基于51单片机的智能窗帘的研究与设计Word文档格式.doc
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3.3A/D转换电路 10
3.4步进电机电路 11
12
3.5温度检测电路 12
3.6红外控制电路 14
第4章程序分析设计 18
4.1主程序 18
4.2重要子程序设计 18
第5章总结 19
参考文献 20
附录1:
原理图 21
附录2:
部分子程序 22
摘要
自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。
今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。
就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。
随着电子计算机技术和其他高技术的发展，自动控制技术的水平越来越高，应用越来越广泛，作用越来越重要。
尤其是在生产过程的自动化、工厂自动化、机器人技术、综合管理工程、航天工程、军事技术等领域，自动控制技术起到了关键作用。
当然，在智能家居方面，自动控制技术有较好的发展前景。
应用自动控制技术，将是家居环境更加智能化，人性化。
针对家居环境采光及避光问题，自动窗帘控制系统将取代手动控制，更加人性化。
本文综述了自动窗帘系统的设计与控制系统，介绍了设计制作一个完整的自动窗帘控制系统所需要做的理论分析，以及各环节功能的实现。
自动窗帘控制系统核心是采用单片机AT89C51控制，其次采用感光传感器，红外控制电路，温度检测电路等外围电路。
整个系统在各模块的配合下实现半自动控制，自动控制等功能。
该设计在理论层面上，以程序语言驱动各模块工作，实现了各模块的内在联系，应用层面上采用软件进行原理图设计和仿真。
该自动窗帘系统硬件电路主要由光敏检测电路，红外控制电路，温度检测电路，步进电机驱动电路构成。
该设计则主要讨论了自动窗帘系统的设计过程，硬件电路设计，软件调试过程，以及利用软件实现红外线遥控信号的编码及解码方式。
通过本系统可以实现通过光照强度实现窗帘开关自动控制，通过温度检测电路实现窗帘开关自动控制，同时实现红外遥控的半自动控制。
关键词：
自动控制，自动窗帘，单片机，步进电机
第1章绪论
1.1系统设计的背景及意义
智能家居以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，尽显便捷将家中的各种设备（如音视频设备、照明设备、窗帘控制、空调控制、网络家电等）通过家庭网络连接到一起。
与普通家居相比，不仅具有传统的居住功能，提供安全舒适的家庭生活空间，还能提供全方位的信息交互功能，优化人们的生活方式。
随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的日益紧密。
信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的时候，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。
人们对家居的要求早已不是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。
随着技术产业结构的调整，生产工艺的飞速发展，人们的生活水平不断提高，家用电气逐渐普及。
高精度、多功能、低功耗是现代科技发展的趋势。
在这种趋势下，窗帘的数字化、智能化已经成为现代生产研究的主导设计方向。
单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了红外控制。
结合感光系统和红外遥控系统的智能窗帘系统具有较好的发展前景。
1.2设计的基本内容
本智能家居自动窗帘控制系统以STC89S51单片机为控制核心，由电源模块、光敏感应模块、温度监测模块、红外遥控模块等几个环节组成本系统的主要框架，与此同时可外扩一些其他的控制功能。
系统可以实现对外界光线强度的实时监测，从而来控制窗帘的自动开启和关闭，并可对室内的温度进行检测和显示，可由用户随时设定温度阈值，当实际的温度超过或低于设定温度后，通过窗帘的开闭，使室内的光线和温度达到一个较为理想的条件。
为了更体现人性化，本设计通过红外线的发送和接收，可根据用户的意愿实现对窗帘开闭的远距离遥控。
该设计主要分为以下几个章节：
（1）绪论：
介绍介绍系统设计的背景及意义。
（2）总体方案设计：
介绍自动窗帘控制系统总体方案，及总体结构设计。
（3）硬件系统分析：
介绍主要硬件系统。
（4）软件分析：
介绍软件设计。
（5）总结：
对该设计的不足和扩展进行分析。
1.3实现的基本功能
自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能：
（1）光照控制：
根据光照强度值，通过感光器采集，自动打开或关闭窗帘。
即当早晨光照强度增强到设定值，通过感光器采集，单片机控制步进电机打开窗帘；
当夜晚光照强度减弱到设定值，通过感光器采集，单片机控制步进电机关闭窗帘。
（2）温度控制：
通过红外遥控器设定给定温度，通过温度监测系统，检测环境温度，当温度高于或低于给定值时，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。
（3）红外控制：
当光照强度未达到设定值，手动操作红外遥控器，由红外接收系统接收信号，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。
第2章总体电路设计与原理说明
2.1方案介绍
方案：
基于光照检测及温度检测的自动控制
原理框图如下：
图2-1原理框图
2.2总体方案设计
自动窗帘控制系统总体方案的设计是基于满足设计要求的前提下，根据理论上的可实现性和硬件电路的经济实用型，进行设计。
本设计从人们对系统设计功能的需求出发，综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的整体框架，并且在整体功能实现的基础上，尽可能考虑系统的可扩展性。
2.2.1自动控制窗帘基本功能
自动窗帘控制系统具有以下几个模块：
（1）感光控制模块：
本模块首先通过光敏电阻在外界光线强度的变化下阻值的改变，使得输出电压发生变化。
变化的电压信号传送到PFC8591八位的AD/DA转换芯片，将模拟量转化为数字量，进而输入到单片机处理器。
经处理器的运算与处理，控制电机的正反转，达到窗帘开闭的目的。
（2）温度监测模块：
模块通过温度传感器DS18B20采集室内的温度值，经过单总线的传输方式将采集到的温度信号传送给单片机，并由LCD显示器显示当前的温度。
其中，温度的阈值可由用户通过红外线来遥控设定。
当室内温度超过或低于设定值时，伴随着着电机的正反转。
（3）红外遥控模块：
本模块利用HT6221芯片组成的遥控器发射红外信号，接收头接收后先解码，并用液晶显示每个按键对应的用户码值。
利用遥控器上的按键，软件中设置可供用户随时控制电机正反转的程序，实现可在任意时刻控制窗帘的打开和关闭。
此处，红外遥控另外一个功能是在进入温度设定模式下设置初始的温度值，并可借用红外遥控外扩一些较为实用的家庭简单控制电路，为人们的日常生活带来方便。
2.2.2总体结构设计
系统设计的总体框图如下：
图2-2总体框图
第3章硬件分析与设计
3.1单片机及相关电路设计
3.1.189C51单片机概述
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用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。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C单片机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。
主要参数：
（1）片内震荡器和时钟电路
（2）4K字节可编程闪烁存储器；
（3）128*8位内部RAM
（4）32可编程I/O线
（5）两个16位定时器/计数器
（6）5个中断源
（7）全静态工作：
0HZ-24MHZ
（8）低功耗闲置和掉电模式
3.1.2晶振电路
图3-1单片机内部晶振电路连接图
单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。
MCS-51系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元，决定单片机的工作速度。
图4-3就是内部时钟工作方式的电路图，这是一种常用的方式。
这种方式是外界振荡源，本设计就采用这种外接晶振的方法。
电路中的两个电容的作用有两个：
一是帮助振荡器起振（C1C2的值大，起振的速度慢；
反之，速度快。
）；
二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。
C1C2的值采用30pF。
3.1.3复位电路
图3-2复位电路
在系统运行的过程中，有时可能对系统需要进行复位，为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路。
如图4-2所示。
这种电路的设计，在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在RST端就会出现一定时间的高电平信号，从而使单片机实现复位。
3.1.4显示电路
按照电路图链接电路即可，需要说明的是在这个电路图中，LCD的第三脚VEE没有接，这个脚是控制屏幕对比度的。
可以将电位器的两端分别接VCC和GND，中间端接LCD的第三脚。
图3-31602液晶电路
3.2光敏传感器电路
光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：
光电管、光电倍增管、光敏电阻等。
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。
这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。
这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。
图3-4光敏传感器
当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。
由于不同材料的光敏，
电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。
3.3A/D转换电路
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。
PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²
C总线接口。
PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²
C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCF8591器件上输入输出的址、控制和数据信号都是通过双线向I²
C总线以串行的方式进行传输。
PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。
PCF8591的最大转化速率由I²
C总线的最大速率决定。
图3-5A/D转换电路
PCF8591特性：
单独供电；
PCF8591的操作电压范围2.5V-6V；
低待机电流；
通过I2C总线串行输入/输出；
PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址；
PCF8591的采样率由I2C总线速率决定；
4个模拟输入可编程为单端型或差分输入；
自动增量频道选择；
PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD；
PCF8591内置跟踪保持电路；
8-bit逐次逼近A/D转换器；
通过1路模拟输出实现DAC增益。
3.4步进电机电路
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