基于單片機(jī)智能窗簾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)專(zhuān)業(yè)

基于單片機(jī)智能窗簾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：闡述了自動(dòng)光控帷幕起升和閉帶的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程, 詳細(xì)介紹了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中硬件電路的設(shè)計(jì), 以及它們實(shí)現(xiàn)的功能和軟件語(yǔ)言的驅(qū)動(dòng)因素。.該系統(tǒng)可分為電子自動(dòng)控制和機(jī)械傳動(dòng)兩部分。前者采用 STC89C52 單片機(jī)作為核心 CPU, 集成了多個(gè)傳感器, 實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控。后者計(jì)劃在窗戶(hù)上安裝步進(jìn)電機(jī), 以實(shí)現(xiàn)在不同照明條件下打開(kāi)和關(guān)閉窗簾, 包括在某些特殊情況下手動(dòng)或遙控, 使窗簾打開(kāi)或關(guān)閉。閉合, 物理性能好, 集設(shè)計(jì)、仿真、生產(chǎn)于一體, 具有智能化的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；光單片機(jī)；窗簾目 錄1背景22系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)23設(shè)計(jì)方案和內(nèi)容34系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)44.1主程序模塊44.2按鍵模塊54.3光敏和AD轉(zhuǎn)換模塊64.4步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)模塊84.5顯示部分模塊105系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)116 智能遙控窗簾的綜合調(diào)試117結(jié)束語(yǔ)128 致 謝129 參考文獻(xiàn)131背景 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人們?cè)跐M(mǎn)足基本生活需求的同時(shí), 對(duì)家用電器的生活質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 功能強(qiáng)大, 使用簡(jiǎn)單方便。采用單片機(jī)作為控制單元, 可以大大提高各模塊的協(xié)調(diào)性, 從而提高系統(tǒng)的資源利用率, 減少資源浪費(fèi), 節(jié)約成本。進(jìn)入21世紀(jì)后, 隨著各種科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 理論知識(shí)與實(shí)踐生活的結(jié)合越來(lái)越緊密, 人們的生活水平不斷提高。同時(shí), 越來(lái)越廣泛地應(yīng)用科技智能化也使人們的隱私安全受到極大的侵犯, 因此人們更加注重隱私的安全, 并將其作為家庭住所。必要的窗簾對(duì)于保護(hù)居民隱私和屏蔽外部光線非常有用?，F(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)傳統(tǒng)的窗簾都需要手動(dòng)切換, 這不僅費(fèi)力, 而且可能錯(cuò)過(guò)最好的照明時(shí)間, 所以窗簾的智能控制是非常重要和有效的。設(shè)計(jì)了一種基于 AT89C52 系列單片機(jī)的智能遙控窗簾系統(tǒng)。利用 AT89C52 系列單片機(jī)的功能, 不僅簡(jiǎn)單方便, 而且成功地完成了人們所需的許多功能。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用電機(jī)在不同方向通過(guò)電流時(shí)的不同轉(zhuǎn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)了窗簾的開(kāi)啟和關(guān)閉。遙控窗簾系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)窗簾的有效升降、加速和減速, 具有停止功能。窗簾的加速、減速、升降和停止功能需要功率控制。步進(jìn)電機(jī)用于供電, 步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)產(chǎn)生的不同頻率脈沖控制, 從而有效地控制了窗簾。該設(shè)計(jì)有一個(gè)主開(kāi)關(guān), 主要用于防止不必要的麻煩造成的錯(cuò)觸。按下電源按鈕可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)向。智能遙控窗簾的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖智能遙控窗簾的總體結(jié)構(gòu)框圖3設(shè)計(jì)方案和內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了光控窗簾系統(tǒng), 包括光控、定時(shí)和手動(dòng)三個(gè)功能。因此, 這些控制元件需要與各種接口和 Mcu 連接。采用 AT89C52 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng), 安裝了 ADC0832 芯片、VS1838b 芯片和 ULN2003 芯片, 可在不同的光線條件下控制開(kāi)幕或閉接。密鑰掃描模塊、紅外遙控模塊、光阻器、步進(jìn)電機(jī)和 AT89C52 構(gòu)成了設(shè)計(jì)系統(tǒng)。光敏電阻用于采集模擬信號(hào), 并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換 an 電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息, 該電路用于控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 以模擬窗簾的開(kāi)啟和關(guān)閉。采用自動(dòng)燈光控制的原理來(lái)關(guān)閉窗簾。當(dāng)外部光強(qiáng)達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)值的上限時(shí), 將打開(kāi)窗簾5。當(dāng)外部光強(qiáng)達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)值的下限時(shí), 將關(guān)閉窗簾。基于上述工作原理, 該設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅成本低, 而且方便快捷。結(jié)點(diǎn)原理圖的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。圖2 智能窗簾控制系統(tǒng)原理圖此外, 自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉窗簾也可以預(yù)先設(shè)置的時(shí)間或直接通過(guò)按鈕開(kāi)始和關(guān)閉窗簾。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)單一、系統(tǒng)穩(wěn)定、不易受到外部環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)。4系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)整個(gè)電路主要由電源電路、晶體振蕩器電路、上上變速電路、開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路和步進(jìn)電機(jī)電路組成。電源電路為整個(gè)電路提供能量, 確保電路能夠運(yùn)行;晶體振蕩器電路主要提供所需的振蕩頻率;變速電路主要控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;開(kāi)關(guān)觸發(fā)電路主要控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和停止;步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn), 以驅(qū)動(dòng)窗簾向上和向下。4.1主程序模塊 該系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機(jī)微控制器晶體振蕩器電路, 所謂石英晶體振蕩器是單片機(jī)中的晶體振蕩器。晶體振蕩器通常是電容器和電阻器串聯(lián)后并聯(lián), 有兩個(gè)諧振點(diǎn), 串聯(lián)諧振頻率低;并聯(lián)諧振是高頻的。晶體振蕩器可以向單片機(jī)提供脈沖信號(hào), 即 MCU 的工作速度。晶體振蕩器將與單片機(jī)引腳中的 X1 和 X2 引腳連接。此時(shí), 電路將產(chǎn)生諧波, 諧波的存在將影響振蕩器的穩(wěn)定性。為了解決這個(gè)問(wèn)題, 我們連接晶體振蕩器引腳上的陶瓷電容器。這種電容器通常選擇在10到 50 pF 之間, 需要接地。本設(shè)計(jì)中使用的晶體振蕩器為 12 MHz 石英晶體。 電源由 DC 5V 電池供電, 由 USB 接口供電。充電寶也可以為其供電。其目的是防止電源故障上升或下降。石英晶體振蕩器主要用于晶體振蕩器電路。石英晶體振蕩器具有良好的頻率穩(wěn)定性。石英晶體振蕩器的外部干擾用于產(chǎn)生參考頻率。電路中頻率的精度由參考頻率控制。同時(shí), 它還可以產(chǎn)生振蕩電流, 從時(shí)鐘信號(hào)傳輸?shù)轿⒖刂破?。?fù)位電路。初始化功能, 89C51 RST 引腳 (復(fù)位引腳) 提供超過(guò)24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期的高層可以復(fù)位。執(zhí)行重置程序后, 其初始化地址將更改為 0000H, 并從0000H 運(yùn)行。圖3 晶振電路4.2按鍵模塊 本設(shè)計(jì)中按鈕模塊的功能是自動(dòng)照亮窗簾。它可以定期關(guān)閉窗簾或通過(guò)按鈕直接控制窗簾的開(kāi)啟或關(guān)閉。此設(shè)計(jì)需要五個(gè)獨(dú)立的密鑰。他們實(shí)現(xiàn)的功能是設(shè)置關(guān)鍵 (設(shè)置自動(dòng)燈光控制窗簾的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間);增加數(shù)字價(jià)值的關(guān)鍵;降低數(shù)字價(jià)值的關(guān)鍵;啟動(dòng)窗簾鍵 (按下此鍵后, 窗簾打開(kāi));關(guān)閉窗簾的鍵 (按下此鍵后, 窗簾關(guān)閉)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)窗簾的起落落, 實(shí)現(xiàn)智能家居, 采用 ULN2003 步進(jìn)電機(jī)的每步角度為1.2 度, 遙控窗簾通過(guò)角速旋轉(zhuǎn)所需的距離上升和下降精度為1.2 度, 通過(guò)輸出的微控制器不同頻率, 不同的脈沖數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)的速度和旋轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。并得到起起窗簾的效果。當(dāng)系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)后開(kāi)始復(fù)位時(shí), 通過(guò)設(shè)置左側(cè)的按鈕來(lái)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)。正向和反向速度水平對(duì)應(yīng)于10個(gè)不同的速度水平, 由數(shù)字管顯示。圖4 按鍵連接電路如上面圖4所示, 在本模塊中, S1 鍵與 P2.7 端口連接, p2.7 端口是主要的功能鍵;S2 鍵與 P2.6 端口連接, 按下此鍵后, 時(shí)間值或照明預(yù)設(shè)值增加 1;S3 鍵與 P2.5 端口連接, 按下此鍵后, 時(shí)間值或照明預(yù)設(shè)值降低 1;S4 鍵與 P2.4 端口連接, 按下此鍵后, 窗簾打開(kāi)。S5 鍵連接到 P2.3 端口, 按下此鍵后, 窗簾關(guān)閉。 4.3光敏和AD轉(zhuǎn)換模塊 自動(dòng)光控窗簾起升和關(guān)閉系統(tǒng)根據(jù)外部光的變化及時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉窗簾。光阻器負(fù)責(zé)完成此部分所需的功能。光電阻器對(duì)外部光強(qiáng)非常敏感, 對(duì)電阻值的變化有直接影響。電阻值與光強(qiáng)呈負(fù)相關(guān)。阻力值隨強(qiáng)度的增加而減小, 而阻力隨強(qiáng)度的增加而增大。 ADC0832 是一種8位連續(xù)逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以被 TLC0832 所取代, TLC0832 有兩個(gè)可多路復(fù)用的輸入通道。串行輸出可以配置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的移位寄存器或微處理器接口。其多路復(fù)用器可配置為單端或差分輸入軟件。差分模擬電壓輸入可以抑制共模電壓, 但輸入?yún)⒖茧妷翰荒苷{(diào)整。它已連接到 Vcc 1 內(nèi)部。ADC0832 芯片有四條數(shù)據(jù)連接線, 分別與單片機(jī)連接, CS 芯片選擇器, CLK 芯片時(shí)鐘輸入, DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入, DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。當(dāng) MCU 通信時(shí), DI 和 DO 終端都與 MCU 雙向連接, 不能同時(shí)工作, 因此它們與電路中的數(shù)據(jù)線平行連接?？傮w設(shè)計(jì)如下圖5所示。CS 引腳處于較高的水平。芯片無(wú)法正常工作。CLK 端口的級(jí)別可以自由設(shè)置。DO 和 DI 的級(jí)別也是如此。如果希望整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路開(kāi)始工作, 則必須首先將芯片選擇啟用程序設(shè)置為低級(jí)狀態(tài), 并且必須在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持此狀態(tài)。在整個(gè)過(guò)程中, CLK 芯片的時(shí)鐘輸入接收時(shí)鐘脈沖, 并將信號(hào)輸入到數(shù)據(jù)輸入。此端口用作輸入通道選擇。DI 終端始終保持較高的水平。圖5 光敏及AD電路連接當(dāng)兩端的數(shù)據(jù)分別顯示為1和0時(shí), CH0 引腳端實(shí)現(xiàn)單通道轉(zhuǎn)換。CH1 引腳端單通道轉(zhuǎn)換的情況下, 2位數(shù)據(jù) 1, 1。當(dāng)數(shù)據(jù)顯示為 0時(shí), CH1 引腳端和 CH0 引腳端分別用作正向輸入的 In-輸入和 in +。當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)顯示為0和1時(shí), CH 1 和 CH0 的正負(fù)輸入端子的極性發(fā)生變化。如果第三個(gè)脈沖下沉, DI 端子的輸入功能將在第三個(gè)脈沖到來(lái)之前丟失。輸出數(shù)據(jù)用于輸出 DO。DATA7, 當(dāng)?shù)谒拿}沖下沉?xí)r, 它使用 DO 終端輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù), 直到 D0 傳輸最低位數(shù)據(jù) DATA0, 并在每個(gè)脈沖接收器之前輸出數(shù)據(jù)。接收 DATA0 數(shù)據(jù)后, 此數(shù)據(jù)字節(jié)的輸出將結(jié)束。然后輸出反向字節(jié)數(shù)據(jù)。選擇 CS 芯片是為了使引腳端能夠設(shè)置在較高的水平, 此時(shí)芯片無(wú)法使用。AD 轉(zhuǎn)換器芯片的輸入電壓為 0 5V。此電壓僅適用于用作單通道模擬信號(hào)的情況。在8位分辨率下, 其電壓精度為 19.53 mV。當(dāng)它被用作正負(fù)輸入時(shí), 應(yīng)預(yù)定義更大范圍的電壓值, 并應(yīng)在下一步提高轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。4.4步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)模塊 通過(guò)判斷用戶(hù)所需的轉(zhuǎn)向, 即判斷帷幕的起落, 根據(jù)控制電機(jī)運(yùn)行所需的功能, 將相應(yīng)的脈沖傳遞給控制器。當(dāng)傳輸所需的功能指令時(shí), 此周期的操作指令將完成并重置以等待下一條指令。步進(jìn)電機(jī)是一種開(kāi)環(huán)控制裝置。角位移是通過(guò)其電脈沖的轉(zhuǎn)換得到的。脈沖信號(hào)的頻率和數(shù)量會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。例如, 當(dāng)脈沖信號(hào)傳輸?shù)讲竭M(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器時(shí), 它可以使電機(jī)在正或負(fù)方向上旋轉(zhuǎn)一定的角度, 就像我們之前假設(shè)的那樣。我們調(diào)用此角度步進(jìn)角度3。步進(jìn)電機(jī)可以快速打開(kāi)和關(guān)閉。步進(jìn)電機(jī)主要用于高精度電路, 因?yàn)樗俣群筒竭M(jìn)角之間的關(guān)系, 這只與脈沖頻率有關(guān)。圖6 ULN2003連接圖ULN2003 的七針與單片機(jī)連接 P1.0P1.7。在 ULN2003 芯片 (即電機(jī)的五線接口) 旁邊安裝插入銷(xiāo), 用于連接步進(jìn)電機(jī)。5V 電源直接連接到 J4 的第一引腳端口。與電機(jī)連接, 直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)向前和向后, 模擬窗簾開(kāi)啟和關(guān)閉的控制。步進(jìn)電機(jī)包括單相電機(jī)和多相電機(jī), 兩者都是同步步進(jìn)電機(jī)。單路電脈沖可以驅(qū)動(dòng)單相電機(jī)。單相電機(jī)由于輸出功率低, 通常用于驅(qū)動(dòng)微電路。步進(jìn)電機(jī)適用于微處理器控制, 主要是因?yàn)樗鼈兛梢灾苯咏邮諗?shù)字量。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí), 相應(yīng)的抖動(dòng)就會(huì)發(fā)生, 通常持續(xù)5-10 女士, 在抖動(dòng)過(guò)程中會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的封閉狀態(tài), 在開(kāi)關(guān)過(guò)程結(jié)束后將恢復(fù)到開(kāi)放狀態(tài), 從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)、斷trol 電路。該軟件通過(guò)使用延遲程序消除抖動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到第一個(gè)開(kāi)關(guān)被關(guān)閉時(shí), 將立即執(zhí)行延遲程序。延遲時(shí)間為10毫秒, 以判斷密鑰是否仍處于關(guān)閉狀態(tài)。如果檢測(cè)到開(kāi)關(guān)被關(guān)閉, 將確定真正的閉合, 這將對(duì)電路產(chǎn)生影響。這樣, 就可以解決鑰匙抖動(dòng)對(duì)電路的影響。4.5顯示部分模塊 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、開(kāi)關(guān)幕定時(shí)時(shí)間和照明強(qiáng)度值。1602上顯示的時(shí)間可以通過(guò)鍵進(jìn)行調(diào)整, 幕布關(guān)閉時(shí)間可以通過(guò)鍵設(shè)置, 1602 上可以實(shí)時(shí)顯示。我們收集的照明數(shù)字值也可以在1602年顯示。P0 在這里用作數(shù)據(jù)端口的連接。它在1602時(shí)連接到7到14個(gè)引腳。它在連接線上傳輸和寫(xiě)入數(shù)據(jù)或指令。在電路的連接中必須增加上拉電阻。LCD160 2 的四個(gè)引腳是 RS 寄存器選擇器, 可用于選擇數(shù)據(jù)或命令;LCD160 2 的五個(gè)引腳是 R/W 讀寫(xiě)控制終端, 可以決定是讀寫(xiě)數(shù)據(jù), 并通過(guò) PC 芯片22.0 的端口運(yùn)行;LCD160 2 的六個(gè)引腳是支持 e 的信號(hào)終端, 可以控制設(shè)備是否工作, 并與 PC 芯片 P2.2 4 的端口連接。在本設(shè)計(jì)中, 采用旋轉(zhuǎn)電位器調(diào)整1602的背光亮度。圖7 1602電路連接圖5系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的主要程序需要完成以下功能: 單片機(jī)各模塊的初始化操作, 定時(shí)器初始值的設(shè)置, 電機(jī)的開(kāi)啟操作, 顯示數(shù)字量的時(shí)間照明等。主要功能 voidmain用于調(diào)用每個(gè)模塊的子函數(shù), 以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。軟件流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖6 智能遙控窗簾的綜合調(diào)試 當(dāng)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)完成后, 將設(shè)計(jì)的軟件記錄到 MCU 中, 以檢查硬件和軟件是否兼容, 系統(tǒng)是否可以按照預(yù)期目的運(yùn)行, 并測(cè)試穩(wěn)定性和系統(tǒng)的效率。通過(guò)改進(jìn)程序結(jié)構(gòu), 檢查相應(yīng)的缺陷, 可以進(jìn)行測(cè)試和運(yùn)行, 成功地實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的加速、減速和停止功能, 從而有效地控制了帷幕的吊裝。物理效應(yīng), 如圖9所示。圖9實(shí)物效果圖7結(jié)束語(yǔ) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它通過(guò)控制可逆和直流電機(jī)來(lái)控制窗簾的開(kāi)啟和關(guān)閉。通過(guò)遠(yuǎn)程控制和燈光控制, 窗簾系統(tǒng)變得智能化。這符合智能家居的發(fā)展方向, 可以更好地提升智能生活的理念。8 致 謝時(shí)光飛逝，終于到了論文定稿的這一刻。雖然文章顯得有些粗糙，但畢竟凝聚了自己的心血，在此謹(jǐn)向曾經(jīng)關(guān)心、幫助、支持和鼓勵(lì)我的老師、同事、同學(xué)、親人和朋友們致以最誠(chéng)摯的謝意和最衷心的祝福衷心感謝我的導(dǎo)師謝鐵兔。老師對(duì)我兩年來(lái)的學(xué)習(xí)、生活給予了悉心的關(guān)懷，在本論文的開(kāi)題、寫(xiě)作、修改、定稿方面更是給予了悉心指導(dǎo)和匠心點(diǎn)撥，論文凝結(jié)著導(dǎo)師的汗水和心血。在這兩年多的學(xué)習(xí)和生活過(guò)程中，我要向老師們表示衷心的感謝是他們給了我熱情的關(guān)懷、支持和幫助，使我得以順利完成學(xué)業(yè)。同時(shí)，衷心感謝我的父母、家人以及和我一起學(xué)習(xí)的各位同學(xué)，是他們?cè)谖覍W(xué)習(xí)和論文寫(xiě)作過(guò)程中，給予我了莫大的支持和鼓勵(lì)。最后，再一次感謝所有關(guān)心和支持我的人們，我一定會(huì)用所學(xué)知識(shí)更好地做好本職工作來(lái)報(bào)答你們。9 參考文獻(xiàn)1 鄭國(guó)君. 8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832J. 電子世界, 2002(9). 2 梁明亮, 王新強(qiáng). 單片機(jī)與ADC0832的接口技術(shù)J. 河南科 技,2006(8):48-49. 3郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言編程M.北京:電子工業(yè)出 版社,2009. 4于志贛,劉國(guó)平,張旭斌.液顯LCD1602模塊的應(yīng)用J.機(jī)電 技術(shù),2009,32(3):21-23.5 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