【正文】 片機 AT89S52 為中心的主控電路，同時 AT89 S52 為整個電路的數(shù)據(jù)處理與控制核心 ； 第二部分是以 L297 和 L298 芯片控制的用步進電動機正反轉(zhuǎn)控制窗戶開與關(guān)的電路，與單片機相連 ； 第三部分是 用直流 電動機正反轉(zhuǎn)來控制窗簾開關(guān)的電路，與單片機相連 ； 第四部分是 一體化 人體紅外傳感器探測電路，與單片機相連，通過傳感器檢測電路時刻給單片機發(fā)信號 ； 第五部分是以濕度傳感器檢測雨電路，通過傳感器檢測電路時刻給單片機發(fā)信號 ； 第六部分是以壓力傳感器檢測風(fēng)力電路，通過傳感器檢測電路時刻給單片機發(fā)信號 ； 第七部分是無線遙控發(fā)射與接收 電路，用于控制窗戶窗簾的開與關(guān) ； 第八部分是電源電路部分，提供各個模塊的工作電壓。 論文研究的主要內(nèi)容 ： 根據(jù)設(shè)計分工，本設(shè)計分成軟件部分和硬件部分。本文主要偏重軟件部分，其中軟件編寫本文中采用匯編語言編寫，文中就單片機對步進電機的軟件控制作了較詳細 的闡述。對一些選用的硬件器件作了簡單的介紹。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ： 單片機控制電路主要由一片 AT89S52 組成。 AT89S52主要實現(xiàn)對 壓力，濕度，人 體紅外探測 檢測， 并對步進電動機進行控制 窗戶窗簾開與關(guān) 并報警 。 單片機是整個系統(tǒng)的核心和控制中心，系統(tǒng)的 各部分 數(shù)據(jù)都是送到 單片機進行處理，而且所有的命令都是由單 片機發(fā)出，所以對單片機的軟件 開發(fā) 是非常重要的，它關(guān)系整個系統(tǒng)的功能。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)設(shè)計 2 1 系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計并制作一個窗戶窗簾智能控制裝置 ，如圖 111 和圖 112。 本實驗采用電動機轉(zhuǎn)動拉動皮帶，帶動窗簾開關(guān)。如圖 111 所示，電機安裝點安裝電動機及其驅(qū)動電路和接受遙控信號電路，用皮帶連接在電動機轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)插上 220V電源的時候，通過接受到遙控器給的遙控信號時 ，電機開始轉(zhuǎn)動，帶動皮帶運動，通過定滑輪，皮帶帶動窗簾收縮，達到開與關(guān)的效果。 電機安裝點 滑輪 滑輪 轉(zhuǎn)動皮帶 窗 簾 外接 220V電 源 圖 111 窗簾智能控制安裝示意圖 滑輪 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)設(shè)計 3 窗戶智能控制安裝示意圖如圖 112，本實驗采用電動機轉(zhuǎn)動拉動皮帶，帶動窗戶開和關(guān)，具體工作是，當(dāng)檢測模塊檢測到有雨，風(fēng)力或者是有人侵入的時候，將有信號傳給步進電機驅(qū)動電路，使電機轉(zhuǎn)動，將皮帶連接電機和窗戶，當(dāng)皮帶轉(zhuǎn)動時帶動窗戶轉(zhuǎn)動，從而達到窗戶的開和關(guān)的效果。 設(shè)計要求 用于家庭及賓館安裝智能性窗戶、窗簾。一但開發(fā)成功，將可能帶來可觀的經(jīng)濟效益。其設(shè) 計要求： 不同尺寸窗戶都能適用； 能實現(xiàn)晴雨天、濕 度和風(fēng)的變化 使窗戶窗簾 智能 開 與 關(guān) ； 具有遙控功能； 具有防盜報警功能 各檢測模塊 安裝點 窗 戶 帶動皮帶 滑輪 滑輪 傳輸檢測信號 步進電動機安裝點 滑輪 圖 112 窗戶智能控制安裝示意圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)設(shè)計 4 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計思路及方框圖 系統(tǒng)由單片機控制器模塊、壓力檢測模塊、濕度檢測模塊、 一體化人體 紅外 探 測模塊、無線 遙控 發(fā)射器與接收器模塊 、 報警模塊 、 窗戶窗簾 步進 電機控制模塊以及電源模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖 121所示 各方案論證及選擇 （ 1）控制器模塊 對于控制器的選擇有兩種方 案。 方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。 FPGA 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。 FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。由檢測模塊輸出的信號并行輸入 FPGA， FPGA 通過程序設(shè)計控制電機做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，但由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高， FPGA 的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時 由于芯片的引腳較多，實物硬件電路布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。 圖 121 總體設(shè)計方框圖 壓力傳感器模塊 濕度傳感器模塊 無線遙控發(fā)射 與 接收 模塊 單片機 AT89S52 模塊 電源模塊 報警器 模塊 窗戶的 電動機 控制電路模塊 窗簾電動機控制電路 模塊 人體紅外探測器 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)設(shè)計 5 方案二：采用 ATMEL 公司的 AT89S52 作為系統(tǒng)的控制器。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 基于以上分析，本設(shè)計選擇采用方案二，單片機控制的方框圖如圖 112所示。在本設(shè)計中， AT89S52 負責(zé)監(jiān)測壓力檢測模塊和濕度檢測模塊，控制電機模塊和報警模塊等功能。 （ 2）壓力檢測模塊 采用壓力傳感器來實現(xiàn)。在窗戶有 壓力的時候，比如風(fēng)力，將壓力轉(zhuǎn)換成電流 /電壓的，可測量壓力、位移等物理量，通過計算反映到單片機 的 口線， 從而產(chǎn)生信號發(fā)送到電動機 的控制電路電路，使窗戶電動機產(chǎn)生正轉(zhuǎn)來達到關(guān)窗戶的目的 。 （ 3）濕度檢測模塊 集成濕度傳感器 HM1500 的輸出電壓在 1～ 4 V 間隨濕度線性變化，考慮到本系統(tǒng)的單電源特點，該電路的測濕范圍為 0～ 100％。其中檢測信號輸出通過單片機的 ,達到檢測信號的目的 。 （ 4）電機模塊 方案一：采用直流電機。但由于直流電機上電即轉(zhuǎn)動，掉電后慣性較大，停機時還會轉(zhuǎn)動一定角度后才可停下來。 方案二：采用步進電機。步進電機的慣性很小，可以能夠做到快速的啟動和停止；步進電機的定位精度非常高，如果在能力范圍內(nèi)，使步進電機正向旋轉(zhuǎn)兩圈再反轉(zhuǎn)兩圈，它將精確地回到起始位置，不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差積累；而且步進電機能夠直接接受數(shù)字信號。 方案三：采用無刷電機， 無刷永磁體直流電機是同步電機，定子的磁場旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)子的機械旋轉(zhuǎn)速度相同。 比較適合本系統(tǒng)，但因其 價格較高 ，使用起來比較麻煩。 基于以上分析，本設(shè)計選擇方案二。 （ 5）紅外傳感檢測模塊 本電路設(shè)計采用 IN911L 一體化人體紅外探測器 來實現(xiàn)，電路簡單，輸出 控制方式可選擇，使用性強 ， 當(dāng)有竊賊破窗而入的話，只要間隔 10S 連續(xù)發(fā)送振動信號或連續(xù) 10S發(fā)出振動信號則 人體紅外探測器 1腳 輸出高電平，通過單片機 AT89S52控制報警器工作，發(fā)出響亮的報警聲 （ 6）報警模塊 方案一：采用單片機或可編程邏輯器件完成。由于本系統(tǒng)的控制器是采用單片機的，使用單片機產(chǎn)生信號讓三極管飽和使發(fā)光二極管和蜂鳴器電路構(gòu)成回路，不僅可以有效地利用系統(tǒng)的資源、簡化電路，同時還可以實現(xiàn)多種報警功能。這樣大大增強了裝置的實用性。 方案二：采用分立元件來實現(xiàn)。用分立元件大大增加了電路的復(fù)雜程度，而且 不能很東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)設(shè)計 6 好的實現(xiàn)多種報警功能。 基于以上分析，本設(shè)計采用單片機了來實現(xiàn)電路的報警功能。 （ 7）遙控器模塊 方案一：采用 AT89S2051 單片機來實現(xiàn) 紅外遙控發(fā)射與接收，該電路采用頻分制的編碼方式區(qū)分按鍵較多路 ， 輸出控制方式可選擇，使用性強。 但容易受外界環(huán)境干擾 使其工作不是很穩(wěn)定，操作比較麻煩。 方案二：采用無線遙控發(fā)射與接收，是具有高靈敏度自帶解碼芯片的無線接收模塊，能夠和實驗板連接進行擴展無線實驗。發(fā)射手柄和接收模塊共同構(gòu)成了實用無線遙控系統(tǒng)，遙控距離在無障礙物的開闊地條件下可以達到 200 米，能夠滿足大部分 無線遙控的要求，同時具有價格低廉的特點。 基于上訴方案的 分析 ，本設(shè)計選擇無線遙控的發(fā)射和接收。 （ 8）電源模塊 在本設(shè)計中使用直流穩(wěn)定電源對各個模塊 電路供電。直流穩(wěn)壓電源由變壓器、 橋式整流電路 、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。 系統(tǒng)組成 經(jīng)過仔細分析和論證，決定了各系統(tǒng)模塊的最終方案如下。 （ 1）控制模塊： 采用 AT89S52 控制； （ 2）壓力檢測模塊 采用壓力傳感器； （ 3）濕度檢測模塊： 采用濕度傳感器； （ 4）紅外檢測模塊： 采用一體化人體紅外探測器 （ 5）遙控模塊： 采用無 線遙控發(fā)射與接收 （ 6）電機模塊： 采用步進電機 與直流電機 ； （ 7）報警模塊： 采用單片機驅(qū)動蜂鳴器和發(fā)光二極管。 （ 8 電源模塊： 采用直流穩(wěn)壓電源。 本章小結(jié) 本章主要就本設(shè)計的基本要求和總體設(shè)計方案做了簡單的介紹。同時還對各模塊的方案選擇做了詳細的論證。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 各個工作模塊的工作原理及程序 7 2 各功能模塊的工作原理及部分程序 主程序控制模塊 AT89S52 芯片介紹 AT89S52 中文簡介： AT89S52[1]是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P ( R X D )10P ( T X D )11P ( I N T 0)12P ( I N T 1)13P ( T 0)14P ( T 1)15P ( W R )16P ( R D )17X T A L 218X T A L 119GND20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P ( A D 7)32P ( A D 6)33P 0 .5 ( A D 5)34P ( A D 4)35P ( A D 3)36P ( A D 2)37P ( A D 1)38P ( A D 0)39V C C40U1 A T 89 S 5230pFC130pFC212Y112 M H z22uFC310KR1100R2V C CS0 圖 211 AT89S52芯片引角圖 AT89S52 具有如下特點 [2]： 40 個引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 2 個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外 ， AT89S52 設(shè)計和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 各個工作模塊的工作原理及程序 8 掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 L297 芯片介紹 由于步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設(shè)備 步進電機控制驅(qū)動器 ， 典型步進電機控制系統(tǒng)如圖 215所示：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加