【正文】 ，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴展性。 系統(tǒng)基本功能伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對生活舒適性的追求越來越強烈，而窗簾在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等。基于這些作用窗簾的便利性自然也收到家庭的關(guān)注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關(guān)，每天開關(guān)不僅不省力，而且還可能錯過最佳的光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關(guān)窗簾，特別不方便。針對這種現(xiàn)象，自動窗簾遍由此產(chǎn)生?，F(xiàn)有的窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關(guān)窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設(shè)計還是不夠人性化。對此，本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時等開關(guān)窗簾，具體有一下幾大功能：（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關(guān)，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態(tài)；（2）光敏控制：根據(jù)光的強弱，實現(xiàn)窗簾的自動開關(guān)。（3）雨滴傳感器控制：若傳感器上有雨滴，則窗簾自動關(guān)閉，水干后，自動開啟。（4）時間自動控制：根據(jù)用戶設(shè)置的時間來控制開啟或者關(guān)閉窗簾。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如圖 89C51光敏、雨滴傳感器信號校正A/D轉(zhuǎn)換顯示模塊鍵盤模塊步進電機 智能窗簾控制結(jié)構(gòu)框圖 通過傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，傳入的信號是由AT89C51單片機來控制，并且做出響應(yīng)，以實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示時間以及自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制顯示模塊的顯示內(nèi)容和控制單片機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。第3章 系統(tǒng)硬件分析設(shè)計總體硬件包括單片機外圍電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，信號調(diào)理電路、檢測電路、鍵盤/顯示接口電路、步進電機控制電路等模塊。單片機外圍電路提供各種模塊所需的5V電源和時鐘模塊；信號檢測后是模擬信號，經(jīng)過調(diào)理放大進入A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號給單片機。 系統(tǒng)硬件總設(shè)計自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如圖 ：89C51光敏、雨滴傳感器信號校正A/D轉(zhuǎn)換顯示模塊鍵盤模塊步進電機 自動窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計總體框圖根據(jù)光照和雨滴來開閉窗簾的主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，由于A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換需要一定時間，一旦在短時間內(nèi)信號發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結(jié)果將會出現(xiàn)偏差，所以在轉(zhuǎn)換期應(yīng)該采用采樣保持電路。傳入的信號是由AT89C51單片機來控制，并且做出響應(yīng)，以實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來顯示時間以及自動窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過不同按鍵來控制顯示模塊的顯示內(nèi)容和控制單片機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 各單元電路設(shè)計 控制電路設(shè)計51系列優(yōu)點之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應(yīng)手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。51系列在片內(nèi)RAM區(qū)間還特別開辟了一個雙重功能的地址區(qū)間，十六個字節(jié)，單元地址20H～2FH，它既可作字節(jié)處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應(yīng)位地址為OOH～7FH)，使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復(fù)雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關(guān)的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。 51系列的另一個優(yōu)點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即MuL AB(兩個乘數(shù)分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節(jié)在累加器A中，高位字節(jié)在寄存器B中)。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調(diào)用，十分不便。在51系列中，還有一條二進制一十進制調(diào)整指令DA，能將二進制變?yōu)锽CD碼，這對于十進制的計量十分方便。而在其他的單片機中，則也需調(diào)用專用的子程序才行。： AT89C51單片機的引腳排列圖晶振電路： 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾能力，所以，石英晶體震蕩器的用來產(chǎn)生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產(chǎn)生震蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30μF左右，該電容的大小會影響震蕩電路頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性和奇珍的快速性。~12MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越快，單片機的運行速度越快。但反過來，運行速度對于存儲器的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)該盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89C51常選擇震蕩頻率12MHz的石英晶體。： 單片機晶振電路圖復(fù)位電路： 復(fù)位是單片機的初始化操作，只需要給89C51的復(fù)位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘震蕩周期）的高電壓就可以使89C51復(fù)位。復(fù)位時，單片機初始化為0000H，從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行錯誤（如程序跑飛）或者操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也需要復(fù)位鍵使RST引腳為高電平，使89C51擺脫“跑飛”或者“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。 復(fù)位電路圖時鐘電路： 本設(shè)計需要窗簾在給定的時間自動的開和關(guān)，所以需要用到定時器，而為了保證單片機與外界時鐘一致，要用到一個實時時鐘電路。這里實用的是DS1302時鐘芯片來完成這項功能。 DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM ，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、周、月、年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整。時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時格式。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：（1）RES 復(fù)位（2）I/O 數(shù)據(jù)線（3）SCLK串行時鐘。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31 個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW DS1302 是由DS1202 改進而來增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng)，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個字節(jié)存儲器。它廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。下面將主要的性能指標作一綜合：（1） 實時時鐘具有能計算2100 年之前的秒、分、時、日、星期、月、年的能力，還有閏年調(diào)整的能力。（2）31 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM。（3）串行 I/O 口方式使得管腳數(shù)量最少。（4） 。（5）工作電流 時,小于300nA。（6） 讀/寫時鐘或RAM 數(shù)據(jù)時有兩種傳送方式單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送字符組方式。（7） 8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據(jù)表面裝配。（8）簡單 3 線接口。（9） 與 TTL 兼容Vcc=5V。（10）可選工業(yè)級溫度范圍40 +85。（11）雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)。 ： DS1302芯片和AT89C51單片機的接口電路圖 檢測電路設(shè)計自動窗簾要根據(jù)光照和是否有雨的情況而自動開關(guān)窗簾，因而需要用到光傳感器和雨滴傳感器。光敏傳感器：在本設(shè)計中采用了光敏電阻，光敏電阻與碳膜電阻不同，它對光的變化非常敏感，再光的照射下，阻值會明顯變小，所以叫他光導(dǎo)器件。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏 電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關(guān)，路燈自動開關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸棧瑹艟叩裙庾詣娱_關(guān)控制領(lǐng)域。光敏電阻的結(jié)構(gòu)簡單，它是在陶瓷基片上積淀一層光敏半導(dǎo)體，再接上兩根引出電極組成的。該電路中的光敏器件選用的是硫化鎘光敏電阻。雨滴傳感器：雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)和智能天窗系統(tǒng)中。在雨滴傳感刮水系統(tǒng)中，用雨滴檢測傳感器檢測出雨量，并利用控制器將檢測出的信號進行變換，根據(jù)變換后的信號自動地按雨量設(shè)定刮水器的間歇時間，以便隨時控制刮水器電動機；在汽車智能燈光系統(tǒng)中檢測車輛行駛的環(huán)境，自動調(diào)整燈光模式，提高車輛在惡劣環(huán)境下行駛的安全性；在智能天窗系統(tǒng)中傳感器一旦檢測到下雨，會自動關(guān)閉天窗。傳感器控制電路是由運算放大器組成比較電路，在運算放大器同相輸入端用兩個電阻分壓，得到的電壓值作為基準電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對光和濕度變化采集，由于光敏電阻具有根據(jù)光照強度阻值變化的特點，雨滴傳感器根據(jù)是否有水滴阻值變化的特點，可以得到反向輸入端的電壓值。然后將得到的兩組電壓值進行比較，比較后的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入單片機89C51的P35和P36接口，單片機處理后輸出命令控制電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)通過光照和雨滴控制窗簾的開關(guān)功能。集成運算放大電路：集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和地輸入電阻的多級直接耦合放大電路，它的種類很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處。差分輸入級電壓放大級輸出級偏置電流 集成運放的內(nèi)部電路組成的原理框圖本設(shè)計選用的器件是LM393。LM393的主要優(yōu)勢是：（1）高精度比較器；（2）減少由于溫漂引起的失調(diào)電壓；（3）工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V，雙電源：177。1～177。18V； （4）輸入工模電壓范圍接近地電平；（5）兼容邏輯電路。 LM393的功能框圖LM393是高增益,寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設(shè)計對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。使用LM393時必須要注意，比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無關(guān)。 　　 差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件。 　　LM393的輸出部分是集電極開路，發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或OR ing 。 傳感器電路圖 執(zhí)行電路設(shè)計 步進電機步進電機作為執(zhí)行原件是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（vr）、永磁式步進電機（pm）、混合式步進電機（hb）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。本設(shè)計采用的步進電機是混合式步進電機?；旌鲜讲竭M電機混合了永磁式和反應(yīng)式步進電機的優(yōu)點它又分為兩相和五相： 。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。所以，本設(shè)計采用此種步進電機。步進電機28BYJ48型四相八拍電機，電壓為DC5V—DC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或者兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ABCDA。），雙（雙相繞組通電）四拍（ABBCCDDAAB。），八拍（AABBBCCCDDDAA。）驅(qū)動方式： 步進電機驅(qū)動方式導(dǎo)線顏色123456785紅++++++++4橙——3黃———2粉———1藍