电子工程设计智能窗帘.docx
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电子工程设计智能窗帘
HEFEIUNIVERSITY
自动化系统综合实训I
设计报告
题目：
智能窗帘控制系统
系别：
电子信息与电气工程系
专业：
12自动化1班
姓名：
魏广州1205031026
彭树园1205031025
王永1205033013
导师姓名：
储忠
完成时间：
2015/1/5
摘要
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。
晶振：
即所谓石英晶体谐振器和石英晶体振荡器的统称。
压电效应（物理特性）：
在水晶片上施以机械应力时,，会产生电荷的偏移，即为压电效应.
602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。
L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
其引脚排列如图1中U4所示，1脚和 15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。
ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。
学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。
IN4148是一种小型的高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离，通讯、电脑板、电视机电路及工业控制电路。
关键字:
智能窗帘AT89C52仿真电路模块介绍
目录
第一节：
设计目的2
一、设计目的2
二、设计任务及要求2
三、课程设计的目的2
第二节：
总体方案设计3
一、方案选取3
第三节：
单片机模块设计-5-
一、89C52单片机概述-5-
二、晶振电路-6-
第四节：
硬件电路设计-8-
一、直流电机电路-8-
三、LCD1602显示电路-11-
第五节：
系统原理图-13-
第六节：
设计总结-15-
第一节：
设计目的
一、设计目的
1．掌握STC89C52单片机最小系统及接口电路的设计；
2．熟练掌握单片机运用；
3．学会整体电路的设计并能实现基本功能。
4.掌握单片机仿真软件的使用
二、设计任务及要求
设计并实现智能窗帘的控制系统。
该系统的基本功能有：
1．具有手动和自动开关窗帘。
2．具有根据光的强弱控制窗帘的开关。
3.具有根据时间设定来控制窗帘开关。
三、课程设计的目的
课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计使学生获得以下几方面能力：
1．进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；
2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；
3．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。
第二节：
总体方案设计
一、方案选取
单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制系统的智能化要求，要求其能够实现如下两种功能：
功能
（一）基于时间设定即定时开关控制功能
功能
（二）基于光照强度器件的自动控制功能
这二种功能都是基于单片机控制的，采用直流电机控制以及液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。
本次课程设计采用时间设定和光照检测元件，通过光照强度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响。
二、总体方案设计
自动窗帘控制系统总体方案设计是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，而进行设计的重要环节。
本章从人们对系统功能需求出发，在综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的总体构架，并且在基本功能需求的基础上尽可能考虑系统的可扩展性。
系统基本功能：
伴随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，人们对生活舒适性的追求越来越强烈，而窗帘在每个家庭生活是必备的，其基本功能是保护住户的隐私以及遮蔽阳光等。
基于这些作用窗帘的便利性自然也受到家庭的关注。
但传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关不仅不省力，而且还可能错过最佳光照时间，尤其是大窗帘，比较重，而且长，在开闭时需要费很大力气才能开关窗帘，特别不方便；针对这种现象，电动窗帘便由此产生。
现有的电动窗帘基本上都可以利用按键控制，自动开关闭窗帘，虽然省了力气，但是有些方面的设计还是不够人性化。
对此，本控制系统提出可以根据光照以及定时等开关窗帘，此功能是利用设定的光照强度自动完成窗帘的打开或者关闭，真正实现黑天关闭，白天打开的功能。
系统总体结构设计：
自动窗帘控制系统设计的总体框图如图所示。
根据光照来开闭窗帘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89C52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自动窗帘控制器的各种状态。
第三节：
单片机模块设计
一、89C52单片机概述
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
具有以下标准功能：
8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。
AT89S52单片机:
8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；没有内带EEPROM存储空间;其引脚图如图所示
二、晶振电路
电路中的晶振即石英晶体震荡器。
由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。
通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。
同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。
下图所示是单片机的晶振电路。
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1.2MHz～24MHz之间选取。
C1、C2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＝
XTAL1接外部晶体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端。
在单片机内部，接至上振荡器的反相放大器的输出端。
采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振。
在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。
一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。
但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。
这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。
石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。
通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。
电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的。
其电路如图所示：
第四节：
硬件电路设计
一、直流电机电路
直流电机是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。
而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。
直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个方向转动步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。
而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
本实验中，L293D采用16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。
这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：
低速平稳性好等。
L293D通过内部逻辑生成使能信号。
H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。
另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。
OUT1、OUT2为电机转动方向控制信号，OUT1、OUT2分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。
其接口电路如图所示：
二、光照强度检测电路
窗帘自动控制系统的光控功能是可以根据光照的强弱来控制窗帘的开闭的，因此需要用光照传感器件，在本设计中采用光敏电阻。
由于光敏电阻具有根据光照阻值变化的特点，可以得到反向输入端电压值。
然后得到恋足电压值进行比较，比较后的新号经过A/D转换送入单片机89C52的P1接口，单片机处理后输出命令控制单片机正转或反转，以实现通过光照控制窗帘开关功能。
A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。
在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的是A/D转换器ADC0832，A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。
本次设计使用A/D转换器ADC0832。
电动窗帘要根据光照的情况而自动开关窗帘，因而需要使用到光电传感器。
这里使用光敏电阻。
光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管，他是基于半导体光电效应工作的。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可以加直流偏压，也可以加交流电压。
当无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。
当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减少，因此电路中电流迅速增加。
光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。
而且体积小、重量轻、性能稳定。
因此在自动化技术中得到广泛的应用。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。
应用光控原理工正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。
当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能“1”时，只对CH1进行单通道转换。
当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。
当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。
到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。
从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。
直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。
也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATA0。
随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。
最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。
天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭电路，由运放组成比较电路，同向输入端有两个电阻分压得到一个电压值，作为基准电压进行比较，而反相输入端用一个光敏电阻对外部环境的光线进行采集，利用光敏电阻暗时电阻大，亮时电阻小的特点，来确定反向输入端的电压值。
再两者进行比较，比较后的信号再送入单片机89C52的P0口，从而通过单片机来控制电机的正反转。
来实现天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭这一自动控制功能。
光强检测电路如图所示。
三、LCD1602显示电路
LD1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用
LCD1602采用标准的16脚接口，其中:
第1脚：
VSS为地电源第2脚：
VDD接5V正电源第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RSRW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据.第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15～16脚：
空脚
LC16D02的第1、15引脚接地，第2引脚接电源，第3引脚接1K的滑动变阻器，第7～14引脚分别与单片机的P0.0～P0.7相连接，第16引脚与Vcc相连。
STC89C52与LCD1602连接如图所示：
第五节：
系统原理图
实物图
第六节：
设计总结
本次设计系统地介绍了自动窗帘控制系统的硬件电路设计以及软件设计。
在总体方案设计中以光敏电阻作为传送信号的传感器，用直流电机作为信号输出的执行元件，89C52单片机作为主要的控制元器件，并且应用了按键以及显示电路。
应用89C52单片机的优势减少了硬件的复杂性，光敏电阻接收外界光照信号，经过A\D转换后，传送给单片机一个电信号，单片机经过处理后，控制直流电机做出相应的动作，以控制窗帘的开闭。
在实现一般应用的基础上，又添加了定时元器件电路，使窗帘的自动化性能得到进一步提升。
光敏电阻的良好感光性以及步进电机的结构简单，控制方便的优点使窗帘控制开关更加稳定。
本次课程设计的整个研究与设计过程包括组织、设计以及完善等。
首先，在组织方面查阅了很多与题目有关的资料和课题并且制定设计方案，进行设计的总体规划，然后将这些方案落实到设计环节中。
其次，在制定的方案基础上运用所学的知识对硬件以及软件进行设计，并用相关软件进行仿真设计。
最后，对设计内容进一步修缮，以求达到最佳设计结果。
虽然设计内容完成了基本的功能，但是其中还是存在一定欠缺，比如在设计中没有考虑到窗帘工作方式的显示以及没有添加类似红外遥控的设计等。
此次设计过程中，在完成设计任务之外也让我系统性地认识和全面地掌握了单片机相关技术，从本次课程设计中我更加深刻地认识到理念来源于实际的含义。
在和同学以及老师的就相关问题的互相讨论交流中，我认识到自己的很多不足，但在这些不足中我又学到了很多知识，使我的综合应用能力有了很大的提高。
经过这么长时间的忙碌，课程设计已经接近尾声。
在课程设计的过程中，由于经验的缺乏以及知识的局限性，难免有许多考虑不周全的地方，在组织，设计等方面，如果没有于老师的督促指导，没有同学们的支持和帮助，单独完成这个设计，其中还是有一定难度的。
在完稿之际，我想借此机会对在完成课程设计期间关心、帮助、支持和鼓励过我的老师、同学们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福。
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