自动光控窗帘Word文档格式.docx
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1.1功能要求……………………………………………………………02
2整体方案设计…………………………………………………………02
2.1设计思路及框图……………………………………………………02
3主要单元电路及其原理………………………………………………04
3.1光照采集模块硬件电路……………………………………………04
3.2信号放大电路………………………………………………………05
3.3A/D转换模块硬件电路…………………………………………..06
3.4窗帘开关电路………………………………………………………07
3.5自动断电电路………………………………………………………09
4控制软件设计…………………………………………………………10
4.1光照采集模块软件设计……………………………………………10
4.2A/D转换模块软件设计……………………………………………10
5整体设计方案…………………………………………………………11
5.5总电路图…………………………………………………………...11
6系统调试……………………………………………………………..11
6.1光照采集模块调试……………………………………………….11
6.2A/D转换模块调试及问题………………………………………..11
7整体设计方案………………………………………………………...12
7.1总硬件电路图………………………………………………………12
8课程小结及心得……………………………………………………...13
参考文献…………………………………………………………………...14
摘要为了让室内居住、工作或者学习的人拥有一个更舒适的环境，我们根据课程设计要求设计了一个自动光控窗帘的系统，它能够感应周围环境的光照强度，当光照低于某一数值时窗帘会自动收起，等到光照又回到某一数值时窗帘又会自动地放下。
本电路选用单片机AT89S51作为系统的核心控制器件，通过光电传感器采集数据（光的强度）。
因为该信号十分微弱，故电路采用双三极管构成的放大电路以获得合适的电信号，并通过反馈电阻和滤波
电容以获得一个稳定的输出电压。
由ADC0809将模拟信号转换为数字信号，之后将信号送入感应电路中进行控制。
感应电路产生的电压输入由两片NE555组成的单稳态电路，由单稳态电路的特性，在输入端输入高低电平时输出端会产生相应的低高电平，该电平可用于决定两个与电源相连的三极管T1与T2的导通与截止，而三极管的导通与截止将最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。
电路的自动断电由单稳态电路的延时特性来完成。
通过对相关电容和电阻的参数进行设置，就可以确定单稳态电路输出的高电平时间，也就是小电机的转动时间，从而实现自动切断电源。
【关键词】自动光控窗帘ADC0809NE555
室内环境亮度监控装置设计
—————自动光控窗帘
1课程设计任务
1.1功能要求
本课题设计的自动光控窗帘可以通过周围环境的光照变化来控制电压变化，从而控制直流电机的正转和反转。
当周围光照上升到某一数值时，电机开始正转，数秒后停止。
此时电机处于停止状态。
当周围光照降低到某一数值时，电机开始反转，数秒后停止。
这一个来回的过程就达到了自动光控窗帘的效果了。
2整体设计方案
2.1设计思路及框图方案1
选用硅光电池2CR21作为光线的感应电路[4]，硅光电池可以根据光线强度的不同产生与之相对应强弱的电信号。
由于该信号十分微弱，故电路采用双三极管构成的放大电路以获得合适的电信号，并通过反馈电阻和滤波电容以获得一个稳定的输出电压。
当光照强度改变时，硅光电池产生的电压也会改变，由此构成了变化的输入电压信号。
信号经ADC0809进行A/D转换，将信号送入单片机89C51中，用来控制2个输出端的电平高低，这2个输出端与芯片L298N的输入相连，用于控制电机的正反转，这就实现了自动光控窗帘的效果了。
系统硬件总体框图如图1所示：
图1方案一系统硬件电路设计
方案2
设计思路是由光敏电阻与一个电阻串联构成分压电路，当光照强度改变时，光敏电阻电阻值改变，电压也会改变，数据采集使用的是一片CdS光敏电阻PGM2005，经过放大电路，模拟电路将光信号转换成电压信号。
信号经ADC0809进行A/D转换，将信号送入两片NE555中[1]，用来控制2个输出端的电平高低，这2个输出端与决定两个与电源相连的三极管T1与T2的导通与截止，而三极管的导通与截止将最终决定电路中小电机的正转与反转，将小电机与窗帘相连就可以实现窗帘的自动打开和关闭。
它的系统硬件总体框图如图2所示：
总体框图：
图2方案二系统硬件电路设计
虽然方案一中，单片机89C51工作使用效率高，但是总的来说还是存在原件成本高且不易采集，再加上电路复杂，操作起来相对起来较麻烦等缺点。
对比发现方案二则系统操作简便，自动化程度高，相对比较完善，所以优先采用方案二
。
3主要单元电路及其原理
就本系统来说，需要通过光敏电阻实时感应室外环境的光的照度，经过A/D转换器转换为数字信号，送入特定单元，从而控制电机的正反转，最终实现窗帘的自动光控效果。
硬件电路主要由主机电路、光照采集电路和控制执行电路组成。
3.1光照采集模块硬件电路
由光敏电阻阻值的改变来实现输入电压的变化。
本课题中采集光照数据使用的是一片CdS光敏电阻PGM2005。
工作原理：
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。
a、工作电路图：
图3光敏电阻工作电路图
b、设计原理：
由光敏电阻和一个普通电阻串联构成分压电路，当周围环境的光
照强度改变时光敏电阻阻值改变，从而改变了输入电压。
3.2信号放大电路
由于光敏电阻PGM2005输出的是一个十分微弱的信号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路[2]。
图4为信号放大电路。
该电路是由电阻R9R10R11R12,三极管T3,T4和电容C5C6构成，电路中采用了双三极管构成的放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大电路放大倍数增大β倍，从而就可以得到更适合的信号。
R10和R11为放大电路的集电极偏置电阻，C5和C6为放大电路的滤波电容。
R9为放大电路的反馈电阻。
其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出电压。
图4信号放大器电路图
3.3A/D转换模块硬件电路
将光敏电阻与普通电阻分压进来的电压转换成所需要的数字信号。
课题中
将模拟信号转换为数字信号使用的是ADC0809[1]。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图5所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
图5ADC0809内部电路及管脚图
a、电路图：
ADC0809工作电路图如图6所示：
图6ADC0809工作电路图
将采集的电压信号送入芯片ADC0809中，由芯片内部对数据进行锁存、译码、转换、比较等步骤，从而得到所需要的信号。
3.4窗帘开关电路
窗帘开闭电路主要是利用NE555组成的单稳态电路构成的。
NE555定时器组成的单稳态电路的输出电压会随着触发输入端输入的电压不同而不同：
当输入的电压为高电平时，输出为低电平，而当输入为低电平时输出为高电平。
此电路就是根据单稳态触发器这一特性对电路进行控制的。
此电路中电路的通电与截止是由一只NPN型和一只PNP型三极管完成的，两个单稳态电路的输出电压输出到两只三极管的基极上，而根据基极电压和集电极电压以及发射极电压的大小关系不同，三极管也会做出相应的导通或者截止的变化，从而最终决定了电路的导通或者断电。
图7NPN型三极管
本设计中窗帘自动开闭电路包含两个部分，一部分是窗帘在光线较暗时自动打开电路，如图8所示。
另一部分是自动闭合电路如图9所示。
图8窗帘自动打开电路
图9窗帘自动闭合电路
窗帘自动打开电路的工作原理为：
当光线较暗时，硅光电池产生的电信号较微弱，经过两级放大电路之后产生的电压依然较小，故此时输出电压Vi可视为低电平。
由单稳态电路的特性可知：
当输入为低电平时，NE555的输出端Q端将会输出一段时间的高电平，该高电平可以使图8中的三极管T1导通一段时间，三极管导通时+12V的电源电压加在小电机上，可使其正转一段时间从而将窗帘打开。
而硅光电池产生的低电平对9自动闭合电路却不会产生影响，因为硅光电池产生的低电平经过一个比较器后才输入U2，比较器的功能如下图所示：
图10LM107比较器
当输入电压Vi＞Vr时，Vi1=-12V即为低电平。
当输入电压Vi＜Vr时，Vi1=+12V即为高电平。
当Vi为低电平时，Vi＜Vr则Vi1=+12V.为高电平，即单稳态电路U2的输入为高电平。
由
NE555的特性可知，此时U2的输出端Q输出为低电平，三极管T2依然截止。
也就是说当光线较暗时只有T1导通使电机正转打开窗帘。
窗帘的自动闭合由电路9来完成。
其工作原理为：
当光线较强时硅光电池产生较强的电信号。
经过两级放大电路的放大之后可以输出一个较高的电压Vi，即为高电平。
由单稳态电路的特性可知，U1的输入端为高电平时，其输出端Q为低电平，三极管T1截止，则+12V电源不起作用。
而此时在U2输入端的高电平Vi经过一个比较器后，输出Vi1成为低电平，则由单稳态电路的特性，U2的输出端Q为高电平。
在此高电平的作用下T2导通，则在-12V的电源电压下，电机反转，从而将窗帘关闭。
3.5自动断电电路
此电路的自动断电主要根据单稳态电路的延时特性来完成。
由NE555构成的单稳态触发器[1]的工作波形如下图所示：
t
图11单稳态电路输入输出波形图
由其输入与输出的波形可知：
当输入端输入一个低电平脉冲后，其输出端可以输出一段高电平脉冲。
也就是三极管导通的时间，即小电机的转动时间，其高电平脉冲宽度t=RCln3=1.1RC
由于这种单稳态电路产生的脉冲宽度可以从几个微秒到几分钟，而且具有较高的精度，可以达到0.1%可以根据窗户的高度以及电机的转速来计算出窗户完全打开或关闭所需要的时间，再根据式t=RCln3=1.1RC来设置相应的电容和电阻的参数，就可以设置电机转动的时间，从而实现当窗帘接触到窗户边沿时电路自动切断电源。
4控制软件设计
4.1光照采集模块软件设计
a、功能：
用光敏电阻和一个普通电阻构成分压电路，当光照强度改变时光敏电阻阻值改变，电压改变，从而改变输入电压
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