智能窗帘控制系统设计最新版.docx
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智能窗帘控制系统设计最新版
广西科技大学（筹）
毕业设计（论文）说明书
课题名称家居推拉窗
及窗帘智能控制系统的设计
院别电气与信息工程学院
专业自动化
班级082
学号************
姓名
指导教师
2012年6月3日
摘要
本文首先介绍了智能家居的基本知识及其应用前景，进而阐明了开发作为智能家居中一个很重要部分—红外线遥控推拉窗及窗帘的控制意义，随后着重介绍了开发单片机的红外线遥控智能控制系统设计所用到的集成芯片AT89C52、DS1302芯片、红外线发射接收器等硬件的结构原理。
本文采用分块的模式，对整个系统的硬件电路设计进行分析，分别给出了系统总体框图、电源电路、时钟DS1302电路、红外线接收电路、电机控制电路、显示电路，下雨传感器电路、并对相应电路设计进行了相关的阐述。
随后讲述了软件的编写思路，也是采用分块的模式，分别写出了红外线解码程序、时钟芯片DS1302控制程序、LCD液晶显示程序、遥控控制程序的编写思路，每一模块都画出了其方框图，看起来一目了然。
最后通过仿真调试，时钟，手动开关窗帘，自动开关窗帘等控制方面的设计上基本达到了预期目的。
当然，该系统在一些细节的设计上还需要不断的完善和改进。
关键词:
时钟芯片；智能控制；红外线；AT89C52；传感器
Abstract
Thispaperfirstintroducedthebasicknowledgeofthesmarthomeanditsapplicationprospect,thusillustratingthedevelopmentaswisdomcanhouseholdaveryimportantpartofthecurtain,automaticinfraredremotecontrolsignificance.Thenmainlyintroducesdevelopmentsingle-chipmicrocomputercontrolsystemofinfraredremotecontrolcurtainuseAT89C52integratedchips,DS1302chip,infraredemissionreceiverandthestructureofthehardwareprinciple.Inthisarticle,theblockmodel,thewholesystemhardwarecircuitdesignisanalyzed,andthesystemarerespectivelytheoverallframe,powersupplycircuit,theclockDS1302circuit,infraredreceivercircuits,motorcontrolcircuit,showcircuit,rainsensorcircuit,andtothecorrespondingcircuitdesignandthecorrelationofexposition.Thenthewritingoftheideasaboutsoftware,isalsotheseparateblockofmodels,includingthedecodingprocess,Writethedecodingprocessofinfraredrayrespectively,theclockchipDS1302controlprocedures,LCDdisplayprogram,remotecontrolofcontrolprogramwritingideas,eachmodulearedrawthecharts,looksataglance.
Finally,thesimulationresultsdebugging,clock,theswitchcurtain,automaticswitchcontrolaspectssuchasthecurtainonthedesignofbasictheexpectedpurposeisreached.Ofcourse,thissysteminsomeofthedetailofthedesignalsoneedtohavebeentheperfectandimprove.
Keywords:
theclockchip；Intelligentcontrol；infrared；AT89C52；sensor
1绪论
本章阐述了单片机控制的红外线遥控自动窗帘系统的市场价值、研究背景、国内外的现状、以及发展方向，明确指出了单片机控制的红外线遥控自动窗帘系统所面临的问题及一些解决方案。
1.1课题背景
生活在提高，时代在进步，人类在向文明迈进，不同的时代对居住空间、环境有不同的要求，这是社会的必然潮流。
单片机控制的智能遥控推拉窗及窗帘控制系统，既能解决每天手拉开和关窗及窗帘的不便，又显示出了生活的档次，同时还可以根据光线的明暗来自动控制窗帘的开关，以调节室内的光线，更进一步地满足了人们的享受要求。
所以该产品能形成大规模生产，很快会普及全国市场，产生巨大的经济效益；另外，除了广大市民住宅使用外，智能遥控推拉窗控及窗帘制器还可以广泛应用于别墅、公寓、宾馆、饭店、写字楼、歌舞厅、影剧院、会议厅、银行、学校、医院等各种公共场所，因此该产品具有广阔的市场前景。
智能控制推拉窗及窗帘控制系统在我国还刚刚兴起，但其发展前景广阔，推广和应用自动控制窗帘和推拉窗系统具有重要的现实意义。
其一，改变人们的生活方式。
单片机控制的智能遥控推拉窗及窗帘系统具有丰富的智能化功能，为家庭用户营造一个高效、舒适、便利、环保的居住环境。
智能控制推拉窗及窗帘系统只用一个多功能遥控器就能控制和监测住房的窗帘和窗户的开关问题，给人们日上生活带来极大的方便。
这些都将改变人们传统的生活方式，并提高了人们的生活质量。
其二、牵动一大批产业。
智能控制推拉窗及窗帘系统的产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批有远见的各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。
这里最先受益的应该是房地产业，该控制系统不仅是一个很好的概念与“卖点”，同时也是直接提升住宅档次的一个条件，这将会给房地产商带来新的利润空间。
在家居集成化、网络化的趋势下，家居集成也成为一种潮流，许多更专业的、美观的、智能化的家居集成产品相继出现。
其三，开拓一个崭新的市场。
智能推拉窗及窗帘控制系统牵动了许多的行业，它将不仅仅是目前的IT系统集成商或建筑弱电工程总包商的市场，而且是专业公司和智能化装饰公司的市场。
1.2国内外概况
在欧美等发达国家，智能控制推拉窗及窗帘已广泛应用。
在10年前，智能系统就已经进入我国，可一直没有大的推广，这两年，随着电子技术的不断提高及价格的不断下降，智能控制推拉窗及窗帘控制器又开始在我国市场发展。
据了解，全国共有170多种智能推拉窗及窗帘控制器获得了国家专利，但就其技术本身而言，还是大同小异，但售价却有很大差别，贵的要数千元，便宜的只要500块。
尽管推拉窗及窗帘控制系统在国内是一个起步的行业，但是，它的发展前景在国内也是排前面的热门行业。
从智能控制推拉窗及窗帘系统走进中国以来，国内各有实力的商业巨头纷纷涉足，使我的新兴智能家居市场达到前所未有的活跃。
目前，我国智能控制推拉窗级窗帘系统生产，宣传，以及销售体系形成了相当规模，不少国内知名企业纷纷涉足。
推拉窗及窗帘控制系统行业，如青岛海尔、清华同方、TCL等，并涌现出一些较具影响力的智能家居专业厂商，如上海索博智能电子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居电子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。
自动窗帘产品已开始走进中国的家庭。
具报道，我国2004年售出商品房1.9亿m²,如果每20m²需要一套产品，仅此一项就可以年新增产品近千万套加上。
每年新增智能控制推拉窗及窗帘产品市场需求将不低于2000万套。
如果单片机控制的推拉窗及窗帘控制器，销售占市场的5%左右，就可实现年产值上亿元。
随着智能控制系统的热潮在世界各国逐渐流行，随着中国电子行业的高速发展、人们物质水平的不断提高，智能控制推拉窗及窗帘已经成为现代家居装行业的主流装饰，在不久的将来，智能控制推拉窗及窗帘装饰肯定会覆盖到生活的各各角落。
从现在其流行趋势来看，在未来的20年时间里，推拉窗行业将会是普通大众喜爱的行业，其市场的发展前景是非常广阔的。
1.3课题的研究工作
智能家居系统是一个大的社会系统工程，我们应当加快我国智能家居标准化进程。
智能控制推拉窗及窗帘系统作为智能家居中一个很重要的部分，需要在我国智能家居这一领域，建立起一个具有中国特色的新兴、健康的产业链。
智能控制推拉窗及系统在我国并不是远在天边，而是近在眼前。
现有的电动推拉窗及窗帘机的控制方式有固定式开关控制、遥控、光控、时控等，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，这是因为推拉窗及窗帘的开闭不像电视机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户和窗帘的开闭。
利用触摸开关，实现全自动断电，既安全又节能，但最重要的一点就是没有实现完全的自动化，没的摆脱对人的依赖作用。
而采用遥控控制时，需要候机电源，不可能完全断电而且增加遥控功能，也增加了成本，售价也相应提高。
21世纪是信息化的时代，知识与科技成为时代的潮流，在它们的推动下，智能化也因此得到了很大的发展，其作用在社会生活中日益得到彰显。
智能控制器主要利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术等现代化技术的有机结合而发挥作用。
在通信技术、计算机技术、网络技术、智能控制技术的迅猛发展潮流下，家庭生活实现了现代化与智能化，居家环境也变得更加舒适与安全。
智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元，而该器采用的主控器件AT89C52，正是运算与控制单元的集合体。
器的整体主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分由单片机扩展的外围电路以及各种实现单片机器控制功能的接口电路组成；软件部分主要由单片机器实现其特定控制功能的各种程序组成。
本设计中介绍了智能推拉窗及窗帘控制器的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。
同时，器在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控制器的功能进行扩展。
智能推拉窗及窗帘的控制方式大体上有四种：
雨控、光控、时控、手控，手控和时控属于半自动类；而光控和雨属全自动式，但光控因光敏器件的灵敏度，冬夏等不同季节的光照度的不同，以及人们对起闭推拉窗及窗帘在时间上的要求不同，而难以实施和普及。
因此，时控式的全自动控制便成了专业以及业余电子设计人员的热门课题。
根据一下情况智能推拉窗及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。
所以我想利用价格相对便宜的红外线遥控发射芯片、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）发射红外线的发射装置采用一般彩色电视机的遥控器，这样既方便又实惠，可谓一物两用。
（2）时间控制开关方式，通过对DS1302芯片的设定，让用户可以随自己的生活习惯方便的自动开关窗帘，无需手动。
（3）采用红外遥控方式，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。
超距离遥控，可达8～9m。
（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）美观，以往的智能控制推拉窗都是向一边拉或向上拉，而本设计为向两边打开，随个人的爱好可以控制其大小。
（6）体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠。
2方案论证
2.1方案选取
这次设计题目因为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红外控制。
随着推拉窗红外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。
实现这种控制目的的方案有2个：
方案一键盘模式控制系统。
根据光照来开闭窗户主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度，从光传感器上采集的信号经过滤波后输入到A/D转换器，由于A/D转换器件的转换需要一定时间，一旦在这段时间内信号发生变化，转换结果将会出现偏差，所以在转换期间要应该采用采样保持电路。
传入的信号由AT89C52单片机来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止。
显示模块是用来显示推拉窗及窗帘控制器的各种状态
图2-1方案一
方案二模拟集成控制器自动控制系统,这二个方案都是采用单片机控制，液晶显示模块LCD显示。
AT89C52是一款采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机，其主要性能特点有：
（1）高性能、低功耗的8Byte微控制器，RISC精简指令集机构，多种指令，且单周期指令占大多数，有掉电和闲置的省电模式、5个中断源、两个16位定时器/计数器。
（2）片内集成4KB可编写程序存储器，可进行1000次以上写/擦反复利用，保存数据时间有达10年，支持三级程序存储器锁定。
（3）各种丰富双向口功能：
32可写程序I/O线，可编程串行通道，振荡时钟电路。
采用LG28显示模块41BH数码管，动态扫描，8550三极管位选驱动，
AT89C52微处理器P0口直接段时间显示，具有显示亮度强、稳定性能好、显示误差少等优点。
图2-2方案二
此方案控制采用AT89C52单片机的最小系统，通过ULN2003芯片来驱动步进电动机控制窗户和窗帘的拉开和关闭。
家居推拉窗及窗帘控制系统可以使用红外遥控器远程遥控推拉窗户及窗帘的开或关；还可以根据室外环境亮度实现环境亮度光控。
以及光控状态下环境亮度的控制参数的调整等等都可以通过遥控器进行设置。
该控制设计可谓是一款多功能的推拉窗及窗帘控制系统设计方案。
经过两个方案的对比和论证，方案二比方案一更简便，快捷，多功能以及成本造价更低，因此选着方案二作为此次设计方案.
3电路及执行机构设计
3.1系统设计框图
图3-1方案框图
3.2微控制器系统设计
3.2.1单片机AT89C52RC
AT89C52RC是由宏晶公司推出的一种小型单片机，其主要特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存储器制造技术制造，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，可以很快被中国广大用户接受。
其程序的可擦写特性，使得开发与试验比较容易，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C52RC有很宽的工作电源电压，可为2.7～6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。
AT89C52RC工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电状态仅为20nA。
这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。
AT89C52RC具有以下几个特点：
a.AT89C52RC与MCS-51系列的单片机在功能指令和管脚上基本一致；
b.片内有4k字节在线可多次重复擦写程序的存储器；
c.非动态工作,工作范围:
0Hz～24MHz；
d.三级程序存储器加密；
e.128×8位内部RAM；
f.32位双向输入输出线；
g.两个十六位定时器/计数器；
h.五个中断源,两级中断优先级；
i.一个全双工的异步串行口；
j.间歇和掉电两种工作方式；
k.超强抗干扰:
高抗静电（ESD保护）轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰；
l.宽电压,不怕电源抖动；
m.宽温度范围,-40℃~85℃；
n.禁止ALE输出；
o.超低功耗；
p.掉电模式:
典型功耗<0.1μA；
q.空闲模式:
典型功耗2mA；
r.正常工作模式:
典型功耗4mA-7mA；
s.掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池供电系统,如水表、气表、便携设备等；
AT89C52RC引脚功能
1.电源:
①VCC-芯片电源，接+5V；
②VSS-接地端；
2.时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端；
3.控制线:
控制线共有4根：
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲；
①ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址；
②PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲；
PSEN:
外ROM读选通信号。
RST/VPD:
复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：
复位信号输入端。
②VPD功能：
在Vcc掉电情况下，接备用电源。
EA/Vpp:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：
内外ROM选择端。
②Vpp功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
4.I/O口线：
P0、P1、P2、P3共四个八位。
P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。
P0口也用以输出外部存储器的低8位地图1址。
由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE。
P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。
P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。
不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。
P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。
作为第一功能使用时操作同P1口。
P3口的第二功能如表3-1：
表3-1P3口管脚功能表
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
T1（定时/计数器1外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
3.2.2时钟电路
其中时钟电路包括振荡时钟电路和片外时钟电路：
（1）振荡时钟电路
片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉
冲同步下进行。
片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在12MHz～
24MHz之间选取。
C5、C6是反馈电容，其值在20pF～100pF之间选取，典型值为
30pF。
本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。
振荡周期=1/12us；机器周期S=1us；指令周期=1～4us；
AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见图3-2。
外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C5、C6接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。
对外接电容C5、C6虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度以及温度稳定性等。
如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF±10pF，而如使陶瓷谐振器建议选择40pF±10pF。
用户也可以采用外部时钟。
外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。
由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件要求。
图3-2振荡时钟电路图
（2）外界时钟电路
DSl302是美国Dallas公司生产的一种串行实时时钟/日历芯片，以串行方式与单片机进行数据传送，它能够向单片机提供：
秒、分、时、日、月、年、及星期等实时时间信息，并能够对闰年天数自动调整，日历有效至2100年。
DSl302由双电源中较大者供电，使系统在没有主电源的情况下也能保持时钟的连续运行。
片内具有31个字节静态RAM，可用来保存重要数据。
DSl302具有引脚少、体积小、价格低等优点，得到了广泛应用。
但由于其时序要求比较严格，应用程序不易编写，给开发者带来不便。
为此，本文对其进行详细分析和阐述并在分析其时序的基础上给出了DSl302与单片机连接的接口电路和通讯子程序。
下图为DS1302的时钟引脚图。
图3-3DS1302引脚图
表3-2DS1302引脚描述
引脚号
符号
描述
引脚号
符号
描述
1
Vcc2
备用电源引脚
5
RST
复位引脚
2
X1
晶振引脚
6
I/O
输入/输出引脚
3
X2
晶振引脚
7
SCLK
串行时钟输入引脚
4
GND
隐藏引脚
8
Vcc1
主电源引脚
DS1302串行实时时钟芯片主要由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟及31个字节RAM组成。
数据传送前，必须把置为高电平且把提供地址和命令信息的8位字节装入到移位寄存器。
在进行单字节传送或多字节传送时，开始的8位命令字节用于指定40个字节（31个字节RAM和9个字节时钟寄存器）中哪个将被访问。
DS1302的数据传输：
对DS1302进行任何数据传送时,第一个数据字节必须是命令字节,其最高有效位MSB（位7）必须为逻辑1。
如果它是零,禁止写DS1302。
位6为逻辑0时指定传送时钟/日历数据；逻辑1指定传送RAM数据。
位1至5指定进行输入或输出的特定寄存器的地址。
最低有效位LSB（位0）为逻辑0时指定时进行写操作（输入）；逻辑1指定进行读操作（输出）。
命令字节总是从最低有效LSB（位0）开始输入,表3-3为地址。
表3-3地址/命令字节
时钟芯片DS1302是采用IIC总线来传输数据的。
IIC总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。
IIC总线产生于在85年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。
IIC总线最主要的优点是其简单性和有效性。
由于接口直接在组件之上，因此总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。
总线的长度可高达25英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持40个组件。
IIC总线的另一个优点是，它支持多主控（multimastering），其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。
一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。
当然，在任何时间点上只能有一个主控。
3.2.3复位电路
单片机在开机时都需要复位，以便中央处理CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。
MC
升级会员 