【正文】 基于單片機(jī)光控自動(dòng)窗簾 系 部： 電子信息工程系 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 電子 09C3 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 12 月 18 日 聲 明 本人所呈交的“ 基于單片機(jī)光控自動(dòng)窗簾” ，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨(dú)立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 2020 年 02月 2 日 一、前言 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以 及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。本次設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)技術(shù)，以光控開(kāi)關(guān)為主要輔助工具進(jìn)行的一次設(shè)計(jì)，將單片機(jī)技術(shù)融入基本電路中，為更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。光控自動(dòng)窗簾這一設(shè)計(jì)，配上必要的電源電路，同時(shí)利用光感開(kāi)關(guān)對(duì)于光源的接收傳遞信息，并用單片機(jī)作為核心進(jìn)行操控。光控開(kāi)關(guān)對(duì)于外界的光源有著很強(qiáng)的感知，通過(guò)白天黑夜所產(chǎn)生的光源的不同，從而使窗簾在一定的范圍 內(nèi)進(jìn)行開(kāi)閉。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，光控開(kāi)關(guān) Preface currently microcontroller perated into every aspect of our lives, it39。s almost impossible to find which areas no traces of singlechip microputer. widely used in all kinds of intelligent IC card, civil limousine security systems, video recorders, cameras, full automatic washing machine control program, as well as toys, electronic pets and so on, these are inseparable from the single chip microputer. Not to mention the field of automatic control of robot, intelligent instrument, medical equipment and all kinds of intelligent machinery. Therefore, the singlechip learning, development and application of puter application will create and intelligent control of the scientist, design is based on single chip technology, the light switch as the main tool for a design, puter technology into the basic circuit, in order to better realize the design automatic curtain of this design, coupled with the necessary power supply circuit, while the use of optical switch for the light source receiving transmission of information, and using MCU as the core control. Optical switch for external light source has a very strong sense, by day and night light source generated by different, so that the curtain in a certain range of opening and closing. Key words: single chip microputer， Light switch。 摘 要 ....................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第一章 設(shè)計(jì)方案 .........................02 第二章 硬件設(shè)計(jì) .........................05 第 三 章 軟件設(shè)計(jì) .......................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 9 第 四 章 總結(jié) .............................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 第五章 參考文獻(xiàn) .........................13 摘 要 （ 1）電路能夠通過(guò)感應(yīng)裝置，檢測(cè)到光線的強(qiáng)弱（ 2）電路根據(jù)光線的強(qiáng)弱，自動(dòng)將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉（ 3）電路能夠在窗簾接觸到邊沿時(shí)，自動(dòng)切斷電源的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)光控自動(dòng)窗簾的電路。 首先 電路要求有裝置能感應(yīng)到光照的強(qiáng)弱。這就要求電路中必須有一個(gè)感光電路，在電路中我選用光敏電阻作為感光電路。它對(duì)光 的變化非常敏感，在光的照射下，阻值會(huì)明顯變小。利用這一特性可進(jìn)一步設(shè)計(jì)下面的控制電路。 其次 電路能夠根據(jù)光線強(qiáng)弱將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉。這是本次設(shè)計(jì)的主要部分即控制電路。由光敏電阻的特性可知，光照會(huì)引起它的阻值的變化，而阻值的變化又會(huì)引起電路中電壓或電流的變化。因此控制電路器件可選用壓控或流控的器件，在電路中我們選用了壓控的運(yùn)算放大器和晶體管來(lái)構(gòu)成主控電路。首先運(yùn)放輸入電位的高低可控制輸出電平的高低，運(yùn)放的輸出接著由晶體管組成的開(kāi)關(guān)電路。根據(jù)輸出的不同，晶體管或?qū)ɑ蚪刂?，從而控制電機(jī)或工作或停止。由要求 可知，窗簾有兩個(gè)動(dòng)作：打開(kāi)和關(guān)閉。因此要求電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。那么電路中一個(gè)對(duì)稱的控制電路來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。它們的不同之處在于與直流電機(jī)正負(fù)極的連接方向不同而已。 最后 就是制動(dòng)電路。根據(jù)要求窗簾接觸到邊沿時(shí)，自動(dòng)切斷電源。根據(jù)晶體管低電平截至的特性，我們?cè)趦山M三極管組成的開(kāi)關(guān)電路前加上了兩個(gè)接地開(kāi)關(guān)，當(dāng)窗簾拉開(kāi)或關(guān)閉到位時(shí)，將會(huì)接觸到開(kāi)關(guān)，使得開(kāi)關(guān)閉合，那么晶體管將截止，電機(jī)將停止工作。這就達(dá)到了控制窗簾到位后切斷電源的要求。 第一章 設(shè)計(jì)方案 本例介紹一款采用集成運(yùn)放電路制作的光控自 動(dòng)窗簾電路，它是利用環(huán)境光線的照射來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)開(kāi)合（窗簾在清晨能自動(dòng)拉開(kāi)，在傍晚能自動(dòng)關(guān)閉）。 其基本設(shè)計(jì)框架圖如下 圖 簡(jiǎn)易窗簾自動(dòng)開(kāi)閉電路的總體框圖 電 加深對(duì)單片機(jī)的全面認(rèn)識(shí)，熟練掌握單片機(jī)的功能 機(jī)正轉(zhuǎn)電路 電機(jī)反轉(zhuǎn)電路 自動(dòng)停轉(zhuǎn)電路 光感應(yīng)電路 電源電路 光控自動(dòng)窗簾的電路工作原理 如圖 2 所示，該光控自動(dòng)窗簾電路采用集成雙運(yùn)算放大電路 ICI 和光敏電阻器 RG 作為主要控制元件。 光敏電阻器 RG 與運(yùn)算放大器 IC、電位器 RP RP2 等構(gòu)成控制電路。 在清晨，環(huán)境光線較強(qiáng)，光敏 電阻器 RG 呈低阻值狀態(tài)，使 IC 的 2 腳電壓較3 腳電壓高， Ic 的 5 腳電壓較 6 腳的電壓高， IC 的 1 腳低電平， 7 腳輸出高電平，使晶體管 V1V3 均導(dǎo)通， V4V6 均截至，電動(dòng)機(jī) M 正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)窗簾拉開(kāi)。當(dāng)窗簾拉合到位后，滑動(dòng)觸頭開(kāi)關(guān) S1 被觸動(dòng)而接通，使 VI 的 基極變?yōu)榈碗娖剑?V1V3均截至，電動(dòng)機(jī) M 停轉(zhuǎn)。 當(dāng)夜幕降臨時(shí)，環(huán)境光線較弱，光敏電阻器 RG 的阻值變大，使 IC的 3 腳電壓高于 2 腳的電壓， 1 腳輸出高電平，使晶體管 V4V6 均導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī) M 反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)窗簾拉和。當(dāng)窗簾拉和到位后，滑動(dòng)觸頭來(lái)關(guān) S2 被接通，使 V4 的基極變 為低電平， V4V6 截至，電動(dòng)機(jī) M 停轉(zhuǎn)。 調(diào)節(jié)電位器 RP RP2 的 電阻值，改變 IC 的 2 腳電壓和 5 腳電壓的高低，是使清晨時(shí) IC 的 7 腳輸出高電平， 1 腳輸出低電平；而傍晚時(shí) IC 的 1 腳輸出高電平， 7 腳輸出低電平即可。 R3 1K R4 1KR2 1KR1 2KR5 1 KR6 1K R7 1KS1S2VS1VS2VS3RP24.7kRP14.7K3 218 4AV1V3V6V4V2V5RG+9V+9V765GNDGNDGNDM + 圖 2 光控自動(dòng)窗簾的電路圖 第二章 硬件設(shè)計(jì) 一 感光電路 該電路中感光電路主要由一個(gè)光敏電阻組成。 光敏電阻與碳膜電阻和金屬膜電阻不同，它對(duì)光的變化非常敏感，在光的照射下，阻值會(huì)明顯變小，所以腳它光電導(dǎo)器件。 制作光敏電阻的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硫化鎘等，常見(jiàn)的對(duì)可見(jiàn) 光敏感的是硫化鎘光敏電阻。光敏電阻的符號(hào)如下圖 3 所示。 光敏電阻的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它是在陶瓷基片上積淀一層光 圖 光敏電阻 敏半導(dǎo)體，再接上兩根 引出電極組成的。 該電路中的 RG 選用硫化鎘光敏電阻。 二 控制電路 控制電路圖由兩個(gè)運(yùn)算放大器和六個(gè)晶體管組成。如下圖： R31KR41KR21KR51 KR61KR71KS1S2V S 2 V S 332184AV1V3 V6V4V2 V5+ 9V+ 9V765GNDGNDM+ 圖 控制電路 如圖 4 控制電路是一個(gè)對(duì)稱電路，由于光敏電阻使得放大器的輸入不同，導(dǎo)致輸出不同。從而控制下面的三極管或?qū)ɑ蚪刂?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)（窗簾的拉開(kāi)和拉和）的控制。當(dāng)窗簾拉開(kāi)或拉和到位時(shí)，會(huì)使滑動(dòng)接觸開(kāi)關(guān) S1 或S2 閉合，這樣六個(gè)晶體管都會(huì)截至，是電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，即窗簾停止滑動(dòng)。 該控制電路是這個(gè)設(shè)計(jì)的最主要的部分，他主要由晶體管、運(yùn)算放大器和穩(wěn)壓管組成。 集成運(yùn)算放大器 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸入電阻的多級(jí)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，如下圖7 表示集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成的原理框圖。 圖 集成運(yùn)放的內(nèi) 部電路組成的原理框圖 如圖 7 集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般是由 BIT、 JFET 或 MOSFET 組成的差分式放大電路，利用它的對(duì)稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能。它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級(jí)的主要作用是提高電壓增益，它可由 一級(jí)或 如圖 集成運(yùn)放 多級(jí)放大電路組成。輸出級(jí)一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電 阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路是為個(gè)級(jí)提供合適的工作電流。 一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)放的原理圖如下圖 9 示。 T1H 和 T2 對(duì)管組成差分式放大電路，信號(hào)有 2 雙端輸入和單端輸入。為了提高整個(gè)電路的電壓增益， 電壓放大級(jí) 輸出級(jí) 偏置電流 差分輸入級(jí) T3T4T72 N 93 0T82 N 93 0T9T5T6VoT1V i 1T2V i 2DR1 R2 R8 R3R4R7R6R?3++ V c c + 1 0V+ V E E 1 0 V 圖 簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大電路 電壓放大級(jí)由 T T4 組成復(fù)合管共射級(jí)電路。由 T T6 所組成的兩級(jí)電壓跟隨器構(gòu)成的電路輸出級(jí)，它不僅可以提高帶負(fù)載的能力，而且可進(jìn)一步使直流電位下降，以達(dá)到輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓等于零。 R7 和 D 組成低電壓穩(wěn)壓電路以供給 T9 的基準(zhǔn)電壓，它與 T9 一起構(gòu)成電流源電路以提高 T5 的電壓跟隨能力。由此可見(jiàn)，運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端與一個(gè)輸出端 3。 運(yùn)放是該控制電路的主要控制器件。由于正負(fù)端輸 入的電位不同導(dǎo)致輸出的電平不同，控制著晶體管的導(dǎo)通和截至，進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即窗簾的拉開(kāi)和拉和。該電路中一般選用 TL072 型雙集成運(yùn)算放大器。 穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，是一種特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管。代表符號(hào)如右圖 10 所示。這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷密度也大，因而該區(qū)