单片机控制步进电机在智能家居中的应用

　　人类历史上从未停止过对住宅的升级改造。而随着科技的进步，以及近年来“智能家居”概念的提出，人们将有更多的自动化和智能化的科技产品应用于居住环境中来。单片机由于使用灵活，且成本较低，因此其控制步进电机在智能家居控制领域得到广泛应用。本文通过对STC80c52单片机控制步进电机的研究，分析了其如何在智能家居中窗帘中实现自动控制。并通过以智能家居控制系统为平台，将单片机控制步进电机的子系统接入主系统中。从而实现用户对家居窗帘的智能控制。

　　单片机灵活、价低的特点，非常适合在控制步进电机方面使用。步进电机的停止位置与转速主要取决于脉冲数与脉冲信号频率，然而却对其负载的变化没有影响。所以，对于步进电机来说，在额定负载的影响下，其不存在累计误差。因而，也正是由于这个特点，单片机控制步进电机系统广泛的应用于数控机床、机器人等领域。智能家居是当前比较前沿的科学概念。智能家居将成为未来人类起居生活的发展趋势之一。使用步进电机对智能家居中的窗帘进行控制具有可行性、低成本以及便捷性等特点。本文将从控制系统的硬件电路设计和系统软件调试两方面进行研究，并最后通过ZigBee无线网络、以太网技术实现窗帘控制系统与家庭网关相连，从而形成完整、可远程操控的智能家居系统。

　　单片机控制步电系统的硬件设备

　　步电系统的运行机理。步电系统是通过转化电子脉冲信号，使之成为线距差和角距差通过控制的关键控制元件。通常情况下，在负荷低于设定值的时候，步电系统的电子脉冲信息的速率以及数量控制了转动的速度和停止运行的具体位置。换句话说，一个电子脉冲信息对于步电系统就相当于转动了一个步的距离。这样就意味着，可以通过精准的设定电子脉冲的数量来达到控制系统精准转停位置的目的。通电换相来实现控制步进电机正转和反转的目的。单片机发动到步进电机中步进电机的速度与位移主要是取决于脉冲的频率和个数。在这里，脉冲数愈大，这种情况下，那么位移相应的就愈大。同时频率愈大。步进电机转动的速度就越快。在实际的智能家居控制中，要选择合适的位移和速度来对智能家居进行控制。

　　控制系统的设计。步进电机控制系统的关键在于单片控制和中断的设置。整体的单片机控制步进电机设计。控制系统通过设备初始化，将控制信号是否达到作为判断标志。当控制信号到来时候，决定步进电机的正转或者反转。外部中断1则是强制命令步进电机正转。最后，当步进电机转到一定的程度后，就介绍，并告知用户，已经窗帘已经到达预期位置。

　　单片机模块。出于系统运转的需要，将89C52单片机设计成整个系统的关键制控组件是十分必要的。89C52单片机是一种超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，选择89C52单片机可以降低设计成本，提高了操作性能。这个元件应用了存储制造工艺加工而成，具有密度高不易损失的特点，尤其是与行业标准MCS-51命令组合和外输管件相匹配。P1口八位作为与LCM1602的数据段相连接，P2.5，P2.6，P2.7与液晶屏的RS，RW，EN相连接，控制液晶显示屏。P3口的高四位与四个独立按键相连接，读取独立按键输入的信号。P3.2口和与门74LS21相连接，使得四个独立按键任一个按键按下都会产生中断。P2.0，P2.1，P2.2分别与L297的EN，CW，CLOCK相连接，由单片机输出的信号控制L297中A，B，C，D四个输出端口的高低电频，从而由L298的四个输出端OUT1，OUT2，OUT3，OUT4的高低电频控制步进电机的转动。单片机的电路图在protel中绘制如下。

　　步电系统运行实验。在这个实验中，步电系统的驱动设备应用了L297+L298的优秀电子线路技术，具有外观简洁，运转性能优良稳定的特性。L297和L298组合模块是为驱动步电系统而特别创制的，其中L298是双H式驱动设备，其内在的功率输出元件被密封在一个独立的石英单片上，同时，由于使用的是一样的制造技术，这就造成了它的性能指标具有惊人的同一性，运转起来非常稳定。

　　电动机可由半阶梯、正常和斩波驱动模式驱动，并且设于晶片内的ＰＷＭ斩波线路准许通过开关对电流进行控制。在这里，这一个器件仅仅需要输入信号、模式、方向、时钟等几个部分即可。相位主要是来自于内部，所以能够在很大程度上降低微处理机和程序设计的工作量。

　　LCD显示模块。液晶显示器具有轻便、小体积、低能耗的优点，这使得它能广泛的应用于微型显示设备以及需要低耗能设备的系统当中。本设计显示模块采用是长沙太阳人电子有限公司生产的SMC1602LCM。其中EN，RW和RS三个引脚分别于单片机的P2.5，P2.6，P2.7三个口相连接，八个数据口分别与单片机P1口得八个数据端口相连接。

　　软件调试

　　通过使用proteus7进行仿真，可以看到将原理图按照正确的顺序连接在一起，和设计程序一并送人仿真软件中，顾名思义，仿真就是用模拟的元器件代替实物进行实物器件所要执行的功能，通过正确的程序处理，我们希望得到的仿真结果是设计所需要的那样。

　　利用Zigbee无线模块与TTL/RS232电平转换电路进行串口通信，最终接受家庭网关的指令，在此基础上，并利用主控制器的调节完成开闭继电器等相关工作。

　　Zigbee模块与家庭网关的通信

　　本模块采用51单片机为主控器，通过TTL/RS232电平转换电路与Zigbee无线模块进行串口通信，从而接受家庭网关的指令。进而通过主控制器的控制实现对继电器开闭的操作。具体可以通过下面的步骤进行：SCON=0x50；/*模式1，接收使能*/TMOD|=0x20；/*定时器1，方式2*/TH1=0xFD；/*波特率9600*/TL1=0xFD；TR1=1；/*启动定时器*/EA=1；/*打开总中断*/ES=1；/*打开串口中断*/初始化串口后，利用C51中的printf()函数将数据发至串口，在此基础上，利用读SBUF寄存器的方式自串口得到相应的信息。利用串口通信可以完成远程或局域网控制窗帘的开关。外部中断中单片机的初始化如下：SCON=0x50；/*模式1，接收使能*/TMOD|=0x20；/*定时器1，方式2*/TH1=0xFD；/*波特率设置为9600*/TR1=1；EA=1；/*全局中断开*/EX0=1；/*外部中断0开*/IT0=0；/*电平触发*/EX1=1；/*外部中断1开*/IT1=0；/*电平触发*/ES=1；/*打开串口中断*/初始化结束，能够依次利用2个外部中断命令对其正反转进行调节，利用这种方式，最终达到手动控制窗帘的目的。

　　综上所述，本文通过对单片机控制步进电机的研究，分析了其在智能家居中窗帘中的应用。通过以智能家居控制系统为平台，将单片机控制步进电机的子系统接入主系统中。从而实现用户对家居窗帘的智能控制。虽然，在整体的设计上，已经实现了智能家居窗帘控制的基本功能，但是鉴于人力和时间等限制，不可否认该系统还有许多不完善的地方。下一步的工作重心在于测试系统的稳定性，从程序的鲁棒性和硬件封装等方面进行思考和改进。

　　（作者单位：华中科技大学文华学院10级自动化2班）

　　梅涛