直流电机控制-自动窗帘设计 全国优质课一等奖

单片机控制技术项目：电动机控制——自动窗帘设计123项目任务描述跟我学知识系统硬件电路设计

目录单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计4控制程序设计5系统调试、系统仿真一、项目任务描述（一）任务要求自动窗帘模拟控制要求：1、天亮时，该电路自动控制电机使窗帘卷起或拉开；2、天黑时，该电路自动控制电机使窗帘落下或拉拢；3、要求设置两个手动按钮，一个控制窗帘卷起，一个控制窗帘落下，此时的操作不受光控影响。单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计学习要点：1、掌握直流电机的工作原理，利用PWM脉冲控制直流电机的转动速度。2、如何模拟白天与黑夜？——用光敏电阻！一、项目任务描述（二）任务分解系统仿真、调试

PWM控制程序设计系统硬件电路设计跟我学（光敏电阻、直流电动机及驱动）学习步骤4学习步骤3学习步骤2学习步骤1图1项目任务分解及学习步骤

项目任务分解见图1。单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计二、跟我学知识（一）光敏电阻光电传感器：

光电传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有光电管、光敏电阻、光敏三极管、红外线传感器、光纤式传感器等。最简单的光电传感器就是光敏电阻。光敏电阻的工作原理：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏电阻在黑暗的环境里，其电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子－空穴对，增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计二、跟我学知识电路中特性：光敏电阻所受到的光照愈强，阻值愈低。当入射光消失后，由光子激发产生的电子－空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻元件，使用时可加直流电压，也可使用交流电压。在光敏电阻两端的金属电极上加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流会随着光强而变大，从而实现光电转换。光敏电阻的特性是光照强，电阻值小；光照弱，电阻值大，见图2、图3。单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计图2光敏电阻工作原理二、跟我学知识单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计图3光敏电阻（二）直流电机及其常用H型桥式驱动单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计二、跟我学知识直流电机：

外形见图4图4直流电机

H型桥式驱动：由于单片机的I/O端口驱动能力有限，所以往往不能提供足够大功率去驱动直流电机，必须要外加驱动电路。常用驱动电路有H桥驱动电路，驱动直流电机只要用一组H桥电路，而驱动步进电机需要同时使用两组H桥驱动电路。图5H型电机驱动电路内置PWM模块：随着大规模集成电路的发展，很多单片机都有内置PWM模块，因此，单片机的PWM控制技术可以用内置PWM模块实现，也可以用单片机的软件模拟实现，还可以通过控制外置硬件电路来实现。软件模拟法：51单片机内部没有PWM模块，因此本设计采用软件模拟法，利用单片机的I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM波输出，方法简单实用，缺点是占用CPU大量时间。——本设计采用PWM技术，是一种周期一定而高低电平可调的方波信号。当输出脉冲的频率一定时，输出脉冲的占空比越大，其高电平持续的时间越长。二、跟我学知识单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计（三）PWM脉宽调制PWM脉宽调制中，正脉冲的时间与脉冲周期的比值。三、系统硬件电路设计

（一）光敏电阻输入电路单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计利用51单片机P0口的引脚P0.0作为光敏电阻部分电路的输入端，如图6所示。当无光照（光敏电阻阻值较大）时，三极管饱和导通，P0.0引脚为低电平；当有光照（光敏电阻阻值较小）时，三极管截止，P0.0引脚为高电平。图6自动窗帘控制系统硬件电路图51单片机P0.0三、系统硬件电路设计

单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计直流电机采用H桥式控制电路，若电机正转，表示窗帘自动闭合，反之表示窗帘自动打开。电动机转速由单片机的P3.0和P3.1控制，P3.0和P3.1产生两个PWM脉宽调制波，周期2s，高电平持续时间为1s,占空比为0.5，由单片机的定时器T1定时来实现。定时器T1定时时间1s，工作方式1，初始值设置为50ms，循环20次。图6自动窗帘控制系统硬件电路图51单片机P0.0（二）直流电机输出电路（三）自动窗帘模拟控制设计电路器件清单表1自动窗帘控制设计电路器件清单三、系统硬件电路设计

元件名称参数数量元件名称参数数量单片机STC90C511开发板提供电源和程序ISP下载1晶体振荡器12MHz1面包板/万能板1瓷片电容30pF2电动机1电解电容22µF1三极管8050/90134/1按键非自锁

1电阻200kΩ1电阻10kΩ1电阻4.7kΩ1IC插座DIP401电位器50kΩ1光敏电阻1电阻20kΩ1插接线两头带插针用于面包板插接若干单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计

四、控制程序设计问题1：由单片机的定时器T1定时来实现PWM脉宽调制，首先使定时器T1定时时间1s，工作方式1，初始值设置为50ms，循环20次。T1定时1s子函数设计为delay1s函数。（一）PWM脉宽

调制子程序单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计//函数名：delay1s//功能：采用定时器1、方式1实现1s延时，晶振频率12MHz//形式参数：无//返回值：无voiddelay1s(){unsignedchari;TMOD=0x10; //设置定时器1工作于方式1for(i=0;i<0x14;i++){ //设置20次循环次数

TH1=0x3c; //设置定时器初值为3CB0HTL1=0xb0;TR1=1; //启动T1while(!TF1);//查询定时50ms时间到，TF1=1TF1=0;//50ms定时时间到，将T1溢出标志位TF1清零

}}

四、控制程序设计问题2：根据PWM脉宽调制原理，要产生占空比0.5的调制波，首先使单片机P3.0引脚为高电平，定时1s；再使单片机P3.1引脚为低电平，定时1s。同时，可以利用for循环语句，控制PWM脉宽调制波形的时间。其子函数为pwm1。单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计voidpwm1()//窗帘闭合子函数

{

unsignedchari;//定义无符号字符型变量i

for(i=0;i<10;i++)//设窗帘打开的时间为20s

{down=0;

//确保窗帘不闭合,P3^1

up=1;//产生PWM脉宽调制波形,P3^0

delay1s();

up=0;

delay1s();

}up=0;}//程序：ex8_1.c功能：自动窗帘设计程序#include<reg51.h>sbitflag=P0^0;//光敏电阻输入，无光照为低电平，sbitup=P3^0;sbitdown=P3^1;unsignedchart0;unsignedintk;voiddelay1s();voidpwm1();voidpwm2();voidmain(){while(1)//不断检测（二）自动窗帘控制程序四、控制程序设计单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计

{if(flag==0)//若P0.0=0,表示晚上，窗帘闭合 {pwm1();//调用PWM波形控制电机转速 for(k=0;k<50;k++)//窗帘闭合时间到，电机停止， delay1s();}else//若P0.0=1,表示白天，窗帘打开{pwm2();//调用PWM波形控制电机转速 for(k=0;k<50;k++)//窗帘打开时间到，电机停止 delay1s();}}}

四、控制程序设计单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计//函数功能：窗帘打开voidpwm2(){unsignedcharj;//定义无符号字符型变量j

for(j=0;j<10;j++)//设窗帘闭合时间为20s

{up=0;//确保窗帘不打开down=1;//产生PWM脉宽调制波形

delay1s();

down=0;

delay1s();

}down=0;}四、控制程序设计单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计五、项目调试、系统仿真（一）动手做——采用面包板电路搭建方法：下载程序，上电调试面包板上电路搭建、电路检查

程序编译、链接，生成目标代码Step1Step2Step3项目预期控制效果单片机控制技术电动机控制——自动窗帘设计五、项目调试、系统仿真（二）动手做：Proteus仿真从Proteus中选取如下元器件：(1)AT89C51，单片机；（2）RES，电阻；（3）CAP、CAP-ELEC，电容、电解电容；（4）MOTOR，电机；（5）CRYSTAL，晶振；（6）BUTTON，按键；（7）2N5550，三极管；（8）TORCH-LDR，光敏电阻；（9）POT-HG，电位器。放置元器件、电源和地，设置参数，连线，最后进行电气规则检查，将目标代码文件ex