【正文】 種 I/O 的庫函數(shù)，用于實現(xiàn)各種 I/O 模塊的功能。這些用軟件完成的模塊包括多路 UART、多種 A/D、 PWM、 SPI、 DTMF、 FSK、 LCD 驅(qū)動等，這些都是通常 用硬件實現(xiàn)起來也相當(dāng)復(fù)雜的模塊。 綜合比較三個方案，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 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C52 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。同時具有 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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、定時器 /計數(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，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 第 6 頁 共 26 頁 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 運行，而吊環(huán)全部套在簾桿外周或嵌進(jìn)下部開的縫內(nèi)，永磁體用磁力透過簾桿牽引吊環(huán)，這種新型電動窗簾滑線不外露，不會蒙塵和纏繞，可以電動手拉兼容。 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)。通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū) 第 7 頁 共 26 頁 動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 目前，比較常用的步進(jìn)電動機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電動機(jī)（ HB）等。步進(jìn)電動機(jī)和普通電動機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，因此，步進(jìn)電動機(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機(jī)；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場合。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)計采用的是 12V 的來直流電機(jī)驅(qū)動，計算轉(zhuǎn)數(shù)與扭矩如下： 按上表參數(shù)計算電機(jī)在 9V下的扭矩， N=最大空載轉(zhuǎn)數(shù)（運行電壓247。峰值電壓） =63（ 9247。 12） =M=峰值堵轉(zhuǎn)扭矩（運行電壓247。峰值電壓） = (9247。 12)= 在 9V 的狀態(tài)下，電機(jī)產(chǎn)生 的扭矩足以帶動繞繩的轉(zhuǎn)動。 硬件總體方案 硬件設(shè)計的好壞決定整個方案的成功與否，所以在硬件設(shè)計時，在實現(xiàn)功能的情況下電路設(shè)計越簡單越好，這樣才能保證這個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 本文采用單片機(jī) AT89C52 作為系統(tǒng)的核心控制器件，通過光電傳感器采集數(shù)據(jù)（數(shù)字信號），經(jīng)單片機(jī)根據(jù)接收到的信號來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向及步數(shù)，并根據(jù)光線變化自動調(diào)整窗簾的開度。 型 號 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 共 26 頁 方案設(shè)計說明 考慮到自動窗簾的成本和巨大的市場空間，本文提出一種方案，應(yīng)用光控原理工作，光亮在一定程 度窗簾自動打開，光線變暗窗簾自動關(guān)閉，實現(xiàn)光控電動自動窗簾的設(shè)計，成本低，環(huán)保且方便使用。實現(xiàn)框圖如圖 所示： 圖 本設(shè)計實現(xiàn)的方框圖 該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定 ,成本低廉 ,利于推廣等特點 ,能夠滿足智能家居需求 ,具有良好的市場應(yīng)用前景 . 方案選擇說明 論文設(shè)計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，然后由 L293D 驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動角度。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)動器，它是一種兩相和四相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片。 硬件方案選擇說明 硬件電路繪圖平臺為 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)換開關(guān)等。 邏輯框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 光敏 電阻 采集 光強(qiáng) 電路 單片機(jī) 驅(qū)動電機(jī)芯片 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制窗簾開閉 第 9 頁 共 26 頁 ○1光檢測模塊 選用集成光電傳感器 ULN3330，當(dāng)器件頂部受到大于 50 Lx[4]的光照時就輸出高電平，負(fù)載上沒有電流；當(dāng)光照不足 45 Lx 時，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過。 ○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)動模塊 選用步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片 L293D,采用 L293D，通過單片機(jī)的 I/O 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對電機(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 度 /步（四相電機(jī)）。 軟件方案設(shè)計說明（主控程序流程圖） 軟件開發(fā)平臺為 Keil 軟件，用 C 語言編寫具體的程序代碼。主控程序流程圖如圖 所示。 圖 主控程序流程圖 第 10 頁 共 26 頁 第 3 章 硬件電路設(shè)計 光電傳感器信號采集模塊設(shè)計 光電傳感器 ULN3330 介紹 光電傳感器按輸出信號有開關(guān)型和模擬型， 開關(guān)型用于轉(zhuǎn)速測量、 模擬開關(guān)、 位置開關(guān)等；模擬型用于光電式位移計、 光電比色計等。 光電檢測必須具備光源、 被測物和光電元件。 ULN3330 是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的集成光電傳感器。 它是一種新穎的光電開關(guān)， 將光敏二極管、 低電平放大器、 電平探測器、 輸出功率驅(qū)動器和穩(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合， 使光敏器件的應(yīng)用變得更簡單、 可靠。光敏二極管的光敏區(qū)域約為 (mm mm)，峰值波長為 880 nm。 當(dāng) ULN3330 受到光照時，會產(chǎn)生微安數(shù)量級的光電流。低電平放大器是一種低噪聲小電流放大器，能對微安級的光電流進(jìn)行放大、電平位移，最后輸出可供電平探測器進(jìn)行鑒別的電平。 電平探測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)動器是 NPN 中功率晶體管，最大可通過 100 mA 的電流，可以直接驅(qū)動各種負(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， 就輸出高電平，負(fù)載上沒有電流；當(dāng)光照不足 45 Lx 時，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過。 傳感器信號采集模塊設(shè)計 由于光電傳感器 ULN3330 直接輸出數(shù)字信號，因而與單片機(jī)連接電路之間無需模數(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 窗簾開合狀態(tài) E50LX 高電平 1 打開 E45LX 低電平 0 關(guān)上 第 11 頁 共 26 頁 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 ○2 OUTPUT 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，就輸出高電平，經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動電路 L293D 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開，當(dāng)光電傳感器件頂部光照不足 45 Lx 時，光電傳 感器件就輸出低電平。經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動電路L293D 驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合。 ○2圖 ： 用開關(guān)模擬光電傳感器，開關(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)開關(guān)斷開時， 口即為高電平，窗簾打開。當(dāng)開關(guān)閉合時，開關(guān)接地， 口為低電平，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 共 26 頁 圖 PROTUES中連線圖 說明：要用 PROTUES 軟件仿真，因其中器件庫中沒有光敏這塊，用開關(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)信號處理模塊設(shè)計 MCS51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)全稱單片微型計算機(jī)，顧名思義，它指的是一種單硅片上集成的微型計算機(jī)主要功能部件的集成芯片。單片機(jī)的出現(xiàn)要歸功與大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，就組織和功能而言，它如一個微型計算機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)部集成了中央處理器，隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、定時器 /計數(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 /計數(shù)器和多功能 I/O接口等計算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱 MCU。 51 系列單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個部件： 1 個 8 為 CPU。 第 13 頁 共 26 頁 1 個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 4KB ROM 程序存儲器。 128B RAM 數(shù)據(jù)存儲器。 可尋址 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲器和 64KB 外部程序存儲器的控制電路。 32 條可編程的 I/O 線（ 4 個 8 位并行 I/O 接口）。 2 個 16 位的定時 /計數(shù)器。 1 個可編程全雙工串行接口。 5 個中斷源、 2個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 51 系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，各個功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。程序存儲器部分用 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 時電 路4 K B / 8 K B 程 序存 儲 器1 2 8 B / 2 5 6 B 數(shù) 據(jù) 存儲 器2 / 3 個 1 6 位 定 時 器 /計 數(shù) 器C P U6 4 K B 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個引腳的方形封裝形式和 40個引腳的雙列直插式封裝形式，本文用 40 個引腳的雙列直插式封裝形式， 40 個引腳封裝的引腳圖如圖 ，各引腳的功能說明如下。 第 14 頁 共 26 頁 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：接外部晶體的一個引腳。