智能窗簾報(bào)告綜述

1、徐解騫發(fā)Hefei University2015年合肥學(xué)院電子設(shè)計(jì)競賽項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱：智能臥室窗簾系統(tǒng)作者姓名：梁波 1205022039 12 通信（二）班毛會磊 1205022002 12通信（二）班朱春松 13050110松13電子（一）班指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：2015 年3月16日摘要本電路根據(jù)辦公和生活環(huán)境需要，采用AT89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)，利用P3 口的特殊功能與 P1 口的空閑模式和掉電模式，根據(jù)其不同控制模式，實(shí)現(xiàn)半自動控制、自動控制、定時(shí)控制的相互轉(zhuǎn)換控制窗簾機(jī)。該設(shè)計(jì)包括光電開關(guān)電路、系統(tǒng)主控模塊、電源轉(zhuǎn)換電路、保護(hù)電路等組成，可實(shí)現(xiàn)窗簾自動升降。關(guān)鍵詞單片機(jī)；定時(shí)控制

2、；光電開關(guān)；步進(jìn)電機(jī)21 引言 41.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景及意義 41.2 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 41.3 設(shè)計(jì)思想及基本功能 52總體電路設(shè)計(jì)與原理說明 62.1 方案選取 62.2 方案介紹 72.2.1 自動控制窗簾基本功能 82.2.2 控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 83系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 103.1 89C51 單片機(jī)及相關(guān)電路 103.1.1 89C51單片機(jī)概述 103.1.2 晶振電路 103.1.3 復(fù)位電路 113.1.4 顯示電路 123.2 光敏傳感器電路 143.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路 153.4 步進(jìn)電機(jī)電路 153.5 鍵盤接口電路 163.6 紅外控制電路 174系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1

3、 主程序軟件設(shè)計(jì) 204.2 光控電機(jī)程序設(shè)計(jì) 214.3 LCD1602 顯示程序設(shè)計(jì) 224.4 光照采集程序設(shè)計(jì) 225總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25附錄 1 :原理圖 26附錄2:部分子程序 271引言1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景及意義當(dāng)今時(shí)代，科技的發(fā)展和人們生活水平顯著提高，人們對居住環(huán)境方便快捷的要求越來越高，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能家居是現(xiàn)代電子技術(shù)、 通訊技術(shù)及自動化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著高新技術(shù)及電子器件的發(fā)展，光控、溫控及遙控窗簾應(yīng)運(yùn)而生，給人們生活帶來很多方便。同時(shí)，也為人們的生活環(huán)境及智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)，為此，研究和設(shè)計(jì)智能窗簾控制系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。窗簾機(jī)的控制方式

4、大體上有三種：聲 控、光控、時(shí)控，聲控和遙控屬于半自動類而光控雖屬全自動式，但因光 敏器件的靈敏度，冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對開閉窗簾 在時(shí)間上的要求不同，而難以實(shí)施和普及。因此，設(shè)計(jì)一款價(jià)格低廉，結(jié) 構(gòu)簡單，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)紅外線遙控控制、時(shí)間控制、手 動控制三種功能的為一體的智能窗簾，具有十分重要的意義。在歐美等發(fā)達(dá)國家，電動窗簾已經(jīng)廣泛應(yīng)用。在十多 年前，電動窗簾就已經(jīng)進(jìn)入我國，可一直沒有大的推廣，這兩年，隨著電控技術(shù)的不斷提高及價(jià)格的不斷下降，電動窗簾熱才又卷土重來。據(jù)了解，全國共有170多種電動窗簾器獲得 了國家專利，但就其技術(shù)本身而言，還是大同小異，但銷價(jià)

5、卻有了很大的差別，貴的要數(shù)千元，便宜的只有幾百元。盡管遙控自動窗簾系 統(tǒng)在國內(nèi)是一個新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢迅速崛起。遙 控自動窗簾系統(tǒng)走進(jìn)中國以來，再短短四年的時(shí)間里，遙控自動窗簾系統(tǒng) 生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè)，其行業(yè)發(fā)展之迅速是目前國內(nèi)任何其他行業(yè)所無法比擬的。目前，我國遙控自動窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)廠商、分銷商、集成商與裝飾公司都形成了相當(dāng)規(guī)模，不少國內(nèi)知名企 業(yè)紛紛涉足遙控自動窗簾系統(tǒng)行業(yè)。隨著自動窗簾熱潮在世界范圍內(nèi)的日漸興起，隨著中國電子技術(shù)的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高以及智 能電子技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用，自動窗簾已經(jīng)成為未來家居裝飾潮流發(fā)展的最新方向

6、。從目前的發(fā)展趨勢來看，在未來的 20年時(shí)間里，自動窗 簾行業(yè)將成為中國的主流行業(yè)之一，其市場的發(fā)展前景是非常廣闊的。1.2 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容本設(shè)計(jì)通過分析電動窗簾的發(fā)展和現(xiàn)狀來規(guī)劃電動窗簾的智能功能，從而對電動窗簾控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，以光敏電 阻作為傳感元件的傳感器作為檢測元件，89C51單片機(jī)作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，最終實(shí)現(xiàn)了電動窗簾控制器的多項(xiàng)智能項(xiàng)目。主要章節(jié)分為：(1)引言：介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景及意義，設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容。(2)總體設(shè)計(jì)方案：給出了電動窗簾控制器的總體方案設(shè)想，智能 項(xiàng)目，和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃。(3)軟件設(shè)計(jì)：選用選用匯編語言作為本次軟件設(shè)計(jì)的編程語言。

7、(4)總結(jié)與展望。1.3設(shè)計(jì)思想及基本功能該器具有一般的窗簾控制器的最基本的功能，即通過電動按鈕來開閉 窗簾，在此基本功能的前提下，本設(shè)計(jì)根據(jù)需求還設(shè)計(jì)了可以根據(jù)光照強(qiáng) 度和設(shè)定時(shí)間自動開閉窗簾的功能，在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面， 該器本著簡單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡化電路設(shè)計(jì)，用最簡單的電路布線 和選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。自動窗簾控制器具有以下幾個基本功能：1 .手動控制該功能使電動窗簾具有手動正傳、手動反轉(zhuǎn)和手動停止的功能。用戶可以通過遙控器對窗簾的開合進(jìn)行控制，避免了手動拉動窗簾的 麻煩。2 .半自動手動控制半自動手動控制是在需要關(guān)閉或打開窗簾的時(shí)候，只需要人工按一下 “正

8、轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按鍵后，窗簾到位自動停止。3 .光控調(diào)節(jié)功能當(dāng)用戶無暇顧及窗簾的開合程度時(shí)可以打開光控調(diào)節(jié)功能，窗簾的 關(guān)閉和開啟通過環(huán)境亮度自動完成窗簾的開啟或關(guān)閉操作控制，“天黑關(guān) 閉，天亮打開”單片機(jī)會自動獲取信息調(diào)節(jié)室內(nèi)光照強(qiáng)度，使室內(nèi)一直處 于舒適的光照環(huán)境。具有智能管理，不產(chǎn)生誤動作。4 .定時(shí)控制功能根據(jù)設(shè)置輸入的開啟或關(guān)閉時(shí)間，來控制窗簾的關(guān)閉和打開。窗簾的 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止功能可由單片機(jī)輸出電平來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí) 現(xiàn)。環(huán)境亮度的控制通過光敏電阻和運(yùn)放組成的電路來控制單片機(jī)輸出電 平繼而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。時(shí)間自動控制可以由定時(shí)器來控制。2總體電路設(shè)計(jì)與原理說明2.1方案

9、選取單片機(jī)在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利性得到了人們的好評，針對單片機(jī)控制的自動窗簾控制器的智能化要求，實(shí)現(xiàn)其自動控制的方案有兩種：方案（一）基于溫度檢測以及聲控檢測器件的自動控制方案（二）基于光照強(qiáng)度器件的自動控制這二個方案都是 基于單片機(jī)控制的，采用步進(jìn) 電機(jī)控制以及液晶 顯 示，不同的設(shè)計(jì)部分在于檢測器件的選取上。方案一的原理圖如圖一：圖1 方案（一）的原理框圜方案（二）的器框圖如圖2:37圖2方案（二）的原理框圖方案（一）與方案（二）的區(qū)別主要在于檢測器件的應(yīng)用，方案（一） 采用溫度采集和聲音檢測元件，通過設(shè)定的溫度來控制窗簾的開閉，以減 少

10、光照對室內(nèi)的溫度影響，利用聲音控制雖然方便性有所提高，但是其誤 差較大。方案（二）采用的時(shí)鐘模塊實(shí)用性更強(qiáng)。綜合考慮以上因素，器 設(shè)計(jì)采用方案（二）。2.2方案介紹方案：基于選 原理框圖如下紅外遙控模塊（ 7,鍵盤i照檢測的自動控制。光控模塊）L蜂鳴器單片機(jī)系統(tǒng)（ 、LCLCD顯示屏2.2.1 自動控制窗簾基本功能（1）手動控制：該功能使電動窗簾具有手動正傳、手動反轉(zhuǎn)和手動停止的功能。而且增加了工作狀態(tài)指示，電機(jī)工作在正傳、反轉(zhuǎn)和停止?fàn)顟B(tài) 的時(shí)候，數(shù)碼管均有不同工作狀態(tài)指示。（2）半自動手動控制：半自動手動控制是在需要關(guān)閉或打開窗簾的時(shí)候，只需要人工按一下“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”按鍵后，窗簾到位自動

11、停止。（3）環(huán)境亮度控制：窗簾的關(guān)閉和開啟通過環(huán)境亮度自動完成窗簾的開啟或關(guān)閉操作控制，“天黑關(guān)閉，天亮打開”具有智能管理，不產(chǎn)生誤動作。（4）時(shí)間自動控制：根據(jù)設(shè)置輸入的開啟或關(guān)閉時(shí)間，來控制窗簾的關(guān)閉和打開。窗簾的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止功能可由單片機(jī)輸出電平來控制步進(jìn)電機(jī)的 運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)。環(huán)境亮度的控制通過光敏電阻和運(yùn)放組成的電路來控制單片 機(jī)輸出電平繼而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。時(shí)間自動控制可以由定時(shí)器來控 制。2.2.2 控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動窗簾控制器設(shè)計(jì)的總體框圖如圖3所示：圖I 3電動窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖由光電傳感器來探測外界的光強(qiáng)，從傳感器出來的信號經(jīng)過信號調(diào)理 電路的放大,濾波調(diào)理后輸入到

12、A/D轉(zhuǎn)換器,A/D轉(zhuǎn)換器件完成一個轉(zhuǎn)換過程需要一定時(shí)間，如果在這段時(shí)間內(nèi)信號的幅度發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會 受到影響，所以期間要用到采樣保持電路。轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)控制器，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行與停止。顯示部件用來顯示電動窗簾控制器的各種狀態(tài) 信息。鍵盤是主要的輸入設(shè)備，控制單片機(jī)的各種參量。RST 4Hxm P3 o (T P3 tP3 2 ：H NT 門 KJ 3 p».« q(T r > P3 3 W1T> pie：: 4口口i P3 TXTAL2 X TAL fQ1MDVCCP0.0 (AO &> ，(AO 1 )P0 3 I AD J) PO

13、 J 1AD3) 4 4AC4) j PO 3 4 AC B) 口 P0 A 4 AO«) 11 T (AO?) 1 f A1*PPALEPROG PSEN :F J JF f A 1 5 >PZ 0 (A 14 > P才 » 1A1 J|>PZ 01”PN 31>:P2 1 (At &) ：P2 1 (Afi> ：常0 IASI單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號。圖4是單片機(jī)的晶振電路。電AT89C513系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 89C51單片機(jī)及相關(guān)電路3.1.1 89C51單片機(jī)概述AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，性能

14、CMOS骯微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用 ATMEH密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且 價(jià)廉的方案。3.1.2 晶振電路電路中的晶振即石英晶體震 蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非 常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾 的能力，所以，石英晶體震蕩器是 用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。 同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向路中的電容 C1和C2

15、的典型值通常選擇為30PF左右，該電容的大小會影 響振蕩電路頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻率的范圍通常在1.212MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越快，單片 機(jī)的運(yùn)行速度越快。但反過來，運(yùn)行速度對于存儲器的速度要求就越高， 對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和 電容應(yīng)該盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證 振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89C51常選擇振蕩頻率 12MHz的石英晶體。PI2PIO85C51PllPOO P01 P02 PO3P04 PO5 PO6 P07RESETRD WRRXDTXDALE 5PESEX39

16、38 豆 363534 亙3221 77232425262SioTT30圖4.晶振電路7P3 4 5 61Lp p p P234 |567號12?U15143119ts9LLINTIP20INTOP2IP22T1P23TOP24_P25EAXTP26P27XIX23.1.3 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需要給89C51的復(fù)位引腳 RST加上大于2個機(jī)器周期（即 24個時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就可以使89C51復(fù)位。復(fù)位時(shí)，單片機(jī)初始化為0000H,從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行錯誤（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時(shí)，也需要復(fù)位鍵使RST腳

17、為高電平，使 89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。下圖是復(fù)位電路圖。M 1 1 1 I 11Pl。 S9C5I P00 phpoiP12P02Pl 3P03P14P04Pl 5P05P16P06P17P073!J33743653563473383：213INTIP20INTOP2IP22TlP23TOP24_P25EAXTP26P27XIXI2112222315241425263127is1918 19ID_TXDRDALEF而PESEN1117301629圖5.復(fù)位電路3.1.4 顯示電路顯示部分則主要顯示時(shí)間，用于設(shè)置時(shí)間。采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。每位數(shù)碼

18、管由7個筆畫加上小數(shù)點(diǎn)共 8個發(fā)光二極管組成；有共陰極和共陽極兩種類型，公共端用來進(jìn)行位控制，筆畫端 用來進(jìn)行字符控制；數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法。在數(shù)碼管顯示中，有 2個技術(shù)問題需要解決，這就是整數(shù)高位和閃爍顯示問題。雖然某些新型LED驅(qū)動芯片本身具有閃爍控制和熄滅控制功能，但通過合理的軟件設(shè)計(jì)，采用廉價(jià)芯片組成的驅(qū)動電路同樣可以實(shí)現(xiàn) 整數(shù)高位滅零和閃爍顯示功能，達(dá)到降低系統(tǒng)硬件成本的目的。本設(shè)計(jì)采用的就是 4位LED數(shù)碼管的串行驅(qū)動電路來達(dá)到顯示時(shí)間和 消除閃爍顯示的目的。采用LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示是因?yàn)長ED數(shù)碼管具有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：（1）能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)光，能與C

19、MOS、ITL電路兼容。（2）發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短（0.1 ps）,高頻特性好，單色性好，亮度 高。（3）體積小，重量輕，抗沖擊性能好。驅(qū)動器采用74LS164, 74LS164是8位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。具引腳及各個引腳的作用如下圖所示:3A區(qū)3司卡8QC叵Q1瓦 £164回Q?'1 XT| QiQ3 |_<T| rjp彳Tl CP圖6.74LS164引腳及符號DSADSB Q0Q3GNDCP/MRQ4Q7VCC引腳說明1數(shù)據(jù)輸入1數(shù)據(jù)輸入36輸出7地(0 V)o時(shí)鐘輸入（低電平到高電平8邊沿觸發(fā)）9中央復(fù)位輸入（彳氐電平后效）1013輸出14正電源說明由89C

20、51的P3.0和P3.1來控制LED數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如 3.3.2 所示。74LSIM89C511PIOPOOPllMlPUP03P13¥03PHP04P15P05P16P06Pl?P07MT1PMDJTOP21P22Tl陽TOT24一P35EA/VPP26P27K| saTKD麗PSEN*a當(dāng)3374535«34翼8321321n ;2215劉L41531WIS劉10IS9n割圖7.顯示電路QQQ1審Q4Q5 Q百0io n12A即QiQ2Q3Q4>CLKq，Q。ME.57413164AQ0BQI華Q3>CLKQ5q774LS1IS+io TT 亙5

21、互 Io IT laDPTT_7-SE6_DPDS?3.2 光敏傳感器電路光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、 光電倍增管、光敏電阻等。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化 鋁、硫化鉛和硫化鈿等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下， 其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加 電場的作用下作漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，圖8.光敏傳感器當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定 值，而在停止光照后， 光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。 由于不同材料的光敏，電阻時(shí)延特性

22、不同，所以它們的頻率特性也不同， 硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都比較大，所 以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場合。應(yīng)用光控原理工作，天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關(guān)閉。由運(yùn)放 組成比較電路，同向輸入端有兩個電阻分壓得到一個電壓值，作為基準(zhǔn)電 壓進(jìn)行比較，而反相輸入端用一個光敏電阻對外部環(huán)境的光線進(jìn)行采集， 利用光敏電阻暗時(shí)電阻大，亮?xí)r電阻小的特點(diǎn)，來確定反向輸入端的電壓 值。再兩者進(jìn)行比較，比較后的信號再送入單片機(jī)89C2051的P0 口，從而通過單片機(jī)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。來實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動打開，天黑窗簾 自動關(guān)閉這一自動控制功能。3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路PCF8591是一個

23、單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。 PCF8591的3個地址引腳 A0, A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C總線上接入 8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)AINOAJN1AIN 2AIN3AOAlA2 VssPCF85&1AOUTYref AGNDSDA置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率

24、 由I2C總線的最大速率決定。PCF8591 特性：單獨(dú)供電；PCF8591的操作電壓范圍 2.5V-6V ;低待機(jī)電流；通過I2C總線串行輸入/輸出；PCF8591通過3個硬件地址引 腳尋址；PCF8591的采樣率由I2C總線速率決定；4個模擬輸入可編程為 單端型或差分輸入；自動增量頻道選擇；PCF8591的模擬電壓范圍從 VSS到VDD ; PCF8591內(nèi)置跟蹤保持電路；8-bit逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換器；通過1路模擬輸出實(shí)現(xiàn) DAC增益。3.4 步進(jìn)電機(jī)電路步進(jìn)電機(jī)為一種數(shù)字伺服執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、控制 方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動化儀表等 領(lǐng)域

25、。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡易運(yùn)動控制，一般以單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的 微處理器，通過步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度和位置定位控 制。單片機(jī)在本次試驗(yàn)中對步進(jìn)電機(jī)的控制從而達(dá)到對轉(zhuǎn)角和位移的控 制的方法。本次設(shè)計(jì)采用兩個型號為130Hz308-450 的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)對旋轉(zhuǎn)角度和位移進(jìn)行控制，該步進(jìn)電機(jī)力矩大、耐負(fù)載沖擊、精度高。其步距角為1.2° ,即"N=1.2。，即本次設(shè)計(jì)的測控系統(tǒng)對回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角的控制精度可以達(dá)到1.2。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路是根據(jù)控制信號工作的。而本次測控系統(tǒng)是以單片機(jī)位控制中心的，下面將介紹步進(jìn)電機(jī)控制 系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由脈沖分配器，功率驅(qū)

26、動電路，步進(jìn)電機(jī)幾部分構(gòu)成的。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖如圖9所示：脈沖信節(jié)圖9.步進(jìn)電機(jī)電路3.5 鍵盤接口電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。本設(shè)計(jì)中的鍵盤采用4X4矩陣鍵盤。16個鍵分別為：0-9十個數(shù)字鍵，用于時(shí)間設(shè)定輸入；設(shè)定鍵，設(shè)定自動 窗簾開和關(guān)的時(shí)間；復(fù)位鍵，在程序出錯或者有誤操作的時(shí)候；正轉(zhuǎn)鍵， 使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開；反轉(zhuǎn)鍵，使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾關(guān)閉；停止 鍵，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；確定鍵，時(shí)間設(shè)定完成后確定輸入。由于按鍵比較多，加上減少所戰(zhàn)占用的端口，可以將按鍵組成一個矩 陣，如圖10所示。圖10.鍵盤接口電路3.6

27、紅外控制電路紅外通信基本原理：紅外通信是利用 950nm近紅外波段作為傳遞信息的媒體，即通信信 道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖用信號，通過紅外發(fā)射 管發(fā)射信號。接收端將接收到的信號裝成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處 理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制信號后輸出。常用的有通過脈 沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制 （PWM）和通過脈沖用之間的時(shí)間問隔來實(shí)現(xiàn)信號 調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM ）兩種方法。簡而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)， 以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解 調(diào)。紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器、一體化接收頭、單片機(jī)、接口電路 組成。遙

28、控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭來完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進(jìn)制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼 輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。紅外遙控控制過程：本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，由發(fā)射和接受兩部分組成，發(fā)射部分主要完成編碼和調(diào)制，接收部分完成調(diào)解和解碼。其 發(fā)射部分主要由 89C51單片機(jī)完成編碼，然后由紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線， 接收部分主要由光電轉(zhuǎn)換，放大，解調(diào)，解碼組成。其中光電轉(zhuǎn)換，放大 調(diào)解由紅外線一體化接頭來完成，接收單片機(jī)主要完成解碼功能。遙控器發(fā)射及

29、其編碼：紅外線遙控采用自定義編碼方式，由發(fā)送單片 機(jī)來完成。遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分為脈沖寬度調(diào) 制和香味調(diào)制兩大類。當(dāng)發(fā)射器案件按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵 不同遙控編碼也不同，這碼具有以下特征：采用脈寬調(diào)制的用行碼，以脈寬為0.26ms、間隔0.26ms、周期為0.52ms的組合表示二進(jìn)制的“1” （如圖11A）,其特征是脈沖中高電平的寬度等于0.26ms ,相當(dāng)于10個26仙s的寬度；以脈寬為 0.26ms、間隔為0.52ms、 周期為0.78ms的組合表示二進(jìn)制的“ 0” （如圖11B）,其特征是脈沖中 而低電平的寬度是高電平的二倍，等于0.52ms，相當(dāng)于20個

30、26仙s的寬度?？梢愿鶕?jù)傳輸數(shù)據(jù)的不同來調(diào)節(jié)脈沖的寬度。表示1表示0 N04>0.26mm0.26mm0.52mm0.26mmAB圖11.二進(jìn)制信號二進(jìn)制信號的調(diào)制：二進(jìn)制信號的調(diào)制由發(fā)送單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號調(diào)制成頻率為38KHz的間斷脈沖用,相當(dāng)于用二進(jìn)制信號的編碼乘以頻率為38KHz的脈沖信號得到的間斷脈沖用,即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。如圖3所示,A是二進(jìn)制信號的編碼波形,B是頻率為38KHz（周期為26 ps）的連續(xù)脈沖用，C是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈沖用 （相當(dāng)于C=AX B）,用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。10野編碼后的二進(jìn)制信號10個脈沖 20個脈沖,單

31、個脈沖26US_調(diào)制后的二進(jìn)制信號（發(fā)送）圖12二進(jìn)制信號的調(diào)制二進(jìn)制信號的解調(diào)：二進(jìn)制信號的調(diào)制仍由發(fā)送單片機(jī)來完成，它把編碼后的二進(jìn)制信號調(diào)制成頻率為38KHz的間斷脈沖用,相當(dāng)于用二進(jìn)制信號的編碼乘以頻率為38KHz的脈沖信號得到的間斷脈沖用,即是調(diào)制后用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。如圖3.3所示，是二進(jìn)制信號的編碼波形,B是頻率為38KHz（周期為26仙s）的連續(xù)脈沖用，C是經(jīng)調(diào)制后的間斷脈 沖用（相當(dāng)于C=AX B）,用于紅外發(fā)射二極管發(fā)送的波形。二進(jìn)制信號的解碼：二進(jìn)制信號的解碼由接收單片機(jī)來完成，它把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原出發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。Df紅外接收頭接

32、收的波形（輸入）傳輸開始8位數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束4個肺沸高位在前，低位在后向除沖圖14基于字節(jié)傳輸?shù)募t外遙控?cái)?shù)據(jù)格式表示1表示0 表示1H 中 寸 ff紅外接收頭調(diào)解后輸出的波形圖13 HS0038的輸入輸出波形基于字節(jié)傳輸?shù)募t外遙控?cái)?shù)據(jù)格式：在發(fā)送字節(jié)的開始先通過單片機(jī)發(fā)送20個脈沖寬度（每個脈沖周期26卜s）的高電平作為傳輸開始，接著發(fā) 送8位數(shù)據(jù)（字節(jié)高位在 前，低位在后）,最后發(fā)送 10個脈沖寬度的低電平 作為傳輸結(jié)束，如圖14所 示。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序軟件設(shè)計(jì)主程序的流程圖如圖15所示。開始關(guān)中斷設(shè)置堆棧電機(jī)正轉(zhuǎn)光強(qiáng)大于800LX電機(jī)停止窗簾閉合N室內(nèi)開燈?_ * 模塊初始化窗簾打

33、開電機(jī)控制鍵電機(jī)工作工作完成?光強(qiáng)小于 400LX ? Y電機(jī)反轉(zhuǎn)圖15主程序流程圖主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成單片機(jī)初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi) 容初始化，按鍵掃描，電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。啟動主程序，先關(guān)中斷并且設(shè)置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯 示內(nèi)容；然后執(zhí)行按鍵查詢，執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果是設(shè)定鍵，則設(shè)定時(shí) 間，開始計(jì)時(shí)；到時(shí)間后電機(jī)開始相應(yīng)的工作，工作完成后停機(jī)。如果是 電機(jī)控制鍵，則也執(zhí)行相應(yīng)的工作。如果都不是，返回顯示。檢測室內(nèi)是 否開燈，如果開燈，返回顯示，如果無開燈，判斷當(dāng)前光照是否大于800LX,如果大于800LX,電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開。在窗簾打開的前提下，判斷光照 是否小于4

34、00LX,如果小于400LX,電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合，如果大于400LX,電機(jī)停止，返回顯示，重新進(jìn)行判斷4.2 光控電機(jī)程序設(shè)計(jì)光控電機(jī)程序設(shè)計(jì)流程圖如圖16所示。光控電機(jī)程序的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，根據(jù)光照強(qiáng)度的變化，單 片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)窗簾的開閉。當(dāng)執(zhí)行到該子程序入口時(shí)，首先進(jìn)行初始化，判斷當(dāng)前光強(qiáng)是否大于800LX,若果條件不成立，返回重新初始化，如果符合條件，電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開。如果傳送器觸到安裝在 軌道上的形成開關(guān)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，如果沒觸到，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，直到觸 到形成開關(guān)電機(jī)才停止。在窗簾打開的前提下，光電傳感器檢測到當(dāng)前的 光強(qiáng)小于400LX時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合。如果

35、傳送器觸到安裝在軌道上 的形成開關(guān)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，如果沒觸到，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，直到觸到形成 開關(guān)電機(jī)才停止。4.3 LCD1602 顯示程序設(shè)計(jì)當(dāng)LCD1602的寄存器選擇信號 RS為1時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng)LCD1602 的讀寫選擇線 RW為0時(shí)，進(jìn)行寫操作；當(dāng) LCD1602的使能信號 EN置高電 平后再過兩個時(shí)鐘周期至低電平，產(chǎn)生一個下降沿信號，往LCD寫入顯示數(shù)據(jù)，LCD執(zhí)行命令，判斷執(zhí)行是否完畢，如果沒有執(zhí)行完畢，返回到選 擇指令寄存器。如果執(zhí)行命令完畢， 顯示數(shù)據(jù)，子程序返回。寫數(shù)據(jù)到LCD 子程序流程圖如圖 17所示。圖17寫數(shù)據(jù)到 LCD子程序流程圖4.4 光照采集程序設(shè)計(jì)光電傳

36、感器采用的是光電池，具輸出的是線性電壓，線性度良好。光照采集程序設(shè)計(jì)流程圖如圖18所示。圖18光照采集程序設(shè)計(jì)流程圖5總結(jié)該設(shè)計(jì)通過分析自動窗簾系統(tǒng)的現(xiàn)狀和人們對自動窗簾系統(tǒng)功能的需求，對自動窗簾系統(tǒng)控制器進(jìn)行總體設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)為單 片機(jī)控制元件，執(zhí)行窗簾開閉的主要任務(wù)；以光敏電阻為檢測元件，提供 單片機(jī)外界光照變化；以紅外檢測電路，實(shí)現(xiàn)手動控制；以 89C51單片機(jī) 為主控制芯片，控制整個系統(tǒng)運(yùn)行；此外輔助以按鍵和顯示電路，在各模 塊的配合下，最終實(shí)現(xiàn)自動窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求。自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：光照控制：根據(jù)光照強(qiáng)度值，通過感光器采集，自動打開或關(guān)閉窗簾。

37、即當(dāng)早晨光照強(qiáng)度增強(qiáng)到設(shè)定值，通過感光器采集，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 打開窗簾；當(dāng)夜晚光照強(qiáng)度減弱到設(shè)定值，通過感光器采集，單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉窗簾。紅外控制：當(dāng)光照強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)定值，手動操作紅外遙控器，由紅外 接收系統(tǒng)接收信號，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)打開或關(guān)閉窗簾。參考文獻(xiàn)1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 北京：高等教育出版社，20062李哲英.電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)（數(shù)字部分）北京：高等教育出版社，20033郭天祥.十大學(xué)會單片機(jī)和C語言編程北京；電子工業(yè)出版社，20094李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20015瞿貴榮.電動窗簾紅外遙控電路.家庭電子，2005,2:35-3

38、66 王麗君，楊偉豐.電機(jī)無線遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究大眾科技,2009,11:124-1257張培志，陸偉.仇芝基于單片機(jī)技術(shù)的無線遙控家居照明系統(tǒng).儀器儀表用戶,2008附錄1:原理圖附錄2:部分子程序/*主函數(shù)*/void main() beep = 0;開機(jī)叫一聲delay_1ms(150);P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff;單片機(jī) IO 口初始化為 1init_time0();初始化定時(shí)器init_ds1302();/ds1302 初始化init_eeprom();開始初始化保存的數(shù)據(jù)init_1602();/lcd1602 初始化init_1602_dis_csf();

39、/lcd1602初始化顯示temperature = read_temp();讀溫度delay_1ms(650);temperature = read_temp();讀溫度while(1)按鍵程序key();if(key_can < 10) key_with();if(flag_200ms = 1) flag_200ms = 0;temperature = read_temp();/ 讀溫度環(huán)境溫度if(temperature >= 99)temperature = 99;guanxian = ad0832read(1,0) * 99.0 / 255;if(menu_1 = 0)

40、read_time();讀時(shí)間init_1602_ds1302();/ 顯示時(shí)鐘write_sfm2(1,13,guanxian); 顯示溫度write_sfm2_18B20(2,13,temperature);/ 顯示溫度 if(temperature >= t_high)beep = beep;蜂鳴器溫度報(bào)警elsebeep = 1;if(menu_1 = 0) shoudong_kaiguan();手動開關(guān)窗簾zinengchuanglian_dis();智能窗簾定時(shí)處理函數(shù)tiaoshi_dianji();調(diào)試窗簾電機(jī)bujindj();步進(jìn)電機(jī)函數(shù)delay_1ms;/*獨(dú)立按

41、鍵程序*/void key()獨(dú)立按鍵程序按鍵值還原/對應(yīng)的按鍵 IO 輸出為按鍵按下按鍵消抖動static uchar key_new;key_can = 20;P3 |= 0xf0;if(P3 & 0xf0) != 0xf0)delay_1ms;if(P3 & 0xf0) != 0xf0) && (key_new = 1)確認(rèn)是按鍵按下key_new = 0;switch(P3 & 0xf0) case 0x80: key_can =1;break;得至 U按鍵值case 0x40: key_can =2;break;得至 U按鍵值case 0xb0

42、: key_can =3;break;得至 U按鍵值case 0x70: key_can =4;break;得至 U按鍵值 flag_lj_en = 1;beep = 0;delay_1ms(80);beep = 1;elsekey_new = 1;flag_lj_en = 0;設(shè)置函數(shù)*/*void key_with()if(menu_1 = 0)if(key_can = 2)/設(shè)置手動還是自動模式flag_zd_sd +;if(flag_zd_sd >= 3)flag_zd_sd = 0;if(flag_zd_sd = 0)/手動write_string(1,0," sd&

43、quot;);if(flag_zd_sd = 1)/ 定時(shí)模式write_string(1,0," ds");if(flag_zd_sd = 2)光線控制write_string(1,0," gx");write_eeprom();保存flag_kaig_moshi = 0;if(key_can = 1) 設(shè)置鍵menu_1+;if(menu_1 = 1)設(shè)置時(shí)間menu_2 = 1;write_string(1,0," :W:");write_string(2,0," 20-");if(menu_1 = 2)設(shè)置

44、開關(guān)窗簾時(shí)間menu_2 = 1;write_string(1,0," kai 00:00");write_string(2,0,"guan 00:00");if(menu_1 = 3)設(shè)置報(bào)警光線報(bào)警menu_2 = 1;write_string(1,0," Set Guanxian ");write_string(2,0,"00%"); if(menu_1 = 4)設(shè)置報(bào)警溫度menu_2 = 1;write_string(1,0," Set Wendu ");write_string(2,

45、0,"write_zifu(2,9,0xdf);00顯示度")；if(menu_1 = 5)手動把窗簾歸0menu_2 = 1;write_string(1,0," tiaoshi dianji ");write_string(2,0,"0");write_guanbiao(2,6,0);if(menu_1 > 2)回到正常顯示menu_1 = 0;關(guān)閉光標(biāo)初始化液晶顯示/設(shè)置時(shí)間設(shè)置開關(guān)的時(shí)間write_guanbiao(1,2,0); init_1602_dis_csf();if(key_can = 2)/ 選擇鍵flag_

46、200ms = 1;if(menu_1 = 1)menu_2 +;if(menu_2 > 5)menu_2 = 1;if(menu_1 = 2)menu_2 +;if(menu_2 > 4) menu_2 = 1;if(menu_1 = 1)/設(shè)置時(shí)加if(menu_2 = 1)if(key_can = 3)shi+=0x01;if(shi & 0x0f) >= 0x0a)shi = (shi & 0xf0) + 0x10;if(shi >= 0x24) shi = 0;if(key_can = 4) 減if(shi = 0x00)shi = 0x24;

47、if(shi & 0x0f) = 0x00)shi = (shi | 0x0a) - 0x10;shi -;if(menu_2 = 2)/ 設(shè)置分if(key_can = 3) 力口fen+=0x01;if(fen & 0x0f) >= 0x0a)fen = (fen & 0xf0) + 0x10;if(fen >= 0x60) fen = 0;if(key_can = 4) 減if(fen = 0x00)fen = 0x5a;if(fen & 0x0f) = 0x00)fen = (fen | 0x0a) - 0x10;fen -;if(menu_

48、2 = 3)/ 設(shè)置秒if(key_can = 3) 力口miao+=0x01;if(miao & 0x0f) >= 0x0a)miao = (miao & 0xf0) + 0x10;if(miao >= 0x60) miao = 0;if(key_can = 4) 減if(miao = 0x00)miao = 0x5a;if(miao & 0x0f) = 0x00)miao = (miao | 0x0a) - 0x10; miao -;if(menu_2 = 4)/ 設(shè)置星期if(key_can = 3) 力口week+=0x01;if(week &

49、; 0x0f) >= 0x0a)week = (week & 0xf0) + 0x10;if(week >= 0x08)week = 1;if(key_can = 4) 減if(week = 0x01)week = 0x08;if(week & 0x0f) = 0x00)week = (week | 0x0a) - 0x10; week -;if(menu_2 = 5)/ 設(shè)置年if(key_can = 3) 力口nian+=0x01;if(nian & 0x0f) >= 0x0a)nian = (nian & 0xf0) + 0x10;if(

50、nian >= 0x9a)nian = 1;if(key_can = 4) 減if(nian = 0x01)nian = 0x9a;if(nian & 0x0f) = 0x00)nian = (nian | 0x0a) - 0x10; nian -;if(menu_2 = 6)/ 設(shè)置月if(key_can = 3) 力口 yue+=0x01;if(yue & 0x0f) >= 0x0a)yue = (yue & 0xf0) + 0x10;if(yue >= 0x13) yue = 1;if(key_can = 4) 減 if(yue = 0x01)yue = 0x13;if(yue & 0x0f) = 0x00)yue = (yue | 0x0a) - 0x10;yue -;if(menu_2 = 7)/ 設(shè)置日if(key_can = 3) 力口ri+=0x01;if(ri & 0x0f) >= 0x0a)ri = (ri & 0xf0) + 0x10;if(ri >= 0x32) ri = 0;if(key_can = 4