基于单片机的智能窗帘控制器的设计

陕西理工学院毕业设计基于单片机的智能窗帘控制器的设计周士晨（陕西理工学院物电学院电子信息科学与技术专业 2012 级 3 班，陕西 汉中 723001）指导教师：蒋媛摘要在社会经济快速增长，人们的生活质量也在不断飞升的时代里，人们对生活的舒适度的需求越来越高，窗帘作为每个家庭的必须用品，当然也需要满足人们更高的舒适性需求，因此就有设计一款智能的遥控窗帘的需要。本设计是基于 8 位的单片机 STC89C51 所设计的智能遥控窗帘。采用了无线遥控，和智能模式，通过直流电机控制窗帘的开和关。关键词STC89C51;直流电机;无线遥控Design of intelligent curtain controller based on single chip microcomputerZhou Shichen（Grade12,Class03,Major Electronic Information Science and Technology,School of Physics and Telecommunication Engineering,Shaanxi University of Technology, Hanzhong,723000 Shaanxi）Tutor: Jiang YuanAbstract :In the rapid growth of social economy, peoples quality of life also in the era of continuously rising, people is higher and higher demand for the comfort of life, the curtain as each family must supplies, of course also needs to meet the demand of people to a higher comfort, so there is a need to design a intelligent remote control curtains. This design is based on 8-bit microcontroller STC89C51 design intelligent remote control curtains. Using the wireless remote control, and intelligent mode, the curtain opened and closed by dc motor control.Key words : STC89C51;DC motor;wireless remote control陕西理工学院毕业设计目 录1 概述 .11.1 设计的背景与意义 .11.2 主要任务 .22 系统总体方案及硬件设计 .22.1 设计思路 .22.2 工作原理 .22.3 硬件系统设计 .22.3.1 主控芯片 .22.3.2 单片机最小系统 .42.3.3 按键设计 .52.3.4 遥控发射模块参数 .52.3.5 PT2262/PT2272 编解码集成电路原理说明 .62.3.6 遥控电路设计 .82.3.7 光线检测模块 .92.3.8 正反转控制模块 .92.3.9 正反转与模式显示模块 .103 系统软件设计 .103.1 软件介绍 .113.2 程序设计 .123.3 系统程序流程图 .134 毕业设计体会 .14陕西理工学院毕业设计参考文献 .15附录 A .16附录 B .20陕西理工学院毕业设计第 0 页 共 20 页1 概述对每个家庭来说窗帘已经是不可缺少的家具用品，众所周知窗帘的最基本作用就是保护个人隐私以及遮挡阳光挡灰尘等。但是，每天会面临一个问题就是早上开晚上关有些麻烦并且会容易忘记导致家里一天没有光线，特别是一些比较大窗帘不仅仅比较沉重，而且还特别的长，要很大的力气去拉开和合并窗帘，这样是非常费力气和麻烦的。随着中国的科学的不断的进步与技术不断的创新，人们的生活水平也逐渐的步入了小康的生活水平，人们对能通过自动化控制的产品的需求也就越来越高。所以有需求就有市场，于是在近几年中遥控电动的产品如同光的速度一般地发展着，并且得到广泛的应用。自动窗帘也包括在其中，我们只需轻按一下遥控器，就可以看着窗帘不费吹灰之力的根据按键的指令自动的进行拉开和闭合，就是这么的简单，这么的方便。为了更加的了解自动窗帘的运作过程，所在这本次设计中，我主要利用单片机模块无线遥控模块来设计的电路。1.1 设计的背景与意义随着社会经济的发展，科学的进步，人民生活质量也越来越好，同时伴随的是生活中的压力和工作的压力以及竞争力也渐渐变大，人们都希望有一个舒适的环境去工作或者休息，这就使得自动化技术快速的发展。当今，自动化的控制已经非常普遍。为了进一步满足人们高水准生活的需求，他依然有很高的研究价值，在这个家用电器不断的升级不断地换代的时候，从最早的几个元气件组成的电路到现在几万个元器件组成的大型集成电路；从普通“傻瓜”机向高性能、智能型、多功能型发展；由手动的控制向红外线遥控、声控、光控、向智能化发展。而无线遥控具有低成本、低功耗、功能强等特点是目前应用最广泛的一种遥控方式。与此同时，智能窗帘作为家居中不可缺少的一部分，也开始被人们所关注起来，目前，绝大多数的家里用的都时钢丝绳手动的窗帘，只有极少部分的家里用的时电动控制的窗帘。但价格相当昂贵，而且不能达到智能化，更不能普及。所以，现在的重点是如何研制出功能全、智能化高的、造价低的试用于所有家用智能自动控制窗帘。51 单片机就以它的功能强、成本低、消耗低、可靠性强等特点，就是因为这样单片机也有它突出的优点。从 1974 年开始，开始不断发展，并广泛应用于生活中的方方面面像工业中的测量、家用电器中的控制、医疗设备、等多种专用设备的智能化管理及过程控制等领域。从国内的情况来看，单片机成为了我们生活中不可缺少的一部分：在以后的几年里，8 位和 16 位单片机将是单片机的发展主流，它的新发展表现在：(1) CPU 功能的增加。 (2) 内部资源的增多。(3) 引脚的多功能化。 (4) 低成本、低功耗。由此可以得到单片机的发展方向将是容量教大、性能较高、功耗较低等方面发展，还有就是对 CPU、存储器以及片内 I/O 的改进，特别重要的一点是系统的单片机是目前单片机发展的重要趋势之一。正因为单片机是众多优点集于一身，使得单片机在工业控制中和家用电器的领域上得到了广泛的应用。单片机系统具有以下特点：1、具有“小、轻、廉、省” 的特点，特别是耗电方面是相对较少的，另一方面它供电电源的体积小、重量轻，就因这一点就特别适用于“电脑型产品”，可以在收银机、办公设备、家电、电子秤、厨房设备等许多产品上得到广泛应用。2、具有实现数字化和智能化可以适用于仪器仪表的测量，不仅单单完成测量还能够处理、监控等。3、可以对各种工业进行控制，例如温度控制、液面控制、生产线顺序控制等。我对单片机的认识大部分是来自于书本以及网上资料，就算仅仅如此我已经知道单片机的应用极大地推动了计算机技术的普及和发展，已渗透到我们生活中的方方面面，由此陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 20 页可以猜测，随着单片机性能的一步一步提高，它的应用领域会更加普遍广泛。单片机的应用不单单可以实现较多的功能并且在另一方面可以降低设计和生产成本。以至于它对我国许多产品的升级、换代做出了很大的贡献 8。1.2 主要任务本次毕业设计的课题是设计基于 STC89C51 单片机的遥控窗帘。主要功能如下：1）设计能够控制窗帘的开关。2）要具有防过卷功能。3）具有无线遥控的功能。4）能够指示运行的状态。5）具有智能控制模式，可以根据环境光线控制窗帘的开合窗帘。2 系统总体方案及硬件设计本系统主要由单片机最小系统、无线发射、接收模块、按键部分、电机控制执行部分和限位开关组成。2.1 设计思路本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用 8 位的 STC89C51 单片机做控制器，程序采用C 语言编程来实现。窗帘的闭合和打开是利用直流电机正反转来实现的。无线遥控模块是由 SC2262（发射）/SC2272（接收）编码解码芯片组成的无线发送接收模块。接收信号是通过 SC2272，利用 SC2272 的 D0、D1 、D2、D3 端口输出的信号控制单片机，单片机控制电磁继电器的吸合来控制直流电机的正反转，实现窗帘的打开和闭合，再电机工作的过程中程序会时刻检测是否碰到行程开关，如果碰到程序会终止电机的工作，从而实现窗帘的防过卷。系统框图如下：图 2.1 系统框图2.2 工作原理本设计它采用的是通过无线遥控的控制方式，其中无线发送接收模块是由SC2262/SC2272 编码解码芯片组成的；控制窗帘的开关是通过控制直流电机的正反转来实现，并且根据指示来运行状态；另一方面可以根据环境光线的强弱变化让窗帘的开合状态得到控制，利用限位开关来控制窗帘停止，防止过卷，就是通过这么一个过程来完成对窗帘的智能控制，并很好的体现出更智能更人性化的系统。2.3 硬件系统设计2.3.1 主控芯片本设计的主控芯片是单片机 STC89C51。是一个具有 4K 可编程 Flash 存储器，允许程序存储器在系统可编程，他的指令和管脚的功能和工业的 80c51 是一致的，所以STC89C51 在许多嵌入式控制系统中得到广泛应用。陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 20 页STC89C51 单片机主要功能 :在晶片内部具时钟振荡器；其中内部程序存储器（ROM）为 4KB；内部数据存储器（RAM）为 256 字节；具有 32 个可编程 I/O 口线；包括 8 个中断向量源；可以看到有两个 16 位计数器/ 定时器；同时是具有全双工 UART 串行通道的；还具有三级加密程序存储器；在掉电后中断可被唤醒；并且会有低功耗空闲和掉电模式；还有一个看门狗定时器 1,2。在运用到 STC89C51 时，必须要了解各引脚功能：P40_VCC 引脚中单片机电源正端输入，接+5V；P20_GND 引脚是单片机电源地端；P18_XTAL1 引脚是单片机系统时钟的反相放大器输入端；P19_XTAL2 引脚是系统时钟的反相放大器输出端，只需在 XTAL1 和 XTAL2 上接一只 12M 石英晶振，并且需要在两引脚与地之间加上一两个 30PF 的小电容，这样就组成晶振系统，为单片机提供精准的时钟，避免噪声干扰而死机；P9_RESET 引脚是单片机的复位引脚，高电平使能，当要对单片机复位是，只要将引脚低电平拉高至高电平，并维持两到三个毫秒以上的延时，就可以让单片机内部的特殊寄存器工作，并且重程序最开始的地址执行代码，从而实现单片机的复位功能；P31_EA/Vpp 引脚是单片机的使能端口，EA 表示存取外部程序代码之意，当电压为低电平时，系统会取用外部的程序代码来执行程序。因为 STC89C51 的外部没有无程序存储器空间，所以在执行单片机内部的程序是 EA 要为高电平这样单片机就能正常运行了。P30_ALE/PROG 引脚是地址锁存器启用信号，因为 51 单品机是已多工的方式工作，所以单片机的第 30 管脚用来触发外部 8 位锁存器，将 P0 口的数据锁进锁存器中，平时ALE 输出的频率是晶振频率的 1/6，因此用这个管脚也可以来驱动周边的芯片；P29_PSEN 引脚单片机这个管脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动（吸收或输出）8 个 LS型的 TTL 输入；PORT0（P0.0P0.7 ）引脚端口 P0 口是一个 8 位开路双向输入输出端口，其中只有 P0口内有提升电路，P1 口、P2 口、P3 口都不具备这个电路，当 P0 口作为 I/O 口使用时可以同时驱动 8 个负载。同时外部需要接上拉排阻，以提高供电。如果当单片机的 EA 管脚脚为低电压时也就是要调用外部程序时，P0 口就会运用多工的方式提供地址总线和数据总线。所以我们必须外加一锁存器将 P0 口送出的地址栓锁住，再配合端口 2 所送出的 A8A15合成一完整的 16 位地址总线，而定址到 64K 的外部存储器空间；PORT2（P2.0P2.7 ）引脚端口 2 是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，每一个引脚可以推动 4 个 LS 的 TTL 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2 除了当做一般 I/O 端口使用外，若是在 STC89C51 扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 A8A15 ，这个时候 P2 便不能当做 I/O 来使用了；PORT1（P1.0P1.7 ）引脚端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I/O 端口，其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用 8052 或是 8032 的话，P1.0 又当做定时器 2 的外部脉冲输入脚，而 P1.1可以有 T2EX 功能，可以做外部中断输入的触发脚位；PORT3（P3.0P3.7 ）引脚 P3 口也具有内部提升电路的双向 I/O 端口，他不仅可以输出缓冲器还可以可以推动 4 个 TTL 负载，P3 口还有很多功能是复用的，比如串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能都可以 p3 口实现。其引脚分配如下：P3.0：叫 RXD 引脚，用于单片机的串行通信输入。P3.1：叫 TXD 引脚，用于单片机的串行通信输出。陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 20 页P3.2：叫 INT0 引脚，用于单片机的外部中断 0 输入。P3.3：叫 INT1 引脚，单片机的外部中断 1 输入。P3.4：叫 T0 引脚，用于单片机的计时计数器 0 输入。P3.5：叫 T1 引脚，用于单片机的计时计数器 1 输入。P3.6：叫 WR 引脚，用于单片机的外部数据存储器的写入信号。P3.7：叫 RD 引脚，用于单片机的外部数据存储器的读取信号。REST：叫单片机复位输入引脚。在振荡器复位器件的情况下，要保持 REST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：在 FLASH 编程期间，用于输入编程脉冲。在一般情况下，ALE 端会以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。以至于它可用来作对外部输出的脉冲或者是用于定时目的。需要特别注意的一点是：每当它被用作外部数据存储器时，就将跳过一个 ALE 脉冲。要是想禁止 ALE 的输出那就可以在 SFR8EH 地址上置 0。与此同时 ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令时才会起作用。最后需要将该引脚被略微拉高。如果微处理器是在外部执行 ALE 禁止状态，那么置位就是无效的。PSEN：是用于外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指的这段时间，每个机器周期需要两次的 PSEN 才能有效。如果在访问外部数据存储器的话，这两次有效的/PSEN 信号是不会出现的。EA/VPP：当 EA 保持低电平时，需要保证在此期间有外部程序存储器（0000H-FFFFH），关于内部程序存储器是可有可无的。需要特别注意的是当加密方式为 1 时，EA引脚将内部锁定为 RESET；反之当 EA 端是高电平时，需要保持在此间有内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也可以用于 12V 编程的电源 1,2。单片机引脚图如下：EA/VP 31X119X218RESET9P37/RD17P36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 2.2 单片机引脚图2.3.2 单片机最小系统什么是最小系统？单片机的最小系统：需要在 51 单片机加上一些的外围电路和应用系统所构成的应用系统称为单片机最小系统。（1）时钟电路STC89C51 单片机芯片内部有一个反相放大器，是用来构成振荡器振荡电路。一般情况下会在在 P19 和 P20 还有 GND 之间接一个 30Pf 的瓷片电容，然后根据实际情况选择合陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 20 页适的晶振，可以选 6M、12M、24M 等构成晶振电路，起作用是为单片机提供时钟 1,2。Y 111.0592M H zC 230pFC 330pF1819图 2.3 时钟电路（2）复位电路在单片机最小系统电路中，一般采用的是上电自动复位和手动按键复位两种方式来达到最小系统的复位操作的目的。其中上电复位就是在单片机接上电源，单片机最小系统自动实现复位操作，通过电容 C3 充电来实现上电自动复位。我们这里使用的的是手动复位，要求在电源接通的条件下，单片机最小系统工作期间，用按钮开关控制单片机复位。通过按键将电阻 R1 与 VCC 接通来实现手动按键复位 1,2。其结构如下图：R110kC110uFS4VCC9图 2.4 复位电路2.3.3 按键设计一般常用的按键有机械触点式按键、导电橡胶式和柔性按键（又称触摸式键盘）这三种类型。使用机械接触式按键机械弹性使复位按钮，手感明显，连接是用于制造单件清晰，简单的过程。但造成接触不良触点容易侵入灰尘，体积也比较大。使用橡胶的弹性按按钮一路面板重置导电橡胶按键做了一个小尺寸，组装方便，适合大规模生产。但时间长了，留下了弹性橡胶老化下滑，而容易侵入灰尘。弹性按钮在近年来迅速发展，新类型的按钮，可以分成一个凸球面的和平面型两种。灵活键最大的特点是防尘，防潮，耐腐蚀，美观大方，便于组装。和面板的布局和外观，颜色，从机器键可以根据需要而设计的。由于有限的客观条件和经济能力，该系统采用机械接触的按钮 1,2,3。2.3.4 遥控发射模块参数1、通讯方式：调幅 AM 2、工作频率：315MHZ/433MHZ 3、频率稳定度：75KHZ 4、发射功率：500MW 5、静态电流：0.1UA 6、发射电流：350MA 陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 20 页7、工作电压：DC 312V数据传输模块在运行的时候采用的是声表面波谐振稳频，其频率稳定度较高，当环境温度变化在为-25+ 85 度之间时，那么频率仅仅为 3ppm /度。特别是对多个无线远程控制和数据传输系统的一个集合。频率稳定在谐振器的晶体后，比一般的 LC 振荡器的频率稳定性和一致性方面都较差，就算是在高品质的微调电容器，因为温度变化和振动，也很难以确保没有频率已被调整的偏移发生。发射机模块未设置编码 IC 和数据调制晶体管 Q1 的增加，这种结构使得能够容易地和其它固定编码电路中，滚动编码电路和微控制器接口，而不管编码电路电压和输出振幅信号幅度的值。例如，使用 PT2262 和其他编码的 IC 进行连接，就可以直接把它们的数据输出端第 17 脚接至数据模块的输入端，那么这个过程就完成了。数据模块具有宽的工作电压范围为 312V ，当电压变化基本上是相同的发送频率，并发送器模块，支持所述接收模块无需任何调节可以稳定地接收。当发射机电压为 3V 时，需要约 20 至 50 米的传输距离，其传输功率小，当电压为 5V 时约需要 100 至 200 米的传输距离，当为 9V 的电压时约需要 300 至 500 米的传输距离，当传输电压为 12V 时事最佳工作电压，具有较好的发射效应，约为 60 毫安，发射电流为 700 至 800 米空旷传输距离和传输功率大约为 500 毫瓦。当电压低于 l2V 的功率消耗增加时，有效辐射功率不显著改善。这个模块的特征是发送功率较大，相对传输距离远，更适合于恶劣的条件下的通信。因为天线导线有 25 厘米长，那么最好在远距离传输的时候将它竖立起来，因为会有许多因素会影响到无线电信号发送的收入的最佳选择，但事实上距离是只有一半的标称距离或更小，并且需要时间去开发传输。减少电力消耗的数据可以使用 ASK 调制模式来达到其目的，当数据信号被停止时发射电流就会降低到零的状态，该数据信号和发送模块的输入电阻器或可使用电容耦合，而不是直接连接，或发射器模块不会工作。接近实际工作电压数据模块应该是数据级，为了获得更好的调制效果。发射机发射模块最好垂直安装在主板边缘，设备应乱放 5mm 以上，以防止分布参数影晌。比如说传输距离、信号的频率和幅度调制模块、发射电压及电池容量、发射天线、灵敏度、相关接收机收发环境等因素。通常开阔地带最大发射约 800 米，不同的传输距离会因为折射和反射的传输过程缩短到无线电信号将会出现不稳定的情况，需要根据不同的环境制定不同的收发器以及收发距离 5。2.3.5 PT2262/PT2272 编解码集成电路原理说明PT2262 / 2272 是来自台湾普林斯顿公司生产，具有低功耗 CMOS 工艺以及低成本通用编解码电路，PT2262 / 2272 最多含有 12 个侧三态地址引脚是 A0-A11 引脚，接线方式有悬空、接高、接低电平，任何可用的组合如 531441 地址码，PT2262 最多可以有 6 个数据终端,设定的地址码和数据码是从 17 脚串行输出的，由芯片 PT2262 发射编码信号有：地址代码、数据代码、同步代码，可以用来形成一个完整的代码。PT2272 解码芯片有两个比较检查接收信号和它的地址代码，VT 脚输出的是高电平，并在同一时间数据脚输出高电平，如果发送端一直按住该按钮那么芯片将连续发射编码。不管有没有按下发射按钮，PT22