【文章內(nèi)容簡介】 雜又耗時的平面規(guī)劃、布局布線、時間分析。但是對于智能遙控窗簾系統(tǒng)，需要有輸入以及相應(yīng)的操作，用 FPGA來實現(xiàn)系統(tǒng)并不優(yōu)異 ， 并且 也不符合實物制作的要求 。 方案 二： 用 單片機(jī) 為控制核心來實現(xiàn) 。 單片機(jī)軟件編程的自由度大，可編譯多種算法和邏輯，并且體積小，易安裝等優(yōu)點。 配合光感、遙控等控制電路來實現(xiàn)智能遙控窗簾 的控制。這種方案來實現(xiàn)智能遙控窗簾的開合比較簡單，同時也完全滿足本課題的制作實物的 要求。 通過上面的分析 和 綜合比較 。 發(fā)現(xiàn)方案二更加適用于智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)， 主要優(yōu)勢為可靠性高，操作維修 方便， 結(jié)構(gòu)簡單、原理清晰明了，因此本此設(shè)計采用方案二。對設(shè)計題目進(jìn)行深入的分析和思考，現(xiàn)可將整個系統(tǒng)分區(qū)幾個主要部分即：遙控電路、系統(tǒng)主控電路、電源電路等主要部分。 主要元器件的 選擇 一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) ， 需要不少元器件的協(xié)作 。 但不同的元器件在規(guī)格 ， 型號 ， 性能 ，價格上往往差別加大，什么樣的元器件即經(jīng)濟(jì)而又滿足設(shè)計的需求呢，這里就涉及到元器件的選擇的問題。 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計原理主要的元器件的選擇有：控制器的選擇，按鍵的選擇， 遙控發(fā)射 /接收模塊及電阻的選擇，電源的選擇。 智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 5 控制器的選擇 在單片機(jī)的家族中常見的單片機(jī) 主要有 AVR 系列單片機(jī)、 51 系列單片機(jī)或者ARM 系列單片機(jī)?？紤]到智能 遙控 窗簾系統(tǒng)所需的主控制器的運(yùn)算速度要求并不很高，設(shè)計任務(wù)所需的控制系統(tǒng)并不復(fù)雜，使用 51 系列單片機(jī)來控制綽綽有余。 據(jù)了解 Atmel 公司結(jié)合自身的 Flash 存儲技術(shù)和 80C31 核，推出了 AT89 系列，該單片機(jī)有明顯的優(yōu)勢 ，如內(nèi)部有存儲器容易修改程序，縮短開發(fā)周期；和 MCS51 單片機(jī)引腳同步，可直接替換；功能更強(qiáng)； 同時考慮到成本的高低和編程程序的大小和難易，因此本設(shè)計選用 51 系列單片機(jī) 的 AT89C51 作 為主控制器 。 按鍵的選擇 日常生活中常見到的按鍵主要有三種即：機(jī)械觸點式按鍵、 導(dǎo)電 橡膠按鍵和柔性按鍵 （又稱觸摸式鍵盤），其特點分別如下所述。 機(jī)械觸點式按鍵是利用機(jī)械彈性使鍵復(fù)位，手感明顯，連線清晰，工藝簡單，適合單件制造。但是 噪聲大、易磨損的特性、并且 觸點處易侵入灰塵而導(dǎo)致接觸不良，體積相對較大。 導(dǎo)電 橡膠按鍵 是利用橡膠的彈性來復(fù)位，通過壓制的方法把面板上所有的按鍵制成一塊，體積小，裝配方便，適合批量生產(chǎn)。但是時間長了，橡膠老化而使彈力下降，同時易侵入灰塵。 柔性按鍵是近年來迅速發(fā)展的一 種新型按鍵，可以分為凸球型和平面型兩種。柔性按鍵最大特點是防塵、防潮、耐蝕，外形美觀，裝嵌方便。而且外形和面板的布局、色彩、鍵距可按照整機(jī)的要求來設(shè)計。但是由 于客觀條件與經(jīng)濟(jì)能力有限及系統(tǒng)的需求，本系統(tǒng)采用了機(jī)械觸點式按鍵，其中電源開關(guān)鍵為帶鎖按鍵，沒有彈性，按一下按鍵后觸點閉合導(dǎo)通并鎖定在閉合狀態(tài)，再按一下按鍵后觸電才能斷開。 遙控 發(fā)射 /接收 模塊 及電阻的選擇 本設(shè)計計劃用紅外遙控器來實現(xiàn)遙控窗簾的功能，但由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小，紅外接收二極管接收到的信號比較 弱，控制距離很短 ，需要增加高增益放大電路，鑒于電路繁瑣調(diào)試麻煩和本著經(jīng)濟(jì)實用的原則， 本此設(shè)計 遙控采用 無線發(fā)射 /接收模塊 。 無線發(fā)射模塊采用 SC2262 編碼芯片編碼再經(jīng) 315M 發(fā)射模塊電路發(fā)射信號，接收模塊采用 LM358 接收模塊電路接收信號再經(jīng) SC2272 解碼芯片解碼，完成信號的發(fā)射接收工作。 SC2262 內(nèi)部有個時鐘電路，其頻率由接在其引腳上的外智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 6 接電阻決定，電阻小，頻率小，隨之碼率高；反之亦然。而 SC2272 內(nèi)置的振蕩回路，通過在 OSC1 和 OSC2 端外接一個電阻可構(gòu)成一個精密的震蕩器。為確保 SC2272 能正確地對接收到的波形解 碼，要求 SC2272 的振蕩頻率約 3～ 6 倍于 SC2262 的頻率 ， 即要求其時鐘頻率比 SC2262 略高一些，接的外接電阻要小一些，發(fā)射 /接收的電阻一般有如下配對： SC2262 SC2272 200K 270K 390K 680K 820K 所用電阻的大小與碼率的高低有一定的關(guān)系，一般是電阻小碼率高 ，電阻大則碼率低。碼率高則控制速度快，低則會出現(xiàn)誤動作。如若出現(xiàn)遙控失靈的情況，可選擇大一檔的電阻進(jìn)行配對，降低碼率。本設(shè)計 SC2262 選用 的電阻， SC2272 選用200K 的電阻 配對 。 電源的選擇 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是極為重要的，在影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的諸多因素中，電源干擾可謂首屈一指。據(jù)統(tǒng)計計算機(jī)的運(yùn)行故障有 90%以上是由電源噪聲引起的。為了提高系統(tǒng)供電的可靠性，可以采用交流穩(wěn)壓器防止電源的過壓和欠壓；采用不間斷電源，在系統(tǒng)電網(wǎng)臨時停電是向計算機(jī)系統(tǒng)供電等。 本部分電源分主控電路電源和 遙控電路電源， 由于遙控電路 DF數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍 3～ 12V，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變 ,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為 3V時， 理論 空曠地傳輸距離約 20～ 50 米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓 5V 時約 100～ 200 米，當(dāng)電壓 9v 時 理論值 約 300～ 500 米，當(dāng)發(fā)射電壓為 12V 時，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，因此 本著 制作實物 簡單方便 和工作最佳 的原則采用 遙控電源采用 12V 電池供電；而主控電路 有個 3V 的直流電機(jī)，并且 手機(jī)充電插頭 和 現(xiàn)階段比較流行的手機(jī)充電寶 的 電壓 約為 ，考慮到電路可能產(chǎn)生的電壓降，可以通過 USB 線 連接手機(jī)充電寶或手機(jī)充電器來提供電源 。 智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 7 3 系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計 實現(xiàn)智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計，硬件部分由單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 ，無線發(fā)射 /接收模塊，指示燈模塊， 光感模塊， 繼電器驅(qū)動模塊 等電路組成。 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 單片機(jī) 簡介 Atmel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)是目前最受歡迎的單片機(jī)，它提供了豐富的外圍接口和專用控制器，例如電壓比較器、 USB 控制、 MP3 解碼及 CAN 控制等。 Atmel公司還把 ISP 技術(shù)集成在 MCS51系列單片機(jī)中，使 用用戶能夠方便地改變程序代碼，從而方便地進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 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 和閃速存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 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。外形及引腳排列如圖所示。 智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 8 12345678RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC40U3AT89C51 圖 31 單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)是能夠讓單片機(jī)工作的最小硬件電路，除了單片機(jī)外，最小系統(tǒng)還包括復(fù)位電路和時鐘電路。復(fù)位電路是用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)復(fù)位到初始值。時鐘電路為單片機(jī)提供基本時鐘，因為單片機(jī)內(nèi)部由大量的時序電路構(gòu)成，沒有時鐘脈沖即“脈搏”的跳動，各個部件將無法工作。 單片機(jī)復(fù)位電路 (1)復(fù)位電路的用途：單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下重啟按鈕電腦 內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。單片機(jī)復(fù)位電路如下圖： (2)復(fù)位電路的工作原理在書本上有介紹， 51 單片機(jī)要復(fù)位只需要在第 9引腳接個高電平持續(xù) 2US 就可以實現(xiàn)，那這個過程是如何實現(xiàn)的呢？在單片機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 開機(jī)的時候為什么會復(fù)位：在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電 阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的 倍（單片機(jī)的電源是 5V，所以充電到 倍即為 ），需要的時間是 10K*10UF=。也就是說在單片機(jī)啟智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 9 動的 內(nèi)，電容兩端的電壓時在 0~ 增加。這個時候 10K 電阻兩端的電壓為從5~ 減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V~。在 5V 正常工作的 51 單片機(jī)中小于 的電壓信號為低電平信號，而大于 的電壓信號為高電平信號。所以在開機(jī) 內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)自 動復(fù)位（ RST 引腳接收到的高電平信號時間為 左右）。 按鍵按下的時候為什么會復(fù)位：在單片機(jī)啟動 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引 腳又接收 到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動復(fù)位。如下圖所示； R610K+C110uF1234K0RESETVCCGND 圖 32 復(fù)位電路 單片機(jī)時鐘電路 單片機(jī)是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格點時許進(jìn)行工作。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號。在單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，其輸入端引腳 XTAL1，其輸出端引腳為 XTAL2。只要在 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，就可以構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。結(jié)構(gòu)圖 2 中 X C C2。可以根據(jù)情況選擇 6MHz、 12MHz或 24MHz 等頻率的晶振，補(bǔ)償電容通常選擇 30pF 左右。 智能遙控窗簾系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 10 12MHzC22 30C23 30 圖 33 時鐘電路 無線發(fā)射 /接收 模塊 編碼 /解碼芯片 簡介 SC2262 是與 SC2272 配對使用的遙控編碼解碼集成電路。采用 CMOS 工藝制造，它最大擁有 12 位的三態(tài)地址管腳，可支持多達(dá) 531441 個地址的編碼。因此極大減少了碼的沖突和非法對編碼進(jìn)行掃描以使之匹配的可能性。其中遙控接收板上的2272 解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有 L/M/T， L表示互鎖輸出，數(shù)據(jù)一路接收就能一直保持對應(yīng)的點評狀態(tài)，接收到任意其他路的數(shù)據(jù)則恢復(fù)到原始狀態(tài)；M 表示非鎖存輸出，又稱點動輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，可以用于類似點動的控制； T 表示自鎖輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。 其數(shù)據(jù)輸出又分為 0、 6，本設(shè)計接收芯片選用 SC2272M4即數(shù)據(jù)輸出為 4 位的暫存型接收芯片。 編碼芯片 SC2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片 SC2272 接收到信號 后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后， VT 腳才輸出高電平。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時， SC2262不接通電源，其 17腳為低電平，所以 315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時， SC2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當(dāng) 17腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當(dāng) 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于 SC2262 的 17 腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ A