摘要
伴隨著信息化時代的到來，智能化家居控制系統越來越多的出現在人們的日常生活中，給人們帶來了安全、方便、舒適的生活環境，家居環境也因此越來越成為人們關注的熱點。而窗簾是我們家居環境中必不可少的，但是傳統的窗簾需要繁瑣的操作，已經不能滿足現代生活品質的要求，于是人們對家居環境提出了更高的要求，具有智能化的窗簾控制系統擁有廣泛的應用前景。針對以上問題，設計了一種以STC89C52單片機為控制核心，集手動遙控控制、定時控制以及光感控制為一體的智能窗簾控制系統，實現了半自動和自動兩種模式的控制方式。半自動模式下，可以通過人工操作機械按鍵實現窗簾的任意開合；自動模式下既可以通過遙控操作來實現窗簾的任意開合，也可以通過光敏電阻感應外界光照的強弱來自動控制窗簾開合，更加的人性化。智能控制不僅克服了傳統窗簾功能單一，操作繁瑣、智能化程度不高的缺點，而且可以滿足不同環境場合的需求。
一、題目要求
一、 任務
設計制作一個簡易的拉伸窗簾裝置
二、基礎要求
1、按鍵控制窗簾伸縮，并可中途停止，用1602或12864顯示信息；
2、具有全開或全關限制開關防止窗簾過度打開或關閉導致損壞；
3、具有定時功能，可以在指定時間打開或關閉窗簾；
三、拓展要求
1、添加時鐘芯片以獲得準確的時間信息（具有掉電走時功能）；可以考慮用步進電機和舵機驅動控制窗簾，并且可以顯示窗簾拉度，允許模擬驅動，最好可以設計具體結構，依據難度不同給分；換用較高級液晶（OLED），并且可以通過紅外遙控與手機藍牙拉伸窗簾；
2、加溫濕度傳感器，可以隨時檢測室內溫濕度，并設置報警裝置，溫度過高報警。
高級拓展：
設置三種模式。手動模式，定時模式，光控模式并可以通過按鍵或者紅外切換。光控模式可以設置上下限。并可以依據光強自動調節窗簾長度。
二、實現功能
1、做出了模型設計的具體結構。
2、按鍵控制窗簾伸縮，并可中途停止，用OLED顯示信息；
3、具有全開或全關限制開關防止窗簾過度打開或關閉導致損壞；
4、采用DS1302時鐘芯片以獲得準確的時間信息（具有掉電走時功能）；
5、用步進電機驅動控制窗簾，步距值不受電壓的大小，電流的數值、波形、溫度的變化等的影響，增加系統穩定性。
6、溫濕度傳感器，可以隨時檢測室內溫濕度，并設置報警裝置，溫度過高報警。
7、具有定時功能，可以在指定時間打開或關閉窗簾；
8、設置有三種模式，遙控模式，定時模式，光控模式，并可以通過按鍵切換。光控模式可以依據光強自動控制窗簾的開合。傍晚窗簾自動拉合，早上窗簾自動打開。
三、設計方案
3.1 硬件設計整體框架
本次設計采用STC89C52RC單片機，液晶顯示屏OLED，以及ULN2003電機驅動作為系統的主要模塊，單片機作為整個設計的控制器件，OLED作為顯示器件，四路遙控開關模塊和光敏電阻控制模塊構成了智能窗簾的運動控制模塊。系統框圖如3-1所示
圖3-1
3.2 控制芯片STC89C52
本次設計采用STC89C52作為控制芯片，STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能：8k字節Flash，512字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式�？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。如圖3-2所示
圖3-２
3.3 液晶顯示屏的選取及接口設計本次設計在液晶屏的選取上主要考慮了OLED12864與LCD12864這兩種較為常用的型號，OLED12864的優點在于
1．OLED只需要四個I/O接口，給系統內的其他模塊節省了大量的I/O口；
2．OLED可以自身發光，而LCD則不能。所以OLED比LCD要亮得多，另外，OLED對比度更大，色彩效果更加豐富；
3．LCD需要背景燈光點亮，而OLED在需要點亮的單元才加電，并且電壓很低，因此更加節能；
4．OLED沒有視角范圍的限制，可視角一般可以達到160度，重量也比LCD輕的多；
對比后決定選取OLED12864作為本次設計的顯示屏。 3-３為電路接口框圖。
圖3-３
3.3.1 液晶顯示屏OLED12864字符的顯示
OLED12864顯示模塊顯示屏為128列、64行，使用1片有64行輸出的行驅動器和2片列驅動控制器，其中每片列驅動器有64路輸出。行 驅動器與MCU沒有關系，只要提供電源就能產生驅動信號和同步信號，模塊的外部信號僅與列驅動器有關。列驅動器內置64×64位顯示存儲器，RAM被分為 8頁，每頁8行;顯示屏上各像素點顯示狀態與顯示存儲器各位數據一一對應，顯示存儲器的數據直接作為圖形顯示的驅動信號，為“1”顯示，為“0”不顯示。3.3.２OLED12864主要技術參數1.0.96寸OLED顯示屏的驅動芯片為：SSD13062.接口類型：IIC3.OLED12864管腳定義：GND：電源地VCC：電源正極（供電3.3-5V）SCL：IIC時鐘線SDA：IIC數據線3.4時鐘模塊DS1302
DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節靜態RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需三根I/O線：復位（RST）、I/O數據線、串行時鐘（SCLK）。時鐘/RAM的讀/寫數據以一字節或多達31字節的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時，功耗小于1mW。
DS1302的外部引腳分配如圖3-4-1所示及內部結構如圖3-4-2所示。DS1302用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄上，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄，因此廣泛應用于測量系統中。
DS1302的引腳分配如圖3-4-1
圖3-4-1
各引腳的功能為：
VCC1 電池引腳
VCC2 主電源引腳
當Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電；
當Vcc2< Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。
SCLK：串行時鐘，輸入，控制數據的輸入與輸出；
I/O：三線接口時的雙向數據線；
X1，X2為32.768kHz晶振引腳
GND 地
RST 復位
I/O 數據輸入/輸出
內部結構如圖3-4-2
圖3-4-2 DS1302內部結構圖
DS1302含充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串入的二極管數目，以調節電池充電電壓。
3.5溫濕度模塊
DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應用中，在苛刻應用場合的最佳選擇。產品為4針單排引腳封裝，連接方便。連接如圖3-5
圖3-5
型號：DHT11
參數：
相對濕度：
分辨率：0.1%RH 16Bit
精度：25℃ 正負 %2
溫度：
分辨率：0.1%RH 16Bit
量程范圍：25℃ 正負0.2℃ 至 -40℃ ~ -80℃
響應時間：1/e(63%) 10S
電氣特性：供電DC3.5 - 5.5V 電流 0.3mA 待機60uA
采樣周期：每次大于2秒
引腳說明
1、VDD 供電 3.5V-5.5V DC
2、I/O 串行數據，單總線，必須接上拉電阻 5.1K左右，這樣空閑時 DATA總是為高電平
3、GND 接地，電源負極
4、NC 空腳
數據格式：
8bit濕度整數數據 + 8bit濕度小數數據 + 8bint溫度整數數據 + 8bit溫度小數數據 + 8bit校驗位
校驗算法：
將濕度、溫度的整數小數累加，只保留低8位。
處理器接口(P1.0)與DHT11通信約定：
主從結構，DHT11為從機，單片機作為主機， 只有主機呼叫從機，從機才能應答。
詳細流程：
單片機發送起始信號 -> DHT響應信號 -> DHT通知單片機準備接受信號 -> DHT發送準備好的數據 -> DHT結束信號-> DHT內部重測環境溫濕度數據并記錄數據等待下一次單片機的起始信號。
單片機起始信號：
1、設置P1.0引腳為輸出狀態并輸出高電平
2、再將P1.0輸出為低電平，持續時間大于18ms，此時DHT檢測到后從低功耗模式->高速模式
3、P1.0引腳設置為輸入狀態，由于上拉電阻的關系，P1.0就變為高電平，從而完成一次起始信號。
THD響應信號、準備信號：
（DHT在單片機 P1.0引腳輸出低電平時，從低功耗模式轉至高速模式，等待P1.0引腳變為高電平）
1、DHT輸出 80us低電平 作為應答信號
2、DHT輸出 80us高電平 通知微處理器準備接受數據
3、連續發送 40位數據（上次采集的數據）
DHT數據信號：
數據為“0”格式：50us的低電平 + 26-28us的高電平
數據為“1”格式：50us的低電平 + 70us的高電平
DHT結束信號：
DHT的I/O引腳輸出40位數據后，繼續輸出低電平50us后轉為輸入狀態，由于上拉電阻，I/O隨之變為高電平。DHT內部開始重測環境溫濕度數據，并記錄數據，等待外部的起始信號。
3.6蜂鳴器報警模塊
電磁式蜂鳴器驅動原理：
蜂鳴器發聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。單片機實驗板通過一個三極管S9013來放大驅動蜂鳴器，原理圖見下面圖3-6：
圖3-6
如圖所示，蜂鳴器的正極接到VCC（＋5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的集電極C，三極管的基級B經過限流電阻R1后由單片機的P2.3引腳控制，當P2.3輸出低電平時，三極管T1截止，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發聲；當P2.3輸出高電平時，三極管導通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發出聲音。因此，我們可以通過程序控制P2.3腳的電平來使蜂鳴器發出聲音和關閉。
3.7電機驅動模塊
借助單片機STC89C52對四相步進電機進行 控制時，需要通過I/O口輸出具有一定時序的方波作為步進電機的控制信號，但僅靠該TTL電平無法直接驅動電機。如果采用74LS373進行驅動電機，必須增加許多寄存器才能驅動，因此考慮電機驅動芯片ULN2003來驅動步進電機。
1 驅動芯片ULN2003 ULN2003是一種高耐壓、大電流的達林頓陳 列，由七個NPN達林頓管組成。每一對達林頓都串聯一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。 ULN2003的內部結構如圖1，灌電流可達500mA，并且在關態時能夠承受50V的電壓，可以在高負載電流下并行輸出運行。其中，由單片機STC89C52的P1.4-P1.7腳作為ULN2003的1～4口輸入端所構成的步進電機驅動電路如圖2。
圖3.7
1.步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。您可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。
2. 驅動電機 電機驅動的關鍵要點就是精確控制電機旋轉的角度。程序設計時要根據傳感器的信息判斷旋轉方向，以便起動相應的轉動方向子程序。正反控制程序分別按控制脈沖順序的要求采用相應制模型，并判斷是否大幅度轉向，采用變脈沖寬度方式來實現電機調速。程序設計時把步進電機的控制方式建立成控制模型，并以數據表形式存于程序存儲器中，并采用寄存器進行計數達到控制步進電機轉動的步數。
3.8光敏電阻模塊
該系統的自動模式是由光敏電阻模塊來控制電機的驅動從而達到晚上自動拉窗簾，早上開窗簾的目的。其中主控芯片為LM339。LM339類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態可靠地轉換到另一種狀態，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。光敏電阻與LM339連接如圖3-8，
圖3-8
R9和R10通過分壓，輸入到IN1-的電壓為2.5V，白天時光敏電阻阻值大，輸入到IN1+的電壓只有零點幾伏，三極管截止；到傍晚時光敏電阻的阻值變大，輸入到IN1+的電壓能達到4V左右，三極管導通，驅動電機拉合窗簾。
3.9四路遙控開關
無線電遙控器（RF Remote Control）是利用無線電信號對遠方的各種機構進行控制的遙控設備。常見的無線電發射接收模塊常用的無線電遙控系統一般分發射和接收兩個部分。發射部分一般分為兩種類型，即遙控器與發射模塊，遙控器和遙控模塊是對于使用方式來說的，遙控器可以當一個整機來獨立使用，對外引出線有接線樁頭；而遙控模塊在電路中當一個元件來使用，根據其引腳定義進行應用，使用遙控模塊的優勢在于可以和應用電路天衣無縫的連接、體積小、價格低、。接收部分一般來說也分為兩種類型，即超外差與超再生接收方式，超再生解調電路也稱超再生檢波電路，它實際上是工作在間歇振蕩狀態下的再生檢波電路。超外差式解調電路與超外差收音機相同，它是設置一本機振蕩電路產生振蕩信號，與接收到的載頻信號混頻后，得到中頻信號，經中頻放大和檢波，解調出數據信號。超外差式的接收器穩定、靈敏度高、抗干擾能力也相對較好。
將模式的切換、各種指令的運行集中在四路遙控上，將四個按鍵的功能實現最大化。其與單片機的連接如圖3-9所示
圖3-9
該系統共有三種模式可供選擇。定義D按鍵為模式切換。
當OLED屏幕上顯示模式為M字樣時為手動遙控模式，在此模式下A按鍵為窗簾拉合，B按鍵為停止電機運行，C按鍵為窗簾打開。
當OLED屏幕上顯示模式為D字樣時為自動模式，到傍晚亮度下降到一定程度之后窗簾自動拉合，早上亮度增強到一定程度窗簾自動打開。
當OLED屏幕上顯示模式為T字樣時為定時模式，可定時讓窗簾拉合（用I表示）或打開（用O表示）。在此模式下B按鍵可以在時分秒以及I/O之間移位，A按鍵為+1，C按鍵為-1。
3.10 220V-12V變壓模塊
220v轉12v穩壓電源，需要先降壓，后整流、再穩壓即可達到要求。
電路工作原理如圖3-10-1
圖3-10-1
從變壓器輸出的15V交流電通過橋式整流變成15V直流電，再經過
LM7812引腳圖如圖3-10-2
圖3-10-2
電路設計如圖3-10-3
圖3-10-3
3.11 12V-5V變壓模塊
LM7805是常用的三端穩壓器，一般使用的是TO-220封裝，能提供DC 5V的輸出電壓，應用范圍廣，內含過流和過載保護電路。帶散熱片時能持續提供1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不通的電壓和電流。
LM7805引腳圖如圖3-11-1
圖3-11-1
電路設計如圖3-11-2
圖3-11-2
3.12 限位開關
圖3-12
四、設計感受
我們三個人從轉完專業在一個班就開始在一起工作，雖然實際上真正拿來認真干活的時間并不是太多，但交情從這里面確實提升了。
可以說，從一開始我自己沒有什么經驗，以至于很多的信息是錯誤的，這一點的確需要反省，不知道怎樣寫論文，不知道要自己焊板子，不知道怎樣填寫設計報告前幾頁，都能夠看出來一些端倪了，所以，這一點，以后也需要盡量改正吧。
單片機并不是很難，只不過是結合了軟件和硬件而已，如果只是將硬件那部分模型化，看作是一堆地址的話，也是so esay的，只是說歸說，還是要多實踐的，我說的不難，是沒有我們想象中難，只要腳踏實地，并不難。我們作出這個作品，已然能夠證明了吧。
可是真到了要設計時候，才發現光靠書本上的知識，是遠遠不夠的。說不定設計需要用的器件都是你沒用過的，所以不能只局限于書本上的知識。雖然無數次的討論中午們也有爭吵，也有不悅，但是總體來說我們配合得還不錯。緊趕慢趕，無數調試，一次次失敗，一次次更改，我們設計出來的是電子作品，得到的是實際操作的經驗，收獲的是相互之間的友誼�？吹綌[桿達到一項項指標，我們激動的同時，也對自己的團隊增加了一份信心。
年輕的小伙子血氣方剛，更是沖勁十足，畢竟不是一個大腦，各有各的想法，看到別人進入誤區，自己不懂干著急，同樣也把人家的情緒帶到了谷底，這樣很不利于開展各自的工作，應改互相加油鼓勁，即使是不說話，給同伴一個安靜的空間思考問題也比點燃他心中的火藥桶有用得多。哎，事后怎么說都對，但是作為當事人想達到這個樣子，我只能說“革命尚未成功，同志仍需努力”。
雖然只是幾個月的努力，但是卻使我們收益一生，在以后的人生路上我們一定會繼續努力下去。謝謝學校給我們這樣的機會，謝謝老師對我們的教導。好，暫時就說這么多吧，我并不想稀里糊涂地度過這個學期，校賽已經較為滿意地結束了，挺開心的。
（1）電路原理圖：
1、
控制部分
2.電源部分
（2）程序如下（僅附錄主程序）：
#include <REG52.h>
#include "main.h"
#include "dht11.h"
#include "oled.h"
#include "bmp.h"
#include "ds1302.h"
#include "motor.h"
#include "key.h"
sbit beep=P2^3;
unsigned int t,j;
unsigned char a,b,c,d;
unsigned int i,num,numm,flag,flag1;
unsigned char number;
unsigned char str[5];
unsigned char hour1,minute1,second1;
void display();
void main(void)
{
while(1)
