基于单片机的光感自动控制百叶窗系统.docx
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基于单片机的光感自动控制百叶窗系统
摘要
单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于各领域各方面。
本次设计是以单片机为核心，加上其他器件，设计电路来实现百叶窗的控制。
关键字：
单片机百叶窗
一、课题简介………………………………………………………………………3
1、基本要求…………………………………………………………………3
2、基本工作原理……………………………………………………………3
3、各器件资料………………………………………………………………3
二、硬件总体设计…………………………………………………………………6
1、AD转换模块………………………………………………………………6
2、LCD显示……………………………………………………………………7
3、步进电动机驱动……………………………………………………………7
4、暂停控制……………………………………………………………………8
三、软件总体设计……………………………………………………………………9
四、所遇问题及解决方法…………………………………………………………17
五、实物图展示……………………………………………………………………17
六、心得体会………………………………………………………………………19
一、课题简介：
题目：
光感自动控制百叶窗
基本要求：
以MCS-51系列单片机为核心，采用利用常用电子器件设计，用一台步进电动机控制百叶窗的旋转包括正转、反转和暂停，用一个光敏电阻传感器测量室内光强度，并用LCD显示测量结果。
基本工作原理：
利用光敏电阻与标准电阻串联输入模拟信号，通过ADC0809芯片转换成数字信号传送给单片机，通过单片机处理并控制LCD显示当前的测量光强值，以及输出步进电动机的驱动信号，再利用达林顿管ULN2003提高单片机的输出功率驱动步进电动机。
各器件资料：
LCD1602
表1
各引脚说明表
表2
寄存器选择功能表
利用内部复位电路进行初始化
清屏（DISPLAYCLEAR）;功能设置（FUNCTIONSET）;
DL=1:
8Bit接口数据;
N=0:
1行显示;F=0:
5×7dot字形;
显示开/关控制（DISPLAYON/OFFCONTROL）
D=0:
显示关;C=0:
光标关;B=0:
消隐关
输入方式设置（ENTRYMODESET）
I/D=1:
（增量）:
S=0:
无移位:
ADC0809
图1
ADC0809内部结构图
IN7～IN0——模拟量输入通道
ALE——地址锁存允许信号。
对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START——转换启动信号。
START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
A、B、C——地址线。
通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，
CLK——时钟信号。
通常使用频率为500KHz的时钟信号
EOC——转换结束信号。
EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。
D7～D0——数据输出线。
D0为最低位，D7为最高
OE——输出允许信号。
OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。
ULN2003
图2
ULN2003引脚图
步进电动机28BYJ-48
图3内部接线图
表3
八相励磁顺序表
二、硬件总体设计：
系统组成方案：
1、AD转换模块
如图1
R10为标准10K电阻，RV1为10K滑动变阻器，以代替光敏电阻仿真。
由于仿真软件只支持ADC0808芯片仿真，故在仿真时使用此芯片，实际电路板中选用了ADC0809。
处于实际电路板焊接时候引脚选用方便考虑，选用IN7输出口。
即将模拟输入选择口ADDA、ADDB、ADDC接入VCC。
处于实际电路焊接考虑，将ST接入P3.0口，EOC接入P3.1口，OE接入P3.2口，CLK接入P3.3口，具体电路如右图。
图4AD转换电路图
图5ADC0808控制端接口图
2、
LCD显示
LCD接口如图所示，由于单片机P0口和P2口在单片机的右边，故将LCD的输入口和控制口分别接入P0和P2口，由于P0口无上拉电阻，故接入LCD时接入一排上拉电阻。
如右图
图6LCD电路图
3、步进电动机驱动
如果直接用单片机驱动步进电动机，因为单片机的输出电流太低，功率不够，无法驱动步进电动机，故接入达林顿管ULN2003来增加输出功率，处于实际电路焊接考虑，使用P3.4~P3.7端口。
电路如下图
图7
步进电动机驱动电路
由于步进电动机电路简单，以及在仿真中方便观察电动机的状态（正转、反转）和持续的时间，故将电动机的驱动输出换成发光二极管。
图8二极管代替步进机电路
4、暂停控制
用开关控制，开关闭合时步进电动机暂停，LCD显示暂停状态（*字符），但依旧可以测量出光强值。
图9，暂停开关电路
总体电路图如下（仿真，未接晶振及复位电路，使用发光二极管代替步进电动机）
图10总电路仿真图
三、软件总体设计：
设计程序以及设计的原因和方法如下
#include
unsignedcharget_data;
unsignedinttemp;
unsignedcharcodetab1[]="welcomeon!
";
unsignedcharcodetab2[]="light:
";
unsignedcharcodetab3[]="mcd";
sbitST=P3^0;
sbitEOC=P3^1;
sbitOE=P3^2;
sbitCLK=P3^3;
sbitA1=P3^5;
sbitB1=P3^6;
sbitC1=P3^7;
sbitD1=P3^4;
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitE=P2^2;
sbitkey=P2^4;
/*步进步伐，根据所购买的步进电动机28BYJ-48说明书，使用八相驱动*/
#definer1{A1=1;B1=1;C1=1;D1=0;}
#definer2{A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;}
#definer3{A1=1;B1=1;C1=0;D1=1;}
#definer4{A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;}
#definer5{A1=1;B1=0;C1=1;D1=1;}
#definer6{A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;}
#definer7{A1=0;B1=1;C1=1;D1=1;}
#definer8{A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;}
/*产生定时信号，作为ADC芯片的时钟信号*/
voidtimer（）
{
TMOD=0x10;
TH0=（65536-190）/256;
TL0=（65536-190）%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
/*延迟函数，单位为ms*/
voiddelay（unsignedintt）
{
inti,j;
for（i=t;i>0;i--）
for（j=112;j>0;j--）;
}
/*写指令*/
writecom（unsignedcharcom）
{
RS=0;
RW=0;
P0=com;
E=0;
delay
（1）;
E=1;
delay
（1）;
E=0;
}
/*写数据*/
writedata（unsignedchardate）
{
RS=1;
RW=0;
P0=date;
E=0;
delay
（1）;
E=1;
delay
（1）;
E=0;
}
/*写数字*/
voidwritecount（unsignedintData）
{
switch（Data）
{case0:
writedata（0x30）;break;
case1:
writedata（0x31）;break;
case2:
writedata（0x32）;break;
case3:
writedata（0x33）;break;
case4:
writedata（0x34）;break;
case5:
writedata（0x35）;break;
case6:
writedata（0x36）;break;
case7:
writedata（0x37）;break;
case8:
writedata（0x38）;break;
case9:
writedata（0x39）;break;
}
}
/*步进电动机正、反转*/
voidbujin（unsignedintpd）
{
if（pd）
{
r1
delay（5）;
r2
delay（5）;
r3
delay（5）;
r4
delay（5）;
r5
delay（5）;
r6
delay（5）;
r7
delay（5）;
r8
delay（5）;
}
else
{
r8
delay（5）;
r7
delay（5）;
r6
delay（5）;
r5
delay（5）;
r4
delay（5）;
r3
delay（5）;
r2
delay（5）;
r1
delay（5）;
};
}
/*显示函数，这里只是控制显示的光强值,显示为4位10进制数，*/
voiddisp（unsignedinta）
{
unsignedintc;
a*=4;/*将转换所得模拟信号（最大为255）转成10进制数，因为10K光敏电阻对应的光强约为1cd，即1000mcd，为方便显示，故将模拟信号乘以4，估算以作参考*/
writecom（0xc0+7）;
writecount（a/1000）;
writecom（0xc0+8）;
writecount（a%1000/100）;
writecom（0xc0+9）;
writecount（a%100/10）;
writecom（0xc0+10）;
writecount（a%10）;
writecom（0xc0+11）;
for（c=0;c<3;c++）
writedata（tab3[c]）;
}
/*判断函数，为了防止光敏电阻随各种因素导致的光强而不稳定的变动，使得驱动的步进电动机不停的微微转动，将光强分为5个等级，不同等级驱动步进电动机转的时间不同*/
pduan（unsignedinta）
{
unsignedintx;
if（a<51）x=0;
elseif（a<102）x=1;
elseif（a<153）x=2;
elseif（a<204）x=3;
elsex=4;
return（x）;
}
/*主函数，前面包括LCD初始化，写入LCD第一行显示字符“welcomeon！
”和第二行显示字符“light：
”、“mcd”*/
main（）
{
unsignedintcompare=0;
unsignedintdji;
unsignedinti,j,k;
writecom（0x38）;
writecom（0x0c）;
writecom（0x06）;
writecom（0x80+1）;
for（i=0;i<11;i++）
writedata（tab1[i]）;
writecom（0xc0+1）;
for（j=0;j<6;j++）
writedata（tab2[j]）;
timer（）;
while
（1）/*主循环，不断的执行AD转换*/
{
ST=0;
OE=0;
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）;
OE=1;
get_data=P1;
OE=0;
temp=get_data;
disp（temp）;/*不断的显示当前光强值*/
dji=pduan（temp）;
writecom（0x80+14）;
writedata（0x2a）;/*写空字符显示，以清除暂停状态显示的字符*/
if（key）/*判断是否执行暂停状态*/
{
writecom（0x80+14）;
writedata（0x20）;/*显示暂停状态字符‘*’*/
if（dji>compare）/*判断步进机为正转还是反转*/
{
for（k=25*（dji-compare）;k>0;k--）/*所需转的角度*/
bujin（0）;
compare=dji;
}
elseif（dji{
for（k=25*（compare-dji）;k>0;k--）
bujin
（1）;
compare=dji;
}
elsecompare=dji;
};
};
}
/*中断程序，产生时钟定时信号*/
voidt0（void）interrupt1using0
{
TH0=（65536-190）/256;
TL0=（65536-190）%256;
CLK=~CLK;
}
四、所遇问题及解决方法：
仿真时LCD无任何字符显示，检查源程序的LCD初始化是否正确，修改错误，重新载入源程序仿真。
显示的转换数据为错乱数据，网上查阅ADC0809芯片功能书发现改芯片的输出口与IO口的高低位相反，OUT0~OUT7为高位到低位，恰与我们平时定义的相反。
步进电动机驱动之后震而不能转，自习对照电动机的管脚说明书，重新正确接入每一个引脚。
五、实物图展示：
图10
电路板侧面图
图11
电路板正面图
图12
背面焊接图
六、心得体会：
通过这一次的电路设计，掌握了LCD液晶显示、AD转换和步进电动机驱动的方法，对单片机运用技术又有了进一步的提高。
单片机可以驱动电路和实现的功能多种多样，对单片机的灵活运用显然还欠缺许多知识，但经过这次的课程设计，相信对单片机的各方面可以慢慢学习渗透，将其融会贯通。
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