基于单片机遥控窗帘报告

河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告基于单片机的遥控窗帘设计姓 名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 杨 凌 霄 所在学院： 电气工程与自动化学院 2012年 摘要本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用8位的AT89S52单片机做控制器，程序采用C语言编程。设置三个按键分别作为正转、反转、和停止的控制按键，设置三个发光二级管作为正转、反转、和停止的状态指示灯。利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H 桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。无线遥控是由PT2262/PT2272 编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端ABCD输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点( Bop ) 时，霍尔片输出的电压UH 经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。当达到设定值时，进入中断服务程序，电机停转，防止窗帘过卷。关键字：单片机AT89S52、直流电机、L298N、无线遥控、霍尔传感器目录1 概述 4 1.1课程设计的目的和意义 4 1.2 设计任务和要求 4 1.3 电子琴基本原理 42 系统总体方案及硬件设计 5 2.1 总体计 5.2.2硬件设计 5 2.2.1 单片机选型5 2.2.2 时钟电路6. 2.2.3 复位电路7. 2.2.4 按键控制模块7 2.2.5 遥控控制部分8. 2.2.6 直流电机驱动8. 2.2.7 指示灯电路部分9 2.2.8霍尔元件部分93 软件设计 10 3.1软件编译环境103.程序流程图 114 Proteus软件仿真 12. 4.1 仿真原理图12 4.2 结果分析135课程设计体会 14参考文献16附1：源程序代码 19附2：系统原理图 22 22 / 22河南理工大学本科课程设计报告1.概述1.1 课程设计的目的意义 当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。其中单片机问世不久，然而体积小、廉价、功能强，其销售额每年近80%的速度增长。它的性能不断提高，适用范围越来越宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。 近几年来，随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，城市建设步伐的加快，一栋栋居民楼、写字楼、宾馆拔地而起。进入寻常百姓的家用电器品种与数量愈来愈多，这些家用电器有的能减轻人们的家务、有的能丰富人们的文娱生活，有的则能提高人们的生活质量为了进一步满足人们高水准生活的需要，家用电器产品性能也在不断的更新挽代，从始初的晶体管、到电子管；由模拟到数字；由分立元件到集成电路；从普通向高性能、多功能型；由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。与此同时，窗帘作为装修业不可缺少的一部分，也日益火爆起来，目前，常用的窗帘轨道都是钢丝绳手拉式或滑轮式，只有一部分高收入的家庭采用是电动遥控轨道。但价格相当昂贵，不能普及。所以设计的目标就是实现功能全、造价省。能够进入大众生活。一款使用微电脑管理的、红外遥控器控制的多功能窗帘，控制器符合当今的发展趋势。该窗帘控制器采用AT89S52单片机的最小系统设计，控制一个直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。1.2课程设计任务和要求设计任务：（1）控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现；（2） 防过卷功能；（3） 具有无线遥控和手动按键控制两种功能；（4） 能够指示运行状态。设计要求：（1）首先按设计题目要求制订方案。（2）设计出硬件原理图。（3）焊接电路。（4）对设计的硬件、软件调试，直至正确地实现系统功能。2.系统总体方案及硬件设计2.1 系统设计总体方案本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用C语言编程主控制部分：以AT89S52单片机为核心构造一个最小控制系统，来作为整个系统的控制中心；人工控制部分分为两个模块：（1）按键控制模块，设置三个按键分别作为正转、反转、和停止的控制按键（2）遥控控制模块，无线遥控是由PT2262/PT2272 编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机。并设置三个发光二级管作为正转、反转、和停止的状态指示灯。窗帘收卷部分：利用直流电机正反转，实现控制窗帘的收卷。直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H 桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。防过卷部分：利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点( Bop ) 时，霍尔片输出的电压UH 经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。当达到设定值时，进入中断服务程序，电机停转，防止窗帘过卷。2.2 硬件设计 2.2.1 单片机选型AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用图1 AT89S52芯片管脚图2.2.2 时钟电路时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏，并通过其完成不同的功能。MCS-51单片机时钟信号由两种方式产生：内部方式和外部方式，本设计采用内部方式。内部时钟方式的构成：MCS51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，磁放大器的输入输出端分别为引脚XTAL1和XTAL2，其频率范围1.2M12MHZ，在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，与内部反相器就构成了自激振荡器，其发出的脉冲直接送入片内定时控制部件。在外接晶振时还需外接电容C1和C2构成并联谐振电路，以帮助起振，同时还具有频率微调作用。内部方式电路图如下： 图2 时钟电路2.2.3复位电路复位操作完成单片机内电路的初始化，是单片机从一种确定的状态开始运行。当单片机的复位引脚RET出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离复位状态。根据应用要求，本设计采用上电+按钮电平复位。上电后，电容充电，当使RST达到高电平，并能持续两个机器周期以上时，即可实现复位；当单片机出现死机时，可使用按钮电平直接输入高电平复位。上电+按钮电平复位如下图： 图3 上电+按钮电平复位2.2.4 按键控制模块设置三个按键，分别作为正转、反转和停止的控制按钮，每个按键分别控制一个I/O口，相互独立，不会影响其它按键的工作，而且结构简单，适用于结构简单的电路。 图4 按钮控制部分2.2.5遥控控制部分 无线遥控是由PT2262/PT2272 编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端A、B、C、D输出信号控制单片机，本部分用按键来模拟遥控控制模块。 图5 遥控控制部分2.2.6直流电机驱动模块 图6 直流电机驱动部分它的引脚2，3，13，14为L298N芯片输入到电动机的输出端，其中引脚2和3能控制两相电机，对于直流电动机，即可控制一个电动机。同理，引脚13和14也可控制一个直流电动机。引脚6和11脚为电动机的使能接线脚。引脚5，7，10，12为单片机输入到L298N芯片的输入引脚。控制使能引脚ENA或者ENB就可以实现PWM脉宽速度调整。下表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系：EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2（IN4）同IN1（IN3）快速停止LXX停止2.2.7指示灯部分 电源指示灯 正转、反转、停止指示灯图7 指示灯部分2.2.8 霍尔元件部分 本设计采用的是3314单磁极式霍尔元件，其工作原理如下：如果把霍尔元件按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的状态。若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其相关参数。根据其利用脉冲计数的特性，可用以时钟源来模拟霍尔元件。 图8霍尔元件部分 3软件设计3.1软件编译环境 编程软件WAVE6.0单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编,目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境uVision将这些部份组合在一起。 Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。 仿真软件proteus 7 Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，提供智能原理图设计系统、SPICE模拟电路、数字电路及MCU器件混合仿真系统和PCB设计系统功能。其不仅可以仿真传统的电路分析实验、模拟电子线路实验、数字电路实验等，而且可以仿真嵌入式系统的实验，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统（单片机应用系统、ARM应用系统）的仿真实验，这也是其它任何仿真软件无力所及的。例如，其支持单片机和周边设备，可以仿真51系列、8086、AVR、PIC、Motorola的68系列等常用的MCU，并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件库，有RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件等。在编译方面，它也支持Keil和MPLAB等多种编译器。 初始化3.2 程序流程图 等待控制命令遥控键控 过卷过卷YNNY 关闭 停止 打开 显示停止 显示反转 显示正转 电机停止 电机反转 电机正转Y4. proteus仿真图9系统初始状态图10正转状态图11反转时状态4.2 仿真结果分析本设计要实现的功能是分别用按键和无线遥控来控制窗帘的起卷，按键及无线遥控作为输入信号，经过单片机的程序处理，对外使能控制L298N,然后驱动电机工作，利用霍尔元件电磁感应并形成脉冲来实现防过卷功能，并有三个指示灯来作为电机正转、反转和停止的状态表示，经过仿真，所涉及的功能全部实现。5课程设计体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了单片机应用，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的尝试，终于层层攻克困难，并且从中学到很多，更加扎实自己的理论知识。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会，及他人对你的认可。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试，熟悉了常用仪器、仪表，了解了电路的连线方法，以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了无线收发模块、L298N驱动芯片、DS18b20以及霍尔传感器的应用和它们的使用方法。 我认为，在这次课程设计中，仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计中，我们学会了很多学习的方法和如何解决问题的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践在，这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。 实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。 此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。 参考文献 【1】余发山 、王福忠主编单片机原理及应用技术，中国矿业大学出版社。 【2】贾宗璞、许合利编著C语言程序设计，中国矿业大学出版社。 附录 程序源代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit wrf=P10;/无线接收，f正转，b反转，s停止sbit wrb=P11;sbit wrs=P12;sbit keyf=P26;/按键sbit keyb=P24;sbit keys=P25;sbit h1=P00;/检测最上端sbit h2=P01;/检测最下端sbit mo1=P22; /电机sbit mo2=P23;sbit shf=P21;/指示灯sbit shb=P20;ucha