本文所介紹的紅外窗簾遙控器的系統框圖如圖3-1所示，紅外窗簾接收控制器的系統框圖如圖3-2所示。

該系統主要有兩個部分組成：一是遙控器部分，其功能為：單片機掃描遙控器上的6個按鍵(啟動/停止，打開，關閉，速度減小，速度增加和自動)，當某個按鍵按下后，單片機便通過紅外發光二極管發射該按鍵的編碼。二是接收控制器部分，其功能是用單片機通過紅外一體化接收頭接收遙控器發出的編碼并進行解調，解調后根據編碼的功能來控制步進電機的狀態，從而實現窗簾的打開、關閉或停止等功能。

硬件電路設計主要包括：紅外發射模塊、紅外接收模塊、顯示模塊、光控模塊、電機驅動模塊、窗簾框架構造設計。

1 紅外發射模塊

紅外發射模塊主要包括單片機最小系統，按鍵，紅外發射電路組成。本設計所要實現的功能不是很多，所以控制按鍵采用4X4 的矩陣鍵盤即可達到要求，另外發射過程中單片機輸出端產生的脈沖信號為38KHz，所以采用一12M 晶體振蕩器即可發出滿足要求的頻率。

紅外線的發射過程如圖3-3所示。

本遙控器的發射采用碼分制的遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產生電路以不同的脈沖編碼(不同的脈沖數目及組合) 代表不同的控制指令同。

在確定選擇AT89C52 作為本設計發射電路核心芯片和矩陣鍵盤作為控制鍵后，加上一個簡單的紅外發射電路便可實現紅外信號的發射，紅外發射電路如圖3-4 所示。

根據紅外發射管本身的物理特性，必須要有載波信號與即將發射的信號相“與”，然后將相“與”后的信號送給發射管，才能進行紅外信號的發射與傳送，而在頻率為38KHZ 的載波信號下，發射管的性能最好，發射距離最遠，所以在硬件設計上，本設計利用單片機產生38KHZ 載波信號，與發射信號進行邏輯“與”運算后，通過極管的功率驅動到紅外發光二極管上。

紅外遙控器由51單片機、矩陣鍵盤、紅外發射二極管、NPN 型三極管等組成。鍵盤用于輸入控制指令，51單片機檢測鍵盤上的按鍵狀態，并對紅外信號進行調制。發射二極管發射紅外線，當單片機P3.4 口輸出為“0”時，紅外發射管不發光，當單片機P3.4 口輸出為“1”時，紅外發射管發出38KHZ 調制紅外線。

紅外信號調制過程如圖3-5所示。

2 紅外接收模塊

紅外一體化接收頭(HS0038) 實物圖如圖3-6 所示。

紅外線接收電路使用的是集成紅外接收器，型號為HS0038，它接收紅外信號的頻率為38kHz，周期約26us，采用黑色環氧樹脂封裝，提供了一個特殊的紅外濾光器，可防止自然光、熒光燈等光源的千擾，內附磁屏蔽， 功耗低，靈敏度高。在用小功率發射管發射信號情況下，其接收距離可達35m。它能與TTL、COMS電路兼容。

靜態時輸出端輸出高電平，當接收到紅外信號后，按紅外信號的數據波形輸出負脈沖數據信號。紅外信號輸出到單片機的P3.2 口，該口對應的第二功能是外部中斷0(INT0)，利用這一功能，一旦接收到紅外信號，P3.2 即被拉低，單片機產生中斷，處理紅外信號”。

紅外接收頭完成對紅外信號的接收、放大、檢波、 整形，并解調出遙控編碼脈沖，輸出可以讓單片機識別TTL 信號，再送給單片機，經單片機解碼并執行去控制相關對象。三個管腳分別是GND、+5V 電源、OUT(解調信號輸出端)，紅外接收頭電路如圖3-7 所示。

3 顯示模塊

LCD1602 采用標準的14腳(無背光) 和16腳(有背光) 接口，各接口信號說明如表3-1所示。液晶是一種高分子材料， 因為其特殊的物理、化學、光學特性，20 世紀中葉開始廣泛應用在輕薄型顯示器上。

液晶顯示器 (LCD) 的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、 線、面并配合背部燈管構成畫面。液晶顯示器采用目前使用的比較廣泛的字符型液晶顯示器LCD1602。1602 液晶每行可顯示16 個字符，一共可以顯示兩行。LCD1602液晶模塊內部的字符發生存儲器(CGROM) 已經存儲了160 個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H)，顯示時模塊把地址41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。

在本設計中LCD1602 的主要功能為顯示所接收到的遙控器按鍵編碼、運行狀態(RUN，STOP或AUTO)、速度等級等內容。

(1)引腳功能說明

當向00~0F、40~4F 地址中的任一處寫顯示數據時，液晶都可以立即顯示 出來，當寫到10~27、50~67 地址時，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區域方可正常顯示。

(3)LCD1602 電路接線說明

PO 口作為數據口，P0.0~P0.7 分別連接LCD1602 的D0~D7 數據口，來傳輸數據及指令，由于PO 口帶負載驅動能力差，故需接上拉電阻。P2.4 接LCD1602 的4腳RS (數據/命令選擇端)，P2.5接LCD1602的5腳RW (讀寫，/選擇端)，P2.6接LCD1602的6腳EN (使能信號) VSS接地(電源地)，VDD接5V 電源 (電源正極)，VEE 為液晶顯示偏壓信號。顯示模塊電路接線圖如圖3-9所示。

4 光控模塊

光敏電阻模塊由光敏電阻傳感器、可調電位器、寬電壓LM393 比較器、 電源 指示燈、電容等元器件組成。光敏電阻對環境光線非常敏感，在黑暗的環境下，它的阻值很高，當受到光照并且光輻射能量足夠大時，電阻變小。

光敏電阻的管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個歐姆接觸電極的光電導體。光導體吸收光子而產生的光電效應，只限于光照的表面薄層，雖然產生的載流子也有少數擴散到內部去，但擴散深度有限，因此光電導體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案。

電壓比較器(LM393) 是集成運放非線性應用電路，它將一個模擬量電壓信號和一個參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生越變，相應輸出高電平或低電平。比較器可以組成非正弦波形變換電路及應用于模擬與數字信號轉換等領域。參考電壓加在運放的反相輸入端，輸入電壓加在同相輸入端，當輸入電壓小于參考電壓時， 運放輸出高電平(D0=1)，當輸入電壓大于參考電壓時，運放輸出低電平(D0=0)。光敏電阻模塊上有一個可調電位器用來調節光敏電阻的觸發靈敏度，使光線控制在一定的范圍之內。光敏電阻模塊的DO輸出端與單片機的P2.0 口相連，通過單片機來檢測DO端口高低電平，以此來判斷光線的強度，當環境光線亮度達不到設定閾值時，DO 端輸出低電平(光線較暗) 步進電機正轉，當外界環境光線亮度超過設定閾值時， DO 端輸出高電平(光線較亮) 步進電機反轉，從而實現窗簾的打開和關閉。光敏電阻檢測電路如圖3-10所示。

5 步進電機驅動模塊

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構，具有瞬時啟動和急速停止的優越特性，通過改變脈沖的順序就可以方便的改變轉動的方向，步進電機必 須加驅動才可以運轉，驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候步進電機靜止， 當步進電機驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一 個固定的角度(即步進角)。轉動的速度與脈沖的頻率成正比。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的; 同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機驅動電路如下圖所示。本系統采用的是額定電壓為5V DC，相數為4相的步進電機，驅動方式為4 相8拍，一共有5根連接線，其中紅色為電源線，采用單極性直流電源供電。由于單片機I/0 口輸出的電流比較弱不能直接驅動步進電機。所以要加一個ULN2003 芯片(步進電機驅動芯片) 來放大電流使之能夠驅動步進電機工作。

ULN2003芯片是高耐壓、大電流，內部由七個硅NPN達林頓管組成的驅動芯片。經常在以下電路中使用，顯示驅動、繼電器驅動、照明燈驅動、伺服電機驅動、步進電機驅動等電路中。ULN2003 的每一對達林頓管都串聯一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連。可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態時承受50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。

ULN2003 的封裝采用DIP-16 或S0P-16，ULN2003 可以驅動7 個繼電器具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續流二極管使器件可用于開關型感性負載。每對達林頓管的額定集電極電流是500mA，達林頓管還可以并聯使用以達到更高的電流輸出能力。

當對步進電機施加一系列連續不斷的控制脈沖時，它可以連續不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態改變一次，對應轉 子也就轉過一定的角度(一個步距角)， 步距角為對應一個脈沖信號， 電機轉子 轉過的角位移，當通電狀態的改變完成一個循環時，轉子轉過一個齒距。由于單片機I/0 口沒有上拉電阻驅動能力有限，需要通過ULN2003來驅動步進電機”。驅動端口為P1.0(A)， P1.1(B)， P1.2(C)，P1.3(D)。紅色電線接電源+5V，橙色 電線接P1.3 口，黃色電線接P1.2 口，粉色電線接P1.1口，藍色電線接P1.0 口。如果P1口輸出的控制信號中，0代表使繞組通電，1代表使繞組斷電。則步進電機的控制字見表3-2。

6 窗簾框架構造設計

窗簾框架構造設計包括位置傳感器開關電路和窗簾架結構的設計。

本設計中采用兩個位置傳感器接在單片機的P2.1引腳上，位置傳感器電路圖如圖3-12所示。

位置傳感器固定在窗簾滑桿上，一個安裝在窗簾桿的正中間，另一個安裝 在窗簾桿的最左端或最右端。當窗簾完全打開或完全關閉時，位置傳感器便產生有效信號并送給單片機，通過程序使步進電機停轉，窗簾停止運動，防止在窗簾完全打開(關閉) 時步進電機繼續運行損壞窗簾，窗簾框架構造如圖3-13 所示。

審核編輯：湯梓紅