【正文】 溫度后，通過窗簾的開閉，使室內(nèi)的光線和 溫度達(dá)到一個較為理想的條件。為了更體現(xiàn)人性化，本設(shè)計通過紅外線的發(fā)送和接收，可根據(jù)用戶的意愿實現(xiàn)對窗簾開閉的遠(yuǎn)距離遙控。 該設(shè)計主要分為以下幾個章節(jié)： （ 1） 緒論：介紹介紹系統(tǒng)設(shè)計的背景及意義。 （ 2） 總體方案設(shè)計：介紹自動窗簾控制系統(tǒng)總體方案，及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 3） 硬件系統(tǒng)分析：介紹主要硬件系統(tǒng)。 （ 4） 軟件分析：介紹軟件設(shè)計。 （ 5） 總結(jié)：對該設(shè)計的不足和擴(kuò)展進(jìn)行分析。 實現(xiàn)的基本功能 自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能： （ 1） 光照控制：根據(jù)光照強(qiáng)度值，通過感光器采集，自動打開或關(guān)閉窗簾。即當(dāng)早晨光照強(qiáng)度增強(qiáng)到設(shè)定值，通過感 光器采集，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)打開窗簾；當(dāng)夜晚光照強(qiáng)度減弱到設(shè)定值，通過感光器采集，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉窗簾。 （ 2） 溫度控制：通過紅外遙控器設(shè)定給定溫度，通過溫度監(jiān)測系統(tǒng)，檢測環(huán)境溫度，當(dāng)溫度高于或低于給定值時，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)打開或關(guān)閉窗簾。 （ 3） 紅外控制：當(dāng)光照強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)定值，手動操作紅外遙控器，由紅外接收系統(tǒng)接收信號，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)打開或關(guān)閉窗簾。 第 2 章 總體電路設(shè)計與原理說明 方案介紹 方案：基于光照檢測及溫度檢測的自動控制 原理框圖如下：溫 控 模 塊鍵 盤光 控 模 塊紅 外 遙 控 模 塊蜂 鳴 器L C D 顯 示 模 塊單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 圖 21 原理框圖 總體方案設(shè)計 自動窗簾控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計是基于滿足設(shè)計要求的前提下，根據(jù)理論上的可實現(xiàn)性和硬件電路的經(jīng)濟(jì)實用型，進(jìn)行設(shè)計。本設(shè)計從人們對系統(tǒng)設(shè)計功能的需求出發(fā)，綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計出自動控制系統(tǒng)的整體框架，并且在整體功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。 自動控制窗簾基本功能 自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個模塊： （ 1） 感光控制模塊：本模塊首先通過光敏電阻在外界光線強(qiáng)度的變化下阻值的改變，使得輸出電壓發(fā)生變化。變化的電 壓信號傳送到 PFC8591 八位的 AD/DA 轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而輸入到單片機(jī)處理器。經(jīng)處理器的運(yùn)算與處理，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到窗簾開閉的目的。 （ 2） 溫度監(jiān)測模塊 ： 模塊通過溫度傳感器 DS18B20 采集室內(nèi)的溫度值，經(jīng)過單總線的傳輸方式將采集到的溫度信號傳送給單片機(jī)，并由 LCD 顯示器顯示當(dāng)前的溫度。其中，溫度的閾值可由用戶通過紅外線來遙控設(shè)定。當(dāng)室內(nèi)溫度超過或低于設(shè)定值時，伴隨著著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 （ 3） 紅外遙控模塊：本模塊利用 HT6221 芯片組成的遙控器發(fā)射紅外信號，接收頭接收后先解碼，并用液晶顯示每個按 鍵對應(yīng)的用戶碼值。利用遙控器上的按鍵，軟件中設(shè)置可供用戶隨時控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序，實現(xiàn)可在任意時刻控制窗簾的打開和關(guān)閉。此處，紅外遙控另外一個功能是在進(jìn)入溫度設(shè)定模式下設(shè)置初始的溫度值，并可借用紅外遙控外擴(kuò)一些較為實用的家庭簡單控制電路，為人們的日常生活帶來方便。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖如下： 所 測 溫 度 等 于 設(shè) 定 溫 度A D C 1 0 0NYYYY注 ：z z f l a g 1 z z f l a g 2 正 傳 標(biāo) 志 位f z f l a g 1 f z f l a g 2 ) 反 轉(zhuǎn) 標(biāo) 志 位 開 始初 始 化S E T T = = 1啟 動 A Dz z f l a g 1 = 1A D C 1 0 0A D C 1 0 0A D C 1 0 0 amp。 amp。 z z f l a g 1 = = 1z z f l a g 2 = 1f z f l a g 1 = 1A D C 1 0 0 amp。 amp。 f z f l a g 1 = = 1f z f l a g 2 = 1z z f l a g 2 = 1設(shè) 定 溫 度N u m + +電 機(jī) 正 傳N u m = 1 0 0 0清 除 標(biāo) 志 位YYYYYYYf z f l a g 2 = 1N u m + +電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)N u m = = 1 0 0 0清 除 標(biāo) 志 位測 溫 度顯 示 溫 度電 機(jī) 反 轉(zhuǎn)N 圖 22 總體框圖 第 3章 硬件分析與設(shè)計 單片機(jī)及相關(guān)電路設(shè)計 89C51 單片機(jī)概述 AT89C51 是一種帶 4K 字 節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器。AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 主要參數(shù)： （ 1） 片內(nèi)震蕩器和時鐘電路 （ 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲 器； （ 3） 128*8 位內(nèi)部 RAM （ 4） 32 可編程 I/O 線 （ 5） 兩個 16 位定時 器 /計數(shù)器 （ 6） 5 個中斷源 （ 7） 全靜態(tài)工作： 0HZ24MHZ （ 8） 低功耗閑置和掉電模式 晶振電路 圖 31 單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖 單片機(jī)必須在時鐘的驅(qū)動下才能進(jìn)行工作。 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖 43 就是內(nèi)部時鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個電容的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振（ C1 C2 的值大，起振的速度 慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（ C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。 C1 C2 的值采用 30pF。 復(fù)位電路 圖 32 復(fù)位電路 在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，有時可能對系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計了手動的復(fù)位電路。如圖 42 所示。這種電路的設(shè)計，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中需要復(fù)位時，只需使開關(guān)閉合，在 RST 端就會出現(xiàn)一定時間的高電平信號，從而使單片機(jī)實現(xiàn)復(fù)位。 顯示電路 按照電路圖鏈接電路即可，需要說明的是在這個電路 圖中， LCD 的第三腳VEE 沒有接，這個腳是控制屏幕對比度的?？梢詫㈦娢黄鞯膬啥朔謩e接 VCC 和GND，中間端接 LCD 的第三腳。 圖 33 1602液晶電路 光敏傳感器電路 光 敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有： 光電管 、 光電倍增管、光敏電阻 等。 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(yùn)動，電子奔向 電源 的正極，空穴奔向電 源的負(fù)極，從而使 光敏電阻器 的阻值迅速下降。 32184U 2AL M 358V C CR 1510KD4P H O T OR 1710KR 141KV C CR 16R 191KC447pAD0光采樣電路V C CR 1810K 圖 34 光敏傳感器 當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時，光電流要經(jīng)過一段時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由于不同材料的光敏， 電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場合。 A/D 轉(zhuǎn)換電路 PCF8591 是一個單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591 具有 4 個模擬輸入、 1 個模擬輸出 和 1 個串行 I178。C 總線接口。 PCF8591的 3 個地址引腳 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址編程，允許在同個 I178。C 總線上接入 8 個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。在 PCF8591 器件上輸入輸出的址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線向 I178。C 總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 PCF8591 的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、 8bit 模數(shù)轉(zhuǎn)換和 8bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。 PCF8591 的最大轉(zhuǎn)化速率由 I178。C 總線的最大速率決定。 圖 35 A/D轉(zhuǎn)換電路 PCF8591 特性 ： 單獨(dú)供電 ； PCF8591 的操作電壓范圍 ； 低待機(jī)電流 ； 通過 I2C 總線串行輸入 /輸出 ； PCF8591 通過 3 個硬件地址 引腳 尋址 ； PCF8591的采樣率由 I2C 總線速率決定 ； 4 個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 ； 自動增量頻道選擇 ； PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD； PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 ； 8bit 逐次逼近 A/D 轉(zhuǎn)換器 ； 通過 1 路模擬輸出實現(xiàn) DAC 增益 。 步進(jìn)電機(jī)電路 步進(jìn) 電機(jī) 是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響 ，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)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，稱為 “步距角 ”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^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。 圖 36 步進(jìn)電機(jī)電路 溫度檢測電路 DS18B20 外形及引腳說明 ： 圖 37 溫度傳感器 引腳說明： GND：地 ； DQ：單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳 ； VD：可選的電源引腳 。 單總線通常要求接一個約 左右的上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時，其狀態(tài)為高電平。 圖 38 DS18B20接線原理圖 DS18B20 時序圖 ： 主機(jī)使用時間隙來讀寫 DS18B20 的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位。 初始化時序如下圖： 圖 39 DS18B20初始化時序 DS18B20 讀寫時序 ： 圖 310 DS18B20讀寫時序 紅外控制電路 紅外通信 基本原理 ： 紅外通信是利用 950nm 近紅外波段作為傳遞信息的媒體，