前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的百叶窗帘自动控制系统设计分析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
【摘要】目前，常见窗帘的控制方式还是手动开闭窗帘，手动开闭费事、费力，同时可能会对使用者造成一定的困扰，而使用自动窗帘在很大程度上可以解决这些问题。本项目介绍一种百叶窗帘控制系统的设计方案，主要包含百叶窗的控制需求分析、控制系统的的理论设计以及控制系统的程序编写。在需求分析中介绍在实际使用过程中控制系统应满足的功能；在理论设计中主要介绍控制器的选择，信号输入元件的选择，动力单元的选择以及保护电路的设计；在程序设计中介绍编程的思路，以及主要程序的说明。
【关键词】百叶窗；SMARTPLC；智能控制
随着现代科技的不断进步，人们对生活环境提出更高的要求。在满足基本物质需求的前提下，开始追求更高的精神享受。百叶窗帘控制系统的设计就是为了解决手动开、关的不便，同时能凸显生活的档次，而且还可以根据室外光照度自动调节了室内亮度，进一步满足人们的乐趣需求。
1需求分析
此次设计的百叶窗帘控制系统主要面向于安装大型百叶窗的场所，依据实际应用需求，现对本次设计的自动窗帘控制系统做出以下基础功能要求：模式I：使用者通过按下按键来控制窗帘的开关，以及窗帘的开合程度，可以实现半自动化控制；模式II：通过光线传感器接收光线强度，并将信号发送至PLC控制器，与系统预先设定的光照强度值对比，然后系统自动开关窗帘，以及控制窗帘的开合程度，可以实现全自动化控制。
2总体设计
从上述设计方案的基础功能出发，此次设计的工作原理简介如下：在模式II中百叶窗帘控制系统可以检测光照强度，然后来开闭窗帘，同时也可以用按键控制窗帘的开关。传感器采用为精度较高的光照度变送器，量程范围：0lux~65535lux，从光照度变送器采集的信号经过模数转换处理后发送到PLC控制器。在PLC控制器中预先设定好5组LUX值的等级范围，将接收到的LUX值与系统设置好的LUX值对比，在不同的等级范围内，PLC控制窗帘做出不同的响应：（1）接收到的LUX值在I级范围，PLC控制百叶窗帘关闭。（2）接收到的LUX值在II级范围，PLC控制百叶窗帘微开。（3）接收到的LUX值在III级范围，PLC控制百叶窗帘全开。（4）接收到的LUX值在IV级范围，PLC控制百叶窗帘半开。（5）接收到的LUX值在V级范围，PLC控制百叶窗帘关闭。PLC控制窗帘的动作主要靠步进电机实现，PLC输出高速脉冲到步进电机控制器，步进电机由接收到的脉冲数量控制转动的圈数和角度。此百叶窗帘控制系统的模式I是由PLC控制器外接按键控制模块控制的。在外部按键按下和抬起时会产生一个高低电平的变化，当PLC控制器捕捉到此变化之后，判断此信号来源于哪一个按键，并与预定义的按键功能对比，然后输出高速脉冲控制信号到步进电机，进一步控制窗帘的打开和关闭以及百叶窗的开合程度。将以上各电路模块连接在一起，就组成了此次设计的基本电路。
3各模块设计
由上述总体设计中可以看出百叶窗帘控制装置采用PLC作为主要控制模块，由光电传感器和按键组成信号检测端，步进电机作为主要动力装置。主要组成电路有电源电路、步进电机驱动电路、按键电路、光照接收电路、限位电路等。
3.1控制器选型
采用西门子SMARTPLC系列的ST30，12个输入接点，18个输出接点，其中包含三个高速脉冲输出接点，可以直接控制步进电机。
3.2模拟量转换模块
选用西门子AI04模拟量输入模块，共有四组模拟量输入，此处只用其中一组：AI0+和AI0-。
3.3电源模块
采用明纬LRS-200-24型开关电源，220V交流输入，24V直流输出，最大功率211.2W。电源模块有三个输入端子，分别接220V电压的火线、零线以及地线；有四组输出端子，由于控制系统工作元件的工作环境不同，因此电压源需要隔离，电源模块的一组输出端子与PLC和AI04模拟量输入模块连接，一组与步进电机驱动器和光照度变送器的电源输入端连接，剩下的两组暂时不用。
3.4动力单元
步进电机采用57BYG250B，与之配套使用的驱动器的型号为TB6600。步进电机驱动器与步进电机的接法上文已经说明，并给出了接线图。由于控制器直接接入电压为5V，而PLC的输出控制信号为24V，因此此处每一路都需要串联一个限流电阻R，否则会烧坏步进电机驱动器。查驱动器参数表可知驱动器内阻约为：R=400Ω，所以需要串联的电阻阻值大小为：R1=400÷5×24≈2000Ω。
3.5光照传感器
高精度光照度变送器，共有四根输出引线，其中棕色引线接电源正；黑色引线接电源负；蓝色引线为光照度信号输出正，接AI04模拟量输入接点0+；绿色引线为光照度信号输出负，接AI04模拟量输入接点0-。
3.6按键电路
由一个单刀双掷开关和三个点动按键组成；单刀双掷开关有三个引脚输出，一个是公共端，另外两个是控制端。三个接点分别用三根导线引出来，公共端接PLC的1L+，另外两个接点分别接0.0和0.7。点动式按键采用红和绿两种颜色，两个绿色按键分别代表按键控制中的开和关，红色按键是复位按键，当按下红色按键时，步进电机正转，当触碰到下面的接近开关时，电机减速，停止后回走一定行程，完成复位。每个按键有两个输出引脚，常态是断开的，当按下按钮时，两个引脚接通，此时PLC可以接收到按键的信号。接线时可以将每个按键的其中一脚共线连接，另一脚引出线，连接至PLC输入接点。
3.7限位电路
选用CHE12-4NA-A710型接近开关，可以检测金属材料。接近开关共有三根线引出，其中两根线分别接电源的正负，另一根信号线接PLC的I1.0接口，用于电机寻找参考点。各个模块通过PLC控制器联系到一起，其电气原理图如图2所示。每个模块互相配合，共同实现窗帘的自动开合与手动开合的功能。
4程序设计
本次程序设计主要用到STEP7-MicroWINSMART编程软件，其可以连接PLC进行在线调试，软件的设计主要由以下几部分组成：控制系统初始化，运动控制子程序，按键子程序，限位程序，步进电机控制程序等。在软件设计部分主要介绍了自动窗帘控制器的主程序以及部分子程序的设计过程。
4.1模数信号处理部分程序设计
光照度传感器接收到光线强度信号后输出0~10V的电压信号，随着光照强度的增加，输出电压增大。输出电压进入到模拟量输入模块，在这里将模拟量转换为数字量，计算过程示例如下：假定当前的输出信号为：已知光照强度的量程0-65535LUX。在smart技术规范中可以查得，模拟量输入模块的满量程范围为：-27648~27648。由于光照强度数值上要大于模拟量输入模块的量程，因此这里转换后得到的数值并不是实际的光照度值，实际值可以通过其与量程的对应关系计算得到。在程序中电压与量程的对应关系为：在以上的式子中，各变量代表的含义为：VD：程序输出的结果；V：实际输入电压值；OSH：模拟量输入模块量程的上限；OSL：模拟量输入模块量程的下限；ISH：输入最大电压值；ISL：输入最小电压值。由上式计算结果可以得到实际光照度值为：
4.2运动控制部分程序设计
编程软件内有运动控制向导，首先需要在向导里面设置需要的参数，然后生成可调用例程。在这里共用到四个调用例程，分别为：AXISx_CTRL子例程、AXISx_MAN子例、AXISx_GO-TO子例程以及AXISx_RSEEK子例程。以上例程的具体用法可以参考PLC技术手册，这里不做详细论述，以下列出部分运动控制梯形图程序：
4.3整体程序设计
在整体程序设计时需要先考虑系统在工作时内部信号处理的逻辑。自动窗帘控制系统在上电之后，首先判断当前的工作模式，如果检测到当前为自动模式（系统默认为自动模式），PLC控制器从光照度传感器光照强度分为5个等级，当检测到光照值后，PLC控制器判断当前光照强度属于哪一范围，并做出相应的动作。如果检测到当前工作模式为手动模式，则PLC控制器检测按键的信号，接收到按键信号之后，PLC控制器判断是否按下时间超过500ms（即判断是短按按键还是长按按键），并做出相应的动作。至此，整个百叶窗帘控制系统设计完成。可以满足上述设计的基本功能要求。由于自动窗帘的成本较高，一般普通家庭难以接受，因此这次设计的自动窗帘控制系统的功能需求主要面向于安装大型百叶窗的场所，同时考虑可以应用于空间幕帘，落地百叶窗等。
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作者:吕梦飞 朱煜钰 郭亚光 杨赛赛 季天宇 单位:黄河科技学院机械工程学院