摘要：电路设计根据办公和生活环境需要，采用AT89C2051单片机控制系统，利用P3口的特殊功能与P1口的空闲模式和掉电模式，根据其不同控制模式，实现半自动控制、自动控制、红外线遥控的相互转换控制窗帘机。该设计包括红外线摇控电路、系统主控模块、电源转换电路、保护电路等，可实现窗帘自动升降。
关键词：红外线发射器；红外线接收器；AT89C2051；振荡电路；桥式驱动电路
中图分类号：TP368.1
文献标识码：B
文章编号：1004—373X(2008)04—181—03
为适应现代化办公和生活环境的需要，设计一种智能窗帘机，可实现开关窗帘的半自动手动控制、自动控制和红外线遥控。其主要以AT89C2051单片机为核心，利用扩展端口实现各自不同控制功能。
AT89C2051是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位的单片机，片内含2 kB的可反复擦写的只读存储器(PEROM)。他提供以下的标准特征：2 kB FLASH闪速存储器，128 B内部RAM，15个I／0口线，2个16位定时器／计数器，1个5向量两级中断源，1个全双工串行通信口，内置精密模拟比较器，片内振荡器和时钟电路。另外，AT89C2051可降至0 Hz的静态逻辑操作，并支持2种软件可选的节电工作模式。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C2051的结构图如图1所示。
引脚功能说明，RST：复位输入；VCC：电源电压；RXD，串行输入口；TXD：串行输出口；X1：振荡器的输入端；X2：振荡器的输出端；INTO*：外部中断O；INTl*：外部中断1；TO：定时器／计数器O外部输入；T1：定时器／计数器1外部输入；P1口是一组8位双向I／0口；P3.7双向I／O口。
1 工作原理
电路可以由3种不同的方式控制窗帘动作，主要通过不同的按键模式。在手动模式下，有4个按键对其进行操作，可以控制电机的正反转，即可实现窗帘的开关和自动／手动方式的转换；若处于自动状态下，用光敏电阻对外部环境进行采光，通过单片机对电机进行控制，实现天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭这一功能；若采用遥控方式，则可以将键盘的功能转到遥控上，用遥控电路对其控制，对窗帘的运动实现遥控的功能。
将电路分成3个模块来实现整个功能：外线遥控电路模块，用遥控器来操作窗帘机工作，实现电路的遥控功能；系统主控模块，由89c2051控制系统智能窗帘机的3种工作方式，即半自动手动、自动、红外线信号的相互切换，实现对窗帘的控制；电源模块，由于电路中用到2个电源12V和5V，为了方便起见，将12V电压输入后再用7805转化为5V电压。
2 单元电路设计
本电路由红外线遥控电路、系统主控电路、电源电路组成。下面对个单元电路进行设计和计算。
2.1红外线遥控电路
(1)红外线发射电路。可以使用由常规集成电路组成的单通道红外遥控电路，这种遥控电路不需要使用较贵的专用编译码器，因此成本较低。红外线发射器由于控制方式不同，很难做到一体化，大多是由分立元件组装而成。如图2所示。
其中CD4011为二输入与非门电路，其中YF2，YF3与非门与R1，C1确定，对频度的精度有一定的要求。YF4为输出缓冲级，输出信号经由8550驱动线外线发射管D发射红外线。YF2，YF3能否产生振荡完全由YF1决定，当YF1的IN端输入高电平时，其输出端为低电平，YF2，YF3振荡停止，且YF2输出高电平，由此可推之YF2输出高电平，8550截止，无红外线发射；当IN端输入低电平时，YF1输出高电平，YF2，YF3产生振荡，D发射红外线。
(2)红外线接收电路。红外线发射器须经调试后方能正常工作：首先是对红外线发射器的振荡频率进行调整，务必使他与红外线接收器的工作频率相吻合。该振荡频率主要由R1，C1之值来确定。
采用一种一体化的红外线接收头，体积小巧、价格低廉、使用方便、无须调整、抗干扰能力强、工作稳定可靠。3个输出脚依次为：OUT(红外线接收后经解调、整形的输出脚步)、GND(地)、+(电源正端)。其中LM567是一片锁相环电路。在接收电路中，设置若干只LM567，其输入均来自红外接收头，各个LM567的振荡频率不同但与发射端一一对应。这样当发射器按压不同的按钮，接入不同的调制信号时，在接收端对应的LM567的第8脚的电平就会发生变化，由此形成多路控制。如图3所示。
2.2 AT89C2051主控电路
(1)主控电路
用专用红外接受芯片进行接受，再可由专用遥控解码集成电路9149解码，9149相应地输出1个正脉冲，控制窗帘机完成相应的电路。可采用上面的红外线遥控电路，经过振荡产生正脉冲。其电路图4所示。
(2)自动控制功能
应用光控原理工作，天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭。由运放组成比较电路，同向输入端有2个电阻分压得到1个电压值，作为基准电压进行比较，而反相输入端用一个光敏电阻对外部环境的光线进行采集，利用光敏电阻暗时电阻大，亮时电阻小的特点，确定反向输入端的电压值。两者再进行比较，比较后的信号再送入单片机89C2051的P3.0口，从而通过继电器控制电机的正反转，实现天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭这一自动控制功能。
(3)直流电动机的驱动电路
利用8050，8550等不同的三极管组合，构造一座“桥”，实现对驱动电机的轻松控制。电机驱动控制过程如图5所示(P1.0为正反转控制端，P1.1为启停控制端)。
①P1.1高电平
P1.0为低电平时，则T7基极(back端)为低电平，由T1构成的反相器使T1集电极为高电平。于是，T2，T3，T4导通，T5，T6，T7截止。其中丁为激励级，T3，T4为功放级。电流从+12V经T4到电机“+”端再到“-”端最后经T3人
地端，电机正转；P1.0高电平时，则反之，T5，T6，T7导通，T2，T3，T4截止，电机反转。
②P1.1低电平
P1.1为低电平时T1集电级和T7基极均为低电平，电机停转。该“桥”的优点是原理简单、易控制、带负载能力强，在单片机的配合下，通过调脉宽的方法，实现对驱动电机的轻松调速，通过键盘对具体参数的修改，可以使小车适应各种不同的电源。正因为采取了该项技术，使完成基本要求的过程边得简单易行。8550两端能加的最大的电压是25V，能通过的最大的电流是1 500 mA，根据P＝U×1，此桥式驱动电路能提供的最大的功率：
P=1500 mA×25V=37.5 W
而在本设计中用的电机是额定电压为12 V的小功率电机，所以，此驱动电路完全能驱动该电机。
在速度控制方面，一般是通过改变加在电机两端的电压来实现的，可以是连续改变(加直流电压)，也可以是续断改变(加脉冲电压)。基于简单使用考虑，在本设计中采用脉宽调速，这种改变可以通过硬件或软件完成，硬件实现是通过改变振荡电路中RC参数来调整充放时间；而软件的做法是通过设置高电平及低电平的保持时间达到，且软件调整量化指标更高，调整更可靠、更方便、更准确。于是，键盘成为一个必不可少的器件来提供人机交互。
式中，P为电机两端的平均功率；Pmax为电机全速运转的功率；K为脉宽。当K=1时，相当于加入直流电压，这时电机全速运转，P=Pmax；当K=0时，相当于电机两端不加电压，电机停转。
(3)电源模块
三端集成稳压器的组成包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路和启动电路。在W7800系列三端集成稳压器中，已将三种保护电路集成在芯片内部，他们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。
当输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管VD，如图中有断线点。其作用是在输入端短路时，使Co通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。
3 关键问题的讨论
(1)解决如何停机的问题。在设计过程中使用巧妙的停机方法：硬件上，在停止按钮端口并联1个到位开关，在电机到位后，软件上进行程序控制，就可以使电机停止运转。
(2)解决电机的误动作。当外部光线介于亮与暗之间，继电器会产生误动作，因此设置1个电压范围，确定外部光线亮度。用一个斯密特触发器控制电压，在范围内电机不工作。若低于他的最低门限电压，则认为天暗了，电机反转，窗帘关闭；若高于他的最高门限电压，则认为天亮了，电机正转，窗帘打开。使硬件简便起见，用软件对光敏电阻对外部环境的光线进行多次检测，确定亮暗后才开始动作。
4 结 语
该电路经过多次改进，参考现在实际电路通用的做法，在现有技术的状态下各项指标已经达到技术要求，但由于自身水平有限，电路中还有些技术方面还可以进一步加强。如红外线接受电路可以进一步调试其精确度和灵敏度，通过多只光电二极管更加准确的控制窗帘升降。
