《单片机应用与仿真训练》设计报告基于单片机的遥控窗帘课程设计.docx

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《单片机应用与仿真训练》设计报告基于单片机的遥控窗帘课程设计

河南理工大学

《单片机应用与仿真训练》设计报告

基于单片机的遥控窗帘设计

摘要

本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用8位的AT89S52单片机做控制器，程序采用C语言编程。

利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。

直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。

用单片机控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。

无线遥控模块是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。

利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。

关键词：

单片机、直流电机、L298N、光耦、无线遥控、霍尔传感器

目录

1概述4

1．1单片机发展应用背景4

1．2基于单片机的遥控窗帘设计的基本要求4

1．3智能遥控窗帘的构架框图5

2系统总体方案及硬件设计6

2．1自动窗帘总体设计方案6

2．2按键控制模块6

2．3无线遥控模块7

2．4驱动模块8

2．5霍尔传感器测量模块10

3Proteus软件仿真11

3．1驱动模块的仿真12

3．2仿真结果14

4课程设计体会15

参考文献16

附1源程序代码17

附2系统原理图20

1概述

1．1单片机发展应用背景

当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。

其中单片机问世不久，然而体积小、廉价、功能强，其销售额每年近80%的速度增长。

它的性能不断提高，适用范围越来越宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。

近几年来，随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，城市建设步伐的加快，一栋栋居民楼、写字楼、宾馆拔地而起。

进入寻常百姓的家用电器品种与数量愈来愈多，这些家用电器有的能减轻人们的家务、有的能丰富人们的文娱生活，有的则能提高人们的生活质量……

为了进一步满足人们高水准生活的需要，家用电器产品性能也在不断的更新挽代，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。

与此同时，窗帘作为装修业不可缺少的一部分，也日益火爆起来，目前，常用的窗帘轨道都是钢丝绳手拉式或滑轮式，只有一部分高收入的家庭采用是电动遥控轨道。

但价格相当昂贵，不能普及。

所以设计的目标就是实现功能全、造价省。

能够进入大众生活。

一款使用微电脑管理的、红外遥控器控制的多功能窗帘，控制器符合当今的发展趋势。

该窗帘控制器采用AT89S52单片机的最小系统设计，控制一个直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。

1．2基于单片机的遥控窗帘设计的基本要求

采用两人一组进行设计，共同协作完成设计：

（1）首先按设计题目要求制订方案。

（2）设计出硬件原理图。

（3）焊接电路。

（4）对设计的硬件、软件调试，直至正确地实现系统功能。

设计系统的功能目标：

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。

我们的设计目标是以以上设计为基础，尽量设计出实用美观的硬件电路，以及智能化、人性化的程序。

使我们的设计总体上更贴近于实际应用，综合性能和工艺造价符合实际应用的要求。

1．3智能遥控窗帘的构架框图

以AT89S51为控制器，程序采用C语言编程。

利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。

直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。

用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。

而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。

利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。

系统分为遥控模块、驱动模块、霍尔传感器测量模块、按键控制四个大的模块，他们的关系如下图所示：

2．系统总体方案及硬件设计

2．1自动窗帘总体设计方案

本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用8位的AT89S52单片机做控制器，程序采用C语言编程。

利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。

直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。

用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。

这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。

无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。

利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。

2．2按键控制模块

对应于硬件电路，从上到下。

按键分别为K1表示按键作为外部中断0的触发脉冲、K2表示外部中断1的触发脉冲和K3表示P10按键停止。

作为一个独立的模块，按键能实现执行电机正转、反转、停止的功能。

其中，按键K1（外部中断0的触发脉冲）按下后，程序执行外部中断0的中断服务程序。

按键K2（外部中断1的触发脉冲）按下后，程序执行外部中断1的中断服务程序。

按键K3（对应于P10口）按下后，电机即停止正转或者反转，也即停止窗帘的移动。

2、3无线遥控模块

无线遥控模块采用PT2262/PT2272编码解码芯片做成的无线发送接受模块。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2262/PT2272特点：

（a）、CMOS工艺制造，低功耗

（b）、外部元器件少

（c）、RC振荡电阻

（d）、工作电压范围宽：

2。

6-15v

（e）、数据最多可达6位

（f）、地址码最多可达531441种

在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：

悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。

当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。

用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。

使用过程中，我们将GND端接地，Vss接+5V电源，D0、D1、D2、D3分别引到单片机的引脚上，VT不用悬空。

当遥控发送模块按下按键A时，可以用万用表测得D0对应的引脚由低电平翻转为高电平。

同样地，当遥控发送模块按下按键B时，可以用万用表测得D1对应的引脚由低电平翻转为高电平。

当遥控发送模块按下按键C时，可以用万用表测得D2对应的引脚由低电平翻转为高电平。

当遥控发送模块按下按键D时，可以用万用表测得D3对应的引脚由低电平翻转为高电平。

我们可以根据电平的变化，来控制相关模块。

2.4驱动模块

恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298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。

5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。

EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

表1是L298N功能逻辑图。

（1）虚线框图1控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，VI来自炉体压强传感器的电压。

当VI＞VRBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。

同理VI＜VRBF1时，电机反转。

电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。

（2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双限比较器，当VB＜VI＜VA时输出低电平，当VI＞VA，VI＜VB时输出高电平。

VA，VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。

根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB的值，只要炉体压强在VA，VB所确定范围之间电机停转（注意VB＜VRBF1＜VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。

（3）虚线框图3是一个长延时电路。

U5A是一个比较器，Rs1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。

Rs1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。

由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。

当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]：

U＝CeФN＋RaIa

其中:

Ф为电机每极磁通量；　Ce为电动势常数；N为电机转数；Ia为电枢电流；Ra电枢回路电阻。

电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。

但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。

长延时电路可把这两种状态区分出来。

长延时电路工作原理：

当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。

当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3VCC，555电路复位，输出低电平。

电机启动时间一般小于0．8s，C1充电时间一般为0．8～1s。

U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。

如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。

长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。

下图是其引脚图：

1、15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。

在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。

上图是其与51单片机连接的电路图。

应用时，我们将Vss和Vs引脚都接+5V。

用ENA选择使用第一组输入IN1、IN2。

GND和SENSEA和SENSEB接地。

IN1、IN2从光耦的发射极引出。

Output1和Output2受IN1和IN2的控制，做输出端控制直流电机正转、反转、停止。

2.5霍尔传感器测量模块

根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁场的测量，大量的还是以磁场为工作媒体，将物体的多种运动参量转变为电压输出，因而在自动控制、各种物理量的测量中得到了大量的应用。

集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成，根据不同应用的需要，有的还加温度补偿电路、稳压电源或施密特触发器及开关电路等，加了不同附加器件后其应用和特性各不相同。

集成霍尔传感器的特点是:

体积小、频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用寿命长及价格低廉。

器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性关系。

如SS95A系列和MLX90215系列，运用此类器件时，只要选取适当的小磁钢，就可将与小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。

当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，称此为“开”状态。

反之，当磁场减小到释放点（Brp）时，门电路输出端截止，则由低电平变为高电平，称为“关”状态。

常见的霍尔开关有UGN3109、A44E和US5881。

由于该传感器只对一定强度的磁场起作用，抗干扰能力强，因而应用广泛。

当磁场超过工作点时，其输出导通为低电平，而当磁场变小乃至完全撤消后，其输出状态保持不变，必须施加一个反向磁场，才能达到释放点，输出截止转为高电平，可见具有锁存记忆功能。

常见的集成霍尔锁存器有UGN3075和US1881。

US1881有两种封装形式：

当磁钢从霍尔传感器的前面重复消磁、励磁的过程中，其OUT端会输出一个电平变化信号，作为计数器T0的外部脉冲。

整个系统也就是根据霍尔传感器和磁钢一起用产生外部脉冲，使得T0计数的这个特性来实现窗帘的防过卷功能的。

是整个设计的关键点之一，使用它可以实现窗帘的智能化。

3．Proteus软件仿真

3．1驱动模块的仿真

仿真程序

#include

#defineuintunsignedint

sbitP10=P1^0;

sbitP14=P1^4;

sbitP15=P1^5;

sbitAK=P0^0;

sbitBK=P0^1;

sbitCK=P0^2;

sbitP11=P1^1;

sbitIN1=P2^0;

sbitIN2=P2^1;

voidMotor_zheng（）

{

IN1=1;

IN2=0;

}

voidMotor_fan（）

{

IN1=0;

IN2=1;

}

voidMotor_ting（）

{

IN1=1;

IN2=1;

}

voiddelay（uintz）

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

voidkey（）

{

if（P14==0）

{

delay（10）;

if（P14==0）

{

while（!

P14）;

Motor_zheng（）;

}

}

if（P15==0）

{

delay（10）;

if（P15==0）

{

while（!

P15）;

Motor_fan（）;

}

}

if（P10==0）

{

delay（10）;

if（P10==0）

{

while（!

P10）;

Motor_ting（）;

}

}

}

voidmain（void）

{

EA=1;

EX0=1;

while

（1）//PWM周期100，高电平100-PWM_T，低电平PWM_T,低电平工作

{

delay

（2）;

key（）;

if（（AK==1|P14==0）&&（P10==1&&CK==0&&P11==1））

{

Motor_zheng（）;

delay

（2）;

}

if（（BK==1|P15==0）&&（P10==1&&CK==0&&P11==1））

{

Motor_fan（）;

delay

（2）;

}

if（（P10==0）||（CK==1）||（P11==0））

{

Motor_ting（）;

delay

（2）;

}

}

}

3.2仿真结果

按键K2，电机正转，按键K3，电机反转，按键K1，电机停止。

4．课程设计体会

通过这次单片机课程设计，我们真的是受益匪浅，动手能力和合作能力都得到了一定的培养，要感谢领导和老师们为我们提供的这次宝贵的实践机。

在这次设计过程中，第一次接触实物，硬件的设计跟焊接都要我们自己动手，软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想和要求运行起来。

当然，这其中也有很多的问题。

第一，不够细心比如由于粗心大意焊错了线，由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。

第二，是在学习态度上，这次课程设计是对我们的学习态度的一次检验。

对于这次单片机综合课程设计，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。

我们这次设计所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。

第三，在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力和决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。

本次课程设计虽然取得了一定的收获，但是在很多方面还是有待于进一步改进和完善的。

遥控器C键不灵敏，必须靠近接收模块的天线，才能接受到信号。

本次设计没有光控电路，如果再加上一个光控电路，在光线较暗的时候能自动开窗帘，二而在光线较强的时候能够自动关窗帘，那这个设计将会更加完善。

通过这次单片机课程设计，我们加深了对单片机理论的理解，将理论很好的应用到实际当中去。

参考文献

[1]、单片机原理与应用技术。

中国矿业大学出版社作者：

余发山王福忠

[2]、21IC电子网。

[3]、单片机----PIC学习网。

[4]、XX搜索。

[5]、单片机学习网。

[6]彭伟单片机C语言程序设计实训100例.2009

[7]康华光.电子技术基础—模拟部分2005

[8]丁元杰.单片微机原理及应用,2003年7月.

[9]徐福成,赵会成.电子制作,2004年合订本上,自己动手搭建单片机学习开发系统.2008

[10]李光飞,楼然苗,胡佳文等.单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社.2004

附1源程序代码

#include

#defineuintunsignedint

sbitP10=P1^0;

sbitP14=P1^4;

sbitP15=P1^5;

sbitAK=P0^0;

sbitBK=P0^1;

sbitCK=P0^2;

sbitP11=P1^1;

sbitIN1=P2^0;

sbitIN2=P2^1;

voidMotor_zheng（）

{

IN1=1;

IN2=0;

}

voidMotor_fan（）

{

IN1=0;

IN2=1;

}

voidMotor_ting（）

{

IN1=1;

IN2=1;

}

voiddelay（uintz）

{

uintx,y;

for（x=z;x>0;x--）

for（y=110;y>0;y--）;

}

voidkey（）

{

if（P14==0）

{

delay（10）;

if（P14==0）

{

while（!

P14）;

Motor_zheng（）;

}

}

if（P15==0）

{

delay（10）;

if（P15==0）

{

while（!

P15）;

Motor_fan（）;

}

}

if（P10==0）

{

delay（10）;

if（P10==0）

{

while（!

P10）;

Motor_ting（）;

}

}

}

voidmain（void）

{

EA=1;

EX0=1;

while

（1）//PWM周期100，高电平100-PWM_T，低电平PWM_T,低电平工作

{

delay

（2）;

key（）;

if（（AK==1|P14==0）&&（P10==1&&CK==0&&P11==1））

{

Motor_zheng（）;

delay

（2）;

}

if（（BK==1|P15==0）&&（P10==1&&CK==0&&P11==1））

{

Motor_fan（）;

delay

（2）;

}

if（（P10==0）||（CK==1）||（P11==0））

{

Motor_tin