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基于单片机的智能窗帘控制系统设计,基于,单片机,智能,窗帘,控制系统,设计
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12345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA3Date:14-May-2013Sheet of File:C:UserszhangshhengDesktop99seBackup of Backup of Backup of Backup of Backup of 自动窗帘控.DDBDrawn By:OE1GND10LE11VCC20D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q81974LS373D1D2D3D4D5D6D7D8+5IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF+12GND13D114D215REF-16D017D418D519D620D721ALE22ADD C23ADD B24ADD A25IN026IN127IN228ADC0809FND1D2D3D4D5D6D7D856CIRT+5+5123A564B89D1011EASASDSR/W23418AR18C8R19+548657BR20R21Rp+5RgA/D转换和光照检测模块S1S2S3S4COL1S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16COL2COL3COL4ROW1ROW2ROW3ROW4R510KR410KR310KR210K+5键盘模块abcdefgRDPabcdefgDPabcdefgRDPabcdefgDPabcdefgRDPabcdefgDPabcdefgRDPabcdefgDPABCLKA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR974LS164显示模块U3D986D2121374LS04FR6R7+5R8R9U3D986D2121374LS04FR10R11+5R12R13U3D986D2121374LS04FR14R15+5R16R17DRV1DRV2DRV3步进电机模块+5IN12OUT3GNDLM7805CTC4100uFC3100n+5C2100uFC1100nAC220VAC220V电源模块(T2)P1.01(T2EX)P1.12P1.23P1.34P1.45(MOSI)P1.56(MISO)P1.67(SCK)P1.78RST9(RXD)P3.010(TXD)P3.111(INT0)P3.212(INT1)P3.313(T0)P3.414(T1)P3.515(WR)P3.616(RD)P3.717XTAL218XTAL119GND20VCC40P0.0(AD0)39P0.1(AD1)38P0.2(AD2)37P0.3(AD3)36P0.4(AD4)35P0.5(AD5)34P0.6(AD6)33P0.7(AD7)32EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2.7(A15)28P2.6(A14)27P2.5(A13)26P2.4(A12)25P2.2(A10)23P2.1(A9)22P2.3(A11)24P2.0(A8)21AT89C51C630pFC530pF12T6M+5R110KS0COL1COL2COL3COL4ROW1ROW2ROW3ROW4IRTASDSR/WABCLK+5D1D2D3D4D5D6D7D8DRV1DRV2DRV3C710uf单片机模块开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从继续教育学院网站上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 74082005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：1.研究意义随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，人们生活环境极大的改善，人们已经从以前手动的生活方式，转化到如今高效智能的方式，人们对生活的追求也逐渐向舒适，方便，省力，智能的方向发展。声光控制技术，指纹防盗功能，卫星定位技术的发展下，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。窗帘智能控制系统是在我们追求方便的同时，起到一个智能的作用，能够根据环境的变化而变化，能够采取最合理的方式来满足我们家居的需求，做到既方便生活，又能提高品质。它的应用已经不仅仅是一个电气的进步，更是人文关怀的进步。2国内外研究现状智能家居概念的起源很早，在欧洲已经很早就出现了一些智能建筑，知道1984年美国联合客机公司将建筑设备信息化，整合到其他领域，这时候揭开了世界智能家具的序幕。智能的概念已经越来越深入的进入千家万户，市场上智能化产品越来越多，以前的智能手机也已经从高端逐渐向普通化发展，越来越多的普通人已经能够使用，即使这样，智能窗帘目前在国内还是应用甚少，这主要因为智能窗帘还是存在许多技术的问题，不能够更高的使用在生活中，而投入使用的智能窗帘由于其价格昂贵，也只能让许多人望而却步，目前随着控制技术，编程技术的发展，国内由购买外国的产品到能够自主开发，我们能够生产多款plc产品等，硬件平台得到一定程度的提高，同时加上多款软件的开放，给智能环境提供了一个廉价的环境。智能家具开始了其快速的发展，主要经历了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RS-485线、部分基于IP技术进行组网，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IP技术，末端设备基于zigbee等技术，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。智能窗帘作为一种智能技术，近几年来在国内迅速的发展。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Smart Home，也就是现在智能家居的原型。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U-home智能家居示范项目，曾在2008年底让前1000户业主享受到了U-home智能系统带来的便利与舒适。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.要研究或解决的问题窗帘在日常生活中只是用来在夏天遮挡阳光，减少紫外线的设计，在冬天能够祈祷防止室内暖气流出，防止外界冷空气进入的目的，其在一定程度上也能够降低噪声，保护隐私的功能。传统的窗帘都是采用人工安装，通过手动的拉，推式来开启或者关闭窗帘，不能及时的根据外界的阳光强度来调整窗帘，在自动化技术极大发展的今天，急需设计一种窗帘，技能满足生活用途，又能起到自动控制和调节功能。这种方式括无线遥控单元、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。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。2. 研究手段 本文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的变化；89C51单片机作为主控制芯片，控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。3.主要参考文献1 孙利新,王阿川,张 亨,占露瑶. 基于视觉手势识别技术的智能窗帘研究J.微型机与应用,2012.2 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（12）.3 江思敏，胡荣.Protel电路设计教程M.北京:清华大学出版社，2002.4 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术M.北京:高等教育出版社，2001.5 程学先，林珊，程传慧.汇编语言程序设计J.北京:机械工业出版社，2005.6 王建校，杨建国.51系列单片机及C51程序设计J.北京:科学出版社，2002.7 王幸之.AT89系列单片机原理J.北京：北京航空航天大学出版社 20048 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,1998.9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Zigbee技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J.微型机与应用,2010(13).13 孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第4版）M.东南大学出版社，2006.14 王庆，Protel 99 SE&DXP电路设计教程M.电子工业出版社，2008.15 康华光，电子技术基础模拟部分（第4版）M.高等教育出版社,2006 .16 刘军，单片机原理与接口技术M.华东理工大学出版社，2006. 目 录 摘 要1 关键词1 1前 言2 2绪论3 2.1 课题研究背景及意义3 2.2 基本内容安排4 2.3 设计思想及基本功能5 3总体电路设计及其原理说明5 3.1 方案选取5 3.2 系统总体结构设计6 3.2.1系统基本功能7 3.2.2系统总体结构设计7 4硬件分析与设计8 4.1电源电路设计8 4.2 89C51单片机及相关电路9 4.2.1 89C51单片机概述9 4.2.2晶振电路9 4.2.3复位电路10 4.2.4键盘电路11 4.2.5 显示电路12 4.2.6 AD转换电路14 4.2.7光敏传感器17 4.2.8 步进电机18 4.2.9信号校正电路20 5程序分析与设计21 5.1 主程序设计21 5.2 主要子程序设计23 5.2.1 键盘程序设计23 5.2.2 定时程序设计24 5.2.3步进电机程序设计25 6总结26 参考文献27 致谢27 附录28 附图28智能窗帘的自动控制系统设计摘 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AT89C51，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，AT89C51, protel3Design of control system for intelligent curtain based on MCU Abstract：Automatic control belongs to an important branch of electronics and information science, and in the modern home has a good development prospect at present.At present, the daylighting of the family living environment and avoid light problem mainly USES is manually open and close the curtain, manually open and close many aspects not only laborious and inhumane, may cause certain problems for users, curtain control system can solve these problems.In this paper, the design of the control system of automatic curtain and the production process, this paper introduces the design and production need to do a complete curtain control system theory analysis and its production process.Core automatic curtain control system USES a single chip microcomputer AT89C51, then use the light sensor, keyboard display interface circuit and signal conditioning circuit and peripheral circuit, with the cooperation of the whole system in each module can realize semiautomatic control and automatic control, timing control, etc. Composition of automatic curtain control system mainly by the light sensor circuit, system control module circuit, power conversion circuit, motor control circuit, keyboard and display circuit and so on, focuses on the curtain of the design process of the automatic control system, hardware selection and software debugging, etc., through this system can realize the use of light intensity and set a time to control the curtains open and close automatically. Key words：Single-chip microcomputer; automatic control; AT89C51; protel3 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AT89C51 单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2.1 课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Smart Home，也就是现在智能家居的原型。智能家居在WiKi百科中定义如下：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RS-485线、部分基于IP技术进行组网，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IP技术，末端设备基于zigbee等技术，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、LG等知名的智能家居品牌【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IT系统集成商或建筑弱电工程总包商的市场，而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AT89C51，正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。2.2 基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的变化；89C51单片机作为主控制芯片，控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89C51单片机作为控制核心，并且辅助以外围电路，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。2.3 设计思想及基本功能 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3.1 方案选取 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2.1： 声控检测 键盘模块 液晶模块电源模块 89C51温度检测图2.1 方案（一）的原理框图 Figure 2.1 Solution (1) the principle block diagram方案（二）的系统框图如图2.2。 键盘模块 显示模块电源模块 89C51 光照检测图2.2 方案（二）的原理框图Figure2.2 Solution (2) the principle block diagram 方案（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，系统设计采用方案（二）。3.2 总体方案设计 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。3.2.1 系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。3.2.2 系统总体结构设计自动窗帘控制系统设计的总体框图如图2.3所示。A/D转换光敏传感显示模块步进电机键盘模块89C51信号校正图2.3 电动窗帘控制器结构框图Figure 2.3 Electric curtain controller structure diagram 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89C51单片机来控制，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4.1 电源电路设计 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3.1是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LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机【11】。图3.1 电源电路图Figure 3.1 Power supply circuit diagram 三端集成稳压器LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。用LM78LM79系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3.2所示。图3.2 LM7805内部示意图Figure 3.2 LM7805 internal map4.2 89C51单片机及相关电路4.2.1 89C51单片机概述图3.3 AT89C51示意图Figure 3.3 AT89C51 schematic diagram单片机是将中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM或EPROM）、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。AT89C51单片机是低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，片上带有8K Flash 存储器，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：0Hz-24MHz （3） 128*8位内部RAM （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4.2.2晶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3.4是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，CPU的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1.2MHz24MHz之间选取。C5、C6是反馈电容，其值在20pF100pF之间选取，典型值为30pF【16】。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。振荡周期1/12s； 机器周期=1s 指令周期14sXTAL1接外部晶体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端。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HMOS单片机，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XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为12MHz或者11.0592MHz。电容C5和C6可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的2。4.2.3 复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3.4所示的 RC 复位电路及晶振电路可以实现上述基本功能。图3.4 复位电路及晶振电路图Figure 3.4 Reset circuit and a crystal vibration circuit diagram 4.2.4 键盘电路 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；0-9数字键，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3.5所示。图3.5 键盘接口电路Figure 3.5 Keyboard interface circuit4.2.5 显示电路显示电路主要是用于显示时间。采用LED数码管进行显示是因为LED数码管具 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CMOS、ITL电路兼 容。(2)发光响应时间极短(.若确认按下20ms，得到有效键值等待弹起 2. 若不是按下20ms直接结束处理（ret）。 b.若不相同则将标志清零结束处理（ret）。 （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 a.若首次抬起：判断抬起延时时间（20ms）是否到达 1.若延时到则将标志处理结束处理。 2.若延时未到直接结束处理（ret）。 b.若非首次抬起：直接结束处理（ret）。 （2）若没有键被确认：直接结束处理（ret)。5.2.2 定时程序设计 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50ms的信号给单片机后，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4.3是定时程序流程图。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 NYNYNYNY图4.3 定时程序流程图Figure 4.3 Timing program flow chart 5.2.3 步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4.4是步进电机程序流程图正转脉冲反转脉冲完成？完成？开始正转？结束反正NNYY图4.4 步进电机程序流程图Figure 4.4 Stepper motor program flow chart 步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，89C51单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89C51单片机的优势减少了硬件的复杂性，光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.模拟电子技术基础M.高等教育出版社,2003.2 胡汉才，单片机原理及接口技术M.北京:清华大学出版社，2004.3 江思敏，胡荣.Protel电路设计教程M.北京:清华大学出版社，2002.4 李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术M.北京:高等教育出版社，2001.5 程学先，林珊，程传慧.汇编语言程序设计J.北京:机械工业出版社，2005.6 王建校，杨建国.51系列单片机及C51程序设计J.北京:科学出版社，2002.7 王幸之.AT89系列单片机原理J.北京：北京航空航天大学出版社 20048 阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,1998.9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Zigbee技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J.微型机与应用,2010(13).13 孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用（第4版）M.东南大学出版社，2006.14 王庆，Protel 99 SE&DXP电路设计教程M.电子工业出版社，2008.15 康华光，电子技术基础模拟部分（第4版）M.高等教育出版社,2006 .16 刘军，单片机原理与接口技术M.华东理工大学出版社，2006.17 童晓渝，房秉毅，张云勇.物联网智能家居发展分析J.移动通信，2010,6.18周敬. 基于单片机的窗帘智能控制系统设计J. 信息时代,2010.2.致 谢 经过这么长时间的忙碌，毕业设计和论文已经接近尾声。在毕业设计的过程中，由于经验的缺乏以及知识的局限性，难免有许多考虑不周全的地方，在选题，设计等方面，如果没有导师的督促指导，没有同学们的支持和帮助，单独完成这个设计，其中还是有一定难度的。在论文完稿之际，我想借此机会对在完成毕业设计期间关心、帮助、支持和鼓励过我的老师、同学以及朋友们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福！首先我要感谢的是我的导师老师，在完成整个毕业设计的过程中，罗老师给我提供了很大的帮助，在选题、设计以及修改论文的各个环节里罗老师给我指出了很多错误，提出了很多宝贵意见，对于设计中存在的问题也是耐心的回答和指导，让我能够顺利的完成毕业设计。在此谨向罗老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 其次要感谢的是所有在大学四年中教育指导过我的所有老师，你们传授给我的专业知识是我完成本设计的基础，也是日后踏入工作岗位的重要基石，对于老师们一丝不苟，兢兢业业的精神表示衷心的感谢。最后我还要向所有关心和支持我学习的朋友和同学们表示真挚的谢意！感谢你们对我的关心、关注和支持。附录：程序清单附图附录主程序: ML EQU 32H ;ML存放分的个位数MH EQU 33H ;MH存放分的十位数HL EQU 34H ;HL存放小时的个位数HH EQU 35H ;HH存放小时的十位数L0 EQU 36H ;L0L3：显示数据存储器L1 EQU 37HL2 EQU 38HL3 EQU 39HDSPLYP EQU 3AH ;显示数据指针PLYTS EQU 3BH ;显示次数计数器 LPLMOD BIT 39H ;低两位显示方式 HPLMOD BIT 3AH ;高两位显示方式BRIGHT BIT 3BH ;DISPLAY子程序参数TCOUNT EQU 3CH ;时间计数器ADDRES EQU 3DH ;加l子程序参数MAX EQU 3EH ;加l子程序参数IFDEC BIT 20H ;BCD加法子程序参数RMOD EQU 3FH LED4 BIT 30H ;发光管状态位BELL BIT P1.7 WITCH BIT P3.7 FKEY BIT P3.0 ;功能键(S1) MKEY BIT P3.1 ;修改键(S2)WORKIN BIT 38H ;工作状态指示位MAIN: MOV IE,#00H ;关中断 MOV SP,#57H ;设置堆栈指针 MOV PSW,#00H ;选用寄存器组0 MOV TMOD,#11H ;设定中断工作方式为T0和T1 MOV A,56H CJNE A,#0AAH,CSTART ;判断上电复位标志，无标志 转冷启动 MOV A,57H CJNE A,#55H,CSTART ;无标志转冷启动 AJMP HSTART ;有上电复位标志转热启动 NOP NOP CSTART: MOV P1,#0FFH ;冷启动，全面初始化 MOV P3,#0FFH MOV TCON,#00H ;计时停止 MOV TL0,#0B0H ;赋中断T0初值 MOV TH0,#3CH MOV TCOUNT,#0AH ;赋定时器初值 MOV R5,#00H ;R5为一空单元(备用) MOV R4,#00H ;R4为工作模式选择寄存器 MOV ML,#00H MOV MH,#00H ;分 MOV HL,#00H MOV HH,#00H ;时 MOV PLYTS,#64H ;赋显示次数初值为100次 MOV DSPLYP,#L0 ;显示指针指向显存单元 MOV L0,#0AH ;送显示数据“一” MOV L1, #0AH MOV L2,#0AH MOV L3,#04H SETB LED4 ;数码管之间的发光二极管 SETB LPLMOD ;设定显示方式为闪烁 SETB HPLMOD SETB BRIGHT ;允许显示 CLR WORKIN ;清工作标志，待命 AJMP SETUP ;转开始工作 NOP NOPHSTART: MOV SCON,#00H ;有上电标志,热启动,清串行口控制 MOV IP,#00H ;清中断优先控制寄存器 SETB FKEY ;重设按键 SETB MKEY SETB EA ;开中断 AJMP BEGIN ;转向继续工作 NOP NOPSETUP: ETB EA ;开中断MAINl: ACALL DISPLAY ;调用显示 JB FKEY,JUDGE ;按键扫描 ACALL DELAY1 ;延时消抖动 JB FKEY,JUDGE ;无键按下判断是否到点 CLR ET0 ;功能键被按下 CLR TR0 ;暂停计日寸 ACALL MTAB ;调用菜单设置程序BEGIN: SETB WORKIN ;置工作标志位，开始工作 SETB ET0 ;开中断 SETB TR0 ;开始计时 MOV A,R4 ;移入工作模式选择 RL A MOV DPTR,#7F01H JMP A+DPTR ;根据模式转到相应程序段MTAB:AJMP WORKl AJMP WORK2 AJMP WORK3 AJMP WORK4 NOP NOP WORKl: WORK2: CLR WITCH ;工作方式1和2：开继电器 AJMP MAIN2 NOP NOPWORK3: WORK4: SETB WITCH ;工作方式3和4：不开继电器MAIN2: CLR BELL ;ACALL DL05S SETB BELL JUDGE: JNB WORKIN,MAINl ;判断是否在定时之中 JNZ MAINl MOV A,ML ;判断分是否为零 JNZ MAINl MOV A,HH ;判断时是否为零 JNZ MAINl ;若时、分、秒全为零 CLR ET0 ;停止计时 CLR TR0 ACALL KEYI ;调用到点工作子程序 AJMP MAIN ;返回 NOP NOP ORG0100H ROUNT1: MOVA,#N
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