无线遥控自动窗帘的设计.docx

1、无线遥控自动窗帘的设计自动窗帘的设计摘 要本设计首先阐述了自动窗帘的基本构成及特点，然后通过对无线遥控控制方式，手动控制方式，光控控制方式的对比论证，根据控制要求，本设计选用了无线遥控和手动控制方式控制电机的正反转。通过对系统的总体设计、硬件和软件控制设计，满足了系统方案的要求。在硬件方面，本文着重对单片机、无线接收模块J04V、无线发射模块F05P、直流电机驱动芯片L298N、三端集成稳压器KA7810等选型进行了设计，同时给出了各高级单元的使用及设定情况；在软件方面，提供了原理图、系统工作流程图和指令表。除此之外，也充分考虑了实际应用中的要求，设计时考虑到了成本、功耗、安全性、稳定性、抗干

2、扰性等诸多问题，具有一定的合理性和可行性。关键词 AT89S51单片机/直流电机驱动芯片L298N/无线接收模块J04V/无线发射模块F05P/三端固定集成稳压器KA7810/ The Design of the automatic curtainABSTRACTFirst of all, the design of the automatic curtains on the basic structure and characteristics, and then through constant pressure on the wireless remote control way, ma

3、nual control way, light control way of argumentation contrast, under the control requirements, many of the design selected the wireless remote control way and manual control way. Through the system design, hardware and software control design to meet the requirements of the system.In terms of hardwa

4、re, this article focuses on microcontroller, the wireless receiver module J04V, the wireless transmitter module F05P, the DC motor driver IC L298N, the three-terminal integrated voltage regulator KA7810, such as selection of a design, all at the same time give the use of advanced units and set up th

5、e situation; In terms of software, provides a schematic diagram, the system flow chart and the instruction list . In addition, it fully takes into account the requirements of practical applications, the design takes into account the cost, power, security, stability, and many other questions of sexua

6、l interference with a certain degree of rationality and feasibilityKEY WORDS AT89S51 Single-Chip Microcomputer / the DC motor driver IC L298N / the wireless receiver module J04V / the wireless transmitter module F05P / the three-terminal integrated voltage regulator KA7810（1 概述1.1 选题意义随着社会信息化的加快，人们的

7、工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。随着电子技术产业结构的调整，生产工艺的不断提升，人们生活水平的不断提高，家用电器的逐渐普及，市场上对无线遥控控制系统的需求也越来越大,高精度、多功能、低功耗，是现代科技发展的趋势。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多的电子产品中也用到了无线遥控控制，基于单片机和无线遥控的控制器应用范围的日益广泛和多样。单片片机在电子产品中的应用己经越来越广泛，在很多

8、的电子产品中也用到了无线遥控控制。随着窗帘无线遥控控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的窗帘控制器应运而生。智能家居系统是一个人的社会系统工程，我们应当加快我国智能家居标准化进程。自动窗帘系统作为智能家居也是一个很重要的部分,现有的电动窗帘机的控制方式有固定式开关控制、遥控、光控、声控等，其中以前两种形式居多。就实用程度和经济角度来说，用固定式开关控制方式较好，这是因为窗帘的开闭不像电视习等家电产品开闭得那样频繁，每天开闭的次数不多，因此安装在固定的地方使用也相当方便，如把开关装在床头柜等电器综合控制系统中，睡在床上就能控制窗帘的开闭。利用触摸开关，实现自动断电，既安全又节能，但

9、最重要的一点就是没有实现完全的白动化，没有摆脱对人的依赖作用。而采用遥控控制时，需要候机电源，不可能为了完成断电而增加遥控功能，也增加了成木，售价也相应提高。窗帘机的控制方式大体上有三种：声控、光控、时控，声控和遥控属于半自动类,而光控虽属全自动式，但因光敏器件的灵敏度，冬夏等不同季的光照度的不同，以及人们对起闭窗帘在时间上的要求不同，而难以实施和普及。因此，时控式的自动窗帘机便成了专业以及业余电子设计人员的热门课题。根据以上自动窗帘有些不能实现完全的自动化；有些虽然实现了完全的自动化，但结构复杂，性能不够稳定，有些虽然实现了完全的自动化，且性能还可以，但价格昂贵不适合普通消费者使用。所以我想

10、利用价格相对便宜的无线线遥控发射芯片、单片机作为主要控制器件，来完成该系统的设计。该系统主要有如下几方面的特点：（1）采用无线发射和接受模块，大大方便了系统的设计。（2）遥控自动窗帘可以实现远距离的操作。（3）采用无线遥控方式，不会干扰其它电器的正常工作，也不会影响邻近的无线设备。（4）另一种控制方式为手动控制方式，防止停电后采用手动控制。（5）体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠。尽管遥控自动窗市系统在国内是一个新兴的行业，但是，它也正以不可抵挡之势迅速崛起。遥控自动窗帘系统走进中国以来，在短短四年的时间里，遥控自动窗帘系统生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，

11、其行业发展之迅速是目前国内任何其他行业无法比拟的。目前，我国遥控自动窗帘系统生产厂商、分销商、集成商与装饰公司都形成了相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足遥控自动窗帘系统行业。随着自动窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起，随着中国电子技术的飞速发展、人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用，自动窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向，在不久的将来，没有自动窗帘系统的住宅肯定不合潮流。从日前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，白动窗帘行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。1.2 窗帘无线遥控器完成的功能本文介绍一款使用微电脑管理的、无线遥控器控制的多功能窗帘控

12、制器。该窗控制器采用AT89S51单片机的最小系统设计，控制一个12V的可逆直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。另外该控制器采用无线发射模块F05P和无线接受模块J04V来通过控制单片机间接控制电机。窗帘控制器可以使用无线遥控器进行远程手动开、手动关和自动停止控制，两种工作方式可以方便地进行选择。当选择无线遥控控制方案时，手动控制无效；当选择手动控制方案时，无线遥控控制亦无效。另外，电机拉动窗帘的工作的时间长度可以通过程序进行设置。2 总体设计方案该窗帘控制器采用AT89S51单片机的最小系统设计，控制一个12V的直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。无线发射模块和无线接受模块分别F05P和J04V。直

13、流电机通过L298N芯片来进行驱动。该窗帘控制器可以使用无线遥控器进行远程手动开、手动关和自动停止控制。该无线遥控窗帘可谓是一款多功能的窗帘控制器。其原理图如图2-1所示。（硬件电路见附录1）图2-1 总体设计方案原理图3 AT89S51单片机概述3.1 AT89S51单片机简介单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。就是将微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、总线、中断系统、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需要嵌入仪器设备内，故又称嵌入式微

14、控制器（Embedded Microcontroller）。单片机的主要特点如下：(1)可靠性高(2)便于扩展(3)控制功能更强(4)低电压、低功耗(5)片内存储容量较小单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，单片机的诞生标志着计算机正式形成了计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机作为最经典的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。3.2 AT89S51单片机的硬件结构及引脚3.2.1 AT89S51单片机的内部结构AT89S51单片机包含CPU、存储器（包括RAM和ROM）、I/O接口、定时/计数器、中断系统等几大单元。其结构框图如图3-1所示。图3-1 单片机的

15、内部结构框图AT89S51单片机的内部结构原理图如图3-2所示。图3-2 单片机的内部结构原理图（1）中央处理器（CPU）1）8位CPU，能够进行布尔处理。 2）内部时钟电路。 3）总线控制逻辑。 （2）内部存储器系统1）4KB程序存储器(ROM/EPROM/Flash),可外扩至64KB。2）128B的数据存储器,可外扩至64KB。（3）I/O接口及中断、定时部件1）4个8位并行I/O接口。2）5个中断源的中断系统，2级优先。3）2个16位定时器/计数器。3.2.2 AT89S51单片机的外部引脚AT89S51单片机有40个引脚，分为端口线、电源线和控制线三类。如图3-3所示，是DIP封装的

16、MCS-51单片机的引脚图。图3-3 单片机引脚图3.2.3 AT89S51单片机的时钟电路及时钟信号时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。AT89S51单片机的时钟信号可以有两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的震荡电路，产生时钟信号，如图3-4图（a）所示；另一种为外部方式，时钟信号有外部引入，如图3-4图（b）所示，它一般适用于多片单片机同时工作时使用同一时钟信号以保证单片机的工作同步。图3-4 单片机时钟电路单片机的时钟信号分为晶振周期、时钟周期、机器周期和指令周期。（1） 晶振周期。振荡电路产生的脉冲信号的周期，是最

17、小的时序单位，用P来表示。（2） 时钟周期。把2个晶振周期称为S状态，即时钟周期。通常包括两个节拍P1和P2。（3） 机器周期。把12个晶振周期称为机器周期，用Tcy表示。（4）指令周期。执行指令所需的时间。一般为1个机器周期或2个机器周期或4个机器周期。3.2.4 AT89S51单片机的复位电路系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现，这种工作方式为复位方式。 单片机在开机时都需要复位，以便CPU及其他功能部件都处于一种确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 CS-51单片机在RST引脚产生两个机器周期（即24个时钟周期）以上的高电平即可实现复位。复位电路有两种：上电自动复位和上电/按键手动复

18、位，如图3-5所示。图3-5 单片机复位电路3.3 AT89S51单片机最小系统简介单片机的最小系统主要由电源、复位电路、振荡电路及其扩展部分等组成。其原理图如图3-6所示。图3-6 单片机最小系统原理图AT89S51单片机见附录3。4 无线收发电路4.1 无线接收模块J04VJ04V是一款低功耗小体积超再生接收模块，采用SMT工艺，性能稳定具有较好的灵敏度及性价比。是电池供电产品的理想选择。可以广泛应用于需要长期处于接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统。（1）主要特点： 1）输出无噪声干扰(零电平）2）极低功耗（工作状态3V/0.2mA）3）特小体积（不需要外接天线）（2）性能参数:1）接

19、收频率：315MHz 433M2）工作电压：DC3V(2.6-3.5V)3）工作电流：0.15-0.3mA4）调制带宽：10K5）输出电平：TTL电平6）接收灵敏度：-90dBm7）电路结构：超再生8）外形尺寸：10235mm(宽X长X厚)9）工作温度：-40-+60（3）引脚定义:1-外接天线 2-数据输出端 3-数据反向输出端 4-工厂测试端悬空 5-地 6-正电源（DC+3V） 图4-1 J04V模块引脚（4） 型号定义:说明：1、J04V-315M 为无线接收模块 J04V 接收频率为 315MHz。2、J04V-433M 为无线接收模块 J04V 接收频率为 433.92MHz。图4

20、-2 J04V模块（5） 应用说明:J04V 工作频率为 315MHz 及 433MHz，可以定做 300470MHz 之间与声表面波谐振器对应的频率。J04V 性能与 J04P 及 J04E 基本相同，是 J04P 及 J04E 的改进型低功耗产品，但引脚不兼容。J04V 与 J04T性能有区别但引脚兼容可直接替换。为方便后级电路的电平接口 J04V、J04T 增加了数据反相输出端，无数据时 2 脚输出为零电平，3 脚为高电平,可输出 2mA 的驱动电流。若驱动低阻抗负载会引起 J04V 及 J04T工作电压的不稳定。J04V 工作电压范围：2.63.5V；2.6V 时工作电流在 0.15m

21、A；3V 时约 0.2mA；3.5V 时约在 0.3mA。J04V 适合电池或线性电源，可采用 3.7K或4.7K 电阻从 5V 取得 3.5V，再加 220UF 电解电容滤波，电解电容的接地点必须靠近 J04V 的地，J04V 输出能力可驱动一支发光二极管。如果从 6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。也可以从 220V 用电容降压整流滤波后用 7805 取得 5V 再用 3.7K或4.7K电阻降压滤波取得 3.3V。不适合用稳压管串联分压。接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性，也 是接收电路的主要干扰源，J04V 不适合开关电源也不适合用实验室大整流电源做试验。 J04V

22、不适合与发射用同一电源做试验。J04V 顶部镀银电感不要碰压，否则会引起频率偏移距离变近。J04V 内部具有放大整形电路，只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。J04V 在 A 处点可根据需要接一支 470KM 的电阻可使 J04V 输出更干净，但接收灵敏度会降低。J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上，要垂直于线路板，否则会引起频率偏移。如果器 件较多还必须注意地线布局合理，如果有晶振或其他信号源必须远离 J04V，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。J04V 可外接天线提高接收灵敏度，天线长度不限。（6） 应用电路图4-3 应用电路（7）电路说明：由于 J

23、04V 是低功耗低电压超再生接收模块，只消耗 0.2mA 的电流，图 4 采用 4.7K 电阻从 5V 取得 3.2V再加 220UF 电解电容滤波给 J04V 供电，虽然 J04V 具有较宽的工作电压范围但电压在 3-3.2V 时才具有最佳的经受灵敏度。图 4 电路 J04V 和 PT2272 都是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节 1.5V 电池供电。如果 2272 驱动的负载功率较大需要采用小体积高容量的锂-亚硫酰氯电池，见图 6，否则会引起接收电路的不稳定。PT2272 的 D0-D3 可以直接与单片机连接。也可以去掉 PT2272，由单片机直接解码。接收电路不适合使用纹波系数大与

24、 50mV 的开关电源，因为接收模块对电源的纹波很敏感。电源直接影响到接收电路的稳定性，不干净的电源就是接收电路的主要干扰源。J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上，要垂直焊在线路板上，否则会引起频率偏移。220UF 电解电容要靠近 J04V 的地。如果采用电池供电，电源线要尽可能短。做测试收发不可以使用同一电源也不适合用试验室直流电源。收发要离开 一米以上做测试。地线布局要合理，否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。图 4 电路也可以直接采用图 5 电路供电。7132 为低功耗（uA 级）三端稳压器件，性能优于 7805，使用与 78L05 相同。4.2 无线

25、发射模块F05PF05P 是一款低成本、小体积、低功耗 ASK 无线发射模块；采用 SMT 工艺，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，无数据时休眠，并具有较宽的工作电压范围。适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路 J04V、J04T 为第 2 脚 ）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路 J04V、J04T 为第 3 脚 ）。（1） 性能参数1）发射频率：315MHz 433MHz2）工作电压：DC+3V-12V3）发射电流：2-10mA4）发射功率：10mW5）传输速率：10Kbps6）频率稳

26、定度：10-5声表稳频7）调制方式：ASK8）外形尺寸：9215mm(宽 X 长 X 厚)9）工作温度：-40-+60（2）引脚功能1-正电源 3-12V2-地3-数据信号输入平时为低电平4-外接天线图4-4 F05P引脚功能（3）型号定义定义：1、F05P-315M 为无线发射模块 F05P ;发射频率为 315MHz。2、F05P-433M 为无线发射模块 F05P ;发射频率为 433.92MHz。图4-5 F05P模块（4）应用说明F05P性能与F05C基本相同，更稳定，是05年产品。引脚功能与F05T相同，可直接替换。F05P 采用 SMT 工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有

27、一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P 具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK 方式调制。F05P 不能任意调整发射电流，单片机的数据可直接通过串口进入 F05P 的数据输入端。F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态（对应的接收电路 J04V、J04T 为第 2 脚 ）；F05P+在无数据输入时单片机必须为高电平状态（对应的接收电路 J04V、J04T 为第 3 脚 ）。F05P 需要输入数据才能发射，数据信号停止，发射电流为零。F05P 对 0.1-1ms 的数据脉冲发射效果较理想，过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降，过调制或调制不足使收发距离

28、变近。F05P 对直流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰。若采用通用编码器 2262，发射效果比单片机好，因为 2262 的数据无论怎么变但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。F05P 有 4 个功能引脚，因为体积小，功耗底无天线只能满足短距离使用，而天线对距离起着很大的作用 ，天线能否匹配也是很关键，匹配良好的天线能增加几倍的距离，匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的1/4 波长，可以用一根直径

29、0.5-1 毫米，长度（433M）18 厘 米 ；（ 315M）24 厘米的漆包线代替。但天线必须拉直，指向无所谓。短于 1/4 波长或弯曲的天线效果会很差。F05P 应垂直安装在印板边部，应离开周围器件 5mm 以上，以免受分布参数影晌而停振。FO5P 发射距离与输入信号，发射电压，电池容量，发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离，F05P 最佳有效工作距离为 100M 左右。F05P 对应接收电路根据需求可选用 J04V、J05R、J05P、3400、3100 等同频率接收模块配套。(5) 应用电路图4-6 F05P应用电路

30、（6）电路说明：图4-5为 F05P 外型图，图4-6 为最基本的由单片机来控制收发的一则典型应用电路，需要注意PT2262 的 14 脚 TE 端低电平维持的时间必须大于 2262连续发送三组码的周期，2262 发码的周期与 2262的振荡电阻有关，周期的计算详见PT2262 资料，各种品牌的 2262 振荡电阻配套有区别，频率的计算参见厂家提供的资料。2262 的 TE 端置高后 2262 停止发码，17 脚变为低电平，F05P 进入休眠状态。如果不需要单片机来控制可以将 14 脚接地或者用按纽开关来控制，也可以从 4 个数据端用 4 个 4148 控制 2262 的 18脚电源，需要将

31、14 脚接地。2262 的 1-8 脚为三态地址编码。悬空状态码型比较好，如果没有特别要求最好不要把地址码全部置高或置低，这样容易误码。10-13 脚为数据码只有二种状态置高或置低，可以任意设置，2272 的 10-13 脚就有对应的输出。2262 与 2272 的地址编码必须一致。4.3 PT2262/PT2272 编码解码芯片PT2262/PT2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平)，任意组合可提供 531441 地址码,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第 17