家居遥控窗帘设计本科毕业论.doc

菏泽学院本科生课程设计（论文）目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言21 总体方案设计21.1 方案论证 21.1.1 无线遥控 21.1.2 液晶显示 21.2 80c51单片机 22 系统各功能模块设22.1无线发射接收功能模块 22.2 液晶显示模块 62.3 无线遥控模块 112.3.1 ShockBurstTM模式 112.3.2 节能模式 122.3.3 SPI接口配置133 软件设计 13参考文献17附录A 程序清单 18致谢 35家居遥控窗帘设计自动化专业学生 学生姓名 刘腾蛟指导教师 李忠广 摘要：由于人类在进步，科技在发展，自动化及电子技术也在相应的发展，因此我们对生活需求变得和以前不同。本次的设计是家居遥控窗帘设计，所用系统为自动控制，我们可以根据我们的需求，将窗帘的开度以及窗的开度自动或者手动我们所需求的。我是用了无线遥控，来实现了窗以及窗帘的开度的控制。并且还利用光敏器件，还有风力温度雨水传感器等根据不同的条件来实现窗帘的四种开度和窗的开和关。关键词：自动控制；无线遥控；光敏器件Design of home remote control curtains Student majoring in Automation Name Liu Tengjiao Tutor Li Zhongguang Abstract：Due to human progress, science and technology in development, automation and also in the appropriate development of electronic technology, so our needs is different. This design is the design of home remote control curtains, used for automatic control of the system, we can in accordance with our needs, opening the curtain and window opening automatically or manually by our needs. I am using a wireless remote control, to realize the opening of window and curtain controls. And also the use of photosensitive devices, as well as wind, temperature, rain sensor, etc depending on the conditions of four opening curtains and the window opens and closes.Key words: Automatic control; remote control; photosensitive devices引言这几年由于科技的飞速发展，大家对生活质量的要求也和以前不一样，一栋栋的高楼大厦拔地而起，可是那么问题就来了，这种房屋的窗户都比较高或者宽度比较宽，虽然它的优点很显著，比如结构美观啊，采光良好啊之类的，可是人工的用手来拉窗帘则是相对比较的困难。但是现在很多的房地产开发商没有为消费者考虑这个问题，所以那些高档住宅反而给我们的生活带来了不便。为了解决这个问题，我们就使用了窗帘机。窗帘机是用来干什么的了？可想而知，它是专门为高大或者比较宽的窗户设计的窗帘控制装置，而根据功能不同，我们可以把它分几种，即手动、智能、遥控和自动等多种规格。手动窗帘机，从名字我们也可以看出它是通过控制按键操作窗帘开合的，所以这是一种最简单的窗帘机，缺点也显而易见，就是得需要人来近距离操作，而优点就在于它操作一些超高、超宽窗帘比较容易。但是很少有厂家愿意作大规模的生产，原因在于它的技术含量低；反之遥控窗帘机使用更为容易，它可以在比较远的地方遥控窗帘的开合；自动窗帘机从名字都可以看的出，它是拥有自动控制功能。随着自动窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起，随着中国电子技术的飞速发展、人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用，自动窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向，在不久的将来，没有自动窗帘系统的住宅肯定不合潮流。从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，自动窗帘行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。1 总体方案的设计11 方案论证111无线遥控nRF905无线模块CRM905ANC是此次我所需的，GFSK是运用了调制收到发出来的合一的办法来送到数据多的频道应用兼容ETSI/FCC频道切换的时间650us。当接收到的灵敏度-100dBm的时候，在传输数据的时候，需要外接一个433MHz50欧天线，而传输数据的速率，是能够达到100kbps。但是工作的电压一定要控制在1.9V和3.6V之间。nRF905单片无线收发器,工作电压在1.9-3.6V之间，32引脚QFN封装，在433/868/915MHz3个ISM频道工作。nRF905是可以自动的完成CRT,还有处理字头的工作,并且能够自动的完成曼彻斯特编码和解码在片内的硬件里。我们选用SPI微控制器通信与接口,它的配置是比较的方便的,并且它的功耗也是非常的低,输出功率在-10dBm发射的时候,电流很小，只要11mA,而且在接收模式时,电流也挺小的，只有为12.5mA。而且它的里面集成了低噪声放大器、电源的管理、频率合成器功率的放大器、晶体振荡器等模块。曼彻斯特编码和解码都是由片内的硬件自己完成的，所以这样不需要用户使用数据曼彻斯特编码，所以它是非常方便的。然而还有一种无线数传模块就是JZ863。它的缺点在于是它无线数据传输的距离比较短，而优点其实也挺多的,好比说功耗低,体积小,而且它的稳定性以及可靠性都是非常的高的,它在双向的数据信号传输、控制和检测中，是比较方便的。那么问题来了,它有一个致命的缺点，导致了我没有选用，也就是内部没有空闲模式和关机模式,所以是相当的不节能,不符合我们现在这个节能时代,所以我还是选择nRF905。112 液晶显示 液晶显示模块已作为很多电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。 引脚功能说明： LCD1602采用标准的16脚（带背光）或14脚（无背光）接口，其中各引脚接口说明，如表2-2所示:表2- 2 LCD1602引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压4RS数据/命令选择5R/W读/写选择6E使能信号7D0数据8D1数据79D2数据10D3数据11D4数据12D5数据13D6数据14D7数据15BLA背光源正极16BLK背光源负极1602液晶模块非外部控制器一共有11条的控制指令，如表1所示，表1 1602液晶模块的11条控制指令指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/Ds显示开/关控制0000001DCB光标或数字移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生吃存贮器地址0001字符发生存贮器地址(AGG)置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（ADD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数据到CGRAM或DDRAM10要写的数从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据 DM-162液晶显示模块可与单片机AT89C51非间接接口，电路如图1.2所示。 图1.2液晶模块与单片机AT89C51直接接口这个液晶显示模块是属于慢显示器件,所以在每一条指令的执行之前,一定要确保模块的忙标记为低电平,表现为不忙,否则此指令是不会生效的。需求显示字符的时分,首先需要非输出显示字符地址,这也相当于通知模块的显示字符在哪儿。12 80c51单片机80C51运用了可靠的CHMOS工艺技术制造出来的高性能8位单片机,它是规范的MCS-51的HCMOS产品。它的优点在于结合了HMOS的高密度和高速技术以及CHMOS的低功耗的特点,而且它还秉承且扩充了MCS-48单片机的指令系统和体系结构。2 系统各功能模块设计21 无线发射接收功能模块 nRF905在使用的时候也比较的灵活，它根据我们需求的不同，它的电路图不相同。下面我们根据一些例子来介绍下，如图2.1所示，它就是为典型的运用原理图，电路天线局部都是用了50单端天线。其实在nRF905电路板设计中，同样也可用环形天线，也就是把天线布在PCB板上，这样的优点也很突出，就是减小了它的体积我们使用的nRF905是通过微控制器和SPI接口来进行数据传送的，经过ShockBurstTM收和发的形式进行无线数据的发送，使用方便，收发牢靠。图2.1带有外部元件的nRF905表2 Nrf905快速参考数据参数数值单位最低工作电压1.9V最大发射功率10dBm最大数据传输率100Kbps输出功率为-10dBm时工作电流11mA接收模式时工作电流12.5mA温度范围-40to+80典型灵敏度-100dBmPOWERDOWN模式时工作电流2.5uA引脚介绍：表3：nRF905引脚引脚名称引脚功能描述1TRX_CE数字输入使nRF905处于发送或接收状态2PWR_UP数字输入工作状态选择3uPCLK时钟输出输出时钟4VDD 电源电源正端5VSS电源电源地6CD数字输出载波检测7AM数字输出地址匹配8DR数字输出数据准备好9VSS电源电源地10MISOSPI输出SPI输出11MOSISPI输入SPI输入12SCKSPI时钟SPI时钟13CSNSPI片选SPI片选，低有效14XC1模拟输入晶振输入引脚115XC2模拟输出晶振输入引脚216VSS电源电源地17VDD电源电源正端18VSS电源电源地19VDD_PA输出电源给功率放大器提供1.8伏电压20ANT1射频天线接口121ANT2射频天线接口222VSS电源电源地23IREF模拟输入参考输入24VSS电源电源地25VDD电源电源正端26VSS电源电源27VSS电源电源地28VSS电源电源地29VSS电源电源地30VSS电源电源地31DVDD_1V2电源低电压正数字输出32TX_EN数字输入等于1，发送模式；等于0，接受模式nRF905有两种形式，分别为两种节能形式和两种任务形式。两种节能形式分别为空暇形式和关机形式。PWR_UP、TX_EN和TRX_CE三个引脚决议的任务形式；两种任务形式分别是ShockBurstTM的发送和接受形式，具体能够见表4，使用的电路图见以图2.2。表4：nRF905工作模式PWR_UPTRX_CETX_EN工作模式0关机模式10空闲模式110射频接收模式111射频发送模式图2.2 nRF905无线收发电路 22 液晶显示模块大家都知道,在文本文件中,一个字符是一个字节的代码记载,而一个汉字是两个字节的代码记载的。在PC上,咱们只需翻开一个文本文件,也就能够看到屏幕上对应的字符是因为在BIOS和操作系统里都固化有字符字模。点阵屏幕上熄灭和电灯的信息数据也就代表了字幕。接下来介绍一个简单的字幕“A”,如下所示: 01110 10001 10001 10001 11111 10001 10001 假如想要在LCD1602屏幕上的第一行第一列显示一个A字怎么办呢?很简单,就是从DDRAM的00H的地址里面写入“A”字的代码41H。同样,如果我们想在LCD模块上同样也固化了字模存储器(CGRAM和CGROM),HD44780里面自带了192个常用字符的字模,存在于字符产生器CGROM里面,RAM是8个许可用户自定义的字符发作的,叫作CGRAM。那么接下来,接引见下HD44780的指令集及其设置的阐明。共11条指令：1.清屏指令如图2.3所示图2.3清屏指令它的性能：清除液晶显示器，而后将DDRAM的内容全部填入空白的ASCII码20H；光标归位，然后将光标撤回液晶显示屏的左上方；将地址的计数器(AC)的值设为0。2.光标归位指令如图2.3所示图2.4光标归位指令它的性能：把光标移回到显示器的左上方；而后把地址计数器(AC)的值设为0；然DDRAM的内容保持不变化。 3.进入模式设置指令，如图2.5所示图2.5模式设置指令它的性能:每次定入1位数据后光标的移位标的目的的设定,而且每次写入的一个字符能否挪动的设定。参数设定的情况如下所示: 位名 设置 I/D 0=写入新数据后向光标左移 1=写入了新数据后光标而后向右移 S 0=写入新数据之后显示屏保持不移动 1=写入新数据后显示屏整体都向右移1个字符4.显示开关控制指令如下图2.6所示图2.6显示开关控制指令它的性能:管制显示器的开与关、光标显示与封闭还有光标能否闪动。参数设定情况如下: 位名 设置 D 0=显示功能关 1=显示功能开 C 0=无光标 1=有光标 B 0=光标闪烁 1=光标不闪烁5.设定显示屏的方向，还有光标移动方向指令如图2.7所示图2.7设定显示屏或光标移动方向指令它的性能：将光标或者使整个显示屏幕移位。参数的设定情况如下： S/C R/L 设定情况 0 0 光标向左移动1格，且AC值加和减少1 0 1 光标向右移动1格，且AC值加1 1 0 显示器上字符一起向左移一格，但光标不动 1 1 显示器上字符一起向右移一格，但光标不动6.性能设定指令如下图2.8所示图2.8功能设定指令它的性能：设定数据总线位数、显示的行数以及字型。参数设定的情况如下： 位名 设置 DL 0=数据的总线是4位 1=数据的总线是8位 N 0=显示1行 1=显示为2行 F 0=57点阵/每个字符 1=510点阵/每个字符7.设定CGRAM地址指令如下图2.9和2.10所示图2.9设定CGRAM地址指令8.设定DDRAM地址指令图2.10设定DDRAM地址指令它的性能：设定下一个须要存入数据的CGRAM的地址。8.读取忙信号或AC地址指令如下图2.11所示图2.11读取忙信号或AC地址指令它的性能:读取忙碌信号BF的内容(当BF等于1的时候,则表现液晶显示器忙,临时不能接到单片机所送来的数据或者指令;当BF等于0的时候,液晶显示器可接收单片机所送来的数据或者指令);读取地址的计数器(AC)的内容。9. 数据写入DDRAM或CGRAM如下图2.12所示10.数据写入DDRAM或者CGRAM指令如下图所示图2.12数据写入DDRAM或CGRAM指令它的性能： 将字符码写入DDRAM的里面，以使液晶显示屏显示出相对应的字符；将使用者本人设计的图形存入了CGRAM。10.从CGRAM或DDRAM读出数据的指令如下图所示图2.13从CGRAM或DDRAM读出数据的指令它的性能：读取DDRAM或者CGRAM中的内容。基本的操作时序：读状态 输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字写指令 输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无读数据 输入：RS=H，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=数据写数据 输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无图2.14 80C51与1602连接电路2.3 无线遥控模块图2.15 无线控制电路231 ShockBurstTM模式nRF905片里面进行着射频数据包相关高速信号处理，微控制器配置的SPI接口决定了数据速率，一般情况下，数据是在微控制器里面低速办理，但是却是在nRF905里面则是高速的发送，所以它的中间的空闲时间是很多的，因为它比较的节能。低速的微控制器也能够得到很高射频数据的发射速率，不过是有条件的，则是nRF905工作在ShockBurstTM模式下。接下来说说在ShockBurstTM接收和发送两种模式，在它接收的模式下，一般在数据准备好(DR)和地址匹配(AM)两引脚通知控制器，都会有一个包含正确数据和地址的数据包被接收到。在它发送模式下，nRF905就会自动的产生CRC校验码和字头，在发送过程完成后，数据将会准备好引脚告诉微处理器数据已发射完毕。经由上面分析，我们可以得到，nRF905的ShockBurstTM收发模式对微控制器资源和节约存储器比较有利，同时它也大大减小了编写程序所需要的工夫。接下来，我将会具体的来具体分析一下nRF905的发送流程和接收流程。（1）发送流程一般nRF905发送流程可分以下几个步骤：A.在微控制器有数据需要发送的时候，必需在经过SPI接口，而且还该当按时序把要发送的数据和接收机的地址送传给nRF905，这样，SPI接口的速率就会确定器件配置和通信协议；B.当微控制器被置高到TX_EN和TRX_CE的时候，需要激发nRF905的ShockBurstTM发送模式；C.nRF905的ShockBurstTM发送需要几个条件：l射频寄存器主动的开启；2数据打包；3发送数据包；4当数据发送完成时，数据准备好引脚被置高；D.当AUTO_RETRAN被置高的时候，nRF905将会不停的重发，发到TRX_CE被置低为止；E.而当TRX_CE被置低的时候，nRF905发送的进程将会完成，也就是主动的进入空闲模式。（2）接收流程A.当TX_EN、TRX_CE分别为低和高的时候，nRF905也就进入了ShockBurstTM的接收模式；B.当通过650us以后，nRF905它就会不停监测，直到等候到了接收数据；C.当nRF905检测到同一段频段的载波的时候，载波检测引脚就会被置高；D.当接收一个相匹配的地址时，地址匹配引脚将会被置高；E.当一个对的数据包在完毕接收结束的时候，nRF905也就会主动的移去字头、CRC校验位和地址，接着就会把数据准备好然后引脚被置高；F.当微控制器把TRX_CE置低的时候，nRF905也就进入了空闲模式；G.当微控制器通过SPI口的时候，就会以一定的速率把数据移到微控制器中；H.当一切的数据都接收结束的时候，nRF905就会把数据准备好的地址匹配引脚置低；I.当到了这个时候，nRF905也就可进入ShockBurstTM发送模式、ShockBurstTM接收模式或者关机模式。232 节能模式nRF905的节能模式有两种，即节能模式和关机模式。那么接下来就说说这两种模式。在进入了关机模式的时候，nRF905工作的电流是最小，一般也就是2.5uA，但是这个时候nRF905却依旧保持显示配置字中的内容，但是它不会发送或者接收任何的数据。而一切配置字都是经过SPI接口传给nRF905。SIP接口工作方式能够经过SPI指令来进行设置的。当进入了nRF905处于关机模式或空闲模式时，SPI接口可保持在工作的状态。233 SPI接口配置射频配置寄存器、发送地址寄存器、接收数据寄存器、发送数据寄存器和状态寄存器5个寄存器组成SPI接口。下面稍微解释下几种寄存器。状态寄存器：它其中包含了地址匹配引脚状态信息和数据准备好引脚状态信息；发送地址寄存器：它其中包含接收机的地址和数据的字节数；发送数据寄存器：它其中包含待发送的数据包的信息；射频配置寄存器：它其中包含了收发器配置信息。射频配置寄存器和内容如表5所示：表5：射频配置寄存器名称位宽描述CH_NO9和HFREQ_PLL一起进行频率设置（默认值的是011101100=108）HFREQ_PLL1用PLL工作于433或868/915MHz(默认值是0)0-工作于433MHz频段；1-工作于868/915MHz频段PA_PWR2输出的功率（默认值是00），00-10dBm; 01-2dBm; 00+6dBmRX_RED_PWR1接收方式节能端，当该位为高时，接收工作电流是1.6mA，但这个时候灵敏度也会降低AUTO_RETRAN1自动重发位，只有当TRX_CE和TXEN被置高时才会有效RX_AFW3接收的地址宽度（默认值为100），001-1btyeRX地址；100-4btyeRX地址；TR_AFW3发送的地址宽度（默认值为100），001-1btyeRX地址；100-4btyeRX地址；RX_PW6发送的数据宽度（默认值为101000）00001-1btye 发送数据的宽度000101-2btye 发送数据的宽度100101-32btye 发送数据的宽度TX_PW6接收的数据宽度（默认值是1000）00001-1btye 发送的数据宽度00010-2btye 发送的数据宽度1000-32btye 发送的数据宽度RX_ADDRESS32发送的地址标识（默认值是E7E7E7E7）UP_CLK_FREQ2输出时钟的频率（默认值是11）00-4MHz; 01-2MHz; 10-1MHz; 11-500kHzUP_CLK_EN1输出时钟使能XOF3在晶振频率端，必须要与外部晶振频率向对应（默认值是100）000-4MHz; 001-8MHz; 010-12MHz;011-16MHz; 100-20MHz;CRC_EN1CRC校验使能端，高为使能，默认值为高CRC_MODE1CRC的方式选择端，高为16位，低为8位，默认值为高射频寄存器的各位长度是不可变的。所以在ShockBurstTM发收过程中，TX_ADDRESS、_ADDRESS、TX_PAYLOAD和RX_PAYLOADRX 4个寄存器所使用的字节数都是由配置字决定的。当nRF905进入了空闲或者关机模式的时候，寄存器中的内容也就是保持不变。3 软件设计 1602所显示的程序编写流程如图3.1所示：LCM初始化开始调用清除子程序调用写到LCM调用显示到LCM保护现场查表调用写到LCM恢复现场结束开始调节指针返回1602主程序 显示子程序图3.1显示程序流程图当我们想遥控调整窗帘的位置的时候，可按UP键或DOWN键来控制窗帘升或者降，它的流程图如图3.2所示。低功耗开始唤醒键按下否计数清零发当前窗状态显示当前窗位置UP键按下否COUNT+1COUNT1ENTERNYYY根据菜单内容无线发射命令Y调用液晶显示调用液晶显示NNDOWN键按下否N图3.2遥控流程图串口中断开开始清TI位清RI位将数据送到COMMAD置回归标志位中断返回图3.3无线接收流程图参考文献：1 瞿贵荣. 电动窗帘红外遥控电路J. 家庭电子, 2005 ：1516 2 郭成林. 智能遥控窗帘系统设计J. 山西电子技术, 2006：673 陈莉,王宇,张微微. 自动启闭窗帘控制器的设计J. 科技情报开发与经济, 2007 ：3235 4 郭光立. 电动窗帘控制器J. 家庭电子, 1999 ：40455 廖威. 基于单片机的窗帘升降器模拟装置的设计和实现J. 科技信息(科学教研), 2007：5053 6 郭成林. 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