基于单片机的多功能智能窗帘.doc

编号：哈尔滨工业大学大学生创新性实验计划项目申请书项目名称：基于单片机的多功能智能窗帘系统申请级别： 国家级 （国家级、校级、院系级）执行时间： 2011 年 6月至 2012 年6月负责人：赵闯学号：1090110304联系电话子邮箱：院系及专业：电气工程及自动化学院 自动化测试与控制系 测控技术与仪器专业指导教师：彭宇职称：教授联系电话子邮箱： 院系及专业： 电气工程及自动化学院 自动化测试与控制系 测控技术与仪器专业哈尔滨工业大学教务处制表填表日期： 2011年 6月 6日项目名称：基于单片机原理的多功能智能窗帘系统 申请经费： 9510元一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院年级学号身份证号本人签字赵闯男电气学院二年级1090110304230604199007032235郐士超男电气学院二年级109011030523232619900727203X姚广亮男电气学院二年级109011041223010319900731591X二、指导教师意见：这些同学品学兼优，有较强的独立思考能力和创新意识，对科学研究、科技活动和社会实践有浓厚的兴趣，具备从事科学研究的基本素质和能力。并且他们的项目难度适中，具有可实施性，这将会磨练他们的意志品质，使他们进一步走近科研，感受科研的魅力。相信在完成了这个科技创新之后，他们的能力将会得到很大幅度的提升。 签 名： 年 月 日三、院（系）专家组意见： 组长签名： （ 盖 章 ） 年 月 日四、学校专家组意见： 批准经费： 元 组长签名： （ 盖 章 ） 年 月 日12五、立项报告1、项目简介（300-500字左右）随着现代社会的高速发展，人们对室内设计智能化的要求也越来越高。方便与享受的智能窗帘对于现代快节奏的人们生活来说，是适应现代化办公和生活环境的需要，是人们生活水平提高的一个标志。对于室内的窗帘而言，它不仅要具有遮光作用和美化功能，更要具有方便智能的使用功能。本项目主要是以HT46RU232为核心控制的智能多功能窗帘系统。它主要的功能有时间显示；红外远程控制窗帘的下降程度；根据光强度自动调节窗帘以使屋内达到舒适惬意的环境；还可以进行定时开闭窗帘；以及防盗报警功能等。从市场发展的角度和产品的优越性来分析，以HT46RU232为核心控制的智能多功能窗帘系统有足够的潜力竞争窗帘市场，有很大的研发价值以及性价比。功能具体如下：基本功能：可以机械控制窗帘的开合与开合程度。特色功能：1) 时钟显示功能将时钟集成到智能窗帘系统中，节省了室内空间同时方便了用户对窗帘的定时控制，蓝屏的液晶美观大方，富有现代气息。2) 远程遥控功能用户可以通过遥控器对窗帘的开合程度进行控制，避免了手动拉动窗帘的麻烦。3) 光控调节功能当用户无暇顾及窗帘的开合程度时可以打开光控调节功能，单片机会自动获取信息调节室内光照强度，使室内一直处于舒适的光照环境。4) 定时控制功能本功能中用户可以预先设定窗帘的开启或者关闭时间，即使用户不在也可以控制室内照明情况，让用户一进家门就可以感受到愉悦的光照。5) 防盗报警功能本功能能在有人从窗户进入室内时，进行报警提示，当功能关闭时，室内有人在窗户附近，不会误报，使家居防盗简单轻松，极大程度的方便了现代的生活。2、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣等）课题组组长赵闯同学现为哈工大电气学院优普科技创新基地成员。我从小喜爱动手动脑，制作能力强，勇于创新，喜爱电子制作。在高中时，基本完成了对51单片机的学习与应用，并对电气制作材料定制有一定的基础。多年的制作经验是我对一个项目的难度与可行性有较深的认识，在我看来，我们应从此次科技创新活动中学到更多的知识，拿出作品，在实践中掌握更多知识，提高自己的各方面能力，而不是一味的求新，停留在想的阶段。HT46RU232的应用使我主动去学习相关电路与应用，各类自动化控制性能指标。更重要的是通过这个项目能提高我的工科分析能力与团队协调能力。在学习方面，我有充沛的精力，饱满的热情和很强的自主学习能力。在技术方面，我已有一定的基础，相信在未来的学习当中，此次科技创新在导师的指导下，一定使我如鱼得水如虎添翼。郐士超同学喜欢电子制作，能够利用业余时间学习有关电子方面的知识，特别是参加哈工大电气学院优普科技创新基地之后对学习电子方面知识的热情更高了，同时有了学长的指导，使我的学习系统化了，大大提高了我学习相关知识的进度，而且我系统学习了单片机方面的相关知识，并对HT46RU232单片机有一定的了解，相信在未来的学习中，我一定可以熟练的使用HT46RU232单片机进行研究与开发，特别的是在高中时，我已经有了一定的PCB制图基础并有一定的硬件基础，对于功放、放大、调节、稳压的处理，我十分有信心，相信在指导老师的帮助下，我一定会持之以恒永不放弃。姚广亮同学在高中时曾参加科技创新活动，有着较为深刻的认识和组织协调能力。我对51系列单片机比较熟悉，并使用51单片机实现了很多自动化控制的小制作，而且我在焊接，硬件布局方面有很多经验，我还具备一定的编程基础。相信此次大学生创新性实验计划一定会使我更有信心，更具有热情的学习电子知识，为祖国的繁荣昌盛贡献一份力量。3、立项背景（研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料）目前市场的窗帘大多为手动，给大家的生活带了较大不便，同时市场上出售的自动窗帘比较昂贵，因此设计一种成本较低的、功能人性化的自动智能窗帘已经成为一种必然的趋势。智能窗帘能提供舒适安全高品位且宜人的家庭生活空间，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，为各种能源费用节约资金 ，提供一个安全、方便、舒适的居家环境。 随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。 随着电子技术产业结构调整，生产工艺的飞速发展，人们生活水平的不断提高，家用电器逐渐普及，市场对于自动化控制系统的需求也越来越大。高精度、多功能、低功耗，是现代科技发展的趋势。在这种趋势下，窗帘的数字化、智能化已经成为现代生产研究的主导设计方向。参考文献1 杨恢先,黄辉先.单片机原理及应用.长沙:国防科技大学出版社,2003.2 阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版社,1999.3 张友德,等.单片机原理应用与实验.上海:复旦大学出版社,2000.4 李朝青.单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1996.5 阎石.数字电子技术基础.北京:高等教育出版社,1998.6 陈玉宏,向凤红.自动控制原理.重庆:重庆大学出版社,2003.7 杨帮文.新编传感器实用宝典.北京:机械工业出版社,2005.8 郑啊奇.Visual Basic教程.清华大学出版社,2007.9 杜文洁.电路基础.科学出版社,2007.10 俞志根.传感器与检测技术.科学出版社,2007.11 王法轮.单片机原理及应用.科学出版社,2007.12 于安红.简明电子元器件手册.上海交通大学出版社,2005.4、项目方案我组设计的多功能智能窗帘具有四种功能：（1）时钟显示功能将时钟集成到智能窗帘系统中，节省了室内空间同时方便了用户对窗帘的定时控制，蓝屏的液晶美观大方，富有现代气息。（2）光强控制功能根据光强自动控制窗帘升降，自动调节出全升，全降，半升半降等状态 ，以适应不同光强。（3）定时功能根据主人需要达到在某个时间升（降）窗帘。（4）遥控功能在主人在居室内时可由主人人工控制窗帘升降。（5）报警功能在有入侵者从窗口侵入时触发报警器，并记录。我们的总体设计方案如图1： 光控装置 H桥控制直流电机模块 定时装置 单片机 遥控装置 报警器 报警装置图1 原理结构框图 （1）光强控制装置 电路如图： 图2：光强控制装置电路图 首先通过一个变压装置供电，我们可以选择类似手机充电器的插头将室内220伏交流电转化为直流作为装置的输入信号。我们根据资料可以设定三个光强，使光强在强于最大值或低于最小值（对应夜晚的情况）时窗帘下降（全降），在次强值和最强值之间时窗帘半升半降，其余时刻升起。利用光敏电阻特性我们不难将这三个光强值转化为相应的四个电压值。将最强值和最弱值对应的电压作为比较器1的参考电压，其余一值对应的电压作为比较器2的参考电压。将图中的光敏电阻置于室外采光，光强变化时导致输入大放大器的电压发生变化。由于入射光越强，光敏电阻阻值越小，知光强大小的比较可用电压大小比较来衡量。通过简单前期含光敏电阻电路可以使输入电压随光强增大而增大。这时，当输入电压值（实时光强的反应）在比较器1的两参考值之外时输出高电平，其余此路输出低电平。而当输入电压小于比较器2参考值时此路输出高电平，在大于参考值时输出低电平。设比较器1输出为，比较器2输出为，将这两路输出分别接到单片机的两路输入管脚，设其代号1,2。当管脚1输入高电平时定义为状态a；当管脚1输入为低电平而管脚2输入为高电平时为状态b；当管脚1输入为低电平且管脚2输入为高电平时定义为状态c。状态a对应窗帘全降的状态，状态b对应窗帘半升半降状态，状态c对应窗帘全升状态。我们可以利用abc三种状态切换时电机应有的不同转向设计程序，控制输出，以达到使电机按相应方向相应转数旋转，控制窗帘按指定方式升降的目的。（2）定时装置：计时装置原理如图：图2 计时装置原理图我们选用液晶屏构成计时显示装置，并做一个计时模块，使这六个数码管构成一个时钟。在调整时间至实时后，这六个数码管便可看成是电子钟表，有计时的作用。另外，我们另选12个数码管构成定时装置。将数码管接成10进制计数器，把按键做成开关接到人轻松够到的地方。这样主人可以通过调节四个按键完成定时。并且，我们将定时装置结果反馈到单片机，利用程序完成恰当的输出，控制电机完成降下窗帘动作。（3）遥控装置： 笔者设计的这款红外遥控器，不仅能设置控制对象的给定值或控制参数，并通过红外线发送给对象，而且能接收并显示对象通过红外线反馈回的实际值，这是它不同于普通红外遥控器的地方。因此，实际应用中，红外遥控器和控制对象上都装有红外发送电路和红外接收电路。红外遥控器的硬件部分主要包括五个模块：电源模块、键盘模块、液晶模块、红外发送模块和红外接收模块。由于MSP430、红外发送模块和红外接收模块都可采用3V电源，所以电源模块采用两节1.5V电池供电即可。键盘模块采用44行列扫描式键盘。液晶模块由MSP430F413直接驱动。因为发光二极管的发光距离与其发射功率成正比，为了提高发光二极管的发光距离，必须提高它的发射功率，也就是使红外发光二极管工作于脉冲状态。可以用两种方法来实现：一是用硬件方法，即设计脉冲电路来产生占空比尽量小的脉冲载波信号；另一种就是用软件来控制MSP430F413的输出端P2.1，让其输出即为占空比较小的脉冲信号。这里利用软件来实现这个功能。即在需要输出高电平的时候，让程序定时把P2.1口输出状态反向，其中定时时间是由指令数和指令周期来决定的，每条指令的指令执行周期是固定的，所以如果想让反向频率高一些，则让指令执行的少一些，反之就让指令多一些。可见输出信号占空比可以由定时时间的长短来决定，这样就可以在高电平时输出占空比尽量小的脉冲信号。因为接收头对38KHz的光信号转换能力比较强，所以把高电平的频率设置为38KHz。在需要输出低电平的时候，控制P2.1口一直为低就可以了。红外发光二极管发射波形如图3所示。先发一段前导码，以检验这组码是否为想要的码。前导码由一个9ms的高电平和一个4ms的低电平组成。然后再发32位数据代码，其中高电平为0.5ms，低电平为0.5ms的一个周期为代码“0”；高电平为0.5ms，低电平为1.5ms的一个周期为代码“1”。为了提高发射功率，实际工作时，发光二极管的高电平用38kHz的载波信号载波，低电平则一直为低。先发出前导码，然后再按发出的是0或1来发出不同的数据码，每发送完一位，就让码长计数器num加1，直到num加到32时，发送停止。（4）报警装置：我们在窗体两端分别安装两红外对管，这两个都是1管靠外，2管靠里。设计电路，当1管比2管先出现遮挡时，反馈给单片机一个信号，使之引发报警器报警，并在其单独的计数器上加1显示。由于市面上红外对管大都无法在强光条件下应用，因此我们的报警系统限于夜晚入侵报警。（5）H桥控制直流电机模块： H桥电路如下图所示：图3 H桥控制电路 其原理是：当左上角和右下角晶体管基极接高电平而左下角及右上角晶体管接低电平时，电机正转；当右上角和左下角晶体管基极接高电平而右下角及左上角晶体管接低电平时，电机反转。由此电机可以完成把窗帘卷起和放下的动作。 我们把左上角和右下角晶体管基极接在单片机的一个管脚上，记为管脚3；把右上角和左下角晶体管基极接在另一个管脚上，记为管脚4。在单片机输入程序得到与命令窗帘升（降）的激励时，我们便可以通过程序使管脚3和4输出相应的高低电平，这样我们完成对电机转向的控制。（6）优先化说明由于集成在单片机上，对于光强控制装置，定时装置及遥控装置在编程时需要考虑优先性问题。根据用户一般使用习惯，编程时遥控装置作为最优先级，定时装置次之，光强控制装置最后。这样用户可优先通过遥控器进行控制，而且在定时后即便光强变化床来能在固定时间也会处在预先设定的状态下，最终达到智能化控制的目的。5、特色与创新本项目充分利用单片机实现窗帘的智能化控制，在单片机的使用上实现了一定程度的创新，在智能化思想上有一定的特色，本项目最大的创新点就是窗帘智能化的高度集成，使家居窗帘的使用丰富多彩，功能多样，这是以往类似产品所不具备的，而且实用性强，可靠性高，操作方便，制作简单。6、进度安排 2011年6月至2011年9月：利用暑假的空闲时间进行有关知识学习，课题分析讨论，划分各个功能模块，安排分工，细化各个模块实现方法 20