【基于单片机的智能窗帘设计5500字（论文）】

绪论1.1课题背景及意义智能家居是我们新世纪的一个集温馨和便利的家居生活环境。与一般家居生活相比教，智能家居生活已经不再是单单满足于提供一个日常起居的生活日常，更多的是满足便利的生活所需，还提供了更多信息和互动功能[1]。很长一段时间以来，简单的生活空间已不符合我们对当下的生活空间的要求，一个更智能、方便和舒适的居家环境才是我们所需要的。1.2国内外发展现状在当前的社会，智能窗帘广泛在国外使用，而我国在这个方面的发展稍微晚一点。随伴随着当今社会的进步以及人们追求更高精神层次的生活，智能家居的发展越来越快需求也越来越大。伴随着更多的智能家居来到我们的身边，人们对智能窗帘的认识也不再像是以前那样无法接受，反而伴随着更多的了解，更多的用户选择了智能窗帘[2]。目前，国外智能窗帘产品在国内市场上的存在并不多。其次在转型时期，智能窗帘企业在前一阶段的迅猛增长和激烈竞争，在2005年后的智能窗帘行业产生了非常负面的影响：这包括过分夸大功能智能窗帘没有达到这个目标，只是厂商开发人员，但忽视了人员的培训和支持，这使得难于管理人员、商品价格动荡导致较高的用户投诉。智能窗帘的快速增长表明，智能窗帘行业已经进入了一个从停滞到融合和发展的新的转折阶段。1.3设计思想及基本功能智能窗帘的开启与关闭我们可以通过按键实时控制智能窗帘。我设计的智能窗帘除了这个必备功能之外，还考虑了根据日出日落情况自动判断是否需要打开或者关闭窗帘。我们还考虑到了更多的用户需要个性化的窗帘打开或者关闭时间，于是我们还增加了用户设定时间的自动控制功能。本设计在选用元器件材和设计方案上，选用简单的方案，耐用的器件，简化设计。最大程度的是满足设计需求。1.3.1手动控制用户随时依据需要能够随时通过按键打开或者关闭窗帘。达到随心所欲的要求。1.3.2光照自动控制用户依据日常起居规律而自行设定的系统对于不同光照强度去打开窗帘或者关闭窗帘。1.3.3时间控制时间控制功能是用户根据个人的作息规律去进行预设系统打开或者关闭窗帘的时间，系统会在指定时间将窗帘打开或者关闭。2系统总体方案设计2.1设计要求一、灵活使用C语言，掌握单片机的各个接口；二、熟悉电路图的绘制，以及设计的仿真方法；三、能够搭建出设计所需最小系统；四、掌握智能窗帘的方案选择与方案实施[3]。2.2方案选择和论证2.2.1单片机的选择方案一：DSP。它的优点有温度和环境干扰小、易于集成等优点[4]。但是，电路复杂以及成本高也是DSP不可忽略的问题。。

方案二：单片机。它的优点有可靠性强、性价比高、易上手、操作简单等。运算功能强、工程软件多、工程文件实现功能多都是单片机优点[5]。经过以上思考，我们选用单片机，单片机工作稳定、可操作性强和性价比高。2.2.2显示方案的选择方案一：点阵式数码管。它大都使用在显示大字体的公告以及通知上，如果本设计选用它作为显示器件，就过于多余,不适合本设计需要。所以舍弃点阵数码管[6]。方案二：LCD液晶显示屏。优点就是显示性能强大、价格实惠、清晰可见。这些优点对于本设计最适合不过[7]。经过以上思考，决定选择液晶显示屏，因为它的显示性能更好且性价比更高。2.2.3电机的选择方案一：直流电机。使用直流电机作为本设计的动力选择，以此带动窗帘运动。直流电机的优点之一有高转速，经过这一优点可以快速的打开或者关闭窗帘。同时高转速带来的缺点也是不可忽视的，当我们想让让直流电机停止工作，直流电机由于惯性不能立即停止运转，会继续带动窗帘运动，这一缺点会导致窗帘系统受损；如果我们通过系统舍弃电机的高转速转速，通过系统去降低它的转速。这时又可能会出现无法克服运动阻力，窗帘无法正常运行[8]。方案二：步进电机。使用步进电机作为本设计的动力选择。步进电机可以在收到系统给定的停转命令后立即停止转动，窗帘也会跟随停止运动。从而使我们的运动机构完美运行。步进电机和直流电机相比，扭矩会更大，更容易使窗帘按照系统设定运动[8]。经过以上思考，我们选用步进电机，就可以做到更加精确的控制窗帘的运动。3系统硬件设计3.1整体方案设计3.1.1系统概述本次设计是在单片机的基础上加以其他必要器件。这时，我们就可以搭建设计所需的最小系统。然后我们增加其他模块如光照模块，电机模块等。最后进行设计仿真，焊接实物，达到实验所需要求。本次设计所需器件有：1602液晶的显示设备。控制模式、光照强度、时间等基本信息都通过1602液晶显示；光照强度电路是经过光敏电阻接受光信号，然后传达给单片机，最后讲接收到的光信息在液晶上显示；步进电机的正转与反转就代表了窗帘的运动；用五个按键实现基本的操作，通过这五个按键我们就可以对系统时间、控制模式、光照阈值、设定时间进行更改预设；至于供电环节，选用独立5V电源。3.1.2系统框图单片机单片机按键电源步进电机感光指示灯液晶显示图3-1系统框图3.2最小系统模块3.2.1STC89C52简介3.2.1.1概述STC89C52是耗能小、性能好的CMOS8位微控制器[9]。3.2.1.28051单片机的引脚MCS-51系列单片机都是40个引脚，引脚丰富，功能强大，其外部引脚排列如图3-2所示。图3-2STC89C52引脚图3.2.2最小系统电路本设计是单片机的最小系统去围绕展开的。如图3-3所示，由复位、晶振、电源三个部分组成设计所需最小系统[10]。复位电路在这里的作用是重启系统，是为了防止我们系统出问题的时候带来的问题。当我们系统出错的时候我们就可以使用复位按钮，从头再来。晶振电路构成是由电容和晶振构成。使此处电容存在的意义是为了帮助晶振更快的起振。电源部分采用5V的USB直接供电，选择多样，更加便捷。图3-3单片机的最小系统3.3液晶显示电路3.3.11602液晶简介1602液晶显示器优点众多，重量轻、耗能小、显示字符简单、控制容易、成本低。液晶显示主要技术参数：最多可以显示32个字符，工作电压在4.5v到5.5v之间，最佳为5v，工作电流在5v的环境下为2.0mA，字符尺寸为2.95×4.35（W×H）mm3.3.2液晶引脚说明液晶的各个引脚说明如表3-1所示：表3-11602液晶引脚说明名称说明名称说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极3.4光照强度采集电路3.4.1光敏电阻光明电阻的原理是半导体的光电效应。光敏电阻本身并没有正负极之分，是一个构造十分简单的器件。它的阻值会受到入射光的影响而改变，一般情况下，入射光倘若增强的话，它的电导率会跟着变大，也就是说它的阻值会对应变小；反之，阻值受到影响会变大[11]。3.4.2光照强度采集电路该设计有随着光照强度改变自动控制窗帘闭合的功能，需要收集外界光照情况。通过光敏电阻收集光照信息。最后经过ADC0832的处理将数据传递到单片机中。如图3-10所示：图3-4光照采集电路3.5电机驱动模块步进电机能够将脉冲信号转变为角位移。通常情况下，步进电机的转速以及停止的位置是可以通过系统进行很精确的控制。而且步进电机的运动情况仅和系统给出的脉冲信号的频率有关，与其他因素无关。本设计中的单片机输出的电流不能直接驱动步进电机，所以将ULN2003芯片作为驱动芯片来控制步进电机。图3-5电机驱动3.6按键输入模块由于本设计中存在模式的切换等其它一些功能，因此需要用到按键来提供给操作者使用。独立键盘及矩阵键盘是我们常见的单片机键盘解决方案。因为本设计对按键上输入模块需求低，不需要过高的要求，所以本实验我们采用的是独立键盘[12]。为了满足设计需要，本设计使用“模式选择”、“阈值调整”、“时间预设”、“减”、“加”这五个按键。按键的连接图3-6所示：图3-6按键电路3.7原理图本设计整个硬件电路如图3-7所示，在单片机的基础上加以时间模块、定时模块、光敏电路模块和步进电机模块。并将整个电路在专业软件中构造出来，进行模拟仿真。对于原理图的构建，首先我们应当将各个模块所涉及到的元器件加到我们新建工程中，然后合理规划布局，连线。最后写入hex文件，进行模拟仿真。图3-7原理图

4软件设计4.1程序语言及开发环境C语言是一种高级计算机编程语言。它很广泛应用于各类研究中，且拥有大数据处理能力，对于任何类型的科学研究需要都有很大作用。4.2程序流程图设计4.2.1总体程序流程图设计主函数流程图如图4-1所示。先读取时钟芯片的时间内容，而后在液晶显示出来时间数据。如果按下按钮，系统将根据不同的按钮进行不同的数据处理。在手动模式下，通过按键发出指令，系统会打开或者关闭窗帘；在时间模式下，窗帘按照我们设定的时间进行控制；光控模式下，系统依据当前的光照，根据系统预设的光照值，光照强度大于预设值就会打开窗帘，反之关闭[13]。程序开始开始程序开始开始显示初始化显示初始化时钟初始化时钟初始化时间信息读取与显示时间信息读取与显示光照信息读取与显示光照信息读取与显示按键扫描与处理按键扫描与处理定时光控手动定时光控手动光线高于设定阈值则开启，否则关闭根据系统设置的时间来控制窗帘按键关按下则关闭窗帘，按键开按下则开启窗帘光线高于设定阈值则开启，否则关闭根据系统设置的时间来控制窗帘按键关按下则关闭窗帘，按键开按下则开启窗帘延时延时结束结束图4-1流程图4.2.21602液晶程序设计液晶先显示位置，进行字符串的表示，例如“zdd”，它在开头以字母“z”开头，然后一个接一个地结束，直到字母“d”的末尾才完成显示[14]。开始开始定位坐标定位坐标显示字符显示字符否显示完全否显示完全是是结束结束图4-2液晶显示流程图液晶函数的部分程序void

LcdInit(){LcdWriteCmd(0x38);

//

16*2显示，5*7点阵，8位数据口LcdWriteCmd(0x0C);

//

开显示，不显示光标LcdWriteCmd(0x06);

//

地址加1，当写入数据后光标右移LcdWriteCmd(0x01);

//

清屏}4.2.3光照采集模块电路设计外界的光照强度由光敏电阻进行采集，然后给出系统信号。系统收到光照模块给定信号以后，判定光照情况。在大于系统设定值的情况下打开窗帘。如果光照情况小于系统设定值，就关闭窗帘。光线控制模块程序开始开始程序初始化光照采集光照大于设定值光照小于设定值开启窗帘闭合窗帘结束图4-3光线控制模块程序光线控制模式的部分函数 if(gMode==2) { if(light<gLight) //当前光线小于设置的阈值 { if(Led_P==0) //如果窗帘当前是打开的 { Close(); //则光标窗帘 } } else //当前光线大于或等于设置的阈值 { if(Led_P==1) //如果窗帘当前是关闭的 { Open(); //则打开窗帘 } } } DelayMs(100); //延时0.1秒 }}4.2.4电机驱动模块设计此次设计中电机的转动是由单片机给出信号到驱动芯片上。再带动步进电机运转。开始开始电机正转？传送正转的脉冲信号传送反转的脉冲信号传递步数是否完成传递步数是否完成结束图4-4电机驱动模块设计流程图电机开窗的部分函数voidOpen(){uinti,j;for(j=0;j<255;j++) //控制步进电机正转{for(i=0;i<4;i++){P2=Clock[i];DelayMs(3);}}Led_P=0;}4.2.5按键输入模块设计通过按键输入信息，系统根据按键的不同，进行给定信号进行运行。开始开始等待按键按下有按键按下程序初始化按键数据处理结束图4-5按键模块的部分函数voidKeyScanf3(){if(KeyMode_P==0){gMode++; //切换到下一模式if(gMode==3) //如果到尽头了gMode=1; //回到第一种模式LcdGotoXY(1,0); //光标定位LcdPrintMode(gMode); //显示模式DelayMs(10); //去除按键按下的抖动while(!KeyMode_P); //等待按键是否DelayMs(10); //去除按键松开的抖动 }}

5硬件组装与调试5.1元器件的选择与测量这次主要使用的器件有：STC89C52微处理器、晶振、电阻、按键、电容器、开关、时钟芯片、AD芯片、驱动芯片、步进电机、液晶等。根据型号的不同，这些部件都可以买到。一般情况下，电阻的大小通过电阻颜色环读出；电容和晶振等应符合标准；5.2元件的焊接与组装焊接过程注意的注意事项：本实验的元器件提前测试，以确保所使用部件准确无误。器件应仔细区分正反面，以便后续的检查和投入使用。③在我们焊接中，应当做到连线简单易懂。在任何情况下，还应注意确保电线不重复，并尽可能不超过电路元件[15]。5.3电路的调试电路焊好后，观察电路运行的情况，然后对电路参数进行改正，达到预期成果。进行使用之前，需要制定详细的计划来保证适当的使用。5.3.1调试方法一种是在焊接的同时把复杂的电路区分模块进行焊接，再调试功能，最后归于整个智能控制系统的的调试。第二种方法是，我们先把整个实物焊接好，再来整体调试。5.3.2调试步骤通电前检查焊接完成后，对照电路图进行检查，确保电路无误的情况下，还必须检查器件引脚是否与电路图保持一致。通电观察在检查无误的情况下上电。在设计通电测试中，如果不能正常运行。应立即断开电源，仔细检查电路有无问。在故障处理以后，然后再次上电进行测试。整机联调本设计的整机联调主要是观察和测量智能窗帘的系统运行状态，观察与设计有无出入情况。找到存在的问题并找到引起差异的原因，在处理问题以后。我们需要再次进行电路调试，直到将整个电路的运行状态调试到设计要求。5.4调试问题调试中遇到的问题，光敏电阻模块无法正常运行。首先检查硬件电路，检查之后发现是光敏电阻虚焊，重新进行焊接，光敏电阻模块正常运行。6结论本设计以单片机为整个系统的控制中心，搭配可实现不同功能的外围电路，通过增添光照强度采集模块、电机模块等来达到实验所需要求，同时通过显示模块和电机模块给予用户最直观的反馈。系统整体成本低、功能多样、操作简单、安装便捷，在兼顾舒适性、安全性、高效性、智能性、便捷性、环保性和美观性的同时，创造了前所未有的全新生活环境，人们对生活的追求已不再是以往的单一模式，而是走向更加数字化、智能化。在这样的大背景下，智能窗帘的市场竞争力会越来强。

参考文献[1]杨方,庄雄雄.基于单片机设计的智能窗帘控制系统[J].喀什大学学报,2021,42(06):36-39+60.[2]徐吉祥,沈静静,蒋一,汪娈,上官金玉.基于单片机的智能窗帘系统设计[J].产业与科技论坛,2022,21(01):34-35.[3]杨方,郑兴霞.基于单片机的窗帘控制系统设计与研究[J].遵义师范学院学报,2021,23(05):77-79+91.[4]黄古乔,李卓.基于单