基于单片机的智能遥控窗帘设计毕业作品文档格式.docx
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microcontroller
1绪论
1.1课题的来源
随着现代控制技术的快速发展和传统工业改造的逐步实现，智能系统已经应用于我们生活工作的各个领域。
其中包括有环境照明系统，家庭影院影音系统，安防监控系统，公共广播/背景音乐系统,会议系统，空调系统等一系列日常生活中的智能系统已经进入我们的视线。
这些智能系统的飞速发展，标志着人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈，而窗帘作为智能家居系统中的子系统，更作为每个家庭的家居必须用品，自然也需要满足人们对更舒适性、更智能化、更现代化的需求。
1.2课题的意义
窗帘的基本作用是保护业主的个人隐私，遮阳挡尘以及装饰房间。
但由于传统的窗帘必须由人手动拉动操作，特别是别墅或复式房的落地窗帘，往往笨重宽大，需要很大的力量才能进行操作，非常不方便。
于是各种智能窗帘系统在近几年得到迅速的发展，广泛应用于智能大厦、高级公寓、酒店和别墅等场所，只要轻按一下开关，窗帘就能自动开合，非常方便。
现代人所需求的智能遥控窗帘系统，要求安装简单方便，具有良好的可维护性，以及较高的性价比。
除了能应用于酒店、智能大厦、高级公寓、别墅等各个场所外，还需要应用于普通家庭、商务楼层、温室花园等场所，并实现窗帘的自动开关，远程控制等高级控制功能。
真正让窗帘与居室的表现力息息相关,在家居软装饰设计中恰到好处，成为现代家居的一道亮丽风景线。
目前这项系统仍然需要进一步的完善，使之更加的实用、经济并且智能化。
1.3智能家居国内外发展现状
1.3.1智能家居在国外的研究现状
20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化（HE,HomenElectronics）出现。
80年代中期，将家用电器、通信设备与安保消防设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念（HA,HomeAutomation）。
至80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种安保、通信、家电设备通过总线技术进行管理与控制的商用系统，这在美国称为SmartHome，也就是现如今智能家居的原型。
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国出现之后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。
这种以以太网、公共电话网、现场总线、HFC、无线网等的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成的一个完整的集家庭通信、居家安全防范、家电设备自动控制等功能于一体的控制系统就迅速的发展起来，广泛应用于各个领域。
在新加坡1998年5月举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，市场上又推出了新加坡模式的家庭智能化系统。
它的系统功能包括环境自动控制、安防报警功能、全方位家庭娱乐、监控中心功能、家电控制功能、家庭信息服务、自动维护功能、始终在线的网络服务等，这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。
现在在新加坡已经有将近20%的社区（住宅小区），近万户的家庭采用了这一类的“家庭智能化系统”，而美国则已有近四万户家庭安装了“家庭智能化系统”，结合当前市场形势来看，将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。
截至目前，美国占据市场主流的产品X-10，其销售已超过1亿个，其设计户型多为单体公寓与别墅，而应用多为旧房改造以及用户升级，仅在美国就有超过400万个家庭在使用。
但这些产品技术限制较多，并且整体价格昂贵，不适合在我国照搬使用。
1.3.2智能家居在国内的研究现状
智能家居进入中国发展已经有十几年的时间了，近两年可以说进入了智能家居行业的快速发展阶段。
由于国外智能家居产品发展的时间较早，技术产品各方面相对成熟，而国内在由最初引进国外先进技术与产品后，经过不断完善提升，大有后来者居上之势，应该说现在的智能家居产品发展已经到了各有所长的阶段，然而最终决定产品需求的是消费者，而消费者的需求又受价格、功能、大小等因素影响。
结合国内的生活水平、居民消费能力以及生活消费观念，国内的智能家居发展模式与国外产生很大的区别。
智能家居一体化的应用模式在国内被分割成了多个模块，主要分有自动照明控制系统、智能温控系统、安防系统、家庭通讯系统等。
各大厂商虽然对智能家居系统的所有环节皆有所涉及，但更多的是专注于某一个子系统或者子系统中的某一块，产品五花八门。
目前国内比较有名的公司包括有，广州市安居宝科技有限公司，主要以其产品网络化、数字终端作为技术优势；
青岛海尔家居集成股份有限公司，海尔对“多媒体娱乐、环境检测、故障反馈”等功能研究较多产品多样化；
深圳市普力特科技有限公司，普力特产品包括灯光控制、电器控制、窗帘控制、无线远程控制、定时控制、智能安防，智能遥控等等。
1.3.3智能窗帘的研究现状及发展趋势
（1）可靠性
目前，市场上不少产品依旧采用红外遥控技术，产品有着通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断等缺点。
而且红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行无线数据传输，其功能较单一，扩展性差。
另外由于传感器件的灵敏度问题，存在着许多的误操作现象。
加上产品的集成度较低、规范性差、没有统一标准，所以导致系统的可靠性、维修性、互换性均难以达到理想效果和规范要求。
（2）适应性
现在，市场上出售的智能窗帘产品功能单一、结构固定，其主要的缺点是适应性能较差，不能适应用户对产品多变性的要求，所以很难被广大居民所接受。
由于一个类型的产品不能适应某些特殊建筑或是建筑的某个部分，虽然产品多样，分有电动开合帘、电动卷帘、电动垂直帘、电动罗马帘、电动百叶帘、电动百褶帘等等类别，但拥有这种多样性选择的同时，也造成了产品不能统一，进而导致维修的不便。
（3）可扩展性
现在国内一些专业生产智能窗帘系统的厂家有限，而且大多数与其生产的窗帘产品相互绑定，对于已经安装了窗帘的环境需要拆除再安装，不便于普通用户的改装使用。
而且其产品选用的控制芯片功能有限，其可扩展性不能适用于智能家居一体化、网络化、智能化的要求。
智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。
而智能窗帘产品在今后将更紧密的集成于其中，所以对它的可扩展性要求将越来越高。
1.4课题研究的主要内容
1.4.1主要内容
本课题提出了一个基于单片机的智能遥控窗帘设计，系统以AVR单片机作为控制核心，并配以各种外设比如光电传感器、无线模块以及电机，采用软硬件结合的方法，初步实现窗帘的智能控制。
最后对本文工作做出总结，提出存在的问题及展望。
1.4.2论文结构
全文的结构如下：
第一章绪论。
本章主要介绍智能家居及智能窗帘的相关背景。
首先讨论智能家居在国内外的发展状况及存在的问题。
然后介绍智能窗帘系统的概念、特点及发展状况。
第二章系统总体方案设计和硬件设计。
本章主要从硬件设计的特点出发，介绍各个硬件模块在设计过程中应注意到事项及选择的依据。
第三章系统的软件设计。
本章主要从软件设计的特点出发，介绍了各个软件模块在设计中的配置方式、重要参数设计及收发程序设计，及主控模块和传感器模块的软件程序及相应的流程图。
第四章设计与问题说明。
本章主要介绍在实际制作和具体应用中的光敏元件问题，电机转动控制及无限模块选择问题的说明。
第五章总结与展望。
本章是对本文所做的工作进了总结，说明了系统的特点和不足。
2系统总体方案设计和硬件设计
2.1智能遥控窗帘系统的方案设计
图2-1设备总体设计方案
智能遥控窗帘系统的总体设计如图2-1所示，当光电传感器或无线模块有信号输入时，通过控制器对信号分析处理，控制指示灯和电机进行相应的调节，从而控制窗帘转动，实现窗帘的智能控制。
2.2方案评价
方案采用的ATMEGA16单片机作为控制器，使用龙信达公司生产的LXD8516光敏电阻作为光电传感器，以ZGA25RP直流减速电机做为窗帘的转动动力源。
具有集成度高，反映灵敏，适应性强，可扩展性高，安装方便以及两种模式相互切换等特点。
2.3智能遥控窗帘系统的硬件设计
（1）硬件设计的内容
硬件设计是智能遥控窗帘系统整体设计的主要任务之一。
硬件设计对系统的性能、外形、质量及生产成本具有重大的影响。
硬件设计的主要内容有：
1）硬件总体布局设计；
2）选择元件并确定元件主要参数；
3）绘制原理图以及PCB板；
4）焊接元器件；
5）硬件调试。
（2）硬件总体布局设计
硬件总体布置的基本要求主要有：
1）元器件的合理选择；
2）PCB板连线的流畅和简洁；
3）充分考虑产品系列化的发展，预留扩展接口；
4）布局合理、结构紧凑、层次分明；
5）操作、维修、调整方便；
6）外形美观小巧；
7）考虑元器件之间的电器干扰问题；
8）实用性、便捷性。
（3）主要元器件的确定
1）控制器：
ATmega16单片机；
2）电机驱动芯片L298N；
3）金属壳玻璃封装光敏电阻￠8.5系列（型号:
LXD8516）；
4）7805稳压芯片；
5）光电藕和器TLP521-1DIP4
；
6）ZGA25RP直流减速电机。
2.4主要元器件的功能、介绍
2.4.1ATmega16单片机
图2-2ATmega16单片机实物图图2-3ATmega16原理图
ATmega16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，如图2-2所示。
由于其具有的先进指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16的数据吞吐率最高可达到1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
而且AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构极大的提高了代码效率，相比普通的CISC微控制器，最高可达到较之10倍的数据吞吐率。
如图2-3所示，ATmega16有如下特点:
16K字节的系统内可编程Flash，512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C）,片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作；
掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；
而在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；
ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；
Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；
扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。
本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。
其片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR内核之中的引导程序进行编程，使得其可扩展性大大的增强。
引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区（ApplicationFlashMemory）。
在更新应用Flash存储区时引导Flash区（BootFlashMemory）的程序继续运行，实现了RWW操作。
通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
ATmega16具有一整套的编程与系统开发工具，包括：
C语言、编译器、宏汇编、程序调试器/软件仿真器、仿真器及评估板。
2.4.27805稳压芯片
图2-47805稳压芯片实物图图2-57805原理图
主要参数如表2-1：
表2-17805主要参数
参数
最小值
典型值
最大值
输出电压（Vo）
4.8
5.0V
5.2V
静态电流（IQ）
5.0mA
8mA
静态电流变化率（△IQ）
0.03mA
0.5mA
输出噪音电压（VN）
42μV
输入输出电压差（Vo）
2V
输出阻抗（Ro）
15mΩ
短路电流（1SC）
230mA
峰值电流（1PK）
2.2A
7805三端稳压芯片，由于它组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，并且价格便宜等特点，经常被使用在电子制作中。
如图2-4，从正面看引脚至左向右分别为，①脚高电位、②脚接地、③脚接输出。
分别对应附图2-5所示的VIN、GND、VOUT。
7805集成稳压器在本设计中的应用电路如下图2-6所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，C1、C2为输入端的滤波电容，C3为输出端滤波电容，R2为负载电阻，JP4表示5V稳压电源。
当输出电流较大时，7805应配上散热板。
图2-67805应用电路
2.4.3驱动芯片L298N
图2-7L298N实物图图2-8L298N原理图
L298是SGS公司的产品，比较常见的就是15脚Multiwatt封装的L298N，如图2-7所示。
其内部包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或者一个两相步进电机。
由于L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，其输出电压最高可达到50V，并且可以直接通过电源来调节输出电压，加上它可以直接用单片机的IO口提供信号，故电路比较简单，使用比较方便。
如图2-8所示，L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5V～7V电压。
4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46V。
输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，使之形成电流传感信号。
L298N可同时驱动2个直流电机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本课题中我们采用它同时控制2个直流减速电机，以实现电机的驱动。
2.4.4无线模块
图2-9无线模块实物图
四键遥控器和超再生固定码接收模块所组成四路无线发射接收电路，如图2-9，其遥控器的四位数据码对应模块的四路输出，可以方便的组成无线遥控发射接收电路，该产品广泛适用于广大电子爱好者的家庭、工业遥控类电子产品的设计和开发，可很好的作为单片机的信号输入源，特别适合大中院校学生电子电路设计、毕业设计中的遥控电路部分。
超再生带解码四路遥控接收模块可以和发射器组成四路无线发射接收电路。
使该模块广泛适用于广大电子爱好者对家庭、工业遥控类电子产品的设计和开发，可很好的作为单片机的信号输入源。
接收模块有自锁、非锁、互锁三种型号。
非锁、自锁、互锁三种工作方式说明：
1）非锁型输出又称点动输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制，有遥控信号时数据脚是高电平，遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平，适用于如电动门、电动门锁、与单片机对接等只需要一个高电平的电路等电路等。
2）自锁型输出的数据脚能实现触发翻转工作逻辑，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。
自锁型四路相互独立互不影响，可同时遥控四路，如灯具的控制等。
3）互锁型输出就是任意一路收到信号则该路就能一直保持对应的高电平状态，接收到任意其它路的数据则恢复到原始状态，四路互锁只能有一路接通，实际应用如电风扇档位开关电路等。
接收板主要参数：
工作频率：
315M
工作电压：
DC5V
工作电流：
≤3mA（5.0VDC）
工作原理：
超再生
调制方式：
ASK
编码芯片：
SC2272（PT2272、PT2294），芯片兼容
灵敏度：
优于-105dBm（50Ω）
输出信号：
非锁（M）
遥控距离：
20～50米以上（开阔地）
脚位及使用说明如表2-2：
表2-2接收模块管脚说明
脚位
名称
功能说明
1
VT
输出状态指示
2
D3
数据输出
3
D2
4
D1
5
D0
6
5V
电源正极
7
GND
电源负极
8
ANT
接天线端
接收模块一共有八个外部接口，上面有英文表示。
“5V”表示接电源正极，“D0、D1、D2、D3”表示输出，“GND”表示接电源负极，“ANT”表示接天线端
接收模块的七根引脚分别为D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC，其中VCC为DC5V的供电端，GND为接地端，VT端为解码有效输出端，只要发射器的数据码有输出，VT都能同步输出高电平；
D3、D2、D1、D0是2262解码芯片的四位数据输出端，有信号时能输出5V左右的高电平，驱动电流约2mA，与发射器的四位数据码输出一一对应。
接收模块不焊天线也能接收信号，为提高接收灵敏度，可以用一根长度约为23厘米的软导线直接焊接到天线孔处。
发射器可以用固定码四键遥控器或者带编码四路发射模块。
2.5PCB绘制
PCB（PrintedCircuitBoard），中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是电子设计制作中重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气连接的提供者。
因为它是采用电子印刷术制作的，所以又被叫做“印刷”电路板。
出于成本、美观和方便性的考虑，本次设计采用双层板（Double-SidedBoards），这种电路板的两面都可以布线，加上合理使用导孔（via），使布线可以互相交错，并且印制价格还单层板相差无几。
制作PCB板首先要设计图纸大小，图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，一个合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。
然后再设置Protel99的设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型等等，这里参数我选择使用系统默认值。
再其次是旋转并放置零件，导入预先生产的网络表，对整体布局有一个初步的规划。
然后就是根据实际需要布线，以及调整线路和元件之间的位置。
2.5.1PCB绘制要点
（1）开关电源PCB排版基本要点
1）旁路瓷片电容器的电容不能太大，而它的寄生串联电感应该尽量的小，多个电容并联能改善电容的阻抗特性；
电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。
由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。
为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用；
2）电感的寄生并联电容应该尽量的小，电感引脚焊
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