基于单片机的自动窗帘控制系统硬件设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6263】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共34页)
编号：982106
类型：共享资源
大小：8.53MB
格式：RAR
上传时间：2017-01-11
上传人：木***
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
20
积分
- 关 键 词：
-
基于
单片机
自动
窗帘
控制系统
硬件
设计
优秀
优良
机械
机电
电机
毕业设计
论文
a6263
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份，34页，17500字左右。
开题报告一份。
毕业设计演讲稿一份。
外文翻译一份。
- 内容简介：
-
西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表 题 目 基于单片机的自动窗帘控制系统硬件设计 学生姓名 吴江江 学 号 08102080226 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 杨学存 检查时间 级 08 机械 2 班 毕 业 设 计（论文） 进 展 情 况 通过 查阅 学习的相关资料 ，现基本完成以下设计工作： 制系统。查阅大量资料，包括现刊、过刊、优秀论文和相关书籍等， 对 自动窗帘进行了较为深入的了解。 尤其 对所使用元器件 （ 包括单片机 ）的相关资料 进行认真 学习 。 对自动窗帘设计思路有了 的 整体认识 ， 敲定所使用硬件 ：光线采集模块 光敏二极管；温度采集模块 示模块 74片驱动八段数码管； 电机驱动模块 片， 电机 普通玩具赛车直流电机 （ 额定电压 5V） ； 电源模块 片机 通过 对所用到元器件 的 学习 与分析 ， 基本 完成论文部分写作。 路板焊接 部分设计 。 此对部分先要确定 硬件部分无任何理论漏洞 。 下一步设计工作内容是 完善理论 。 再三 检查无误 后 ，焊接电路板并进行接线，与负责软件部分的同学合作，烧入程序并进行调试，调试成功后完善论文 。 指 导 教 师 意 见 签字 ： 年 月 日 教研室意见 签字 ： 年 月 日 附录 2: 外文文献 in be or a s in of of in at a or it by as A as an is to by of of 940s, in of In a be in be by of of of be by of ) It be to a of in a be in at s as to of it to be in is is of of in a in of of is by of to of of a in in of AM OM In is a is a in is in a of it is by in be be be in in it is to of be by is to of a be be to in by by of by of to of be of of to as or to , of to to be of of to as or to , of to to be be on or is in as in of to e in As of in in it to be to a of to a of or of is in of is to is In lf on to by lf is in so it is to as be as a a lf a or as a on as In be in as be in a be of to be in of In be to be to in to lf to of be in of to as lf of of on s of of be to or of in we a is an is of is a It is a of on we at of an of a of is to of us In of or of is in A a a or is to In it is to in It is is an if a of is to be or of a be or To a is or in it a of to a is is by 00 of is to of in a to or a 0 00is an is is to be or is 0C or V DC of is is or of on or of of it is to is to is an a as in by in In is 4 20C) is 0 600 we is in as of or as of as in 00 on of of k P a 20 of or of to 单片机系统 广义地说，微处理系统是用于处理信息的，这种信息可以是电话交谈，仪器读数或企业帐户，但是各种情况下都涉及相同的主要操作：信息处理、存储和传递。在常规的电子设计中，这些操作都是以功能平台方式组合起来的，例如计数器，无论是电子还是机械的，都要存储当前值，并按要求将该值增 1。诸如采用计数器的电子钟之类的任一系统要使其存储和处理能力遍布整个系统，因为每个计数器都能存储和处理一些数字。 当前微处理化系统与上述的常规方法不同，它将处理，存储和传输三个功能分离形成不同的系统单元。这种形成三个主要 单元的分离方法是冯 0世纪 40 年代所设想出来的，并且是针对微计算机的设想。从此几乎所有制成的计算机都是用这种结构设计的，尽管包含宽广的物理形式，从根本上来说他们均是具有相同的基本设计。 在微处理器系统中，处理是由微处理器本身完成的。存储是利用存储器电路，而进入和出自系统的信息传输则是利用特定的输入 /输出（ I/O）电路。要在一个微处理器化时钟中找出执行计数功能的一个特殊硬件是不可能的，因为时间存储在存储器中，而在固定的时间间隔下由微处理器控制增值。但是，规定系统运转过程的软件包含实现计数器功能的单元 。由于系统几乎完全由软件所定义，所以对微处理器结构和其辅助电路这种看起来非常抽象的处理方法使其在应用时非常灵活。这种设计过程主要是软件工程，而且在生产软件时，就会遇到产生于常规工程中相似的构造和维护问题。 图 型计算机的三个组成部分 图 示出了微型计算机中这三个单元是如何按照机器中的信息通信方式而联接起来的。该系统由微处理器控制，它管理自己与存储器和输入 /输出单元的信息传输。外部的连接与工程系统的其余部分（即非计算机部分）有关。 尽管图中显示的只有一个存储单元，实际中有 种不同的存储器被使用。由于概念上的计算机存储器更像一个公文柜，上述的 “ 存储器 ” 一词是非常不恰当的；信息存放在一系列已标号的 “ 箱子 ” 中，而且可按问题由 “ 箱子 ” 的序列号进行信息的参考定位。 微计算机常使用 机存取存储器），在 数据可被写入，并且在需要时可被再次读出。这种数据能以任一所希望的次序从存储器中读出，不必按写入时的相同次序，所以有 “ 随机 ” 存取存储器。另一类型 读存储器）用来保持不受微处理器影响的固定的信息标本；这些标本在电源切断后不会丢失，并通常用来保存规定微处理器化系统运转过程 的程序。 像 样被读取，但与 一样的是不能用来存储可变的信息。有些 制造时将其数据标本放入，而另外的则可通过特殊的设备由用户编程，所以称为可编程 广泛使用的可编程 利用特殊紫外线灯察除，并被成为 可察除可编程只读存储器的缩写。另有新类型的期器件不必用紫外线灯而用电察除，所以称为电可察除可编程只读存储器 微处理器在程序控制下处理数据，并控制流向和来自存储器和输入 /输出装置的信息流。有些输入 /输出装置是通用型的，而另外一些则是设计来控制如磁盘驱动器的特殊硬件，或控制传给其他计算机的信息传输。大多数类型的 I/许不同形式的操作，而有些则包含特殊用途微处理器的 I/O 装置不用主微处理器的直接干预，就可实施非常复杂的操作。 假如应用中不需要太多的程序和数据存储量，微处理器、存储器和输入 /输出可全被包含在同一集成电路中。这通常是低成本应用情况，例如用于微波炉和自动洗衣机的控制器。当商品被大量地生产时，这种单一芯片的使用就可节省相当大的成本。当技术进一步发展，更强更强的处理器和更大更大数量的存储器被包含形成单片微型计算机 ，结果使最终产品的装配成本得以节省。但是在可预见的未来，当需要大量的存储器或输入 /输出时，还是有必要继续将许多集成电路相互联结起来，形成微计算机。 微计算机的另一主要工程应用是在过程控制中。这是，由于装置是按特定的应用情况由微机编程实现的，对用户来说微计算机的存在通常就更加明显。在过程控制应用中，由于这种设备以较少的数量生产，将整个系统安装在单个芯片上所获取的利益常比不上所涉及的高设计成本。而且，过程控制器通常更为复杂，所以要将他们做成单独的集成电路就更为困难。可采用两种处理，将控制器做成一种通用的 微计算机，正像较强版本的业余计算机那样；或者做成 “ 包裹 ” 式系统，按照像电磁继电器那样的较老式的技术进行设计，来取代控制器。对前一种情况，系统可以用常规的编程语言来编程，正如以后要介绍的语言那样；而另一种情况，可采用特殊用途的语言，例如那种使控制器功能按照继电器相互连接的方法进行描述。两种情况下，序均能存于 让程序能按应用情况变化时进行相应的变化，但是这使得总系统易受掉电影响而工作不正常，除非使用电池保证供电连续性。另一种选择是将程序在 ，这样他们就变成电子 “ 硬件 ” 的一部分并常被称为 “ 固件 ” 。 尽管大规模集成电路的应用使小型和微型计算机的差别变得 “ 模糊 ” ，更复杂的过程控制器需要小型计算机实现他们的过程。各种类型的产品和过程控制器代表了当今微计算机应用的广泛性，而具体的结构取决于对 “ 产品 ” 一词的解释。实际上，计算机的所有工程和科学上的应用都能指定来进行这些种类的某一或某些工作。而在本设计中压力和压力变送器当某一力加到某一面积上，就形成压力，假如这力是 1 牛顿均匀地加在 1 平方米的面积上，这压力被定义为 1 帕斯卡。压力是一种普遍的工艺状态，它也是这个星球上的一个生活条件：我们生活在向上延伸许多英里 的大气海洋的底部。空气物质是有重量的，而且这种下压的重量形成大气压。水，是生活的必需品，也是在压力之下提供给我们中的大多数人。在典型的过程工厂中，压力影响沸点温度、凝固点温度、过程效率、消耗和其他重要因数。压力的测量和控制，或者压力的不足 真空，在典型的过程控制中是极为重要的。 工厂中的工作仪器通常包括压力计、精密纪录仪、以及气动和电动的压力变送器。压力变送器实现压力测量并产生正比于所传感压力的气动或电信号输出。 在过程工厂中，将控制仪表远远放在过程的附近是不现实的，并且大多数测量是不容易从远处传来的。压力 测量是一个例外，但是，如果要离测量点几百英尺外指示或记录某种危险化学品的高压，就会有来自这个压力所载的化学品所引发的危险。为了消除这一问题，开发了一种信号传输系统。这种系统常常可是气动或者电动的。使用这种系统，就可以在某一地点安装大多数的指示、记录和控制仪器。这也是最少数量的操作者有效的运行工厂成为现实。 当使用气动传送系统时，测量信号就由变送器将比例为 0% 100%的测量值转换为气动信号。变送器安装在靠近过程中的测量点上。变送器输出 对气动变送器是输出压力 通过管道传给记录或控制仪表。气动变送器的标准输出 范围是20 100信号几乎在全球使用。 当使用电子压力变送器时，压力就被转换成电流或电压形式的电信号。其标准范围对电流来说是 4 20C，对电压信号来说是 1 5V 今，另一种电信号形式变的越来越常用，就是数字或离散信号。基于计算机或微处理器的仪器或控制系统的应用正推动这类信号的应用不断增加。有时，分析获取描述传感器 /变送器特性的参数是很重要的。当量程已知，去获取增益就非常简单。假定电子压力传感器的量程为 0 600益定义为输出变化除以输入变化。这里，输出的电信号（ 4 20C），而输入的过程压力（ 0 600这样增益就为 ： 此外我们在本设计中还必须对温度进行测量，温度测量在工业控制中是很重要的，因为它作为系统或产品状态的直接指标，或者作为如反应率、能量流、涡轮机效率和润滑质量等间接指标。现行的温度分度已使用了约 200 年，最初的仪器是基于气体和液体的热膨胀。现在尽管有许多其他类型的仪器在使用，这些填充式系统仍常用于直接的温度测量。有代表性的温度传感器包括：填充式热系统、k P a 20 玻璃液体温度计、热电偶、电阻温度探测器、热敏电阻、双金属器件、光学和辐射高温计和热敏涂料。 电气 系统的优点包括高的精度和灵敏度，能实现开关切换或扫描多个测量点，可在测量元件和控制器之间长距离传输，出现事故时可调换元件，快速响应，以及具有测量高温的能力。其中热电偶和电阻温度探测器则被最广泛的使用。 西安文理学院机械电子工程系 本科 毕业设计（论文） 题 目 基于单片机 的 自动窗帘控制系统硬件设计 专业班级 08 级机械（ 2）班 学 号 08102080226 学生姓名 吴江江 指导教师 杨学存 设计所在单位 西安文理学院 2012 年 2 月 西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书 题 目 基于单片机的自动窗帘控制系统硬件设计 学生姓名 吴江江 学 号 08102080226 专业 班级 机械设计制造及 其自动化 2 班 指导教师 杨学存 职 称 讲师 教 研 室 机械 毕业设计（论文） 任务与要求 任务： 完成 自动窗帘 控制系统硬件设计，包括单片机最小系统、信号采集电路和控制电路等 ， 另外，完成软硬件的联合调试。 要求： 1、 收集并整理 自动窗帘 控制系统的相关资料，熟悉相关功能； 2、确定硬件设计方案，并对各部分电路进行设计； 3、完成硬件电路调试和软硬件联合调试。 4、撰写毕业论文。 毕业设计（论文）工作 进程 起止时间 工作内容 第 12 周 34 周 56 周 7 周 89 周 10 周 11 周 12 周 阅资料，了解 自动窗帘 的 目前需求 ，熟悉 自动窗帘 控制系统的主要功能，设计硬件设计框图， 撰写开题报告。 设计基于 51 单片机的最小系统原理图。 设计 自动窗帘 控制系统硬件原理图，焊接电路板。 调试电路板，进行软硬件联合调试 撰写毕业论文。 论文定稿 整理资料准备答辩 。 答辩 。 开始日期 2012 完成日期 2012 教研室主任（签字） 系 主任（签字） 西安文理学院本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 基于单片机的自动窗帘控制系统硬件设计 学生姓名 吴江江 学 号 08102080226 专业名称 机械设计制造及 其自动化 指导教师 杨学存 开题 时间 级 08 机械 2 班 一、 选题目的和意义 自动电动窗帘系统 可用于各种不同的场所，其卓越的功能对于家居及各种工作场所具有很强的针对性，该窗帘系统是当今时尚的一种高科技产品，它的应用将带给您高科技的享受及便捷。 自动窗帘 不仅有效阻档紫外线，而且有隔热节能的效果， 智能改变 遮光率减少空调的使用能耗且美观 。引领节约型低碳社会，走在潮流的最前沿。 二、 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 随着人民生活的不断提高以及办公条件的逐渐改善， 自 动窗帘 因为它极其 便利功能，越来越为人们所接受。 自 动窗帘产品能够运用阳光、温度等电子感应器，实现窗帘产品的智能化操作，省时省力，非常方便。 在欧美一些发达国家， 自 动窗帘已经广泛普及应用。 在国内，长城内外大江南北等一大批市政工程的遮阳系统均不同程度应用到自动窗帘的基本原理。如国家交通部、青海格尔木盐矿办公大厦、甘肃酒泉卫星发射中心体育馆、中国国际广播电台、 合肥的 “ 新闻中心 ” 、 ”山西省国资委长丰大厦等项目。中国电影集团总公司、北京企业总部基地、青海法拉利汽车（中国）基地、 上海的中国电信国际光缆登陆站 ” 、 北京万索达菲特酒店、郑州世纪同达生态园、 “ 松江区中心医院 ” 、南京的 “ 奥体中心 ” 、等一系列 民用工程 工程 。 有效的遮阳率控制，对于合理化采光十分有利， 智能 方案控制 ， 科技环保，让办公环境舒适自然。 自动窗帘的控制技术已经日趋成熟，硬件方面发展空间较大。比如， 市场上常见的窗帘材质是三种涤纶和棉混纺，一旦窗帘被引燃，所释放的大量有毒气体和腐蚀性气体对人员会造成危害，对环境物体会造成腐蚀，燃烧产生的大量烟雾，会降低能见度，妨碍人员逃生以及灭火救援，尤其在良好通风条件下，被引燃的窗帘火焰会迅速蔓延，将室内其他可燃材料引燃，从而扩大火势，增大危害。因此可以断定 ， 材料方面的革新将会给其带来里程碑式的发展。 三、 主要研究内容 1、查阅资料，了解自动窗帘，熟悉自动窗 帘控制系统的主要性能。 自动窗帘的 驱动方式 采用 直流电机驱动、交流电机驱动和电磁驱动等方式。 本毕业设计采用直流电机。 直流电机一般采用内置或外置电源变压器，但驱动功率一般较小，能负载的布帘较轻，噪音比较小，另外其控制电路比较复杂。 2、对各种方案进行对比，权衡利弊，优化设计，制定最终方案。该 自 动帘系统包括控制 核心 、 光线采集模块、温度采集模块、显示模块、驱动 系统和 电源模块。 自动窗帘的控制核心主要以单片机为主体，光敏传感器、温度传感器等采集光线温度信息，经过处理送给单片机，单片机检测并判断是否进行驱动动作。同时，通 过功放芯片点亮数码管，显示室内温度 。该系统可以采用手动复位方式，可靠性更高。 3、根据需求，合理选择材料。 光线采集模块主要围绕光敏二极管展开；温度采集模块核心器件就是赫赫有名的 示模块主要由 74片驱动八段数码管； 电机驱动模块则采用 片， 电机为普通玩具赛车直流电机 额定电压 5V； 电源模块由于我们在整个电路系统中用到 +5V 的电压，所以我们用三端稳压块 片来制作 +5V 的电源模块。 4、确定接线图，焊接电路并进行调试 。 采用 制电路图，同时进行优化，和软件部分的同学协商讨论，最终确定接线图，共同调试焊接好的电路板。 5、 撰写毕业论文 ，准备答辩工作。 指导教师意见及建议： 签字 ： 年 月 日 教研室审核意见： 签字 ： 年 月 日 注：此表前 三 项由学生填写后，交指导教师签署意见，经 教研室 审 批后，才能开题。 基于单片机的自动窗帘控制系统 硬件设计 班 级 ： 08机械设计制造及其自动化 2班 作 者 ： 吴江江（西安文理学院） 指导老师 ： 杨学存（西安科技大学） 一 前言 城市化的直接产物 高层建筑不断增多 从而使采光工作越显重要 传统的手工控制相对麻烦 能不能有一款 自动窗帘 ？ 通过单片机完成 窗帘的自动控制 外面光线强的时候，它就自己打开 外面光线弱的时候，它就自己关闭 二 解决方案 以单片机为核心 基本原理 自动窗帘的控制核心主要以单片机为主体，光敏传感器、温度传感器等采集光线温度信息，经过处理送给单片机，单片机检测并判断是否进行驱动动作。同时，通过三极管点亮数码管，显示室内温度 。 原理图 三 设计简介 主要模块 ： 单片机控制系统 光敏检测模块 温度检测模块 显示模块 电机驱动模块 该单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期(1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8部集成 2路 路高速 10位 A/250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 完全满足我们的设计需求！ 光敏检测 光敏电阻又称光导管 是利用半导体的光电效应制成的一种电阻 是一种电阻值值随入射光的强弱而改变的电阻器 入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大 在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 110强光条件（ 100，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆 。 光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（ m 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。完全满足白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源的设计应用 。 温度检测 封装成后可应用于多种场合 封装后耐磨耐碰，体积小，使用方便 适用于各种空间设备数字测温和控制领域 显示模块 数码管是由多个发光二极管封装在一起，组成“ 8”字型的显示器件 通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。 动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 选通由各自独立的 I/ 本课题中，我们采用动态驱动显示 当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的的 使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1 2于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/且功耗更低。 电机驱动 该芯片的核心是 过对角线上的一对三极管的导通情况，电流会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 电机正反转控制 四控制流程 思考的问题 能否用更为方便的元器件，来替换所使用的器件，自动窗帘工作效率更高，接线更简单，成本更低。比如，用三八译码器驱动数码管。 事实上，因为在校期间大部分是理论的学习，甚至很少见到电子器件的实物，且学习的大部分都只是基本原理，所以，当真正用于实战中时，发现自己在选材方面几乎一无所知。 结束语 本系统主要以单片机为核心，利用单片机强大的控制功能，基本实现了窗帘的自动化控制。 由于本人学习不精 ,暂时不能比较全面地完成论文。文中也可能出现很多的不足之处，望各位老师指出纠正。在以后的工作学习中我会努力学习。 此去须怀报国志，不忘春风化雨情！ 谢谢观看！ 设计者：吴江江 西安文理学院机械电子工程系 本科毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的 自动窗帘控制系统硬件设计 专业班级 08 级机械（ 2）班 学 号 08102080226 学生姓名 吴江江 指导教师 杨学存 设计所在单位 西安文理学院 2012 年 2 月 论文原创性和授权使用声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。 本人授权西安文理学院拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学 位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 目录 第 1 页 基于单片机的 自动窗帘控制系统硬件设计 摘要： 随着社会的发展，窗帘在人民生活中的使用量大幅增长，成为家庭、宾馆等场所中装饰的重要组成部分之一。城市化的直接产物就是高层建筑不断增多，从而使采光工作越显重要。显然，传统的手工控制相对麻烦。本课题主要对单片机现场控制进行具体的研究，即通过 单片机完成窗帘的自动控制，实现窗帘的智能化。 该系统以单片机为核心器件。其主要模块有单片机控制系统，光敏检测模块，温度检测模块，显示模块和电机驱动模块。 光敏电阻检测光照强度的变化，光敏检测模块将电压变化的信号送单片机进行处理，单片机通过电机驱动模块控制电机的正反转实现窗帘的打开与闭合，同时辅以温度检测模块来检测室温并由显示模块显示具体数值，构成一个多功能自动窗帘控制系统。其中 , 光线采集模块主要围绕光敏电阻展开；温度采集模块核心器件就是赫赫有名的 示模块主要由三极管驱动八段数码管； 电机驱动 模块则采用 电机为普通玩具赛车直流电机 额定电压 5V。制作电路板，程序写入并调试，基本达到了我们所期望的系统功能。 关键词 ： 自动窗帘、 光敏电阻、 段数码管、 录 第 2 页 of of of is in of to be an of of is be to is is to to we of of is in is to CU CU of is by is by on is by of 298N dc V. we is of 录 第 3 页 目录 第一章 绪论 . 1 . 1 . 2 . 3 . 3 第二章 自动窗帘的工作原理及单片机选型 . 4 . 4 . 5 . 5 . 5 . 6 . 6 . 6 . 7 . 8 . 8 . 8 . 9 . 9 片机介绍 . 9 章小结 . 11 第三章 硬件设计方案 . 12 . 12 . 13 . 13 . 16 . 17 . 18 . 19 用） . 21 . 22 目录 第 4 页 . 22 第四章 电路板制作与调试 . 23 路板制作 . 23 . 23 试导通性中所遇到的问题 . 24 试 . 24 . 24 结束语 . 25 致谢 . 26 参考文献 . 27 附录 . 28 附录 1: 自动窗帘控制系统硬件原理图 . 28 附录 2: 外文文献 . 错误 !未定义书签。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 1 页 第一章 绪论 题目的和意义 窗帘是调节室内光照的挂在窗上的帘子。既可以减光、遮光，以适应人对光线不同强度的需求；又可以防 风 、除尘、隔热、保暖、消声，改善居室气候与环境。装饰性与实用性的巧妙结合，是窗帘的最大特色。 窗帘是人们的心情，是点缀 格调 生活空间不可或缺的选择之一，是主人品位的表现，是生活空间的精灵，是体味生活的好方式。随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，和人们日常生活密不可分的采光工作越显重要，传统粗放式的采光不仅耗费大量能源，而且大多手工控制，相对麻烦。本课题主要对单片机现场控制进行具体的研究，即通过单片机完成窗帘的自动控制，实现窗帘的智能化。 单片机是一种集成在 电路 芯片，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的中央处理器 只读存储器 种 I/时器 /计时器 等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制 电路、模拟多路转换器、 A/D 转换器 等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统 。 硬件特性 1、单片机集成度高。单片机包括 容量的 2个定时 /计数器 、 4个并行口、全双工串口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 3、单片机可靠性高，可工作到 106 107小时无故障 ； 4、处理功能强，速度快。 更重要的是，其极低的价格给嵌入式控制带来革命性发展。 自动电动窗帘系统可用于各种不同的场所，其卓越的功能对于家居及各种工作场所具有很强的针对性，该窗帘系统是当今时尚的一种高科技产品 ，它的应用将带给您高科技的享受及便捷。 本设计是以广泛应用的 背景，通过一系列研究，完成窗帘自动控制，实现智能化窗帘。自动窗帘不仅有效阻挡紫外线，而且有隔热节能的效果，智能改变遮光率减少空调的使用能耗且美观。 引领节约型低碳社会，走在潮流的最前沿。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 2 页 课题在国内外的研究状况及发展趋势 窗口在开始使用的时候，只不过是在墙上凿出非常粗糙的孔洞，其基本的用途限于通风，这些孔洞和开口往往使用野兽之皮或草的编织物布加以遮盖。兽皮和草席是最早形态的窗帘。汉朝蔡伦发明了纸后，人们开始用纸 作为窗的遮盖物。宋朝出现布艺之后，人们便把它用作窗饰，因为它的花纹丰富，又轻便，演绎出了万众风情的窗帘。 随着人民生活的不断提高以及办公条件的逐渐改善， 自 动窗帘 因为它极其便利功能，越来越为人们所接受。 自 动窗帘产品能够运用阳光、温度等电子感应器，实现窗帘产品的智能化操作，省时省力，非常方便。 在欧美一些发达国家，自动窗帘已经广泛普及应用。 在国内，长城内外大江南北等一大批市政工程的遮阳系统均不同程度应用到自动窗帘的基本原理。如国家交通部、青海格尔木盐矿办公大厦、甘肃酒泉卫星发射中心体育馆、中国国际广播电台、合 肥的 “新闻中心 ”、 ”山西省国资委长丰大厦等项目。中国电影集团总公司、北京企业总部基地、青海法拉利汽车（中国）基地、上海的中国电信国际光缆登陆站 ”、北京万索达菲特酒店、郑州世纪同达生态园、 “松江区中心医院 ”、南京的 “奥体中心 ”等一系列民用工程。 有效的遮阳率控制，对于合理化采光十分有利。 智能方案控制，科技环保，让办公环境舒适自然。 自动窗帘的控制技术已经日趋成熟，硬件方面发展空间较大，具体体现在以下方面。 阻燃。 市场上常见的窗帘材质是三种涤纶和棉混纺，一旦窗帘被引燃，所释放的大量有毒气体和腐蚀性气体对人员会造成 危害，燃烧产生的大量烟雾，会降低能见度，妨碍人员逃生以及灭火救援。 隔热保温。使用 易可纺 隔热保温窗帘，夏季太阳光向室内辐射的热量，大部分被反射回去，室内温度对比无窗帘要低 612度，比使用普通窗帘要低 46度；冬季，从室内人体和物体辐射到窗帘上的绝大部分热量，都会被窗帘反射回来，有效阻止了热量的散发，提高了室温。 防紫外线。根据相关测定结果，易可纺窗帘可阻隔 外线 入侵，免受紫外线伤害，使居室成为真正安全的工作、休憩港湾。 抗菌防霉。经国际 米窗帘布抗菌杀菌率达 99%，防霉达到一级指标，抑菌率 99%，防腐性能良好。 防尘、水、油、静电。 研究表明， 经纳米材料和纳米技术处理的窗帘布，始终不沾灰尘，且泼水不沾；即使沾上油污，用餐巾纸吸一下就可以了，并且具有防静电功效，只要空气流动，防静电功效显著。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 3 页 论文的主要研究内容 解自动窗帘，熟悉自动窗帘控制系统的主要性能。 自动窗帘的驱动方式采用直流电机驱动、交流电机驱动和电磁驱动等方式。本毕业设计 采用直流电机。直流电机噪音比较小，接线简单，使用方便，但驱动功率一般较小，能负载的布帘较轻，另外其控制电路相对比较复杂。 衡利弊，优化设计，制定最终方案。该 自动帘系统包括控制核心、光线采集模块、温度采集模块、显示模块和驱动系统。 自动窗帘的控制核心主要以单片机为主体，光敏传感器、温度传感器等采集光线温度信息，经过处理送给单片机，单片机检测并判断是否进行驱动动作。同时，通过三极管点亮数码管，显示室内温度 。该系统可以采用手动复位方式，可靠性更高。 理选择材料。 光线采集 模块主要围绕光敏电阻展开；温度采集模块核心器件就是赫赫有名的 示模块主要由三极管驱动八段数码管； 电机驱动模块则采用 机为普通玩具赛车直流电机，额定电压 5V。 接电路并进行调试。采用 时进行优化，和软件部分的同学协商讨论，最终确定接线图。共同调试焊接好的电路板。 备答辩工作。 章小结 本章通过参考窗帘相关资料，从全球潮流出发，肯定了自动窗帘的重要意义，并对控制核心做了简单地了解。窗帘的历史、窗帘的现状、窗 帘的未来，决定了本课题研究的方向性。最后，对本设计进行了简单的规划。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 4 页 第二章 自动窗帘的工作原理及单片机选型 自动窗帘的控制核心主要以单片机为主体，光敏传感器、温度传感器等采集光线温度信息，经过处理送给单片机，单片机检测并判断是否进行驱动动作。同时，通过三极管点亮数码管，显示室内温度 。该系统可以采用手动复位方式，可靠性更高。 作原理 光敏电阻检测 光照强度的变化，光敏检测模块将电阻变化转化为电压变化，并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电机的正反转实现窗帘的拉开和关闭，并辅以温度检测模块来检测室温，构成一个多功能自动窗帘控制系统。 利用单片机 I/O 口 做检测模块（温度、光线）的输入口（其它接口备用升级，比如后续可以增加湿度检测、煤气检测等），将显示信息输送至数码管，单片机 同时 进行片选以完成显示动作。 最后由单片机通过 电机驱动模块来控制电机。 当清晨时阳光较强，此时光敏电阻呈现低阻态，接入单片机电平较低（模拟量转换为数字量），可以通过程 序在 I/O 口输出控制步进电机正转，并延时来关闭窗帘。延时时间由窗帘拉合是否到位决定。延时结束，单片机输出停止，电动机停转。 当傍晚时光线比较弱，此时光敏电阻呈现高电阻，相当于接入单片机电平偏高，可以通过程序在 打开窗帘。延时结束单片机输出停止，电动机停转。 很明显，通过对延时时间的控制，我们很容易控制窗帘的拉开（或关闭）程度，从而实现智能化控制采光。这是本设计最大亮点之一。同时可以通过调节占空比实现电机调速 ，实现友好的窗帘开关速度。 另外我们专门设计手动控制选项，您可以根据个人喜好，选择强制窗帘关闭或打开，控制房间的光线，满足个性化的照明舒适度。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 5 页 片机综述 绍 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式 微控制器 （ 最早的设计理念是通过将大量外围设备和 计算机系统 更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8位或 4位的。其中最成功的是 031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了 列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。传统的 8位单片机的性能得到了飞速提高， 处理能力比起 80年代提高了数百倍。目前，高端的 32位单片机 主频 已经超过 300能直追 90年代中期的专用处理器 。 当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的 嵌入式操作系统 被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理 的高端单片机甚 图 至可以直接使用专用的 单片机是把一个 计算机系统集成 到一个芯片上 ， 相当于一个微型的计算机 。 不同的是它的性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是 非常 低的，一般不超过 10元 。 用它来做一些控制不是很复杂的工作足矣。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、 主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机 。 在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用 主要区别。 机发展史 1971年 制出世界上第一个 4位的微处 理器； 司的 霍夫 研制成功世界上第一块 4位微处理器芯片 004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和 微机 时代从此开始。 1971年 11月， 包括 4001 片、 4002 4003移位寄存器 芯片和 4004微处理器 ）其中 4004包含 2300 个 晶体管 ，尺寸规格为 3计算性能远远超过当年的 初售价为 200 美元。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 6 页 1972年 4月，霍夫等人开发出第一个 8 位微处理器 008。由于 8008采用的是 此仍属第一代微处理器。 1973年 位的微处理器 8080； 1973年 8月，霍夫等人研制出8位微处理器 080，以 代了 二代微处理器就此诞生。 主频 2080 芯片运算速度比 8008 快 10倍，可存取 64储器，使用了基于 6微米技术的 6000 个晶体管，处理速度为 。 1975年 4月， 布第一个通用型 800，售价 375美元，带有 1是世界上第一台微型计算机。 1976年 位的单片机，这也是单片机的问世。 976 年开发的 泛用于 微型计算机和工业自动控制设备。当时， 20世纪 80年代初， 列单片机的基础上，推出了 位高档单片机。 I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 导弹 的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 民用豪华轿车的安全保障系统， 录像机 、 摄像机 、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。 片机 的特点 传统单片机有 40 个引脚 。 按引脚功能大致可分为 4个种类：电源、时钟、控制和 I/ 电源： 芯片电源，接 +5V； 地端 。 注：用万用表测试单片机引脚电压一般为 0v，这是标准的 但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于 0西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 7 页 实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在 0v。 时钟： 晶体 振荡电路 反相输入端和输出端。 控制线 ：控制线共有 4根， 址锁存 允许 /片内 程脉冲 来锁存 位地址 内有 引脚输入编程脉冲。 选通信号。 位 /备用电源。 能：复位信号输入端。 备用电源。 外 片内 程电源。 外 内有 加编程电源 I/ 80个 8位并行 I/ 32 个引脚。 于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线） 5. 行输入口 行输出口 部中断 0（低电平有效） 部中断 1（低电平有效） 0 定时计数器 0 1 定时计数器 1 R 外部数据存储器写选通（低电平有效） D 外部数据存储器读选通（低电平有效） 1、单片机集成度高。单片机包括 48031 无）、 128 2个 16 位定时 /计数器 、 4个 8位并行口、全双工串口行口。 2、系统结构简单，使用方便，实现模块化； 3、单片机可靠性高，可工作到 106 107小时无故障； 4、处理功能强，速度快 ； 5、部分单片机具有模数转换功能。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 8 页 作原理 行 单片机是靠 程 序 运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用 美国 50年代开发的 74系列，或者 60年代的 列这些纯硬件来搞定的话， 电路 一定是一块大 是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 作过程 单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程 。 所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作 。 单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统 。 不同种类的单片机，其指令系统亦不同。 为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件 存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被 取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器 含在 。 在开始执行程序时，给后取得每一条要执行的命令， 加量由本条指令长度决定，可能是 1、 2或 3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 9 页 片机的选型 自动控制窗帘中，我们根据前面的规划，所选用 的单片机主要由以下要求。 （ 1） A/D 转换 光线采集中我们用到光敏电阻，也就是说，我们采集到的信息是模拟量。然而事实是，单片机内部只能处理数字量。市场上模数转换的芯片是有的，但是对于初学者而言，接线略显复杂，另外也会给调试带来不良影响。目前单片机价格早已经大众化，带 A/ （ 2）多 I/O 口 我们选用单片机的 I/条数据线直接相连，再加上 4条位选线。仅此就占用 12个 I/。此外还有光线检测口、温度检测口等。经过仔细分析，至少需要 20个通讯接口。因此，多 / （ 3）高速度 像前面描述的那样，点亮数码管我们采用的是动态显示，利用视觉暂留的余辉效应。这就意味着一个点亮指令执行周期如果过长，我们的直接感受就是数码管在闪烁。这种现象是应该尽量避免的。 综合多方面考虑，选定 D/列 片机。 D/列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8部集成 2 路 路高速 10位 A/250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 051 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051。 列工作电压： 53 0 - 35当于普通 8051的 0 420 用程序空间 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62. 280 字节 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 10 页 （ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051传统I/可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏。每个 I/0整个芯片最大不要超过 55 7. 系统可编程） /应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器。可通过串口（ 接下载用户程序，数秒即可完成一片。 9. 看门狗。 用复位电路（外部晶体 12位脚可直接 1 片内有一个低压门槛比较器， 5差为 +/差为 +/部高精度晶体 /时钟，内部 R/温漂为 +/ +/内 )。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/时钟。常温下内部 R/C 振荡器频率为： 片机为： 11 812度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 个 16位定时器。两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器 ,16 位定时器1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，再加上 2路 个 16位定时器。 14. 2个时钟输出口，可由 0 输出时钟，可由 1输出时钟。 ,传统的下降沿中断或 低电平触发中断 ,并新增支持上升沿中断的 可通过寄存器设置到 , 也可通过寄存器设置到 16. 路） /编程计数器阵列 ,2 路） 路 D/个定时器 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 )。 转换 , 10 位精度 8路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25万次 ) 由于 列是高速的 8051，可再用定时器或 19. 列有双串口。后缀有 通过寄存器设置到 通过寄存器设置到 +85 (工业级 ) / 0 - 75 (商业级 ) 综上所述，单片机 。我们选定其作为本系统的核心控制元件！ 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 11 页 章小结 本章通过权衡，确定课题方案。查找相关资料，追溯到单片机的起源，了解了单片机的发展史，领略了它几乎无处不在的应用范围。从引脚、硬件特性、工作原理等入手，比较相关信息，选定了 阅并学习相关资料。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 12 页 第三章 硬件设计方案 统框图 根据上述系统的工作原理，所设计方案如下： M C 采 集 模 块温 度 采 集 模 块显 示 模 块 （ 数 码 管 ） 电 机 驱 动 模 块图 3统硬件框图 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 13 页 统 硬件设计 单片机 最小 系统 ,或者称为最小 应用 系统 ,是指用最少的元件组成的单片机可以工作 的系统 . 图 如图 片机最小系统主要由单片机、复位电路、晶振电路等 （这里略掉 电源到主板的电源连接 ） 组 成。 这里我们重点介绍复位电路和晶振电路。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 14 页 （ 1）复位电路 单片机在启动时都需要复位，以使 系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。 简单地说， 单片机复位电路就好比 电脑 的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的 程序 从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 为确保微机系统中 电路 稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为 5V5% ，即 于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当 过 于 及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 51 系列单片机的复位信号是从 脚输入 到 芯片 内的施密特 触发器 中的。当系统处于正常工作状态时，且 振荡器 稳定后，如果 个机器周 期 (24个振荡周期 )以上，则 可以响应并将系统复位。 复位电路工作原理如右图所示， 电时，电，在 阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后， 满， 阻上电 图 位电路 流降为 0，电压也为 0，使得单片机 进入工作状态 。工作期间，按下 电。 手， 充电，在 阻上出现电压，使得单片 机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。 单片机系统的复位方式有：上电复位 和 手动按钮复位。 上电复位 。 上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给 高电平信号随着 电容的充电过程而逐渐回落，即 的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位， 的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时， 上升时间约为 10振荡器的起振时间取决于振荡频率，如 晶振 频率为 10振时间为 1振频率为 1振时间则为 10的复位电路中，当 然会使 电压迅速下降到 0V 以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全 “l” 态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序 计数器 得不到一个合适的初值，因此， 能会从一个未被定义的位置开始执行程序。 手动按钮复位 。 手动按钮复位需要人为在复位输入端 于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 第 15 页 （ 2）晶振电路 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号