【正文】 、多種 A/D、 PWM、 SPI、 DTMF、 FSK、 LCD驅(qū)動(dòng)等，這些都是通常用硬件實(shí)現(xiàn)起來(lái)也相當(dāng)復(fù)雜的模塊。 綜合比較三個(gè)方案，方案一工具好用， DEMO易搞，成本偏低，所以此次選用的是 AT89C52單片機(jī)。這是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C52 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。同時(shí)具有 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷 結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 第 6 頁(yè) 共 26 頁(yè) 圖 89C52 圖 窗簾結(jié)構(gòu)安裝及電機(jī)選擇 窗簾結(jié)構(gòu)安裝 家居窗簾不僅要美觀，而且得低噪音，高穩(wěn)定性。因此采用在滑線上縛有一或二只永磁體，與之相對(duì)應(yīng)有一或二只吊環(huán)是磁性材料制成，滑線上縛有永磁體，在封閉的簾桿內(nèi)腔運(yùn)行，而吊環(huán)全部套在簾桿外周或嵌進(jìn)下部開(kāi)的縫內(nèi)，永磁體用磁力透過(guò)簾桿牽引吊環(huán)，這種新型電動(dòng)窗簾滑線不外露，不會(huì)蒙塵和纏繞，可以電動(dòng)手拉兼容。 圖 窗簾結(jié)構(gòu)示意圖 步進(jìn)電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū) 第 7 頁(yè) 共 26 頁(yè) 動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。通過(guò)控 制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 目前，比較常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（ HB）等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場(chǎng)合。步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，由于其不需 要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行元件。 表 直流電機(jī)參數(shù) 本設(shè)計(jì)采用的是 12V 的來(lái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，計(jì)算轉(zhuǎn)數(shù)與扭矩如下： 按上表參數(shù)計(jì)算電機(jī)在 9V下的扭矩， N=最大空載轉(zhuǎn)數(shù)（運(yùn)行電壓247。峰值電壓） =63（ 9247。 12） =M=峰值堵轉(zhuǎn)扭矩（運(yùn)行電壓247。峰值電壓） = (9247。 12)= 在 9V的狀態(tài)下，電機(jī)產(chǎn)生 。 硬件總體方案 硬件設(shè)計(jì)的好壞決定整個(gè)方案的成功與否，所以在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，在實(shí)現(xiàn)功能的情況下電路設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)單越好，這樣才能保證這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 本文采用單片機(jī) AT89C52作為系統(tǒng)的核心控制器件，通過(guò)光電傳感器采集數(shù)據(jù)（數(shù)字信號(hào)），經(jīng)單片機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào) 來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及步數(shù)，并根據(jù)光線變化自動(dòng)調(diào)整窗簾的開(kāi)度。 型 號(hào) 峰值堵轉(zhuǎn) 最大空載轉(zhuǎn)數(shù)（ r/min） 轉(zhuǎn)矩（ ） 電流（ A） 電 壓（ V） 功率（ W） GW31ZY63 12 18 63 第 8 頁(yè) 共 26 頁(yè) 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明 考慮到自動(dòng)窗簾的成本和巨大的市場(chǎng)空間，本文提出一種方案，應(yīng)用光控原理工作，光亮在一定程度窗簾自動(dòng)打開(kāi)，光線變暗窗簾自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)光控電動(dòng)自動(dòng)窗簾的設(shè)計(jì)，成本低，環(huán)保且方便使用。實(shí)現(xiàn)框圖如圖 ： 圖 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方框圖 該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定 ,成本低廉 ,利于推廣等特點(diǎn) ,能夠滿足智能家居需求 ,具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景 . 方案選擇說(shuō)明 論文設(shè)計(jì)的核心控制器選用的是 AT89C52 單片機(jī)，光線采集選用光電傳感器ULN3330。它輸出單片機(jī)能讀入數(shù)字信號(hào)，然后由 L293D 驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。電機(jī)選用比較容易進(jìn)行角度調(diào)節(jié)的步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的連接采用 L293D驅(qū)動(dòng)器，它是一種兩相和四相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。 硬件方案選擇說(shuō)明 硬件電路繪圖平臺(tái)為 PROTEL軟件， 所用元器件在其上繪出，例如 AT89C52微控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L293D、 42BYG 系列步進(jìn)電機(jī)、電阻、電容、按鍵、肖特基二極管、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。 邏輯框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 光敏 電阻 采集 光強(qiáng) 電路 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制窗簾開(kāi)閉 第 9 頁(yè) 共 26 頁(yè) ○1光檢測(cè)模塊 選用集成光電傳感器 ULN3330，當(dāng)器件頂部受到大于 50 Lx[4]的光照時(shí)就輸出高電平，負(fù)載上沒(méi)有電流；當(dāng)光照不足 45 Lx 時(shí)，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過(guò)。 ○2單片機(jī)模塊 選用 MCS51單片機(jī)系列， AT89C52單片機(jī)。 ○3步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊 選用步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片 L293D,采用 L293D，通過(guò)單片機(jī)的 I/O 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)、停止的操作。 ○4步進(jìn)電機(jī)選用 步進(jìn)電機(jī)的步距角選用 /步（四相電機(jī)）。 軟件方案設(shè)計(jì)說(shuō)明（主控程序流程圖） 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 Keil 軟件，用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)具體的程序代碼。主控程序流程圖如圖 。 圖 主控程序流程圖 第 10 頁(yè) 共 26 頁(yè) 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 光電傳感器信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì) 光電傳感器 ULN3330 介紹 光電傳感器按輸出信號(hào)有開(kāi)關(guān)型和模擬型， 開(kāi)關(guān)型用于轉(zhuǎn)速測(cè)量、 模擬開(kāi)關(guān)、 位置開(kāi)關(guān)等；模擬型用于光電式位移計(jì)、 光電比色計(jì)等。 光電檢測(cè)必須具備光源、 被測(cè)物和光電元件。 ULN3330是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的集成光電傳感器。 它是一種新穎的光電開(kāi)關(guān)， 將光敏二極管、 低電平放大器、 電平探測(cè)器、 輸出功率驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電路等五部分都集成在了一塊 1 (mm mm)的硅片上， 形成一種具有驅(qū)動(dòng)能力的光敏功率器件。 該器件可用于眾多使用光敏器件的場(chǎng)合， 使光敏器件的應(yīng)用變得更簡(jiǎn)單、 可靠。光敏二極管的光敏區(qū)域約為 (mm mm)，峰值波長(zhǎng)為 880 nm。 當(dāng) ULN3330受到光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微安數(shù)量級(jí)的光電流。低電平放大器是一種低噪聲小電流放大器，能對(duì)微安級(jí)的光電流進(jìn)行放大、電平位移，最后輸出可供電平探測(cè)器進(jìn)行鑒別的電平。 電平探測(cè)器是由施密特電路構(gòu)成的，它具有約 20％的“滯后”特性。 輸出功率驅(qū)動(dòng)器是 NPN中功率晶體管，最大可通過(guò) 100 mA的電流，可以直接驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。 穩(wěn)壓電路可確保當(dāng)電壓在 4～ 15 V范圍內(nèi)變化時(shí)電路也能穩(wěn)定地工作。 ULN3330 接 上電源與負(fù)載后， 不需要其他元件就能工作。當(dāng)器件頂部受到大于 50 Lx 的光照時(shí)， 就輸出高電平，負(fù)載上沒(méi)有電流；當(dāng)光照不足 45 Lx時(shí)，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過(guò)。 傳感器信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì) 由于光電傳感器 ULN3330 直接輸出數(shù)字信號(hào)，因而與單片機(jī)連接電路之間無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。 ULN3330 控制電路基本思路 : 表 光照強(qiáng)度與窗簾狀態(tài)關(guān)系 光照強(qiáng)度 OUTPUT 輸出端 窗簾開(kāi)合狀態(tài) E50LX 高電平 1 打開(kāi) E45LX 低電平 0 關(guān)上 第 11 頁(yè) 共 26 頁(yè) 下面兩圖即為光電傳感器 ULN3330模塊電路連接圖： ○1圖 ： 光電傳感器的輸出端 ○2OUTPUT 接單片機(jī)的 口，輸出端的高低電平就送到單片機(jī)的口，電源端接 +12V的直流電壓， VSS端接地。 當(dāng)外界逐漸變亮，光電傳感器件頂部受到大于 50 Lx的光照時(shí)，就輸出高電平，經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動(dòng)電路 L293D驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開(kāi)，當(dāng)光電傳感器件頂部光照不足 45 Lx時(shí)，光電傳感器件就輸出低電平。經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動(dòng)電路L293D驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合。 ○2圖 ： 用開(kāi)關(guān)模擬光電傳感器，開(kāi)關(guān)一端接單片機(jī)的 口，另一端為接地端，單片機(jī)上電后其端口為高電平，因而當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)， 口即為高電平，窗簾打開(kāi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)接地， ，窗簾閉合。 下圖即為光電傳感器 ULN3330的電路連接圖： 圖 ULN3330與單片機(jī)的連線圖 第 12 頁(yè) 共 26 頁(yè) 圖 PROTUES中連線圖 說(shuō)明：要用 PROTUES 軟件仿真，因其中 器件庫(kù)中沒(méi)有光敏這塊，用開(kāi)關(guān)替代，左圖為光電傳感器在單片機(jī)上的連接圖，右圖為用開(kāi)關(guān)代替光電傳感器在與單片機(jī)的連接圖。 單片機(jī)信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì) MCS51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)全稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)，顧名思義，它指的是一種單硅片上集成的微型計(jì)算機(jī)主要功能部件的集成芯片。單片機(jī)的出現(xiàn)要?dú)w功與大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，就組織和功能而言，它如一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)部集成了中央處理器，隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、只讀程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、輸入輸出（ I/O）接口電路和串行通信接口等主要功能部件。這里的 51 單片機(jī)指的是 Intel公司的 MCS51系列單片機(jī)，屬于這一系列的單片機(jī)芯片有許多種，如 8051/805 8031/8038752/8751等，他們的基本組成、基本性能、指令系統(tǒng)都是相同 的。 （ 1） MCS51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)是在一塊芯片中繼承了 CPU、 RAM、 ROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和多功能 I/O接口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱(chēng) MCU。 51系列單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件： 1個(gè) 8為 CPU。 第 13 頁(yè) 共 26 頁(yè) 1個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 4KB ROM程序存儲(chǔ)器。 128B RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 可尋址 64KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64KB外部程序存儲(chǔ)器的控制電路。 32條可編程的 I/O 線（ 4個(gè) 8位并行 I/O 接口）。 2個(gè) 16位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 1個(gè)可編程全雙工串行接口。 5個(gè)中斷源、 2個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 51 系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，各個(gè)功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。程序存儲(chǔ)器部分用 ROM代替即為 8051/8052；用 EPROM代替即為 8751/8752；若去掉 ROM即為 8031/8032；用 FLASH EPROM 代替即為 89C51/89S52。 基準(zhǔn)頻率源 脈沖技術(shù)輸入 振蕩器及定時(shí)電路4KB/8KB程序存儲(chǔ)器128B/256B數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器CPU64KB總線擴(kuò)展控制可編程I/O接口 可編程串行接口 外部中斷 控制 并行 I/O 接口 串行輸入 串行輸出 圖 MCS51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 （ 2）引腳功能 有總線擴(kuò)展的 51 單片機(jī)有 44 個(gè)引腳的方形封裝形式和 40 個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式，本文用 40 個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式， 40 個(gè)引腳封裝的引腳圖如圖 ，各引腳的功能說(shuō)明如下。 第 14 頁(yè) 共 26 頁(yè) 哥 GND 2 XTAL1, XTAL2 2 RESET 1 EA/Vp 1 ALE/PROG 1 PSEN 1 — 8 — 8 — 8 — 8 圖 AT89C52單片機(jī)引腳圖 GND：接地端。 VCC：電源端，接 +5V。 XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。 CHMOS 單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)由此引腳 接入。 XTAL2：接外部晶體的一個(gè)引腳。 HMOS 單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)由此引腳接入。 RST：①?gòu)?fù)位信號(hào)輸入。② VCC掉電后，此引腳可接備用電源，低功耗條件下保持內(nèi)部 RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/RPOG：①地址鎖