4448基于单片机的智能窗帘控制系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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1 2 3 4 5 6 7 814 C:9y:01347811245678901232425+512312341848657转换和光照检测模块2 46 810 1214 16键盘模块b c d e f g b c d e f g b c d e f g b c d e f g 2121374212137421213742)(0(1(2(3(4(5(6(789215)14)13)12)10)9)11)8)21 湖南农业大学 全日制普通本科生毕业设计 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 F N 生姓名： 张守衡 学 号： 200940614230 年级专业及班级： 2009级机械设计制造及其自动化（ 2）班 指导老师及职称： 罗亚辉 讲师 学 院： 工学院 湖南 长沙 2013年 05月 毕业论文（设计）开题报告 毕业论文（设计）题目 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 文献综述 (选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献 ) 随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展，生活现代化得以实现，居住环境向舒适化、安全化发展。家居智能化在这种形势下应运而生。 智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居 民居住环境水平。窗帘智能控制系统采用无线遥控技术，实现在室内任何地方，只要轻按遥控器，窗帘就会随意地打开或关闭，能方便人们生活，提升生活品质，为智能家居控制系统的一部分。 2国内外研究现状 智能窗帘控制系统是智能家居的一部分内容，智能家居概念的起源很早： 20 世纪80 年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化开始实现； 80 年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体，又形成了住宅自动化概念；至 80 年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电 、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国被称为 就是现在智能家居的原型。 智能家居在 科中定义如下：以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。进入 21 世纪后，智能家居的发展更是多样化，技术实现方式也更加丰富。总体而言，智能家居发展大致经历了 4 代。第一代主要是基于同轴线、两芯线进行家庭组网，实现灯光、窗帘控制和少量安防等功能。第二代主要基于 、部分基于术进行组网，实现可视对 讲、安防等功能。第三代实现了家庭智能控制的集中化，控制主机产生，业务包括安防、控制、计量等业务。第四代基于全 术，末端设备基于 技术，智能家居业务提供采用“云”技术，并可根据用户需求实现定制化、个性化。目前智能家居大多属于第三代产品，而美国已经对第四代智能家居进行了初步的探索，并已有相应产品。 美国智能家居以数字家庭和数字技术改造为契机，偏重于豪华感，追求舒适和享受，但其能源消耗很大，不符合现阶段世界范围内低碳、环保和开源节流的理念。日本的智能家居是开发、设计、施工规模化与集团化，以人为本， 注重功能，兼顾未来发展与环境保护，大量采用新材料、新技术，充分利用信息、网络、控制与人工智能技术，实现住宅技术现代化。德国的智能家居追求专项功能的开发，注重基本的功能性。韩国政府对智能小区和智能家居采取多项政策扶持，规定在汉城等大城市的新建小区必须具有智能家居系统，目前韩国全国 80%以上的新建项目采用智能家居系统，产生了像三星、知名的智能家居品牌。 中国智能化住宅的发展，在经历了近 10 年的探索阶段之后，建筑面积目前已达到400 亿平方米，预计到 2020 年还将新增 300 亿平方米。 2010 年中国的智能建筑将 会达到 9000 幢。全国智能化住宅小区的建设数量，未来十年将达到上万个。中国智能家居产业中北京、上海、深圳发展相对超前：深圳的智能家居在布线方面做得比较好，前瞻性较强，考虑电源、空调、电话、电视、网络等方面较周全，预埋智能布线的观念比较超前；北京的智能家居在考虑功能和地方风格方面做得比较好；上海浦东新城区的城区规划和小区布置更符合上海这样一个商业化大都市的需求。青岛海尔和霍尼韦尔的示范应用值得借鉴。青岛东城国际作为 能家居示范项目，曾在 2008 年底让前 1000户业主享受到了 能系统带来 的便利与舒适。 1 孙育才， 列单片微型计算机及其应用（第 4 版） M2006. 2 王庆， 9 路设计教程 M2008. 3 康华光，电子技术基础模拟部分（第 4 版） M2006 . 4 刘军，单片机原理与接口技术 M2006. 5 童晓渝，房秉毅，张云勇 J2010,6. 6周敬 . 基于单片机的窗帘智能控 制系统设计 J. 信息时代 ,7钱云 ， 郑舒予 ， 秦雷 . 基于 片机的智能窗帘控制系统设计 J. 微计算机信息 ,2009(29). 8安森 , 张彦航 , 崔文华 . 基于凌阳 61 单片机的智能窗帘控制系统设计 J. 微处理机 ,2012,1. 9何康旭 , 张婧婧 . 基于单片机的智能窗帘控制系统的设计与实现 J. 现代计算机(专业版 ),2012(36). 10陈海松 ,夏继媛 . 基于 术的智能窗帘网络化控制系统 J. 电子设计工程 ,2012(15). 11王春武 , 刘春玲 , 姜文龙 ,等 . 基于单片机的无线智能窗帘控制器的设计 J. 吉林师范大学学报 (自然科学版 ),2010,1. 12孙勇 , 杨文月 ,赵宇新 . 自动窗帘控制系统设计 J2010(13). 研究方案（ 研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障） 1 研究目的 基于单片机控制的智能窗帘系统采用无线遥控技术，实现在室内任何地方，只要轻按遥控器，窗帘就会随意地打开或关闭。同时为使智能窗帘系统更加完善，在设计中加入了智能报警系统，精确地检测来自盗窃者的入侵信号，使家庭主人及时地采取措施，减少人身和财产的损失。 2 研究内容和方法 智能窗帘控制系统是由无线遥控单元、 红外报警单元、电机驱动单元、数码显示单元、语音报警单元、单片机等组成。本控制系统是由单片机通过软件程序来实现智能控制。无线遥控单元用于对智能窗帘的运行进行控制。无线报警发射器可实现有入侵者时的无线控制报警。 3 条件保障和预期成果 工学院有模拟电路实验室、数字电路实验室、微机控制技术实验室等，这么多的实验室，也有很多优秀老师和同学帮助，我有信心学到很多东西，也一定能顺利完成我的课题。 进程计划 （各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等） 2012 年 11 月至 12 月，选题并下任务书； 2013 年 1 月，搜 集资料，构造设计基本思路并开题； 2013 年 2 月至 2013 年 3 月，熟悉单片机、 C 语言、 知识，并进行系统总体设计； 2013 年 4 月，完成大部分设计及论文撰写并进行中期检查； 2013 年 4 月至 5 月，完全完成毕业设计、提交论文并答辩。 论证小组意见 组长签名： 20 年 月 日 专业委员 会意见 专业委员会主任签名： 20 年 月 日 注： 可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生 毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 张守衡 学 号 200940614230 年级专业及班级 2009 级 机械设计制造及其自动化 专业（ 2）班 指导教师 姓名 罗亚辉 指导教师职称 讲师 论文（设计）题目 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 1. 确定了设计方案； 线遥控单 元、红外报警单元与 电机驱动单元 的硬件电路 ； 国内外研究现状与元器件选型等 。 件的系统仿真； 文的撰写。 指导教师意见 签 名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注： 可打印，但 意见 栏必须相应责任人亲笔 填写 。 毕业论文（设计）任务书 20 12 年 12 月 3 日 填 写 说 明 一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。 二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。 三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。 四、任务书一经下达，不得随意更改。 五、各栏填写基本要求。 （一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式： 请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。 （二）主要内容和要求： 1工程设计类选题 明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。 2实验研究类选题 明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量 要求，如论文、文献综述报告、译文等。 3文法经管类论文 明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。 （三）主要中文参考资料与外文资料： 在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近 1 3 年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。 （四）毕业论文（设计）的进度安排： 1设计类、实验研究类课题 实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的 20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的 50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的 30%。 2文法经管类论文 实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的 60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的 40%。 六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。 毕业论文 （设计）题目 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 选题来源 结合科研课题 课题名称： 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础研究 应用研究 其他 题目完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 主要内容和要求 1、 设计任务：在调查研究的基础上，完成文献综述；设计出智能窗帘控制系统原理图，具体包括无线遥控单元、红外报警单元、电机驱动单元、数码显示单元及语音报警单元等，并完成系统软件设计。 2、 设计内容：电路原理图设计、 图绘制和制板，以及软件设计。 3、 成果形式：电路原理图、软件设计和不少于 字的设计说明书。 4、 其他要求： 1）必须阅读参考文献 30 篇以上，其中英文不少于 10 篇； 2）必须定期以书面（或 口头向指导老师汇报工作进展。 注：此表如不够填写，可另加附页。 主要中文参考资料与外文资料 1孙育才， 列单片微型计算机及其应用（第 4 版） M2006. 2王庆， 9 路设计教程 M2008. 3刘军，单片机原理与接口技术 M2006. 4钱云 ， 郑舒予 ， 秦雷 . 基于 片机的智能窗帘控制系统设计 J. 微计算机信息 ,2009(29). 5安森 , 张彦航 , 崔文华 . 基于凌阳 61 单片机的智能窗帘控 制系统设计 J. 微处理机 ,2012,1. 6何康旭 , 张婧婧 . 基于单片机的智能窗帘控制系统的设计与实现 J. 现代计算机 (专业版 ),2012(36). 7陈海松 ,夏继媛 . 基于 术的智能窗帘网络化控制系统 J. 电子设计工程 ,2012(15). 8王春武 , 刘春玲 , 姜文龙 ,等 . 基于单片机的无线智能窗帘控制器的设计 J. 吉林师范大学学报 (自然科学版 ),2010,1. 9孙勇 , 杨文月 ,赵宇新 . 自动窗帘控制系统设计 J2010(13). 工作进度安排 起止日期 主要工作内容 合自己所学知识选题 集资料，构造设计基本思路并开题 成大部分设计及论文撰写并进行中期检查 全完成毕业设计 交论文，能思路清晰的讲述整个设计过程 要求完成日期： 20 年 月 日 指导教师签名： 审查日期： 20 年 月 日 专业委员会主任签名： 批准日期： 20 年 月 日 学院指导委员会签名（公章）： 接受任务日期： 20 年 月 日 学生本人签名： 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 选 题 审 批 表 学 院 ： 工学院 毕业论文 （设计）题目 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 选题来源 结合科研课题 课 题 名称： 生产实际或社会实际 其他 选题性质 基础研究 应用研究 其他 选题完成形式 毕业论文 毕业设计 提交作品，并撰写论文 指导教师姓名 罗亚辉 职称 讲师 是否主持或参与过科研课题 是 否 选题依据（科学性、可行性论证）和内容简要 智能窗帘控制系统能按光照情况或设置要求控制室内窗帘的打开或关闭，是智能控制、智能家居的典型代表。 内容简要： 真验证。 对学生有无特殊要求： 无 有： 有 一 定 的 单 片 机 基础 专业委员会意见 专业委员会主任签名： 年 月 日 注： 黑；对学生的要求是指该选题对学生在计算机、英语、绘图、语言文字等方面有何特殊要求。 可打印，但意见栏必须由相应责任人亲笔填写，如不够填写，可另加页。 目 录 摘 要 1 关键词 1 1 前 言 2 2 绪论 3 题研究背景及意义 3 本内容安排 4 计思想及基本功能 5 3 总体电路设计及其原理说明 5 案选取 5 统总体结构设计 6 统基本功能 7 统总体结构设计 7 4 硬件分析与设计 8 源电路设计 8 9片机及相关电路 9 9片机概述 9 振电路 9 位电路 10 盘电路 11 示电路 12 D 转换电路 14 敏传感器 17 进电机 18 号校正电路 20 5 程序分析与设计 21 程序设计 21 要子程序设计 23 盘程序设计 23 时程序设计 24 进电机程序设计 25 6 总结 26 参考文献 27 致谢 27 附录 28 附图 28 1 基于单片机的智能窗帘控制系统设计 学 生：张守衡 指导老师：罗亚辉 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 摘 要 ： 自动控制 属于电子及信息科学的一个重要分支，并且 在现代家居中有着较好的目前发展前景。目前，家庭居住环境的采光及避光问题主要采用的是手动开闭窗帘，手动开闭不仅费力而且很多方面不够人性化，可能对用户造成一定的困扰，窗帘控制系统可以解决这些问题。本文综述了自动窗帘控制系统的设计与制作过程，介绍了设计制作一个完整的窗帘控制系统需要做的理论分析以及其制作过程。自动窗帘控制系统核心采用的是 单片机 其次利用了光照传感器、键盘显示接口 电路以及信号调理电路等外围电路，整个系统在各模块的配合下可实现半自动控制、自动控制、定时控制等功能。 自动窗帘控制系统的构成主要由光照传感电路、系统主控模块电路、电源转换电路、电机控制电路、键盘以及显示电路等组成， 重点讨论了窗帘自动控制系统的设计过程、硬件选用和软件调试等问题，通过本系统 可实现利用光照强度以及设置时间来控制窗帘自动开闭。 关键字 ：单片机，自动控制， of of 10128, to an of in a at of is of of to do a 2 a of in of by so on of of of a to 1 前言 伴随着信息化时代的到来，人们的生活速度以及对生活质量的追求也在大幅提高。电子产品智能化速度 的加快， 也使 人们的工作、生活和通讯的关系日益紧密 。 智能化的产品设计 在改变人们工作方式与 生活 习惯的同时， 让人们对生活质量的提升提出了更高的要求，方便、舒适成了人们所追求的生活方式，在现代家庭生活环境中，居家环境 早已不 仅仅局限在 物理空间 上 ， 人们 更为关注的是一个安全、方便、舒适的环境。智能化的电子产品以及设计 将以前的被动静止物体转变为人们能够方便操控的工具，这些产品具有提供全方位的信息交换的功能，不仅能够优化人们的生活方式，帮助人们合理的安排时间，增强居家环境的安全性，甚至还可以为各种能源费用节约资金 【 17】 。 在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛， 单片 机以它体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域 ，在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制 【 9】 。 针对人们对智能化的需求以及对舒适生活的追求，窗帘自动控制系统改变了传统窗帘的劣势，它可以根据外界光照强度的不同而自动开闭窗帘，也可以根据人们设定的时间来控制窗帘。该系统利用光敏电阻检测光照强度的变化，并且将光敏检测模块的电阻变化转化为电压变化，然后将电压变化的信号送单片机，单 片机通过电机驱动模块控制着步进电机的正反转实现窗帘的来回移动 【 12】 。本设计正是把利用 片机的优点以及简单实用性，顺利的完成了对智能控制的要求，并且为智能化的家居设备提供了良好的基础。此外，对该系统进行扩展，比如可以加上防火，防盗，甚至 3 室内煤气浓度监测等功能，会使该系统更具有实用性，而且也完善了系统。 2 绪论 题研究背景及意义 智能窗帘控制系统是智能家居的一部分内容，智能家居概念的起源很早： 20 世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化开始实现； 80年代中期， 将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体，又形成了住宅自动化概念；至 80 年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国被称为 就是现在智能家居的原型。 智能家居在 科中定义如下：以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。进入 21 世纪后，智能家居的发展更是多样化，技术实现方式也更加丰富。总体而言，智能家居发 展大致经历了 4 代。第一代主要是基于同轴线、两芯线进行家庭组网，实现灯光、窗帘控制和少量安防等功能。第二代主要基于 分基于 现可视对讲、安防等功能。第三代实现了家庭智能控制的集中化，控制主机产生，业务包括安防、控制、计量等业务。第四代基于全 端设备基于 技术，智能家居业务提供采用“云”技术，并可根据用户需求实现定制化、个性化。目前智能家居大多属于第三代产品，而美国已经对第四代智能家居进行了初步的探索，并已有相应产品。 美国智能家居以数字家庭和数字 技术改造为契机，偏重于豪华感，追求舒适和享受，但其能源消耗很大，不符合现阶段世界范围内低碳、环保和开源节流的理念。日本的智能家居是开发、设计、施工规模化与集团化，以人为本，注重功能，兼顾未来发展与环境保护，大量采用新材料、新技术，充分利用信息、网络、控制与人工智能技术，实现住宅技术现代化。德国的智能家居追求专项功能的开发，注重基本的功能性。韩国政府对智能小区和智能家居采取多项政策扶持，规定在汉城等大城市的新建小区必须具有智能家居系统，目前韩国全国 80%以上的新建项目采用智能家居系统，产生了像三星、 智能家居品牌 【 17】 。 在欧美等发达国家自动窗帘技术已经非常成熟而且被广泛使用。在 2010年前自动窗帘已经进入我国，但一直没有大的推广，这两年随着电控技术的不断进步和自动窗帘售价的不断降低，自动窗帘热才又卷土重来。据了解全国共有 170 多家窗帘生产厂家获得了国家专利，但就其技术本身而言，还是大同小异，但售价却相差甚远。 目前 4 国内的自动窗帘产品按控制方式分大体上有三种：声控、光控、时控，声控和遥控属于半自动类；而光控属全自动式。目前国内在遥控和声控方面技术比较成熟而完全自动化的光控型，因结构复杂，性能 不够稳定或者说有些虽然实现了完全的自动化，且性能还可以，但价格昂贵不适合普通消费者使用而没有被广泛的使用。 目前智能家居的概念已经越来越被大家所了解和接受，所谓智能家居就是指以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。另外全自动的光控窗帘有以下优点：其一，改变人们的生活方式。单片机控制的自动窗帘系统具有丰富的智能化功能，为家庭用户营造一个高效、舒适、便利、环保的 居住环境。其二、牵动一大批产业。单片机控制的自动窗帘产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批有远见的各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。其三，开拓一个崭新的市场。自动窗帘系统牵动了许多的行业，它将不仅仅是目前的 且是专业公司和智能化装饰公司的市场。因此，全自动的光控窗帘机的普及那是大势所趋 【 9】 。 21 世纪是信息化的时代，知识与科技成为时代的潮流，在它们的推动下，智能化也因此得到了很大的发展，其作用在社会生活中日益得到彰显。 智能控制 系统主要利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术等现代化技术的有机结合而发挥作用。在通信技术、计算机技术、网络技术、智能控制技术的迅猛发展潮流下，家庭生活实现了现代化与智能化，居家环境也变得更加舒适与安全。智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元，而该系统采用的主控器件 是运算与控制单元的集合体。系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由单片 机扩展的外围电路以及各种实现单片机系统控制功能的接口电路组成；软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。 本设计中介绍了自动窗 帘控制系统的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。同时，系统在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控制系统的功能进行扩展。 本内容安排 该设计通过分析电动窗帘的现状和人们对自动窗帘控制系统的功能的需求，从而对自动窗帘控制器进行总体的设计。系统的总体设计采用以步进电机作为单片机控制元件，执行窗帘开闭的主要任务；以光敏电阻作为检测元件，以提供单片机外界光照 5 的变化； 89制着整个系统的运 行，此外，辅助以键盘和显示电路，在各个电路模块的配合下最终实现了自动窗帘控制系统的智能化要求 【 18】 。 自动窗帘控制系统设计过程主要分为一下几个章节： （ 1） 绪论：介绍目前国内外电动窗帘的发展现状和研究的目的和意义。 （ 2）总体设计方案：概括自动窗帘控制系统的的总体设计方案选取以及硬件设计的总况。 （ 3）硬件设计：采用 89且辅助以外围电路，其中包括电源电路，定时电路，步进电机控制电路，键盘 /显示电路等一系列相关电路。 （ 4）软件设计：介绍各个功能模块的的设计流程以及设计思路。 （ 5）总结：针对设计中的不足进行再思考以及提出自动窗帘控制系统功能的扩展。 计思想及基本功能 该系统具有 一般的窗帘控制系统的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭窗帘，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。 自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能： （ 1）手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此 功能可以使窗帘的开闭处于任何一种状态； （ 2）自动控制：用户可以通过按键一次性开闭窗帘； （ 3）光照控制：系统可以根据用户设定的光照强度值通过感光器采集光照自动开光窗帘； （ 4）时间控制：此功能是根据用户设定的时间一次性开关窗帘。 3 总体电路设计及其原理说明 案选取 单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制系统的智能化要求，实现其自动控制的方案有两种： 方案（一）基于温度检测以及声控检测器件的 自动控制 方案（二）基于光照强度器件的自动控制 6 这二个方案都是基于单片机控制的，采用步进电机控制以及液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。 方案（一）的系统框图如图 图 方案（一）的原理框图 1) 案（二）的系统框 图如图 图 方案（二）的原理框图 2) 案（一）与方案（二）的区别主要在于检测器件的应用，方案（一）采用温度采集和声音检测元件，通过设定的温度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响，利用声音控制虽然方便性有所提高，但是其误差较大。方案（二）则使用光照检测，直接根据光照的强度来控制窗帘的开闭，实用性更强。综合考 虑以上因素，系键盘模块 液晶模块 电源模块 89度检测 键盘模块 显示模块 电源模块 89照检测 声控检测 7 统设计采用方案（二）。 体方案设计 自动窗帘控制系统 总体方案设计是 基于 满足设计要求的 前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，而进行设计的重要 环节。本章从 人们对 系统功能需求出发， 在综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制 系统的总体 构架 ，并 且在基本功能需求的 基础上 尽可能 考虑系统的可扩展性 。 统基本功能 伴随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高 ，人们对生活舒适性的追求越来越强烈，而窗帘在每个家庭生活是必备的，其基本功能是保护住户的隐私以及遮蔽阳光等。基于 这些作用窗帘的便利性自然也受到家庭的关注。但传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关不仅不省力，而且还可能错过最佳光照时间，尤其是大窗帘，比较重，而且长，在开闭时需要费很大力气才能开关窗帘，特别不方便；针对这种现象，电动窗帘便由此产生。现有的电动窗帘基本上都可 以利 用按键控制，自动开关闭窗帘 ，虽然省了力气，但是有些方面的设计还是不够人性化。对此，本控制系统提出可以根据光照以及定时等开关窗帘，具体 有以下几大功能： （ 1） 手动控制状态：此功能使自动窗帘控制系统具有手动拉开、关闭和停止功能。 （ 2） 半自动控制状态：此功能是在要 打开或者关闭窗帘的时候，通过 “开 ”或 “关 ”按键，窗帘在电机的带动下可以自动开闭。 （ 3） 亮度自动控制：此功能是利用设定的光照强度自动完成窗帘的打开或者关闭，真正实现黑天关闭，白天打开的功能。 （ 4） 时间自动控制：此功能根据用户需要，设定需要开闭窗帘的时间，通过输入的开启或关闭时间，控制窗帘开关。 统总体结构设计 自动窗帘控制系统设计的总体框图如图 8 图 电动窗帘控制器结构框图 根据光照来开闭窗帘主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度，从光传感器采集的信号利用信号校正电路放大，滤波后输入到 A/D 转换器，由于 A/D 转换器件的转换需要一定时间，一旦在这段时间内信号发生变化，转换结果将会出现偏差，所以在转换期间要应该采用采样保持电路。传入的信号由 89片机来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止。显示模块是用来显示自动窗帘控制器的各种状态。键盘作为输入设备，通过不同按键来控制单片机进行各种运转状 态。 4 硬件分析与设计 源电路设计 单片机正常工作电压为 5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图 为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器 以输出 5V 的直流电压以供给单片机 【 11】 。 T 3G N 8 0 5 C 0 n+ 5 / V C 0 2 2 0 2 2 0 电源电路图 三端集成 稳压器 共 有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端 。 用光敏传感 信号校正 A/D 转换 89显示模块 步进电机 9 列三端稳压 器 来组成稳压电源所需的外围 元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。 其内部结构图如图 示 。 s 部示意图 9片机及相关电路 9片机概述 P 1 R X D )10P 3 T X D )11P 3 T N T 0 )12P 3 T N T 1 )13P 3 T 0 )14P 3 T 1 )15P 3 W R )16P 3 R D )17X T A L 218X T A L 119G N ( A 8 )21P 2 ( A 9 )22P 2 ( A 1 0 )23P 2 ( A 1 1 )24P 2 ( A 1 2 )25P 2 ( A 1 3 )26P 2 ( A 1 4 )27P 2 ( A 1 5 )28P S E E / P R O / V P A D 7 )32P 0 A D 6 )33P 0 A D 5 )34P 0 A D 4 )35P 0 A D 3 )36P 0 A D 2 )37P 0 A D 1 )38P 0 A D 0 )39V c 8 9 C 5 1 图 意图 片机是将中央处理器（ 随机存储器（ 只读存储器（ 定时器芯片和一些输入 /输出接口电 路集成在一个芯片上的微控制器。片机是低功耗、高性能的 位单片机，片上带有 8K 储器，且允许在系统改写或用编程器编程 6。其 主要参数有 ： （ 1） 4K 字节可编程闪烁存储器 （ 2） 全静态工作： 0 10 （ 3） 128*8 位内部 （ 4） 32 可编程 I/O 线 （ 5） 两个 16 位 定时器 /计数器 （ 6） 5 个中断源 （ 7） 低功耗的闲置和掉电模式 （ 8） 片内振荡器和时钟电 路 振电路 电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。 图 单片机的复位电路和晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路， 所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在 24间选取。 反馈电容，其值在 20100型值 为 3016】 。本电路选用的电容为 30振频率为 12 振荡周期 1/12s； 机器周期 =1s 指令周期 14s 外部晶体的一个引脚 ， 外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 片机 ，该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会 产生 一定 频率 的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场， 上述 物理现象称为压电效应。 一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。石英晶振起振后要能在 上输出一个 3V 左右的正弦波，以便使 内的 路按石英晶振相同频率自激振荡。通常， 型值为 12者 容 以帮助起振，典型值为 30节它们可以达到微调 目的 2。 位电路 复位电路的主要功能是使单片机进行初始化，在初始化的过程中需要在复位引脚上加大于 2 个机器周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为 0000H， 然后继续从 11 0000H 单元开始执行程序。在复位电路中提供复位信号，等到系统电源稳定后，再撤销复位信号。但是为了在复位按键稳定的前提下，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防在按键过程中引起的抖动而影响复位 4。图 示的 位电路及晶振电路可以实现上述基本功能。 ( T 2 ) P 1 T 2 E X ) P 1 M O S I ) P 1 M I S O ) P 1 S C K ) P 1 R X D ) P 3 . 010( T X D ) P 3 I N T 0 ) P 3 . 212( I N T 1 ) P 3 . 313( T 0 ) P 3 T 1 ) P 3 W R ) P 3 . 616( R D ) P 3 . 717X T A L 218X T A L 119G N A D 0 )39P 0 A D 1 )38P 0 A D 2 )37P 0 A D 3 )36P 0 A D 4 )35P 0 A D 5 )34P 0 A D 6 )33P 0 A D 7 )32E A / V P E / P R O E A 1 5 )28P 2 A 1 4 )27P 2 A 1 3 )26P 2 A 1 2 )25P 2 A 1 0 )23P 2 A 9 )22P 2 A 1 1 )24P 2 A 8 )21A T 8 9 C 5 1 p p L 1C O L 2C O L 3C O L 4R O W 1R O W 2R O W 3R O W 4I R K+5 V 1D R V 2D R V 3 u 位电路及晶振电路图 a 盘电路 键盘在由单片机控制的窗帘自动控制系统中的主要作用是通过按键向单片机输入指令，其中主要包括设定时间，控制窗帘的开关等等功能，是人工控制单片机的主要手段 【 15】 。在窗帘控制系统 设计中的键盘采用的是 44 矩阵键盘。这 16 个按键分别为：设定键主要是用来设定自动窗帘打开或者关闭的时间； 0字 键，其作用主要是用于设定时间；复位键主要应用在程序出错以及误操作的时候使单片机复位，从而重新设定；反转键是 使步进电机反转，控制窗帘关闭；正转键是使步进电机正转，从而控制窗帘打开；停止键可以控制步进电机停止工作， 窗帘控制器停止运行；确定键主要是用于在时间设定完成后的确定输入。 由于按键比较多，单独设置按键会增加总体设计的复杂性，而且为了减少所占用的端口，可以将按键组成一个矩阵，如图 示 。 12 2 4C O L 16 8 1 0 S 1 1 S 1 2S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6C O L 2C O L 3C O L 4R O W 1R O W 2R O W 3R O W 4 C 5 1+5 图 盘接口电路 显示电路 显示电路主要是用于显示时间。采用 码管进行显示是因为 码管具 有以下几 个优点： (1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 路兼 容。 (2)发光响应时间极短 (0到有效键值等待弹起 2. 若不是按下 20接结束处理（ （ 2）若不是首次按下：将键值暂存起来，标志置位结束处理。 如果无键值，则判断是否有键值已被确认 （ 1）若有键已被确认：判断按键是否首次抬起 断抬起延时时间（ 20否到达 1处理。 2 接结束处理（ （ 2）若没有键被确认：直接结束处理（ 定时程序设计 25 定时程序的主要作用是在用户设定的时间后能够使单片机收到一个中断信号，从而发出相应的指令，控制窗帘的开关。时钟芯片发出 50信号给单片机后，计数器开始工作，计数器记到 20，则时间即为 1 秒，秒单元加 1，当秒单元计数到 60，分单元加 1，此时秒单元清零。当时单元计数到 24，时单元清零。图 定时程序流程图。 图 定时程序流程图 进电机程序设计 步进电机是操控窗帘开闭的主要执行器件，其设计主要是按照单片机指令以及按键指令进行正转或者反转。图 步进电机程序流程图 开始 计数器满20? 秒加 1 秒满 60? 分加 1，秒清零 分满 60? 时加 1 时满 24? 清零 返回 N Y N Y N Y Y N 26 图 进电机程序流程图 进电机程序设计的主要任务是： （ 1）判断旋转方向； （ 2）按顺序传送控制脉冲； （ 3）判断所要求的控制步数是否传送完毕。 6 总结 本次设计系统地介绍了自动窗帘控制系统的硬件电路设计以及软件设计。在总体方案设计中以光敏电阻作为传送信号的传感器，用步进电机作为信号输出的执行元件，89片机作为主要的控制元器件，并且应用了按键以及和显示电路。应用 89敏电阻接收外界光照信号，经过 AD 转换后，传送给单片机一个电信号，单 片机经过处理后，控制步进电机做出相应的动作，以控制窗帘的开闭。在实现一般应用的基础上，又添加了定时元器件电路，使窗帘的自动化性能得到进一步提升。光敏电阻的良好感光性以及步进电机的结构简单，控制方便的优点使窗帘控制开关更加稳定。 本次毕业设计的整个研究与设计过程包括选题、设计以及完善等。首先，在选题方面查阅了很多与题目有关的资料和课题并且制定设计方案，进行设计的总体规划，然后将这些方案落实到设计环节中。其次，在制定的方案基础上运用所学的知识对硬件以及软件进行设计，并用相关软件进行仿真设计。最后，对设计内容进一 步修缮，以求达到最佳设计结果。虽然设计内容完成了基本的功能，但是其中还是存在一定欠缺，比如在设计中没有考虑到窗帘工作方式的显示以 及没有添加类似红外遥控的设计等。 此次设计过程中，在完成设计任务之外也让我系统性地认识和全面地掌握了 单片正 反 正转脉冲 反转脉冲 完成？ 完成？ 开始 正转？ 结束 Y N Y N 27 机相关技术，从本次毕业设计中我更加深刻地认识到理念来源于实际的含义。在和同学以及老师的就相关问题的互相讨论交流中，我认识到自己的很多不足，但在这些不足中我又学到了很多知识， 使我的综合应用能力有了很大提高。 参考文献 1 童诗白，华成英 M ,2003. 2 胡汉才，单片机原理及接口技术 M清华大学出版社， 2004. 3 江思敏，胡荣 路设计教程 M清华大学出版社， 2002. 4 李全利，迟荣强 M高等教育出版社， 2001. 5 程学先，林珊，程传慧 J机械工业出版社， 2005. 6 王建校，杨建国 51程序设计 J科学出版社， 2002. 7 王幸之
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