自動控制屬于電子及信息科學(xué)的一個重要分支，并且在現(xiàn)代家居中有著較好的目前發(fā)展前景。目前，家庭居住環(huán)境的采光及避光問題主要采用的是手動開閉窗簾，手動開閉不僅費(fèi)力而且很多方面不夠人性化，可能對用戶造成一定的困擾，窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問題。本文綜述了自動窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作過程，介紹了設(shè)計制作一個完整的窗簾控制系統(tǒng)需要做的理論分析以及其制作過程。自動窗簾控制系統(tǒng)核心采用的是單片機(jī)AT89S52，其次利用了光照傳感器、鍵盤顯示接口電路以及信號調(diào)理電路等外圍電路，整個系統(tǒng)在各模塊的配合下可實(shí)現(xiàn)半自動控制、自動控制、定時控制等功能。該設(shè)計在理論層面上，用程序語言驅(qū)動各模塊工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，在應(yīng)用層面上則采用Protel軟件進(jìn)行原理圖設(shè)計。

自動窗簾控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要由光照傳感電路、系統(tǒng)主控模塊電路、電源轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)控制電路、鍵盤以及顯示電路等組成，重點(diǎn)討論了窗簾自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程、硬件選用和軟件調(diào)試等問題，通過本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用光照強(qiáng)度以及設(shè)置時間來控制窗簾自動開閉。

前  言              1

第1章 緒論              2

1.1 課題研究背景及意義              2

1.2 基本內(nèi)容安排              2

1.3 設(shè)計思想及基本功能              3

第2章 總體電路設(shè)計及其原理說明              4

2.1 方案選取              4

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計              5

    2.2.1系統(tǒng)基本功能              5

    2.2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計              6

第3章 硬件分析與設(shè)計              7

3.1電源電路設(shè)計              7

3.2 89C52單片機(jī)及相關(guān)電路              8

3.2.189C52單片機(jī)概述              8

3.2.2晶振電路              8

3.2.3復(fù)位電路              9

3.2.4時鐘電路              10

3.2.5鍵盤電路              12

3.2.6 顯示電路              13

3.2.7 A\D轉(zhuǎn)換電路              15

3.2.8光敏傳感器              17

3.2.9 步進(jìn)電機(jī)              18

3.2.10信號校正電路              19

第4章 程序分析與設(shè)計              21

4.1 主程序設(shè)計              21

4.2 主要子程序設(shè)計              22

    4.2.1 鍵盤程序設(shè)計              22

    4.2.2定時程序設(shè)計              24

4.2.3步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計              25

總結(jié)              26

致謝              27

參考文獻(xiàn)              28

附錄一              29

附錄二              30

伴隨著信息化時代的到來，人們的生活速度以及對生活質(zhì)量的追求也在大幅提高。電子產(chǎn)品智能化速度的加快，也使人們的工作、生活和通訊的關(guān)系日益緊密。智能化的產(chǎn)品設(shè)計在改變?nèi)藗児ぷ鞣绞脚c生活習(xí)慣的同時，讓人們對生活質(zhì)量的提升提出了更高的要求，方便、舒適成了人們所追求的生活方式，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的環(huán)境。智能化的電子產(chǎn)品以及設(shè)計將以前的被動靜止物體轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡軌蚍奖悴倏氐墓ぞ撸�這些產(chǎn)品具有提供全方位的信息交換的功能，不僅能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們合理的安排時間，增強(qiáng)居家環(huán)境的安全性，甚至還可以為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。

在智能化產(chǎn)品中，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，單片機(jī)以它體積小、質(zhì)量輕、耗電省、可靠性高、價格低等優(yōu)點(diǎn)，開始不斷發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、航天航空領(lǐng)域、工業(yè)專用設(shè)備的管理及過程控制等領(lǐng)域，在很多的大中型的電氣設(shè)備以及小型的電子產(chǎn)品中也用到了單片機(jī)進(jìn)行控制。

針對人們對智能化的需求以及對舒適生活的追求，窗簾自動控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)窗簾的劣勢，它可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度的不同而自動開閉窗簾，也可以根據(jù)人們設(shè)定的時間來控制窗簾。該系統(tǒng)利用光敏電阻檢測光照強(qiáng)度的變化，并且將光敏檢測模塊的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后將電壓變化的信號送單片機(jī)，單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制著步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)窗簾的來回移動。本設(shè)計正是把利用AT89C52 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及簡單實(shí)用性，順利的完成了對智能控制的要求，并且為智能化的家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。此外，對該系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，比如可以加上防火，防盜，甚至室內(nèi)煤氣濃度監(jiān)測等功能，會使該系統(tǒng)更具有實(shí)用性，而且也完善了系統(tǒng)。

21世紀(jì)是信息化的時代，知識與科技成為時代的潮流，在它們的推動下，智能化也因此得到了很大的發(fā)展，其作用在社會生活中日益得到彰顯。智能控制系統(tǒng)主要利用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合而發(fā)揮作用。在通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)的迅猛發(fā)展潮流下，家庭生活實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化與智能化，居家環(huán)境也變得更加舒適與安全。智能化控制的工作原理自然離不開運(yùn)算和控制單元，而該系統(tǒng)采用的主控器件AT89C52，正是運(yùn)算與控制單元的集合體。系統(tǒng)的整體主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由單片機(jī)擴(kuò)展的外圍電路以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種程序組成。本設(shè)計中介紹了自動窗簾控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及軟件設(shè)計過程，以盡最大可能滿足不同人對窗簾開閉的不同需求。同時，系統(tǒng)在針對人們一般需求的設(shè)計開發(fā)外，還提出多種解決方案，在考慮到經(jīng)濟(jì)性和簡便性的前提下，可以供日后對控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展。

該設(shè)計通過分析電動窗簾的現(xiàn)狀和人們對自動窗簾控制系統(tǒng)的功能的需求，從而對自動窗簾控制器進(jìn)行總體的設(shè)計。系統(tǒng)的總體設(shè)計采用以步進(jìn)電機(jī)作為單片機(jī)控制元件，執(zhí)行窗簾開閉的主要任務(wù)；以光敏電阻作為檢測元件，以提供單片機(jī)外界光照的變化；89C52單片機(jī)作為主控制芯片，控制著整個系統(tǒng)的運(yùn)行，此外，輔助以鍵盤和顯示電路，在各個電路模塊的配合下最終實(shí)現(xiàn)了自動窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求。

自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計過程主要分為一下幾個章節(jié)：

（1）緒論：介紹目前國內(nèi)外電動窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀和研究的目的和意義。

（2）總體設(shè)計方案：概括自動窗簾控制系統(tǒng)的的總體設(shè)計方案選取以及硬件設(shè)計的總況。

（3）硬件設(shè)計：采用89C52單片機(jī)作為控制核心，并且輔助以外圍電路，其中包括電源電路，定時電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關(guān)電路。

（4）軟件設(shè)計：介紹各個功能模塊的的設(shè)計流程以及設(shè)計思路。

（5）總結(jié)：針對設(shè)計中的不足進(jìn)行再思考以及提出自動窗簾控制系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

該系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)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)計根據(jù)需求還設(shè)計了可以根據(jù)光照強(qiáng)度和設(shè)定時間自動開閉窗簾的功能，在選取設(shè)計方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡化電路設(shè)計，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)計要求。

自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：

（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進(jìn)行窗簾的開關(guān)，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態(tài)；

（2）光照自動控制：系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設(shè)定的光照強(qiáng)度值通過感光器采集光照自動開光窗簾；

（3）時間控制：此功能是根據(jù)用戶設(shè)定的時間一次性開關(guān)窗簾，并顯示當(dāng)前溫度。

（4）溫度報警系統(tǒng)：可以自行設(shè)置溫度報警溫度。

（5）時間顯示及鬧鐘系統(tǒng)：可以自行設(shè)置鬧鐘時間。

（6）手動自動控制按鍵隨時切換。

第2章 總體電路設(shè)計及其原理說明

    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系統(tǒng)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)計部分在于檢測器件的選取上。

方案（一）的系統(tǒng)框圖如圖2.1：

             圖2.1   方案（一）的原理框圖

方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.2。

                      圖2.2   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）采用的時鐘模塊實(shí)用性更強(qiáng)。綜合考慮以上因素，系統(tǒng)設(shè)計采用方案（二）。

2.2總體方案設(shè)計

自動窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計是基于滿足設(shè)計要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，而進(jìn)行設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計出自動控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適性的需求越來越強(qiáng)烈，窗簾作為每個家庭生活中最必須的家居用品之一，自然也需要滿足人民更舒適性的需求。窗簾最基本的作用無非是保護(hù)業(yè)主的個人隱私以及遮陽擋塵等功能，但傳統(tǒng)的窗簾您必須手動去開關(guān)，每天早開晚關(guān)也是挺麻煩的，特別是別墅或復(fù)式房的大窗簾，比較長，而且重，用時需要很大的力才能開關(guān)窗簾，特別不方便；于是電動窗簾應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)有的電動窗簾都可以自動開關(guān)閉窗簾，到了時間自動控制窗簾的開關(guān)，可以根據(jù)光的但是他們也有些缺點(diǎn)。窗簾控制器的自動開關(guān)如何讓窗簾能夠開關(guān)自如，停機(jī)的時間是否到位。

電動窗簾主要有以下幾大功能：（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)的時候，發(fā)光二極管管均有不同工作狀態(tài)指示。（2）自動控制：根據(jù)光照強(qiáng)弱來控制窗簾的打開與關(guān)閉。（3）時間控制 “天黑關(guān)閉，天亮打開”具有智能管理，不產(chǎn)生誤動作。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)。時間自動控制可以由定時器來控制

自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如圖2.3所示。

圖2.3  電動窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強(qiáng)度，從光傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入單片機(jī)。傳入的信號由89C52單片機(jī)來控制，并且做出響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

AT89S52的塑封圖如圖3.1所示，它為DIP40雙列直插塑料封裝。AT89S52作

為系統(tǒng)的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件進(jìn)入正常工作狀態(tài)。因此，下面對AT89S52進(jìn)行必要的說明，AT89S52的管腳如圖3.2所示。

圖3.1  AT89C52封裝圖                      圖3.2  AT89s52引腳圖

單片機(jī)電路在本系統(tǒng)中作為主控芯片首先對外部電路采集到的溫度信號進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)PWM信號給L297，然后通過L298驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。同時按鍵掃描實(shí)現(xiàn)手動自動控制。

用DS1302時鐘芯片，DS18B20溫度傳感器，以及1602液晶，實(shí)現(xiàn)時間、溫度的顯示。以及鬧鐘、溫度報警等功能。

（1）VCC：40腳，供電電壓，一般接+5V電壓。

（2）GND：20腳，接工作地。

（3）P0口：1～8腳，P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。

當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上電阻。但是P0口在程序校驗(yàn)作為輸出指令字節(jié)時，需要外部加上拉電阻，一般上拉電阻選4.7K～10K為宜。本設(shè)計中用5.1K的排阻對P0口進(jìn)行上拉電平。

（4）P1口：32～39腳，P1口是一個內(nèi)部具有上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P1端口寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為作輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。

（5）P2口：20～27腳，P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。

（6）P3口：10～17腳，P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。

（7）RESET：9腳，復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。

（8）：30腳，當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于系統(tǒng)校驗(yàn)。

（9）PSEN：29腳，外部程序存儲器的選通信號。

（10）：31腳，訪問外部程序存儲器控制信號。當(dāng)為低電平時，讀取外部程序存儲器；當(dāng)端為高電平時，則讀取內(nèi)部程序存儲器，設(shè)計中一般接高電平。

（11）XTAL1：19腳，振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。如采用外部時鐘源時，XTAL1為輸入端。

（12）XTAL2：18腳，振蕩器反相放大器的輸出端。如采用外部時鐘源時，XTAL2應(yīng)懸空不接。

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，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時鐘信號。

圖3.3是單片機(jī)的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個時鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。

振蕩周期＝；

                      機(jī)器周期

                      指令周期T＝。

XTAL1接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。

圖3.3  單片機(jī)晶振電路圖

復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳RST上加大于2個機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復(fù)位。圖3.4所示的RST 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。

圖3.4  復(fù)位電路圖

DS1302芯片的接口電路如圖3.5所示。

                         圖3.5  時鐘電路圖

本設(shè)計使用的實(shí)時時鐘電路芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路芯片DS1302，時鐘芯片在本系統(tǒng)中除了起到時間的顯示外，還在時間控制中起到重要作用，所以是必不可少的。

其引腳如圖3.14所示。VCC1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電；當(dāng)VCC2大于VCC1＋0.2V時，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2小于VCC1時，DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。是復(fù)位/片選線，通過把輸 入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。                       

3.14 DS1302引腳圖

輸入有兩種功能。首先，接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時在Vcc≥2.5V之前，必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK始終是輸入端。本設(shè)計入端。本設(shè)計連接圖如圖3.15所示，其中C1和C2起微調(diào)晶振的作用。

采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比, 他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量, 并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線( 單線接口) 讀寫, 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線, 總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電, 而無需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單,可靠性更高，成本更低。測量溫度范圍為～55℃～+125℃。C，在一10℃～+85℃。C范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS1822的精度較差為±2℃。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。其引腳分布如圖2-4所示

圖2-4 DS18B20引腳圖

引腳功能如下:

NC(1 、2 、6 、7 、8腳) :空引腳,懸空不使用。

VDD(3腳):可選電源腳,電源電壓范圍3～5.5V。

DQ(4腳):數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開路,常態(tài)下高電平。

                                                                3.2.5鍵盤電路

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)計中的鍵盤采用獨(dú)立鍵盤式。SW1為調(diào)整時間以及溫度、鬧鐘的進(jìn)入、退出按鍵。SW2為選擇調(diào)整時間、調(diào)整鬧鐘、調(diào)整溫度報警上限。SW3為 加1鍵。SW4為 減1 鍵。SW5為窗簾自動、手動控制切換。SW6為手動控制時打開與關(guān)閉的控制。

如圖3.6所示。

                         圖3.6 鍵盤接口電路

獲取鍵盤信息的方法有2種，我們經(jīng)常用到的是掃描法。在掃描法中，所有的行線固定為輸出端口，并依次輸出低電平；所有列線固定為輸入端口，用來檢測按鍵狀態(tài)。當(dāng)全部按鍵均松開時，從列線上檢測不到行線輸出的低電平。當(dāng)某個按鍵按下時，只有在對應(yīng)的行線輸出低電平時才能在對應(yīng)的列線端口檢測到低電平。按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。一般消除抖動采用軟件方法來解決，將在軟件部分介紹這點(diǎn)。

3.2.6 顯示電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各種小系統(tǒng)中得到了更廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計中使用的液晶顯示模塊是LCD1602。圖3.3所示為本設(shè)計LCD1602的連接圖。

                      圖3.3 LCD1602連接圖

LCD1602是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器模塊，它顯示的容量為2行16個字。其實(shí)物如圖3.4和圖3.5所示，它的顯示內(nèi)容豐富、體積小、美觀和易于控制都是本設(shè)計選擇作為顯示模塊的原因。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示。

圖3.4 LCD1602正面圖

圖3.5  LCD1602反面圖

圖3.6  LCD1602引腳結(jié)構(gòu)圖

窗簾自動控制系統(tǒng)的光控功能是可以根據(jù)光照的強(qiáng)弱來自動控制窗簾的開閉的，因此需要用到光照傳感元器件，在本設(shè)計中采用了光敏電阻。

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、硫化鉛和硫化鉍等材料。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，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，太陽能庭院燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸棧瑹艟叩裙庾詣娱_關(guān)控制領(lǐng)域。

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)AT89S52的P1^3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。

。

光敏電阻連接如圖3.11所示。

步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動。正常運(yùn)動情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動時，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。下圖為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行原理框圖。

     在步進(jìn)電機(jī)控制電路中，步進(jìn)控制器的作用是把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。在實(shí)際應(yīng)用中由軟件代替步進(jìn)控制器，其優(yōu)點(diǎn)是使線路簡化，降低成本，可靠性提高。在窗簾控制系統(tǒng)中選用了型號為130HZ308-450的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是力矩大，精度高，其步進(jìn)角度是1.2°。步進(jìn)電機(jī)電路與單片機(jī)的連接如圖3.12。

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要有幾部分組成，其中包括顯示子程序，按鍵子程序，定時時鐘程序，步進(jìn)電機(jī)控制程序等。本章介紹了自動窗簾控制系統(tǒng)的主程序以及各主要部分功能程序的設(shè)計過程，程序代碼詳見附錄。

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，計時等功能。

主程序的流程圖如圖4.1所示。

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)定時間，開始計時；到時間后步進(jìn)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，則是復(fù)位鍵，采取復(fù)位操作。

步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計的主要任務(wù)是：

★ 判斷旋轉(zhuǎn)方向；

★ 按順序傳送控制脈沖；

★ 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。

圖4.2.1 步進(jìn)電機(jī)工作流程圖

顯示程序開始后，起始地址60H發(fā)送到R0，01H發(fā)送至顯示位代碼R2，再將位代碼發(fā)送到單片機(jī)A口，，單片機(jī)取顯示數(shù)據(jù)查表轉(zhuǎn)換成顯示代碼發(fā)送至單片機(jī)B口，延時2ms，指針R0加1，然后判斷6顯示是否完成。如果完成則返回，沒完成則位代碼R2左移一位，繼續(xù)顯示查表，一直到6位顯示完成后返回。

顯示子程序流程圖如圖4.2.2所示。

圖4.2.2 顯示部分流程圖

按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這時觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或者重復(fù)執(zhí)行。現(xiàn)在用軟件延時的方法來避開抖動階段。在判斷是否有鍵閉合后都延時5ms，按下鍵后再延時12ms就可以避免鍵盤的抖動。然后鍵碼分析，執(zhí)行相應(yīng)的模塊，顯示后返回。

鍵盤子程序如圖4.2.3所示。

圖4.2.3  鍵盤程序流程圖

定時的主要功能是在設(shè)定時間單片機(jī)能夠得到中斷信號，從而控制窗簾的開關(guān)。時鐘發(fā)出50ms的信號給單片機(jī)，計數(shù)器計數(shù)，當(dāng)計數(shù)到20，則過了1秒，秒單元數(shù)值加1，當(dāng)秒單元到達(dá)60，分單元數(shù)值加1，秒單元清零。當(dāng)時單元到達(dá)24，時單元清零。標(biāo)志1天時間計滿，把他們的值放到存儲單元的指定單元。圖4.2.4是定時功能流程圖。

4.2.6 DS18B20測溫流程圖

圖2-5 測溫流程圖

    本次設(shè)計系統(tǒng)地介紹了自動窗簾控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計以及軟件設(shè)計。在總體方案設(shè)計中以光敏電阻作為傳送信號的傳感器，用步進(jìn)電機(jī)作為信號輸出的執(zhí)行元件，89C52單片機(jī)作為主要的控制元器件，并且應(yīng)用了按鍵以及和顯示電路。應(yīng)用89C52單片機(jī)的優(yōu)勢減少了硬件的復(fù)雜性，光敏電阻接收外界光照信號，經(jīng)過A\D轉(zhuǎn)換后，傳送給單片機(jī)一個電信號，單片機(jī)經(jīng)過處理后，控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動作，以控制窗簾的開閉。在實(shí)現(xiàn)一般應(yīng)用的基礎(chǔ)上，又添加了定時元器件電路，使窗簾的自動化性能得到進(jìn)一步提升。光敏電阻的良好感光性以及步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，控制方便的優(yōu)點(diǎn)使窗簾控制開關(guān)更加穩(wěn)定。

本次設(shè)計的整個研究與設(shè)計過程包括選題、設(shè)計以及完善等。首先，在選題方面查閱了很多與項(xiàng)目有關(guān)的資料和課題并且制定設(shè)計方案，進(jìn)行設(shè)計的總體規(guī)劃，然后將這些方案落實(shí)到設(shè)計環(huán)節(jié)中。其次，在制定的方案基礎(chǔ)上運(yùn)用所學(xué)的知識對硬件以及軟件進(jìn)行設(shè)計，并用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真設(shè)計。最后，對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)一步修繕，以求達(dá)到最佳設(shè)計結(jié)果。雖然設(shè)計內(nèi)容完成了基本的功能，但是其中還是存在一定欠缺，比如在設(shè)計中沒有考慮到窗簾工作方式的顯示以及沒有添加類似紅外遙控的設(shè)計等。

    此次設(shè)計過程中，在完成設(shè)計任務(wù)之外也讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識和全面地掌握了單片機(jī)相關(guān)技術(shù)，從本次設(shè)計中我更加深刻地認(rèn)識到理念來源于實(shí)際的含義。在和同學(xué)以及老師的就相關(guān)問題的互相討論交流中，我認(rèn)識到自己的很多不足，但在這些不足中我又學(xué)到了很多知識，使我的綜合應(yīng)用能力有了很大提高。

經(jīng)過這么長時間的忙碌，設(shè)計和文檔已經(jīng)接近尾聲。在設(shè)計的過程中，由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏以及知識的局限性，難免有許多考慮不周全的地方，在選題，設(shè)計等方面，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，沒有同學(xué)們的支持和幫助，單獨(dú)完成這個設(shè)計，其中還是有一定難度的。在文檔完稿之際，我想借此機(jī)會對在完成設(shè)計期間關(guān)心、幫助、支持和鼓勵過我的老師、同學(xué)以及朋友們致以最誠摯的謝意和最衷心的祝福！

首先我要感謝的是我的導(dǎo)師老師，在完成整個設(shè)計的過程中，老師給我提供了很大的幫助，在選題、設(shè)計以及修改文檔的各個環(huán)節(jié)里老師給我指出了很多錯誤，提出了很多寶貴意見，對于設(shè)計中存在的問題也是耐心的回答和指導(dǎo)，讓我能夠順利的完成設(shè)計。在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。

其次要感謝的是所有在大學(xué)四年中教育指導(dǎo)過我的所有老師，你們傳授給我的專業(yè)知識是我完成本設(shè)計的基礎(chǔ)，也是日后踏入工作崗位的重要基石，對于老師們一絲不茍，兢兢業(yè)業(yè)的精神表示衷心的感謝。

最后我還要向所有關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友和同學(xué)們表示真摯的謝意！感謝你們對我的關(guān)心、關(guān)注和支持。

基于單片機(jī)的自動窗簾控制系統(tǒng).doc (1.2 MB, 下載次數(shù): 98)

2018-5-26 02:03 上傳

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