量 、 具有 掉 电保 护 特性 的静 态 Ｒ ＡＭ ， 可用于保 存一些 关键 数据 。 系统 的光 强控制 方式 采用 光敏 电阻 。光敏 电阻是
电阻 ， 可靠 性好 、 体积 小 、 敏 度 高 。信 号 放 大 器采 用 灵
ＬＭ ３ ８。 ５
图 １ 窗 帘 机 的 系 统 结 构 示 意 图
２ 智能控 制部 分设计
２ １ 控 制 系统 结 构 规 划 ．
控 制 系统 主要 有 以下几 种功能 ： 固定开关 控制 ： ① 按 下“ 或 “ ” 钮 ， 开” 关 按 窗帘 自动拉 开或关 闭 ， 当窗 帘拉
开或关 闭 已 经 到位 后 ， 电机 自动 停 止 ， 当窗 帘 在 按 下 “ 或“ ” 开” 关 的运 动过 程 中 ， “ ” 钮 ， 按 停 按 电机 停 止 转
２ １ 年 第 ２期 ０２
孙 健 ： 能 家居 电动 窗 帘 的设 计 与 实现 智
・ ３ ・ １ ５
红 外遥 控 电路分 为发 射和 接收两 部分 。信 号发 射
器 主要 由键 盘矩 阵遥 控 器专用 集成 芯片 Ｌ ９ ０ 、 Ｃ ３ １ 激励
是设 定 时 间信 号， 单 片 机 调 用 相 应 的 程 序 ， 则 对
图 ２为控制系统总体机构框图。窗帘控制器 的执行 机 构由电机驱动电路 和电机 来实现 ， 电机 正转 、 反转 和停
止功能由单片机输 出电平来控制 。定时控制方式 可由时
钟芯片来实现 。光强控制方式 由光敏 电阻 和运放 电路来
控制单 片机输出电平继而控制步进电机来实现 。
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一 ３— ５— ７— ９一 ｎ一 一 Ｍ一 ２— ４— ６— ８— ｍ— 培一 塔一
检 波 、 形 ， 到 ＴＴＬ电 平 的 编 码 信 号 ， 送 给单 片 整 得 再 机， 经单 片机解 码 去控 制相关 对象 。
电机执 行部 分完 全 受 单 片 机 的控 制 ， 过 单 片 机 通
的Ｐ． ０ ０和 Ｐ ． ０ １完 成 。单 片 机 复 位 状 态 下 Ｐ ． ０ ０和 Ｐ． Ｏ １输 出高 电平 ， 极 管 Ｖｌ Ｖ２ Ｖ３及 Ｖ４截 止 ， 三 、 、 两
检 测元 件 ， ＡＴ ９ ５ 为控制 芯片 ， 以 ８ Ｓ ２作 配合 有 Ｌ Ｄ数 Ｅ 码 管显示 ， 以红外遥 控 为控制 方式 ， 还配有 固定 按钮控 制， 实现 了 电动窗 帘的多 项智 能控制 。
ＤＳ ３ ７设 定 开或 者 关 窗帘 的时 间 ， １０ 当时 间 到之 后 ， 再 控制 电机 去开关 窗帘 。
器 和 红外 发光 二极管 等 组成 ， 其工作 过 程是 ： 首先 由专 用 集 成芯 片将 每个按 键码 经 内部遥控 指 令编码 器 转换
成 遥控 编码 脉 冲后 ， 编 码 脉 冲 ３ Ｈｚ左 右 的载 波 将 ８ｋ
个 继 电器 Ｊ １和 Ｊ ２释放状 态 、 向可逆 的 电动机 ， 其 方 使 因无 电源供 电 而停 止 。 当 Ｐ ． ０ ０或 Ｐ ． Ｏ １其 中 有 一 个
输 出低 电平后 ， 个 继 电 器便 会 有 一 个 导 通 。窗 帘 到 两 位 后 ， 程开关 自动关 闭 电机转 动 。在 同一个 时间 内， 行 两 个继 电器仅 能 有一个 吸合 ， 即便 是 在 电机工作 期 间 ， 操 作 了反 向转 动按 键 ， 片 机 也是 先 释放 当前 工 作 继 单 电器 ， 并延 时 一定 时间后 再 吸合另 一个 继 电器 ， 防止 电
值时 ， 窗帘将 自动 打开 。本设计 采用 Ｌ ５ １ 光敏 ＸＤ ５ ６型
机 与外界 时钟 一致 ， 计 中采 用 了一个 带 Ｒ 设 ＡＭ 存储
器 的 串行 １Ｃ实 时 时钟 芯 片 ＤＳ ３ ７ ２ １ ０ 。该芯 片有 产 生
秒 、 、 、 月 、 等功能 ， 分 时 日、 年 并且 具有 闰年 自动 调整 功
强烈 的情况 下窗 帘会 自动关 闭而不使 室 内受 到强烈 的
光照 。
ＡＴ ９ ５ ８Ｓ ２单 片 机 正 常 工 作 电 压 范 围 为 ４０Ｖ～ ．
５ ５Ｖ， ． 设计 的 电源 电路 就 是 为 单 片 机 提 供 电 压 。 电
源 电路 中 ， 经过 变压 、 整流 、 波 、 压 四步把交 流 电变 滤 稳 换 为 直 流 电 。 稳 压 过 程 采 用 三 端 集 成 稳 压 器 Ｌ ８ ５ 最后 输 出 ５ Ｖ 的 直 流 电压 供 给 单 片 机 。 电 Ｍ７ ０ ， 源 电路如 图 ３ 所示 。
设计 。
度可 以根据 窗户的大小 自由设定 ， 而其他零 件的尺 寸均
保持 不变 ， 这样就可 以满足不 同用户 的需求 。
１ 机械 传 动部分 设 计
图 １为窗帘 机 的系统结 构示 意图 。窗 帘机采用 螺 旋 传动 原理 ， 运用 螺杆 和牵 引套 完成传 动 目的 ， 去 了 省
第 ２期 （ 第 １ １期 ） 总 ７
２１ ０ ２年 ４月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
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文 章 编 号 ：６ ２６ １ （０ ２ ０ ‘ １３ ０ １ ７— ４ ３ ２ １ ） ２０ ３ ３
能、 采用 Ｃ ＭＯＳ工 艺制造 的 ８位单 片机 。控 制 系统 电
路 图如 图 ４ 示 。 所
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智 能家居 电动窗帘的设 计 与实现
孙 健
（ 北 大 学 秦 皇 岛分 校 ， 河北 东 秦 皇岛 ０６０） ６０ ４
摘 要 ： 窗 帘机 械 传 动 部分 采 用 滚 动 螺 旋 形 式 ，智 能 控 制 部 分 以 ＡＴ ９ ５ ８ Ｓ ２单 片 机 为 核 心 ， 实 现 了人 工 控 制 、
光 强控 制 、 红 外遥 控 和 定 时控 制 ，具 有 较 好 的市 场 应 用前 景 。
关 键 词 ：螺 旋 传 动 ；智 能 化 ；单 片机 ； 电动 窗帘 ；设 计
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
电机 ， 制滚 珠丝 杆 的 双 向转 动 。轨 道两 端 安 装 有端 控 盖 ， 盖 内设 有滚 动轴 承 的固定座 ， 端 左端 盖 内还设有 电
机 的支撑座 。滑槽 可以直接套在 安装座上 ， 安装 座通过
螺钉 固定在 窗户 上侧墙 壁 。滚 珠 丝杆和 滑槽 轨 Nhomakorabea 的长
智能 家居 已经 覆盖 家庭 自动化 、 庭 网络 、 家 网络家
电、 信息 家 电这 四大块 。而 智 能家 居 窗 帘 与 传统 的窗
帘相比， 它不 用手 动去拉 ， 别在 别墅 、 特 高档写 字 楼 、 展
动， 这样 用户 就可 以随 自己的意 愿 控 制窗 帘 开合 的大 小范围， 固定 开关 避免 了人们 因遥 控 器失 灵 或 者丢 失 所 造成 的不方 便 ； 红外遥 控控 制 ： ② 红外 遥控 控制是 通
驱 动力就 可 以满足 系统 要求 。螺旋 丝杆 上采 用双 向螺 旋 ， 中间为 界 ， 成 左螺 旋 丝 杆 和 右螺 旋 丝 杆 ， 部 以 分 两 分 丝杆 上各设 置移 动小 车一 个 。移动 小车上 的 引导套 上 注塑成 形有 内螺 旋球 形滚 道 。系统 中采用 双 向可逆
口
７Ｌ ４ Ｓ６ ｌ４
石英晶体
圈 ４ 控 制 系统 电路 圈
系统 的定 时控制 方式采 用定 时器 。为 了保 持单 片
利用半 导体 的光 电效应制成 的一种 电阻值随 入射光 的
强弱 而改变 的 电阻器 ； 射光强 ， 阻减小 ， 射光 弱 ， 入 电 入 电阻增 大 。窗帘在 光控 模 式 下 ， 光强 高 于所 设 定 的 当 标准值 时 ， 窗帘会 自动 关 闭 ， 反之 ， 当光 强低 于该 标 准
圈 ３
∞ ２ ２ ２ 基 于单 片机 的控制 系统 电路 ．．
电 源Ｏ 路２ ５ 时默 ４ 电 ３ ７ ０ ２ ５ 圈 ４ ６ 甩３吼 ６ １ １
智 能控制 系统 以单 片 机为 核 心 ， 合各 种 芯 片及 配
相 关 电 路 来 实 现 窗 帘 的 控眦 陬 本 系 统 中，采 用 陀 制 陬 眦眦眦 舡哑 眩 。
进行 脉 冲幅度 调制 ， 后 由 已调制 的编 码 脉 冲 激励 红 最 外 发光二 极 管 ， 其 以 中心 波 长 为 ９ ０ ｒ 的红 外 光 使 ４ ｉ ｍ 发 出红外遥 控 信号 。接 收端 采用 性能 可靠 的一体 化接 收 头 Ｂ ３ ２接收 红外 信号 ， 同时对 信 号进 行 放 大 、 Ａ５ ０ 它
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机 械 工 程 与 自 动 化
２ １ 年 第 ２期 ０２
开启 或者关 闭 ； ④光 强控 制 ： 光强控制 是利用 光 电传感 器 ， 据光 照情况来 自动控 制 窗帘 的开合 ， 光照 比较 根 在
２ ２ 系统 硬 件 设 计 ．
２ ２ １ 电源 电路 ． ．
收 稿 日期 ：２ ｌ— Ｏ ３ ｝修 回 日期 ：２ １— ２２ Ｏ ｌ ｌ一 １ ０ １１— Ｏ
过 遥控 器来控 制 窗帘 的开合 ； 定 时控制 ： 时控 制是 ③ 定 通 过在 定时器 中设 置开启 或者 关 闭时间来控 制窗 帘 的
作 者 简 介 ：孙 健 （９ ９） １８ 一 ，男 ，甘 肃 临洮 人 ，本 科 在 读 ，专 业 为 机 械 工 程 及 自动 化 。
览 馆 、 型会 议 室 等 场 所 显 得 更 加 方 便 ， 要 一 按 遥 大 只 控， 窗帘 自动 开合 。智 能 窗 帘 机 可分 为 机 械 和控 制 两 大 部分 。现在 市场 上 常见 的智 能窗帘 机械传 动形 式有 绳 索牵 引式 、 皮带 传 动式 、 线 电机牵 引式及 滚 动螺旋 直 传 动式 。本 文介 绍一 种采用 螺旋 传动 式 的智 能 窗帘 的
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ＡＴＭＥ Ｌ公 司 的 ＡＴ ９ ５ ∞一 搴一， 一 一功 耗 、 嚣一 一 一 衢一 ８ Ｓ ２单 片机盯一 ∞一 一 高性 ∞一； 它是 低 躲一 ∞一 宅 笛一 ∞一 已
图 ２ 控 制 系统 总 体 机构 框 图
３ 结语
图 ５ 系 统功 能 实 现流 程 图
本 文完成 了智 能 家居 电动 窗帘的设 计 。机械传 动 部 分采 用滚 动 螺旋 式 传 动 ， 得 窗 帘 噪 声 小 、 靠 性 使 可
高， 使用 寿命 也有 了很 大 的提 高 。智 能控 制部 分 以单
相 可逆 电机作 为执 行 元 件 ， 光敏 电阻作 为传 感 器 的 以