单片机自动窗帘设计报告 课程设计必备包你通过.docx
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单片机自动窗帘设计报告课程设计必备包你通过
课程论文
题目：
单片机自动窗帘设计报告
学生姓名：
马昊
学生学号：
1008030224
系别：
电气信息工程学院
专业：
电子信息工程
年级：
10级
任课教师：
张水锋
电气信息工程学院制
2012年11月
单片机自动窗帘设计报告
学生：
马昊
指导教师：
张水锋
电气信息工程学院电子信息工程专业
摘要
随着电子技术和自动化技术的发展，人们对生活质量的要求越来越高。
家用电器产品也在不断的更新换代。
从始初的晶体管到电子管；由模拟到数字；由分立元件到集成电路；从普通向高性能、多功能型；由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。
此次要设计的是遥控窗帘。
它是采用AT89S52单片机的最小系统设计，控制一个可逆、直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。
这里介绍了基于单片机技术的遥控窗帘的设计原理，给出了遥控器和接受控制器的硬件设计方案，以流程图方式对本系统的遥控器和接收器的软件设计进行了较为详细的介绍，并制作出了实物模型。
该系统的遥控器部分主要由键盘扫描电路、单片机（AT89S52）、行程开关及电动机驱动控制电路等组成；窗帘控制部分主要由导轨、窗帘、拉绳和电动机等组成。
接收器根据接收到的遥控器编码不同来控制电动机的正转、反转或停止，从而实现窗帘的打开、关闭或停止
1、概述
1.1选题目的和意义
随着社会经济的发展和人们生活水平的改变，宽大窗户的办公和生活建筑越来越多。
这种建筑结构美观，采光良好。
但是，窗户的高度或者宽度超过4米以后手拉窗帘却比较困难。
而现在的放地产商几乎却都没有为用户考虑这个问题，使一些高档住宅反而带来了生活上的不便，解决这个问题的方法是使用窗帘机。
窗帘机是专门为高大的窗户设计的窗帘控制装置，根据功能不同可以分为电动、遥控、自动和智能等多种规格。
电动窗帘机是通过窗帘机上的控制按键操作窗帘开合的一种最简单的窗帘机，仅仅解决了手动窗帘的问题，可还需要人来近距离操作，电动窗帘使一些超高、超宽窗帘的操作变得比较容易。
但是因为这种窗帘技术含量低，基本没有厂家作大规模工业化生产；遥控窗帘机可以远距离操作窗帘的开合，使用更为方便，自动窗帘机具有自动控制功能，可以满足用户各种情况下的使用要求。
1.2选题的要求
（1）进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理，了解单片机应用系统设计的基本方法和步骤
（2）掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法；
（3）掌握键盘和显示器在的单片机控制系统中的应用。
（4）掌握撰写课程设计报告的方法。
2、系统总体方案及硬件设计
2.1遥控窗帘的基本设计原理
基于单片机的遥控窗帘的设计要求如下：
1）控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现。
2）防过卷功能。
3）具有无线遥控和手动按键控制两种功能。
4）能够指示运行状态。
针对设计要求作如下设计，本装置设计以单片机为核心，通过单片机发送相应的信号，利用光耦的隔离作用，保证信号的稳定，利用L298N控制直流电机正反转和停止，来控制窗帘的上升、停止、下降等动作，采用霍尔传感器的磁效应实现最高点、最低点电机自动停止来防止窗帘的过卷，窗帘的操作可通过键盘手动和无线遥控两种方法完成。
使用不同颜色的发光二极管对窗帘的运动方向进行显示，使窗帘这种常用的家居用品更具人性化。
2.2原理框图
图1—系统原理框图
2.3各功能模块介绍
2.3.1无线遥控控制
利用315M遥控器发出正转、反转和停止信号，与窗帘相连接的控制电路接收到控制信号后，根据遥控命令来控制电机的运行状态，从而达到远距离对控制窗帘的打开、闭合和停止。
对于遥控窗帘来说，遥控器的按键需要一个打开按键和一个闭合按键来控制窗帘的打开和闭合。
遥控器的按键还应加一个停止按键，这样我们就不会为使电机运行而一直按着按键不放。
这样有两个好处：
一是方便用户控制用户在打开或关闭窗帘时不用一直按着按键；二是最大可能地降低遥控器和接收器功耗，这是因为遥控器在按下一次后发送一串数据后就可以立即进入睡眠，对于主机也不用时时检测信号这样就可以更好的降低功耗。
无线遥控主要用到315M无线遥控器，下面介绍315M遥控器：
数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。
特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。
声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。
比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。
数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。
当发射电压为3V时，空旷地传输距离约20～50米，发射功率较小，当电压5V时约100～200米，当电压9V时约300～500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700～800米，发射功率约500毫瓦。
当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。
这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。
天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少，这点需要开发时注意。
数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则发射模块将不能正常工作。
数据电平应接近数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。
发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。
模块的传输距离与调制信号频率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。
一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。
2.3.2手动控制
手动控制是系统的必要补充，当遥控器失灵或者接收控制部分的程序紊乱时，可通过手动控制面板上的控制按键控制窗帘的打开和闭合。
所以需要设计一个打开按键、一个闭合按键和一个停止键。
通过与单片机管脚连接的独立键盘，每次每当按下一个独立键盘，都会向单片机的管脚输送一个低电平。
单片机接收到这样一个信号后，通过已有程序的逻辑判断，向下面的执行部分发出相应的控制信号。
2.3.3输出部分
对于输出部分，本系统由TLP521-4光耦隔离，L298N电机控制芯片以及模拟窗帘部分组成，对于电机模块，本装置采用的是用L298N控制电机的运转。
由于单片机输出电流太小，不能有效作为电机的直接控制，电机的驱动电路，驱动芯片采用L298N，该芯片的输出引脚OUT1、OUT2与步进电机相连接,通过给单片机输出脉冲来间接控制电机各线圈的接通与切断。
2.3.4防过卷模块
这个窗帘是通过电机带动从上往下打开，所以这里需要设计两个霍尔传感器，一个设计在窗帘导轨的正上方，用于检测窗帘是否已完全关闭；另一个设计在窗帘槽的最下方，用于检测窗帘是否已完全打开，从而防止由于电机长时间通电而损坏。
本装置用到的霍尔传感器的介绍：
霍尔传感器是一种磁传感器。
用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。
霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。
霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。
霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示
图2—霍尔传感器
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。
霍尔传感器的特性
（1）线性型霍尔传感器的特性输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。
图3—线性特性
（2）开关型霍尔传感器的特性如图4所示，其中BOP为工作点“开”的磁感应强度，BRP为释放点“关”的磁感应强度。
当外加的磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。
Bop与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。
图4—开关特性
（3）“锁键型”（或称“锁存型”）开关型霍尔传感器，其特性如图5所示。
当磁感应强度超过动作点Bop时，传感器输出由高电平跃变为低电平，而在外磁场撤消后，其输出状态保持不变（即锁存状态），必须施加反向磁感应强度达到BRP时，才能使电平产生变化。
图5—闭锁性特性
本次所采用的是闭锁性的霍尔传感器，所以，通过将霍尔传感器至于床量的顶端和末端，是的当窗帘打开到最大点，闭合到最低点时，能够自动发送信号关闭电机。
2.3.5TLP521—4光耦隔离
为了防止电机工作是影响单片机的工作，所以用TLP521-4光耦做隔离
图表6—光耦隔离模块
2.3.6电机控制模块
电机控制是通过L298N来控制的。
电机的正反转都由L298N的不同输出来控制。
L298N的介绍：
L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V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，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。
10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA接控制使能端，控制电机的停转。
表1是L298N功能逻辑图。
In3，In4的逻辑图与表1相同。
由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。
同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。
ENA（B）
IN1（IN3）
IN2（IN4）
电机运行状况
H
H
L
正转
H
L
H
反转
H
同IN2（IN4）
同IN1（IN3）
快速停止
L
X
X
停止
表1L298N逻辑功能表
下图是其引脚图：
图7—L298N
图8—L298N控制电机
2.3.7窗帘控制
窗帘是由电机来控制的，电机的正、反方向转动和停止，实现了窗帘的拉开、关闭和停止。
窗帘是从上往下打开，所以这里设计了两个霍尔传感器用于检测窗帘是否已完全打开或关闭。
当窗帘位置超过边缘，则控制窗帘停止。
除此之外，窗帘的打开、关闭或停止都会有相应的指示灯来显示。
2.4单片机
本装置最重要的元件是AT89S52单片机，它为ATMEL所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flsah存储器。
（一）、AT89S52主要功能列举如下：
1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash
2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）
3、内部程序存储器（ROM）为8KB
4、内部数据存储器（RAM）为256字节
5、32个可编程I/O口线
6、8个中断向量源
7、三个16位定时器/计数器
8、三级加密程序存储器
9、全双工UART串行通道
（二）、AT89S52各引脚功能介绍：
图表9—AT89S52
VCC：
AT89S52电源正端输入，接+5V。
VSS：
电源地端。
XTAL1：
单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2：
系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。
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