推荐基于单片机的智能型家居窗帘控制电路的设计精.docx

1、推荐基于单片机的智能型家居窗帘控制电路的设计 精基于单片机的智能型家居窗帘控制电路的设计摘 要本文首先介绍了智能家居的基本知识及其应用前景，接着着重介绍了开发单片机控制的红外线遥控窗帘系统所用到的集成芯片STC89C52、L7805稳压芯片、LCD1602液晶显示屏、DS1302时钟芯片、AT24C02存储芯片、28BYJ_48步进电机、HS0038红外线接收电路等硬件的结构原理。本文采用分块的模式，对整个系统的硬件电路设计进行分析，分别给出了系统方案原理框图、电源电路、显示电路、时钟DS1302电路、外扩存储电路、电机控制电路、红外线接收电路，并对相应电路设计进行了相关的阐述。软件的编写思路

2、也是采用分块的模式，分别写出了LCD1602液晶显示程序、DS1302时钟芯片控制程序、时间调整与定时程序、步进电机控制程序、HS0038红外线解码程序、AT24C02控制程序、光控程序的编写思路，每一模块都画出了其方框图，一目了然。最后通过仿真调试，时钟，手动开关窗帘等控制方面的设计上基本达到了预期目的。当然，该系统在一些细节的设计上还需要不断的完善和改进。关键词：STC89C52RC单片机；DS1302时钟芯片；红外遥控；LCD1602；窗帘 Abstract At first, this paper introduces the basic knowledge of the smart

3、home and its application prospect, and then introduces the development of single-chip microputer control of infrared remote control curtain system used by the integrated chip STC89C52, L7805 voltage chip, LCD1602 LCD display, DS1302 clock chip, 28 byj_48 stepper motor,AT24C02 storage chip, HS0038 in

4、frared receiving circuit, etc. hardware structure principle,based on the block model, this paper give an analysis to the hardware circuit design of the whole system.It respectively presents the system principle block diagram, power supply circuit, display circuit, clock DS1302 circuit , outside enla

5、rge storage circuit , motor control circuit, infrared receiving circuit and gives a corresponding explanation of the related circuit design. Writing ideas of software adopt the block pattern too . They write down the pile thoughts of the LCD1602 LCD display program, DS1302 clock chip control procedu

6、res, time adjustment and timing, stepper motor control procedures, HS0038 infrared decoding procedures, AT24C02 control procedures . Every module draws the very block diagram ,which is clear at a glance . Finally,via simulation and debugging ,the design of the control aspects such as the clock , the

7、 manual switch curtain has basically reached the expected purpose . Of course , the system requires constant perfection and improvement on some detail designs .Key words：stc89c52rc singlechip；ds1302 clock chip；infrared remote control；lcd1602；curtain1 绪言1.1 课题背景随着时尚元素与家居生活的逐步融合，人们对于家居装饰也提出了更高的要求。谈到家居

8、装饰，窗帘所发挥的作用绝对是功不可没。现如今，通透的玻璃窗正在变成现代建筑设计中的流行元素。大阳台、外飘窗、阳光住宅开始成为一种时尚和高品质生活的体现。而对家居装饰起到点睛之笔的窗帘，也尤如一股势不可挡的旋风，吹遍家居卖场，吹进了百姓的家。 现在市场上的智能窗帘有如下特点：1.无线遥控;2.半自动手动控制;3.环境亮度控制;4.时间自动控制;5.电机工作鸣响提示和整点报时功能。这种简约风格的新型窗饰不仅仅是我们看风景的眼睛，也成为家居中一道美丽风景。在秋冬季节里，透过智能窗饰传来的浓浓暖意，让你更接近自然，从舒适到陶醉，十分妥帖的个性化“定制”对阳光的需求生活像是在旅行，惬意中带着情调。虽然遥

9、控自动窗帘系统在我国还刚刚兴起，但其发展前景广阔，推广和应用自动窗帘系统具有重要的现实意义。 1.2 课题的研究方向自动窗帘机的控制方式大体上有三种：声控、光控、时控，声控和遥控属于半自动类；而光控虽属全自动式，但因光敏器件的灵敏度，冬夏等不同季节的光照度的不同，以及人们对起闭窗帘在时间上的要求不同，而难以实施和普及。因此，时控式的全自动窗帘机便成了专业以及业余电子设计人员的热门课题。本电路设计利用价格相对便宜的单片机作为主要控制器件，通过步进电机的正反转模拟窗帘开启关闭，实现以下功能：1无线遥控功能；2半手动控制功能；3根据环境亮度自动控制功能；4定时控制功能。考虑到单片机IO口有限，比市场

10、上的少了正点报时功能。2 系统总体方案设计2.1 系统方案确定 根据任务书要求：1能根据时间定时开关窗帘；2能根据光的亮度自动开关窗帘；3能用红外遥控器控制窗帘开启关闭；为满足上述要求，确定的方案原理图图2.1如下： 图2.1 系统方案原理框图按键模块除了定时外，还可在遥控器失灵后手动控制，防止意外情况。2.2 模块器件选择为使基于单片机控制的红外线遥控系统在实际使用过程中具有较高的性能/价格比，所以对该系统的原器件作了精心挑选。按在实际工作中的作用，可分为以下几个部分：STC89C52RC单片机是整个电路的核心，它控制其它模块来完成各种复杂的操作；红外线一体化接受HS0038负责接受命令；芯

11、片DS1302负责时钟的运行及设置参数；AT24C02用来存储数据；LCD1602用来显示各种数据，包括实时时间、定时时间、电机运行状态等。下面重点说明下STC89C52RC单片机以及简单介绍下部分其他器件（其他器件会在相应电路中详细介绍）。2.2.1 STC89C52RC单片机STC89C52RC有很宽的工作电源电压，可为2.76V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。STC89C52RC工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电状态仅为20nA。引脚图如图2.2：图2.2 STC89C52RC引脚图 STC89C52RC的特点STC89C52RC与MCS-51系

12、列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容；片内有4k字节在线可重复编程快擦写程序存储器；全静态工作,工作范围:0Hz24MHz；三级程序存储器加密；1288位内部RAM；32位双向输入输出线；两个十六位定时器/计数器五个中断源,两级中断优先级；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电两种工作方式超强抗干扰:高抗静电(ESD保护),轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰；宽电压,不怕电源抖动；宽温度范围,-4085；禁止ALE输出;；超低功耗: 1掉电模式:典型功耗0.1A； 2空闲模式:典型功耗2mA； 3正常工作模式:典型功耗4mA-7mA； 4掉电模式可由外部中断唤醒,适用于电池供电系统,如水表、气表、便

13、携设备等. STC89C52RC的引脚1电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端； 2时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3控制线:控制线共有4根： ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址 PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。 PSEN:外ROM读选通信号。 RST/VPD:复位/备用电源。 RST（Reset）功能：复位信号输入端。 VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。 EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 EA功

14、能：内外ROM选择端。 Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。 4I/O口线：P0、P1、P2、P3共四个八位口。P0口是三态双向口，通称数据总线口，因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地图1址。由于是分时输出,故应在外部加锁存器将此地址数据锁存，地址锁存,信号用ALE。P1口是专门供用户使用的I/O口,是准双向口。P2口是从系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时,P2口也可以作为用户I/O口线使用,P2口也是准双向口。P3口是双功能口,该口的每一位均可独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为

15、第一功能使用时操作同P1口。P3口的第二功能如表2.1所示。表2.1 P3口第二功能端口引脚各个功能P3.0RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2_INT0(外部中断0请求输入端，低电平有效)P3.3_INT1(外部中断1请求输入端，低电平有效)P3.4T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）P3.5T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）P3.6_WR(外部数据存储器写选通信号输入端,低电平有效)P3.7_RD（外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效）2.2.2 LCD1602液晶显示屏 LCD1602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

16、点阵型液晶模块。它由若干个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，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD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）。2.2.3 DS1302时钟芯片 DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发

17、方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。3 系统硬件电路设计3.1 单片机时钟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1.2MHz24MHz之间选取。C2、C3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=1/12 S；机器

18、周期=1 S；指令周期=14 S；XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。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。即用来连接STC89C52RC片内OSC的定时反馈回路。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STC89C52RC片内的OSC电路按石英晶振相同

19、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C2和C3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。如图3.1所示.图3.1 单片机时钟电路3.2 单片机复位电路单片机在开机时都需要复位，以便中央处理CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲（2个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位，如图3.2所示。图3.2 单片机复位电路3.3 电源电路通过220V

20、转12V变压器输入，再经桥式整流电路后，输入直流12V电压。C1、C2是12伏的电源滤波电容，大电容C1旁边并联一个小电容的目的是降低高频内阻，因为大的电解电容一般采用卷绕工艺制造，所以等效电感较大，小电容可以提供一个小内阻的高频通道，降低电源全频带内阻。之后经过3端集成稳压芯片LM7805稳压后输出+5V电压VCC,为步进电机电路、红外接收电路、显示电路、时钟芯片提供电源，5V电源经过二极管D5、限流电阻R1=5K后，为DS1302提供VDD电压，BATTERY是直流供电电源，电压为3V左右,在本电路中为了节省成本，使用两节5号可充电电池。市电正常的情况下，VDD电源为DS1302供电的同时

21、，也为电池充电，从而延长电池的使用寿命，当市电停电的时候，电池为DS1302供电，DS1302在掉电状态下维持时钟的正常，如图3.3所示。图3.3 电源电路3.4 显示电路显示电路设计采用的是液晶LCD1602(仿真时用LM016L代替)来显示实时时间、步进电机运行状态等内容。由于P0口带负载能力差，故需接上拉电阻（这里用1K的排阻），P0口作为数据口连接LCD1602的714口，来传输数据及指令。P2.5接LCD1602的4脚RS（数据/命令选择端），P2.6接LCD1602的5脚R/W（读写选择端），P2.7接LCD1602的6脚E（使能信号）。电位器RV1用来调节LCD1602的亮度，如

22、图3.4所示。图3.4 LCD1602显示电路3.4.1 LCD1602管脚介绍 1602共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：RS(数据命令选择端4脚),R/W（读写选择端5脚）,E（使能信号6脚）;以后编程便主要围绕这三个管脚展开进行初始化，写命令，写数据。以下具体阐述这三个管脚：RS为寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。R/W为读写选择，高电平进行读操作，低电平进行写操作。E端为使能端，后面和时序联系在一起。 除此外，D0D7（714脚）分别为8位双向数据线，第1脚：VSS为地电源；第2脚：VDD接5V正电源；第3脚：液晶显示偏压。3.4.2 LCD1

23、602操作时序 表3.1 操作时序RSR/W操作说明00写入指令码到D0D701读从D0D7输出的状态字10写数据到D0D711从D0D7读数据3.4.3 LCD1602指令集 0x38 设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口； 0x01 清屏； 0x0f 开显示，显示光标，光标闪烁； 0x08 只开显示； 0x0e 开显示，显示光标，光标不闪烁； 0x0c 开显示，不显示光标； 0x06 地址+1，当写入数据的时候光标右移； 0x02 地址计数器AC=0（此时地址为0x80），光标归原点，但是DDRAM中内容不变； 0x18 光标和显示一起向左移动； 3.5 DS1302时钟电路本电路采

24、用DS1302时钟芯片（DS1302主要特点是采用串行数据传输），采用32768Hz晶振，两个电源Vcc1及Vcc2接电源VDD，这样如果没有交流电的供电也可以由可充电电池供电，起了掉电保护，防止实时时间数据丢失。2脚X1（晶振引脚）及3脚X2（晶振引脚）接32786Hz的晶振，晶振旁接两个6pf的起振电容，5脚RST（复位引脚）与单片机的P1.7相连，6脚I/O(数据输入输出引脚)与单片机的P1.6相连，7脚CLK（串行时钟输入引脚）与单片机的P1.5相连，如图3.5所示。图3.5 DS1302时钟电路3.5.1 DS1302简介DSl302是美国Dallas公司生产的一种串行实时时钟/日历

25、芯片，以串行方式与单片机进行数据传送，它能够向单片机提供：秒、分、时、日、月、年、及星期等实时时间信息，并能够对闰年天数自动调整，日历有效至2100年。DSl302由双电源中较大者供电，使系统在没有主电源的情况下也能保持时钟的连续运行。片内具有31个字节静态RAM，可用来保存重要数据。DSl302具有引脚少、体积小、价格低等优点，得到了广泛应用。本文对其进行详细分析和阐述并在分析其时序的基础上给出了DSl302与单片机连接的接口电路和通讯子程序。3.5.2 DS1302芯片引脚DS1302的引脚功能描述如表3.2所示：表3.2 DS1302引脚描述引脚号名称说明引脚号名称说明1Vcc2备用电源

26、引脚5CE复位引脚2X1晶振引脚6I/O串行输入输出引脚3X2晶振引脚7SCLK串行时钟输入引脚4GND电源地引脚8Vcc1主电源引脚 3.5.3 DS1302内部寄存器DS1302串行实时时钟芯片主要由移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟及31个字节RAM组成,其内部结构如表3.3所示。数据传送前，必须把置为高电平且把提供地址和命令信息的8位字节装入到移位寄存器。在进行单字节传送或多字节传送时，开始的8位命令字节用于指定40个字节(31个字节RAM和9个字节时钟寄存器)中哪个将被访问。表3.3 DS1302内部寄存器 寄存器名命令字 取值范围各位内容写读76543210秒寄存器80H81H

27、00-59CH10SECSEC分钟寄存器82H83H00-59010MINMIN小时寄存器84H85H01-12或00-2312/240A/MHRHR日期寄存器86H87H01-28,29,30,310010DATEDATE月份寄存器88H89H01-1200010MMONTH周日寄存器8AH8BH01-1200000DAY年份寄存器8CH8DH00-9910 YEARYEAR从上面可以看出，DS1302的寄存器存的是BCD码，用的时候要转换回十进制码。3.5.4 DS1302数据传输方式对DS1302 进行任何数据传送时, 第一个数据字节必须是命令字节, 格式如表3.4所示, 其最高有效位M

28、SB (位7) 必须为逻辑1。如果它是零, 禁止写DS1302。位6为逻辑0 时指定传送时钟/日历数据; 逻辑1指定传送RAM数据。位1至5 指定进行输入或输出的特定寄存器的地址。最低有效位LSB (位0)为逻辑0 时指定时进行写操作(输入) ; 逻辑1指定进行读操作(输出)。命令字节总是从最低有效LSB (位0) 开始输入07。表3.4 命令字1RAM _ CKA4A3A2A1A0RD _ WR3.6 AT24C02数据存储电路本电路采用AT24C02芯片，AT24C02支持I2C协议（一种总线数据传送协议），总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器

29、。数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。A0、A1、A2接地表示该器件的地址为00H，SCK接单片机的P1.0脚，SDA接单片机的P1.1脚，如图3.6所示。图3.6 AT24C02数据存储电路3.6.1 AT24C02简介CAT24WC02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗。CAT24WC01有一个8 字节页写缓冲器，CAT24WC02/04/08/16有一个16字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作有一个专门的写保护功能。3.6.2 AT24C02芯片引脚 AT2

30、4C02引脚描述如表3.5所示：表3.5 AT24C02引脚描述引脚名称功能描述A0，A1，A2器件地址选择SDA串行数据/地址SCL串行时钟WP写保护Vcc+1.8V6.0V工作电压Vss电源地SCL 串行时钟：AT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。SDA 串行数据/地址：AT24C02 双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）。A0、A1、A2 器件地址输入端：这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02 时最大可级联8个器件。如果只有一个AT24C02被总线寻址，这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）可悬空或连接到Vss，如果只有一个AT24C02 被总线寻址这三个地址输入脚（A0、A1、A2 ）必须连接到Vss。WP