智能窗帘控制系统得设计说明.docx

1、智能窗帘控制系统得设计说明信息与控制工程学院硬件课程设计说明书智能窗帘控制系统的设计学生学号： 09580136 学生： 虎 专业班级： 电气 0901 指导教师： 于军 职 称： 副教授 起止日期： 2012.3.52012.3.24 化工学院Jilin Institute of Chemical Technology课程设计任务书一、设计题目：智能窗帘控制系统的设计二、设计目的：1掌握STC89C52单片机最小系统与接口电路的设计；2熟练掌握单片机的编程方法；3掌握利用Keil进行软件仿真编程与程序下载的方法。三、设计任务与要求：设计并实现智能窗帘的控制系统。该系统的基本功能有：1具有室温

2、度的测量与显示功能；2具有根据光的强弱控制窗帘的位置。；四、设计时间与进度安排：设计时间共三周（2012.03.052012.03.23）,具体安排如下表：周安排设 计 容设计时间第一周设计单片机最小系统和外围电路的原理图，学习单片机开发工具Keil的使用，绘制设计电路原理图。2012.03.052012.03.09第二周按照原理图焊接电路板，学习单片机对各模块的编程驱动方法以与掌握利用Keil进行编程，学习对单片各模块功能程序的调试和整合。2012.03.122012.03.16第三周硬件下载并调试程序实现智能窗帘控制系统的基本功能。完成并提交硬件设计作品与硬件课程设计说明书，课程设计答辩。

3、2012.03.192012.03.23五、指导教师评语与学生成绩指导教师评语:年 月 日成绩指导教师(签字):第1章 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，为毕业设计（论文）奠定基础。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与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的工作作风。第2章 总体电路设计与其原理说明2.1 方案选

4、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）基于温度检测以与温度显示功能功能（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与液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。本次课程设计采用温度采集和光照检测元件，通过光照强度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室的温度影响。2.2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

5、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。2.2.1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与遮蔽等。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

6、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与定时等开关窗帘，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。2.2.2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2-2所示。图2-2 智能窗帘控制原理图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

7、示模块是用来显示自动窗帘控制器的各种状态。第3章 单片机基础3.1 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，置4KB EEPROM，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

8、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。 STC89C52RC单片机: 8K字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 带4K字节EEPROM存储空间; 可直接使用串口下载； AT89S52单片机: 8K字节程序存储空间； 256字节数据存储空间； 没有带EEPROM存储空间; 其引脚图如图3-1所示图3-1 STC 89C52 引脚图3.2 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

9、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。图3-2是单片机的晶振电路。片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。片振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF100pF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。在单片机部，接至上振荡器的反相放大器的输出端。采用外

10、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片的OSC电路按石英晶振一样频率自激振荡。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

11、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3-2所示：图3-2 单片机晶振电路图3.3 复位电路复位是单片机的初始化操作，只需要给89C52的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使89C52复位。复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST脚为高电平，使89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动。图3-3是复位电路图。图3-3 单片机复位电路图第4章 硬件电路设计4.1电源电路三端集成稳压器

12、LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。用LM78LM79系列三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路部还有过流、过热与调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。其部结构图如图4-1所示。图4-1 LM7805部示意图单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图3-1是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机。其电路如图4-2所示：图4-2 电源电路图4.2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

13、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

14、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

15、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4-3所示：图4-3电机电路与单片机的连接4.3 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

16、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围和精度有关，系统精度涉与的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以与输出电路等。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

17、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）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

18、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

19、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

20、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4-3所示。图4-3 光强检测电路4.4 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

21、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

22、，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714脚：D0D7为8位双向数据线。 第1516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714引脚分别与单片机的P0.0P0.7相连接，第16引脚与Vcc相连。STC 89C52与LCD1602连接如图4-4所示。图4-4 LCD1602显示电路第5章 系统软件设计5.1 KELL开发平台5.1.1 KELL软件简介KeiluVision是美国Keil Software公司出品的51系列兼

23、容单片机C语言软件开发系统，于汇编相比，C语言在功能上、结构性、可续性、可维护上有明显的优势，因而易学易用。 KeiluVision软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeiluVision生成的目标的效率代码非常之高。多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件是更能体现高级语言的优势。KeiluVision提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理器和一个功能强大的仿真调试器等在的完整的开发方案。运行KeiluVision软件需要PENTIUM或以上的CPU，16MB或更多的RAM，20

24、MB以上的空闲的硬盘空间，WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。5.1.2 KELL软件的使用方法启动Keil C51，进入编辑界面。1)建立一个新工程，单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中New Project选项。2)然后选择你要保存的路径,输入工程文件的名字,比如保存到C51目录里,工程文件的名字为C51，,然后点击保存.3)这时会弹出一个对话框,要求你选择单片机的型号,你可以根据你使用的单片机来选择,keil c51几乎支持所有的51核的单片机,我这里还是以大家用的比较多的Atmel 的89C51来说明,选择89C51之后,右边栏是对这个单片机的基本的说明,

25、然后点击确定.4）完成上一步后，开始编写程序。单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项。此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但应首先保存该空白的文件，单击菜单上的“File”，在下拉菜单中选中“Save As”选项单击，屏幕如下图所示，在“文件名”栏右侧的编辑框中，键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名。注意，如果用语言编写程序，则扩展名为(.c)；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为(.asm)。然后，单击“保存”按钮。5）回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“”号，然后在“Source Group 1”上单击右键，弹出菜单，然后单击“A

26、dd File to Group Source Group 1”6）选中Test.c，然后单击“Add ”7）输入程序8）单击“Project”菜单，再在下拉菜单中单击“Built Target”选项（或者使用快捷键F7），编译成功后，再单击“Project”菜单，在下拉菜单中单击“Start/Stop Debug Session”（或者使用快捷键Ctrl+F59）9)调试程序:，单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Go”选项，（或者使用快捷键F5），然后再单击“Debug”菜单，在下拉菜单中单击“Stop Running”选项（或者使用快捷键Esc）；再单击“View”菜单，再在下拉菜

27、单中单击“Serial Windows #1”选项，就可以看到程序运行后的结果。（10）最后，把程序下载到单片机中。结 论 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与软件设计。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，并且应用了按键以与显示电路。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AD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

28、阻的良好感光性以与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、设计以与完善等。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与软件进行设计，并用相关软件进行仿真设计。最后，对设计容进一步修缮，以求达到最佳设计结果。虽然设计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与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

29、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。在和同学以与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，由于经验的缺乏以与知识的局限性，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。在论文完稿之际，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意和最衷心的祝福！参考文献1 毅刚，单片机原理与应用 高等教育，20032

30、 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.高等教育,2003.3 胡汉才，单片机原理与接口技术.:清华大学，2004.4 江思敏，胡荣.Protel电路设计教程.:清华大学，2002.5 全利，迟荣强.单片机原理与接口技术.:高等教育，2001.6 程学先，林珊，程传慧.汇编语言程序设计.:机械工业，2005.7 王建校，建国.51系列单片机与C51程序设计.:科学，2002.8 王幸之，AT89系列单片机原理.：航空航天大学 20049 阎石 ，数字电子技术基础.:高等教育,1998.附录一：系统原理图附录二：智能窗帘控制系统程序#include#include#include#define ui

31、nt unsigned int#define uchar unsigned charuint i,j,x,shu,dat,t0,c,p,q;uchar table= ,adc0832();unsigned char th,tl,t;unsigned int a=0,b=0,n=0,m=0,cont;sbit dq = P15;sbit RS = P36;sbit RW = P37; sbit E = P27; sbit CS = P32;sbit CLK= P30;sbit DO = P31;sbit IN1= P10;sbit IN2= P11;void delay(uint z) uint x,y; for( x=100;x0;x-) for(y=z;y0;y-) ;/*18b20初始化（负脉冲）*/void delay_1820(uint i) while(i-) ;void init_1820