【正文】
基于單片機(jī)的自動(dòng)窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 目前,家庭居住環(huán)境的采光及避光問題主要采用的是手動(dòng)開閉窗簾,手動(dòng)開閉不僅費(fèi)力而且很多方面不夠人性化,會(huì)對用戶造成一定的困擾,本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問題。本文主要闡述了自動(dòng)窗簾控制的設(shè)計(jì)過程。以AT89C51單片機(jī)為控制核心,以光敏電阻和雨滴傳感器為傳感器件,以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行器件。在設(shè)計(jì)的同時(shí)對單片機(jī)的理論基礎(chǔ)和外圍擴(kuò)展知識進(jìn)行了比較全面準(zhǔn)備。硬件采用分塊的模式,對整個(gè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,分別給出了系統(tǒng)整體框圖、顯示電路、檢測電路、系統(tǒng)總控制模塊、等相關(guān)電路;隨后說明系統(tǒng)軟件的編寫過程,同樣采用的是分塊的模式,且每一個(gè)模塊都給出了相應(yīng)的流程圖。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)控制、自動(dòng)控制、定時(shí)控制的相互轉(zhuǎn)換,智能的控制窗簾的動(dòng)作。通過調(diào)試,時(shí)鐘控制、手動(dòng)開關(guān)窗簾、自動(dòng)開關(guān)窗簾等控制方面的設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期效果。具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:單片機(jī),自動(dòng)窗簾,步進(jìn)電機(jī),自動(dòng)控制。 System design based on single chip microputer automatic curtainAbstract Now,according to the requirements of living environments. This paper describes the process of intelligent curtain controller. This design uses AT89C51 microcontroller as the control,introduce microcontrollerbased optical curtain curtain system,the main structural principle of the hardware and software programming to the design for monolithic integrated circuits,and peripheral to expand the basic the theories of knowledge was fairly prehensive preparation. Block the model of hardware used,the circuit design of the entire system to analyze the overall block diagram of the system are given,display circuit,photoelectric switch circuit,system control module,power conversion circuits,protection circuits and other related circuit;then describes the software the preparation process,but also by the subblock pattern,with each module to draw a corresponding flow chart.In this paper,use the AT89C51 microcontroller,according to their different modes,to achieve semiautomatic control,automatic control,timing control of the conversion and intelligent motion control curtains. Debugging by simulation,clock control,manual switch curtains,the curtains automatically switch the basic design of such control to achieve the desired effect,with a strong practical value.Key words:SCM 、intelligent curtain、stepping motor、automatic control. 79 第1章 緒論 研究目的和意義 21世紀(jì)是科技飛速發(fā)展的時(shí)代,單片機(jī)的應(yīng)用也隨之越來越廣泛。在這樣高速發(fā)展的環(huán)境下,各種新型產(chǎn)品猶如雨后春筍,單片機(jī)的作用也越發(fā)重要單片機(jī)是一種集成電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代,由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī),發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。單片機(jī)具有高集成度、高可靠性,控制功能強(qiáng),低電壓、低功耗,優(yōu)異的性價(jià)比。由于這些優(yōu)良的特性,單片機(jī)廣泛的應(yīng)用到工業(yè)控制,智能家電,汽車電子,樓宇自動(dòng)化,醫(yī)療器械。日常生活中,驗(yàn)鈔機(jī)、門禁系統(tǒng)、電子監(jiān)控、變頻空調(diào)等也使用到了單片機(jī)。 在材料科學(xué)、工業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步的帶動(dòng)下,電路系統(tǒng)向著高度集成的方向發(fā)展。CPU的生產(chǎn)制造技術(shù),也朝著綜合性、技術(shù)性、實(shí)用性發(fā)展。其告訴的發(fā)展可以用日新月異來形容。其中單片機(jī)的重要性越來越越突出,在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越普遍。要進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先,要有一定的基礎(chǔ)知識;第二,需要具有一定的軟件設(shè)計(jì)能力,能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的要求,寫出所需程序;第三,要靈活的把知識綜合運(yùn)用。另外,單片機(jī)也經(jīng)常應(yīng)用到一些小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)就是依靠AT89C51單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)順利設(shè)計(jì)出來的。 隨著科技的發(fā)展,人們生活水平不斷提高,使得人們對于居住的空間的環(huán)境有了更高的要求,人們希望居住空間更加的舒適、便捷。這是人類發(fā)展的必然規(guī)律。科技把人們的生活變的更加智能化,使人們生活的更加舒適、便捷。人們的生活離不開窗簾,它保護(hù)了人們的隱私。對于現(xiàn)代的建筑,對于窗簾的要求也越來越高,既能解決每天手動(dòng)開關(guān)的麻煩,又能顯示出生活的檔次,所以窗簾自動(dòng)系統(tǒng)會(huì)越來越普及。并且可以廣泛的應(yīng)用到普通住宅、賓館飯店、寫字樓等各種場所,因此自動(dòng)窗簾系統(tǒng)有著廣闊的市場前景,因此研究這方面的產(chǎn)品也顯得更加的重要。由于我國的科技剛剛發(fā)展起來,各種科技產(chǎn)品還明顯的落后于發(fā)達(dá)國家,人民的生活也剛剛開始富裕起來,許多智能系統(tǒng)也剛剛在我國興起。但是,發(fā)展前景卻廣闊。這種系統(tǒng)可以為我們營造出高效、舒適、便捷的居住環(huán)境。并且它可以牽動(dòng)一大批產(chǎn)業(yè)。如此廣泛的應(yīng)用,他的前景也必將非常廣闊。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們的生活觀念也在漸漸的發(fā)生轉(zhuǎn)變。各種家電也在發(fā)生著變化。由于單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的的不斷成熟,家電越來越智能化。窗簾也不例外,在歐美等發(fā)達(dá)國家,智能窗簾系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用。智能窗簾在國內(nèi)算是高端前沿產(chǎn)業(yè),市場廣闊,有推廣和應(yīng)用的意義,在發(fā)達(dá)的歐美市場智能窗簾已經(jīng)并不新鮮,已經(jīng)廣泛運(yùn)用于平常百姓家中,所以有必要在國內(nèi)推廣。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們的生活觀念也在漸漸的發(fā)生轉(zhuǎn)變。各種家電也在發(fā)生著變化。由于單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的的不斷成熟,家電越來越智能化。窗簾也不例外,在歐美等發(fā)達(dá)國家,電動(dòng)智能窗簾已廣泛應(yīng)用。自動(dòng)窗簾在國內(nèi)算是高端前沿產(chǎn)業(yè),市場廣闊,有推廣和應(yīng)用的意義,在發(fā)達(dá)的歐美市場智能窗簾已經(jīng)并不新鮮,已經(jīng)廣泛運(yùn)用于平常百姓家中。本設(shè)計(jì)通過分析自動(dòng)窗簾的發(fā)展和現(xiàn)狀來規(guī)劃其智能功能,從而對窗簾進(jìn)行智能控制。采用步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行原件,以光敏電阻和雨滴傳感器作為傳感原件,AT89C51單片機(jī)作為控制芯片,輔助鍵盤和顯示,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)窗簾的多項(xiàng)智能項(xiàng)目。 自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程主要分為以下幾個(gè)章節(jié):(1)緒論:介紹目前國內(nèi)自動(dòng)窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀和研究的目的和意義??傮w設(shè)計(jì)方案:給出智能窗簾系統(tǒng)的總體方案設(shè)想,智能項(xiàng)目,和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃。(2)硬件設(shè)計(jì):選用AT89C51單片機(jī)為核心的各種電路設(shè)計(jì),包括復(fù)位電路,電源電路,時(shí)鐘電路,步進(jìn)電機(jī)控制電路,傳感器電路,鍵盤/顯示電路等一系列相關(guān)電路。(3)軟件設(shè)計(jì):主要介紹了各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)流程。(4)總結(jié)與展望:針對設(shè)計(jì)中的不足進(jìn)行再思考以及提出自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)功能的擴(kuò)展,和對此設(shè)計(jì)發(fā)展前景的展望。 課題的目的任務(wù)和要求自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案是確定能滿足設(shè)計(jì)要求的總體方案環(huán)節(jié)。本章從系統(tǒng)功能的需求出發(fā),規(guī)劃并確定系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),并在次基礎(chǔ)上考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及可實(shí)現(xiàn)性。該系統(tǒng)除了具有一般窗簾控制系統(tǒng)的最基本功能以外,還通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)了根據(jù)光照強(qiáng)度,空氣濕度和設(shè)定時(shí)間自動(dòng)開閉窗簾的功能,在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面,該設(shè)計(jì)本著簡單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想,盡量使電路的設(shè)計(jì)簡單化,用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來達(dá)到設(shè)計(jì)的需求。智能窗簾主要有一下功能(1)手動(dòng)控制:該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進(jìn)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(qiáng)弱,實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)開關(guān)。(3)雨滴傳感器控制:若傳感器上有水滴,則窗簾自動(dòng)關(guān)閉,水干后,自動(dòng)開啟。(4)時(shí)間自動(dòng)控制:根據(jù)用戶設(shè)置的時(shí)間來控制開啟或者關(guān)閉窗簾。第2章 系統(tǒng)方案論證 方案選取單片機(jī)在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛,很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利性得到了人們的好評,所以本設(shè)計(jì)采用的控制元器件選用單片機(jī)。單片機(jī)的選擇:單片機(jī)自70年代問世以來都以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo),通過廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)得到了蓬勃發(fā)展,單片機(jī)功能也日漸完善。由于單片機(jī)的應(yīng)用,使許多領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動(dòng)化程度都大大提高,可以不夸張的說當(dāng)今世界正在經(jīng)受著一場以單片機(jī)技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)革命浪潮沖擊。主要的單片機(jī)類型如下:(1) MCS51系列單片機(jī)MCS51系列單片機(jī)主要指Intel公司生產(chǎn)的以51位內(nèi)核的單片機(jī)芯片,具有8位CPU、4K字節(jié)的ROM、128字節(jié)的RAM、同時(shí)可擴(kuò)展外部64K字節(jié)RAM和ROM、兩個(gè)16位的定時(shí)器、四個(gè)8位并行I/O口、一個(gè)全雙工串行I/O口、21字節(jié)專用寄存器、五個(gè)中斷源、片內(nèi)自帶振蕩器、片內(nèi)單總線等功能部件。(2)AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能的CMOS 8位微處理器,俗稱為單片機(jī)。AT89C2051單片機(jī)是一種帶2K字節(jié)閃存,可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用了ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,和工業(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(chǔ)器組合在了單個(gè)芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,而AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性較高且價(jià)廉的方案。外形及引腳的排列如圖21所示: AT89C單片機(jī)外形及引腳排列AT89C51單片機(jī)主要的特性如下:(1) 和MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容(2) 4K字節(jié)在線編程Flash存儲(chǔ)器,1000次擦寫周期(3) ~ (4) 全靜態(tài)工作模式:0~33MHz (5) 三級程序存儲(chǔ)器鎖l內(nèi)部RAM1288字節(jié)(6) 三十二個(gè)可編程I/O口線l兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(7) 六個(gè)中斷源(8) 全雙工串行UART通道(9) 低功耗空閑和掉電模式(10) 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)(11) 看門狗(WDT)和雙數(shù)據(jù)指針(12) 掉電標(biāo)識和快速編程的特性(13) 具有掉電狀態(tài)下中斷恢復(fù)功能(14) 靈活的在系統(tǒng)編程(ISP字節(jié)或頁寫模式)因?yàn)锳T89C51單片機(jī)片內(nèi)有4K字節(jié)的在線編程Flash存儲(chǔ)器,而且可以擦寫1000次,具有掉電模式,而且具有掉電狀態(tài)下中斷恢復(fù)功能,對設(shè)計(jì)開發(fā)非常實(shí)用。所以選用AT89C51單片機(jī)作為自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的控制單片機(jī)。針對單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求,實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制的方案有兩種: 方案(一)基于溫度檢測以及聲控檢測器件的自動(dòng)控制 方案(二)基于光照強(qiáng)度器件以及濕度檢測器件的自動(dòng)控制 方案(一):聲控檢測89C51單片機(jī)鍵盤模塊液晶模塊溫度檢測電源模塊 方案(一)的原理框圖方案(二):時(shí)鐘模塊89C51單片機(jī)鍵盤模塊顯示模塊光照檢測電源模塊 方案(二)的原理框圖這兩個(gè)方案都是基于單片機(jī)控制的,采用步進(jìn)電機(jī)控制以及液晶顯示器,不同的設(shè)計(jì)部分在于檢測器件的選取上。 方案(一)與方案(二)的區(qū)別主要在于檢測器件的應(yīng)用,方案(一)采用溫度采集和聲音檢測原件,通過設(shè)定的溫度來控制窗簾的開閉,以減少光照對室內(nèi)的溫度影響,利用聲音控制雖然方便性有所提高,但是其誤差較大。方案(二)采用的時(shí)鐘模塊實(shí)用性更強(qiáng),且手動(dòng)控制不容易出現(xiàn)誤差。綜合考慮以上因素,系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案(二)。 總體設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是基于滿足設(shè)計(jì)要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性,而進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對系統(tǒng)功能需求出發(fā),在綜合考慮各種因素的情況下,設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架