2022年光感自动窗帘控制系统设计

1、光感自动窗帘掌握系统设计目录1 概述. 11.1 讨论背景 . 01.2 设计思想及基本功能 . 02 总体方案设计 . 12.1 方案选取 . 12.2 系统框图 . 42.3 总体方案设计 . 43 硬件电路设计 . 53.1 电源电路设计 . 53.2 晶振电路 . 63.3 复位电路 . 73.4 时钟电路 . 83.5 键盘电路 . 93.6 显示电路 . 10 3.7 A/D 转换电路 . 13 3.8 光敏传感器 . 14 3.9 步进电机 . 16 4 系统软件设计 . 17 4.1 主程序软件设计 . 18 4.2 键盘程序设计 . 19 4.3 定时程序设计 . 21 4.

2、4 步进电机程序设计 . 22 5 总结 . 24 参考文献 . 24 附录 系统原理图 . 25光感自动窗帘掌握系统设计1 概述1.1 讨论背景 相伴着信息化时代的到来,人们的生活速度以及对生活质量的追求也在大 幅提高；智能化的产品设计在转变人们工作方式与生活习惯的同时,让人们对 生活质量的提升提出了更高的要求,便利、舒服成了人们所追求的生活方式,在现代家庭生活环境中,居家环境早已不仅仅局限在物理空间上,人们更为关 注的是一个安全、便利、舒服的环境；智能化的电子产品以及设计将以前的被 动静止物体转变为人们能够便利操控的工具,这些产品具有供应全方位的信息 交换的功能,不仅能够优化人们的生活方式

3、,帮忙人们合理的支配时间,增强 居家环境的安全性,甚至仍可以为各种能源费用节约资金；在智能化产品中,单片机的应用已经越来越广泛,单片机以它体积小、质 量轻、耗电省、牢靠性高、价格低等优点,开头不断进展,并广泛应用于仪器 外表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的治理及过程掌握 等领域,在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进 行掌握；针对人们对智能化的需求以及对舒服生活的追求,窗帘自动掌握系统转变 了传统窗帘的劣势,它可以依据外界光照强度的不同而自动开闭窗帘,也可以 依据人们设定的时间来掌握窗帘；该系统利用光敏电阻检测光照强度的变化,并且将光敏检测模块的电阻变化

4、转化为电压变化,然后将电压变化的信号送单 片机,单片机通过电机驱动模块掌握着步进电机的正反转实现窗帘的来回移动；本设计正是把利用 AT89C51 单片机的优点以及简洁有用性,顺当的完成了对智 能掌握的要求,并且为智能化的家居设备供应了良好的基础；此外,对该系统 进行扩展,比如可以加上防火,防盗,甚至室内煤气浓度监测等功能,会使该 系统更具有有用性,而且也完善了系统；1.2 设计思想及基本功能 该系统具有一般的窗帘掌握系统的最基本的功能,即通过电动按钮来开闭 窗帘,在此基本功能的前提下,本设计依据需求仍设计了可以依据光照强度和 设定时间自动开闭窗帘的功能,在选取设计方案和采纳元器件方面,该系统本

5、光感自动窗帘掌握系统设计着简洁有用经济的思想,尽量简化电路设计,用最简洁的电路布线和选用最经 济有用的器件来达到设计要求；光感自动窗帘掌握系统具有以下几个基本功能：（1）手动掌握：该功能是依据用户的需求通过按键进行窗帘的开关,此功 能可以使窗帘处于开闭的任何一种状态；（2）自动掌握：系统可以通过感光器采集室内光照强度,依据亮度的不同 而自动掌握窗帘的打开程度；（4）时间掌握：此功能是依据用户设定的时间在特定的时间点一次性开关 窗帘；2 总体方案设计2.1 方案选取 单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛,很多的电子产品利用单 片机所取得的便利得到了人们的好评,针对单片机掌握的自动窗帘掌握系

6、统的 智能化要求,实现其自动掌握的方案有两种：方案（一）系统的传动机构使用直流电机,窗帘只有两个简洁的状态：完 全打开和完全关闭；方案（二）系统的传动机构使用更精确灵敏的步进电机,使得窗帘从关闭 6 个不同的等级；到完全打开之间有 这二个方案都是基于单片机掌握的,光线感应以及数码管显示,不同的设 计部分在于传动机构和窗帘的设计形式的选取上；方案（一）的窗帘由于只有完全开与完全关两种状态,所以窗帘本身设计 不需要太复杂,采纳一般的卷帘即可；关闭时,电机旋转全部放下卷帘；打开 时,电机将卷帘全部卷起；方案（二）的窗帘从完全关闭到完全打开按打开程度有 05 共六个等级,窗帘设计成类似百叶窗的形式,通

7、过步进电机可以精确掌握每个叶片的旋转角 度,从而掌握开关程度的大小；当叶片与窗户面平行时,窗帘完全关闭；当叶 片与窗户面垂直时,窗帘完全打开；下面图 2.1 所示是方案（一）的成效图；图2.2 是方案（二）的成效图：光感自动窗帘掌握系统设计图 2.1 方案（一）卷帘成效图图 2.2 方案（二）百叶窗式成效图光感自动窗帘掌握系统设计鉴于方案一这种卷帘现在市场上已经进展很好,没有太多连续讨论的价值,并且其窗帘掌握过于单一, 而且不如方案二的百叶窗式的窗帘美观；图 2.3 所示是百叶窗关闭打开的原理图,图2.4 是步进电机驱动百叶窗各叶片的物理截面图,其依据光照强度的大小有不同程度的打开,能够更精确

8、的满意用户的需求,所以本设计挑选方案二；图 2.3 百叶窗原理图步进电机主动轮窗帘叶片从动轮步进电机主动轮图 2.4 步进电机与百叶窗叶片连接截面图光感自动窗帘掌握系统设计2.2 系统框图 方案（二）的系统框图如图 2.5；时钟模块电源模块AT89C51显示模块键盘模块步进电机光照检测图 2.5 系统框图 2.3 总体方案设计 自动窗帘掌握系统总体方案设计是基于满意设计要求的前提并且依据理论 上的可实现性和硬件上的经济有用性,而进行设计的重要环节；本章从人们对 系统功能需求动身,在综合考虑各种因素的情形下,设计出自动掌握系统的总 体构架,并且在基本功能需求的基础上尽可能考虑系统的可扩展性；相伴

9、着科学技术的进展和人民生活水平的日益提高,人们对生活舒服性的 追求越来越剧烈,而窗帘在每个家庭生活是必备的,其基本功能是爱护住户的 隐私以及遮挡阳光等；基于这些作用窗帘的便利性自然也受到家庭的关注；但 传统的窗帘绝大部分是用手去开关,每天开关不仅不省力,而且仍可能错过最 佳光照时间,特殊是大窗帘,比较重,而且长,在开闭时需要费很大力气才能 开关窗帘,特殊不便利；针对这种现象,电动窗帘便由此产生；现有的电动窗 帘基本上都可以利用按键掌握,自动开关闭窗帘,虽然省了力气,但是有些方 面的设计仍是不够人性化；对此,本掌握系统提出可以依据光照以及定时等开 关窗帘,详细有以下几大功能：（1）手动掌握状态：

10、此功能使自动窗帘掌握系统具有手动拉开、关闭的功光感自动窗帘掌握系统设计能,便利用户掌握；（2）亮度自动掌握：此功能是依据室内光照强度的大小,来打算百叶窗每 个叶片的旋转角度从而掌握窗帘打开的大小程度；（3）时间自动掌握：此功能依据用户需要,设定需要开闭窗帘的时间,通 过输入的开启或关闭时间,掌握窗帘开关；光感自动窗帘掌握系统设计的总体框图如图2.6所示；电机驱动光强检测信号调理AD转换键盘电路AT89C51显示电路图 2.6 电动窗帘掌握器结构框图依据光照来开闭窗帘主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度,从光传感器采集的信号利用信号校正电路放大,滤波后输入到A/D转换器,由于 A/D 转换器件的

11、转换需要肯定时间,一旦在这段时间内信号发生变化,转换结果将会出现偏差,所以在转换期间要应当采纳采样保持电路；传入的信号由 89C51单片机来掌握,并且做出响应,以实现电机的正转、反转与停止；显示模块是用来显 示自动窗帘掌握器的各种状态；键盘作为输入设备,通过不同按键来掌握单片 机进行各种运转状态；3 硬件电路设计3.1 电源电路设计单片机正常工作电压为5V,因此设计的电源电路主要是供应单片机工作电压；图 3.1 是为单片机供应电压的电源电路；在这个电路中采纳了三端集成稳压光感自动窗帘掌握系统设计器LM7805,可以输出 5V的直流电压以供应单片机；.78L053C2VCCT11D11VINVO

12、UTGND+C3242C110 F0.33 F0. 1 FTRANS1.3BRIDGE1GND图 3.1 电源电路图3.2 晶振电路 电路中的晶振即石英晶体震荡器；由于石英晶体震荡器具有特别好的频率 稳固性和抗外界干扰的才能,所以,石英晶体震荡器是用来产生基准频率的；通过基准频率来掌握电路中的频率的精确性；同时,它仍可以产生振荡电流,向单片机发出时钟信号；图 3.2 是单片机的晶振电路；片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电 路, CPU 的全部操作均在时钟脉冲同步下进行；片内振荡器的振荡频率特别接 1.2MHz24MHz 之间选取； C1、C2 是反馈电容,其值 近晶振频率,一般多在 在 2

13、0pF100pF 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112s；机器周期Sm1s；指令周期14sXTAL1 接外部晶体的一个引脚,XTAL2 接外晶体的另一端；在单片机内部,接至上述振荡器的反相放大器的输出端；采纳外部振荡器时,对 HMOS 单 片机,该引脚接外部振；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；一般情形下,无论是机械振动的振幅,仍是交变电场的振幅都特别小；但是,当交变电场的频率为某一特定值时,振幅突然增大,产生共振,称之为 压电振荡；这一

14、特定频率就是石英晶体的固有频率,也称谐振频率；石英晶振光感自动窗帘掌握系统设计起振后要能在 XTAL2 线上输出一个 3V 左右的正弦波,以便使 MCS-51 片内的OSC 电路按石英晶振相同频率自激振荡；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 C1 和 C2 可以帮忙起振,典型值为 30pF,调剂它们可以达到微调 U1fOSC 的目的；GNDC4Y1P101 23 4 5 6 7 8P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17AT 89C51P0039P21P1138P01P1237P02

15、P1336P03P1435P04P1534P05P1633P06P1732P07INT113 12INT1 INT0P202122P2123P22P22T015 14T1 T024P23P2325P24P2726P2531EA/VP27P2628P2719 18X1 X230pC512MRETRXD10RXD9RESET11TXDTXD30pRD17 16RD WR30AL EAL E/PWR29PSEN图 3.2 单片机晶振电路图3.3 复位电路 复位电路的主要功能是使单片机进行初始化,在初始化的过程中需要在复 位引脚上加大于 2 个机器周期的高电平；复位后的单片机地址初始化为 0000H,

16、然后连续从 0000H 单元开头执行程序；在复位电路中供应复位信号,等到系统 电源稳固后,再撤销复位信号；但是为了在复位按键稳固的前提下,电源稳固 后仍要经肯定的延时才撤销复位信号,以防在按键过程中引起的抖动而影响复 位；图 3.3 所示的 RC 复位电路可以实现上述基本功能；光感自动窗帘掌握系统设计.VCCC6 FS1复位电路图RE TR1.+GND10SW-PB10K图 3.3 3.4 时钟电路DS12887芯片和 AT89C5l 单片机的接口电路如图 .U 53.4 所示；.INT 1 A LE R D P2 7 W R T0.MO TIRTA SG NDD S SQ WR /W C S

17、.D S1 2 88 7图 3.4 时钟电路图其中 DS12887的模式通过挑选脚 MOT接地来确定,DS12887的中断输出端 IQR 和89C51的外部中断 INT0 接口相联 ,R/W 接口与单片机 89C51的RD/WR 接口相连；而 DS12887的AS端口和单片机 89C51的AIE端直接相联； DS12887的SQW端 与单片机 89C51的TO端相连；DS12887的高位地址由端口 P27来片选,DS12887 的高 8位地址设定为 7FH,低8位由芯片内部各单元的地址来定；DS12887内部由振荡电路,分频电路,周期中断/ 方波挑选电路, 14字节时钟和掌握单元, 114字节

18、用户非易失 RAM ,十进制 / 二进制累加器,总线接口电路,电源开关写爱护单元和内部锂电池等部分组成；DS12887引脚安排如下列图：光感自动窗帘掌握系统设计Vcc：直流电源 +5V 电压；当5V 电压在正常范畴内时, 数据可读写； 当 Vcc低于 4.25V,读写被禁止,计时功能仍连续；当 时器供电被切换到内部锂电池；Vcc 下降到 3V 以下时, RAM 和计MOT（模式挑选）：MOT 引脚接到 Vcc 时,挑选 MOTOROLA 时序,当接 到 GND 时,挑选 Intel 时序；SQW（方波信号输出）：SQW 引脚能从实时钟内部 15级分频器的 13个抽头中挑选一个作为输出信号,其输

19、出频率可通过对寄存器A 编程转变；AD0-AD7 （双向地址 /数据复用线）：总线接口,可与 Motorola 微机系列和 Intel 微机系列接口；AS（地址选通输入）：用于实现信号分别,在 AD/ALE 的下降沿把地址锁入 DS12887；DS（数据选通或读输入） ：DS/RD 引脚有两种操作模式,取决于MOT 引脚的电平,当使用 Motorola 时序时, DS 是一正脉冲,显现 在总线周期的后段, 称为数据选通； 在读周期,DS 指示 DS12887驱动双向总线的时刻； 在写周 期, DS 的后沿使 DS12887锁存写数据；挑选 Intel 时序时, DS 称作（RD）,RD 与典型

20、存贮器的答应信号 （OE）的定义相同；R/W（读 /写输入）：R/W 引脚也有两种操作模式； 选 Motorola 时序时,R/W是低电平信号时,指示当前周期是读或写周期,DS 为高电平常, R/W 高电平指示读周期, R/W 信号一低电平信号,称为 WR；在此模式下, R/W 引脚与通用 RAM 的写答应信号（ WE）的含义相同；CS（片选输入）：在拜访 DS12887的总线周期内,片选信号必需保持为低；IRQ（中断申请输入）：低电平有效,可作微处理的中断输入；没有中断的 条件满意时, IRQ 处于高阻态； IRQ 线是漏极开路输入,要求外接上接电阻；RESET（复位输出）：当该脚保持低电平

21、常间大于 效复位；3.5 键盘电路200ms,保证 DS12887有键盘在由单片机掌握的窗帘自动掌握系统中的主要作用是通过按键向单光感自动窗帘掌握系统设计片机输入指令,其中主要包括设定时间,掌握窗帘的开关等等功能,是人工控 制单片机的主要手段；在窗帘掌握系统设计中的键盘采纳的是 44 矩阵键盘；这 16 个按键分别为： 设定键主要是用来设定自动窗帘打开或者关闭的时间；0-9 数字键,其作用主要是用于设定时间；复位键主要应用在程序出错以及误操作 的时候使单片机复位,从而重新设定；反转键是使步进电机反转,掌握窗帘关 闭；正转键是使步进电机正转,从而掌握窗帘打开；停止键可以掌握步进电机 停止工作,窗

22、帘掌握器停止运行；确定键主要是用于在时间设定完成后的确定 输入；由于按键比较多,单独设置按键会增加总体设计的复杂性,而且为了削减所占用的端口,可以将按键组成一个矩阵,如图S2 S6 S10P103.5 所示；S14S15S3S7S11P11P12S4S8S12S16R25.1K *4P13S5S9S13S17P14P15R3P16R4P17R5GND图 3.5 键盘接口电路3.6 显示电路 显示电路主要是用于显示时间； 采纳 LED数码管进行显示是由于 LED数码管 具有以下几个优点： 1 能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与 CMOS、ITL 电路兼容； 2 发光响应时间极短 .如确认按下

23、 20ms,得到有效键值等待弹起 2.如不是按下 20ms直接终止处理（ ret）；b.如不相同就将标志清零终止处理（ret）；（2）如不是首次按下：将键值暂存起来,标志置位终止处理；假如无键值,就判定是否有键值已被确认（1）如有键已被确认：判定按键是否首次抬起a.如首次抬起：判定抬起延时时间（20ms）是否到达1.如延时到就将标志处理终止处理；2.如延时未到直接终止处理（ret）；光感自动窗帘掌握系统设计b.如非首次抬起：直接终止处理（ret）；（2）如没有键被确认：直接终止处理（ret）；4.3 定时程序设计定时程序的主要作用是在用户设定的时间后能够使单片机收到一个中断信号,从而发出相应的

24、指令,掌握窗帘的开关；时钟芯片发出 50ms的信号给单片机后,计数器开头工作,计数器记到 20,就时间即为 1 秒,秒单元加 1,当秒单元计数到 60,分单元加 1,此时秒单元清零；当时单元计数到 24,时单元清零；图 4.3 是定时程序流程图；光感自动窗帘掌握系统设计开头现场爱护,重置初值50ms ,计数器加 1计数器值 =20？秒单元加 1,50ms 计数器清零N秒单元 =60？Y分单元加 1,秒单元清零N分单元 =60？Y时单元加 1,秒单元清零N时单元 =24？时单元清零 Y返回图 4.3 定时程序流程图4.4 步进电机程序设计步进电机是操控窗帘开闭的主要执行器件,其设计主要是依据单片

25、机指令以及按键指令进行正转或者反转；图4.4 是步进电机程序流程图；光感自动窗帘掌握系统设计开头正转指令？输出正转脉冲 输出反转脉冲完成？完成？终止图 4.4 步进电机程序流程图步进电机程序设计的主要任务是：（1）判定旋转方向；（2）按次序传送掌握脉冲；（3）判定所要求的掌握步数是否传送完毕；对于三相单三拍的设计,其掌握方式模型如下：步P.7 P.6 P.5 控制位P.2 P.1 P.0 工作掌握序P.4 P.3 1 状态模型C 相B 相A 相0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 总之,只要按

26、肯定的次序转变P1.0P1.2 三位通电的状况,即可掌握步进电机依选定的方向步进；而对于节拍比较多的掌握程序,通常采纳循环程序进 行设计；光感自动窗帘掌握系统设计5 总结 经过一周的资料查找和设计,我已完成了运算机掌握的课程设计；本文设计了光感电动窗帘掌握器的智能系统,介绍了电动窗帘掌握器的硬件电路设计到软件设计的一系列步骤；本设计采纳步进电机作为执行元件,以光敏电阻作为检测元件, 89C51 单片机作为掌握芯片,帮助键盘和显示,实现了电动窗帘掌握器的多项智能项目；纵观整个设计系统,单片机使用了常用的AT89C51 单片机,从而使整个控制芯片了如指掌；熟识的掌握芯片设计起来也是得心应手；所用芯

27、片简洁有用,削减了开发和硬件开销；传感器部分使用光敏电阻,可以连续性的检测外界光强变化,通过电桥电路后的信号进入比较器,可以得出一个信号,此信号经过 放大, A/D 转换后进入单片机,通过单片机的脉冲信号进而掌握步进电机的运 行；本设计的步进电机可以很好的执行单片机的命令；步进电机为一种数字伺 服执行元件,具有结构简洁、运行牢靠、掌握便利、掌握性能好等优点；使得 窗帘的开关更加的精确,稳固；设计的时钟电路协作单片机的定时功能,加上 光电传感器的检测光强很好的解决了自动掌握这项功能；同时,由于设计的时间和才能有限,仍有很多功能和技术没有充分讨论,可能存在不合理的地方；其次,显示功能中仍没有显示电

28、动窗帘掌握器的工作 方式；掌握器固定,没有蓝牙和红外掌握功能；但是,一个完整的课程设计过 程,让我把握了单片机系统和电子操作软件等方面的学问,特殊是熟识了用protel 画电路原理图和用visio 画程序流程图；这使我在动手才能方面有很大的提升,也给今后更胜利、完善的设计打下坚实的基础；参考文献1 杨家成单片机原理与应用及C51程序设计北京：清华高校出版社, 2022 光感自动窗帘掌握系统设计2 夏路易 石宗义 Protel 99se 电路原理图与电路板设计教程北京：北京 期望电子出版社, 2022 3 朱玉玺运算机掌握技术北京：电子工业出版社,2022 2022 4 邓兴成单片机原理与实践指

29、导北京：机械工业出版社,5 瞿贵荣 . 电动窗帘红外遥控电路 . 家庭电子 ,2022 6 阎石. 数字电子技术基础 . 北京 : 高等训练出版社 ,2022. 附录 系统原理图V CCT11D 117 8 L0 5 光感自动窗帘掌握系统设计7 4 AL S0 2A LE10U 3ref+12V CCVINV O UT3V CCW R2AC LO CKG ND16ST AR T1639ref-EN A BL E2C2+ C3P2 .45B4324C22A LEIN-75G NDC 123TR A NS 10. 3 3 F0. 1 F1 0 FR D6A DD -CB RID GE 17 4 A

30、L S0 24B24IN-6A DD -BU 2A25G NDA DD -A3IN-57INT 1EO CA DC 0 8 0 92U 1IN-4N OT17P1 01P1 0P0 03 9lsb 2-8G NDC 4Y 1P1 123 8G ND14IN-31IN0P1 1P0 12 -7P1 233 715P1 2P0 22 -628P1 343 68IN-2P1 3P0 32 -5P1 453 518P1 4P0 42 -427P1 563 419IN-1P1 5P0 52 -3P1 673 320P1 6P0 62 -226P1 783 221IN-0P1 7P0 7msb 2 -1INT 1 1 3INT 1A T8 9 C5 1P2 02 1P2 1U 4181 22 2INT 0P2 12 3P2 2D 7Q 71 91 5P2 2T12 4P2 3171 6CP2 3D 6Q 6T01 42 5141 5T0P2 4D 5Q 52 6131 23 1P2 5P2 7D 4Q 4EA /VP2 789P2 6D 3Q 32 8761 9P2 7D 2Q 23 0 pX 145BD 1Q 11 832AX 2D 0Q 0C 51 2 M1R