基于51单片机的智能窗帘的研究与设计Word文档格式.doc

1、3.3 A/D转换电路103.4 步进电机电路11123.5 温度检测电路123.6 红外控制电路14第4章 程序分析设计184.1 主程序184.2 重要子程序设计18第5章 总结19参考文献20附录1 :原理图21附录 2 :部分子程序22 摘要自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。随着电子计算机技术和其他高技术的发展，自动

2、控制技术的水平越来越高，应用越来越广泛，作用越来越重要。尤其是在生产过程的自动化、工厂自动化、机器人技术、综合管理工程、航天工程、军事技术等领域，自动控制技术起到了关键作用。当然，在智能家居方面，自动控制技术有较好的发展前景。应用自动控制技术，将是家居环境更加智能化，人性化。针对家居环境采光及避光问题，自动窗帘控制系统将取代手动控制，更加人性化。本文综述了自动窗帘系统的设计与控制系统，介绍了设计制作一个完整的自动窗帘控制系统所需要做的理论分析，以及各环节功能的实现。自动窗帘控制系统核心是采用单片机AT89C51控制，其次采用感光传感器，红外控制电路，温度检测电路等外围电路。整个系统在各模块的配

3、合下实现半自动控制，自动控制等功能。该设计在理论层面上，以程序语言驱动各模块工作，实现了各模块的内在联系，应用层面上采用软件进行原理图设计和仿真。该自动窗帘系统硬件电路主要由光敏检测电路，红外控制电路，温度检测电路，步进电机驱动电路构成。该设计则主要讨论了自动窗帘系统的设计过程，硬件电路设计，软件调试过程，以及利用软件实现红外线遥控信号的编码及解码方式。通过本系统可以实现通过光照强度实现窗帘开关自动控制，通过温度检测电路实现窗帘开关自动控制，同时实现红外遥控的半自动控制。关键词：自动控制，自动窗帘，单片机，步进电机第1章 绪论1.1 系统设计的背景及意义智能家居以住宅为平台，兼备建筑、网络通信

4、、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，尽显便捷将家中的各种设备（如音视频设备、照明设备、窗帘控制、空调控制、网络家电等）通过家庭网络连接到一起。与普通家居相比，不仅具有传统的居住功能，提供安全舒适的家庭生活空间，还能提供全方位的信息交互功能，优化人们的生活方式。随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的时候，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。随着技术产业结构的调

5、整，生产工艺的飞速发展，人们的生活水平不断提高，家用电气逐渐普及。高精度、多功能、低功耗是现代科技发展的趋势。在这种趋势下，窗帘的数字化、智能化已经成为现代生产研究的主导设计方向。单片机在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了红外控制。结合感光系统和红外遥控系统的智能窗帘系统具有较好的发展前景。1.2 设计的基本内容本智能家居自动窗帘控制系统以STC89S51单片机为控制核心，由电源模块、光敏感应模块、温度监测模块、红外遥控模块等几个环节组成本系统的主要框架，与此同时可外扩一些其他的控制功能。系统可以实现对外界光线强度的实时监测，从而来控制窗帘的自动开启和关闭，并可对室内的温

6、度进行检测和显示，可由用户随时设定温度阈值，当实际的温度超过或低于设定温度后，通过窗帘的开闭，使室内的光线和温度达到一个较为理想的条件。为了更体现人性化，本设计通过红外线的发送和接收，可根据用户的意愿实现对窗帘开闭的远距离遥控。该设计主要分为以下几个章节：（1） 绪论：介绍介绍系统设计的背景及意义。（2） 总体方案设计：介绍自动窗帘控制系统总体方案，及总体结构设计。（3） 硬件系统分析：介绍主要硬件系统。（4） 软件分析：介绍软件设计。（5） 总结：对该设计的不足和扩展进行分析。1.3 实现的基本功能自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能：（1） 光照控制：根据光照强度值，通过感光器采集，自动打

7、开或关闭窗帘。即当早晨光照强度增强到设定值，通过感光器采集，单片机控制步进电机打开窗帘；当夜晚光照强度减弱到设定值，通过感光器采集，单片机控制步进电机关闭窗帘。（2） 温度控制：通过红外遥控器设定给定温度，通过温度监测系统，检测环境温度，当温度高于或低于给定值时，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。（3） 红外控制：当光照强度未达到设定值，手动操作红外遥控器，由红外接收系统接收信号，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。第2章 总体电路设计与原理说明2.1 方案介绍方案：基于光照检测及温度检测的自动控制原理框图如下：图 2-1 原理框图2.2总体方案设计自动窗帘控制系统总体方案的设计是基于满足设计要

8、求的前提下，根据理论上的可实现性和硬件电路的经济实用型，进行设计。本设计从人们对系统设计功能的需求出发，综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的整体框架，并且在整体功能实现的基础上，尽可能考虑系统的可扩展性。2.2.1 自动控制窗帘基本功能自动窗帘控制系统具有以下几个模块：（1） 感光控制模块：本模块首先通过光敏电阻在外界光线强度的变化下阻值的改变，使得输出电压发生变化。变化的电压信号传送到PFC8591八位的AD/DA转换芯片，将模拟量转化为数字量，进而输入到单片机处理器。经处理器的运算与处理，控制电机的正反转，达到窗帘开闭的目的。（2） 温度监测模块：模块通过温度传感器DS18B20

9、采集室内的温度值，经过单总线的传输方式将采集到的温度信号传送给单片机，并由LCD显示器显示当前的温度。其中，温度的阈值可由用户通过红外线来遥控设定。当室内温度超过或低于设定值时，伴随着着电机的正反转。（3） 红外遥控模块：本模块利用HT6221芯片组成的遥控器发射红外信号，接收头接收后先解码，并用液晶显示每个按键对应的用户码值。利用遥控器上的按键，软件中设置可供用户随时控制电机正反转的程序，实现可在任意时刻控制窗帘的打开和关闭。此处，红外遥控另外一个功能是在进入温度设定模式下设置初始的温度值，并可借用红外遥控外扩一些较为实用的家庭简单控制电路，为人们的日常生活带来方便。2.2.2 总体结构设计

10、系统设计的总体框图如下： 图2-2 总体框图第3章 硬件分析与设计3.1 单片机及相关电路设计3.1.1 89C51单片机概述AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要参数：（1） 片内震荡器和时钟电路（2） 4K字节可

11、编程闪烁存储器；（3） 128*8位内部RAM（4） 32可编程I/O线（5） 两个16位定时器/计数器（6） 5个中断源 （7） 全静态工作：0HZ-24MHZ（8） 低功耗闲置和掉电模式3.1.2 晶振电路图3-1 单片机内部晶振电路连接图单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。MCS-51系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元，决定单片机的工作速度。图4-3就是内部时钟工作方式的电路图，这是一种常用的方式。这种方式是外界振荡源，本设计就采用这种外接晶振的方法。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（C1 C2的值大

12、，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（C1 C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。C1 C2的值采用30pF。3.1.3 复位电路图3-2 复位电路在系统运行的过程中，有时可能对系统需要进行复位，为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路。如图4-2所示。这种电路的设计，在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在RST端就会出现一定时间的高电平信号，从而使单片机实现复位。3.1.4 显示电路按照电路图链接电路即可，需要说明的是在这个电路图中，LCD的第三脚VEE没有接，这个脚是控制屏幕对比度的。可以将电位器的两端分别接VCC和

13、GND，中间端接LCD的第三脚。图3-3 1602液晶电路3.2 光敏传感器电路光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻等。光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。图3-4 光敏传感器当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于

14、不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同，硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。3.3 A/D转换电路PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行IC总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个IC总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的址、控制和数据信号都是通过双线向IC总线以串行的方式进行传输。PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。PCF8591的最大转化速率由IC总线的最大速率决定。图3-5 A/D转换电路PCF8591 特性：单独供电；PCF8591的操作电压范围2.5V-6V；低待机电流；通过I2C总线串行输入/输出；PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址；PCF8591的采样率由I2C总线速率决定；4个模拟输入可编程为单端型或差分输入；自动增量频道选择；PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD；PCF8591内置跟踪保持电路；8-bit逐次逼近A/D转换器；通过1路模拟输出实现DAC增益。3.4 步进电机电路步进