直流电机控制——自动窗帘设计

1、单片机控制技术项目：电动机控制自动窗帘设计123项目任务描述 跟我学知识 系统硬件电路设计 目 录4 控制程序设计5 系统调试、系统仿真一、项目任务描述（一）任务要求l 自动窗帘模拟控制要求： 1、天亮时，该电路自动控制电机使窗帘卷起或拉开；2、天黑时，该电路自动控制电机使窗帘落下或拉拢；3、要求设置两个手动按钮，一个控制窗帘卷起，一个控制窗帘落下， 此时的操作不受光控影响。l 学习要点： 1、掌握直流电机的工作原理，利用PWM脉冲控制直流电机的转动速度。2、如何模拟白天与黑夜？用光敏电阻！一、项目任务描述（二）任务分解系统仿真、调试系统仿真、调试 PWM控制程序设计控制程序设计系统硬件电路设

2、计系统硬件电路设计 跟我学（光敏电阻、直流电动机及驱动）跟我学（光敏电阻、直流电动机及驱动）学习学习步骤步骤4 4学习学习步骤步骤3 3学习学习步骤步骤2 2学习步骤学习步骤1 1图图1 1 项目任务分解及学习步骤项目任务分解及学习步骤l 项目任务分解见图1。二、跟我学知识（一）光敏电阻l 光电传感器： 光电传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有光电管、光敏电阻、光敏三极管、红外线传感器、光纤式传感器等。最简单的光电传感器就是光敏电阻。l 光敏电阻的工作原理：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。光敏电阻在黑暗的环境里，其电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，

3、则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对，增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。二、跟我学知识l 电路中特性：光敏电阻所受到的光照愈强，阻值愈低。当入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻元件，使用时可加直流电压，也可使用交流电压。在光敏电阻两端的金属电极上加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流会随着光强而变大，从而实现光电转换。光敏电阻的特性是光照强，电阻值小；光照弱，电阻值大，见图2 、图3。图图2 2 光

4、敏电阻工作原理光敏电阻工作原理二、跟我学知识图图3 3 光敏电阻光敏电阻（二）直流电机及其常用H型桥式驱动二、跟我学知识l 直流电机： 外形见图4图图4 4 直流电机直流电机l H型桥式驱动：由于单片机的I/O端口驱动能力有限，所以往往不能提供足够大功率去驱动直流电机，必须要外加驱动电路。常用驱动电路有H桥驱动电路，驱动直流电机只要用一组H桥电路，而驱动步进电机需要同时使用两组H桥驱动电路。图图5 H5 H型电机驱动电路型电机驱动电路l 内置PWM模块：随着大规模集成电路的发展，很多单片机都有内置PWM模块，因此，单片机的PWM控制技术可以用内置PWM模块实现，也可以用单片机的软件模拟实现，还

5、可以通过控制外置硬件电路来实现。l 软件模拟法：51单片机内部没有PWM模块，因此本设计采用软件模拟法，利用单片机的I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM波输出，方法简单实用，缺点是占用CPU大量时间。 本设计采用PWM技术，是一种周期一定而高低电平可调的方波信号。当输出脉冲的频率一定时，输出脉冲的占空比越大，其高电平持续的时间越长。二、跟我学知识（三）PWM脉宽调制PWM脉宽调制中，正脉冲脉宽调制中，正脉冲的时间与脉冲周期的比值。的时间与脉冲周期的比值。 三、系统硬件电路设计 （一）光敏电阻输入电路 l 利用51单片机P0口的引脚P0.0作为光敏电阻部分电路的输入端，如图

6、6所示。l 当无光照（光敏电阻阻值较大）时，三极管饱和导通， P0.0 引脚为低电平；l 当有光照（光敏电阻阻值较小）时，三极管截止， P0.0 引脚为高电平。图图6 6 自动窗帘控制系统硬件电路图自动窗帘控制系统硬件电路图51单片机单片机P0.0 三、系统硬件电路设计 l 直流电机采用H桥式控制电路，若电机正转，表示窗帘自动闭合，反之表示窗帘自动打开。l 电动机转速由单片机的 P3.0和P3.1控制， P3.0和P3.1产生两个PWM脉宽调制波，周期2s，高电平持续时间为1s,占空比为0.5，由单片机的定时器T1定时来实现。l 定时器T1定时时间1s，工作方式1，初始值设置为50ms，循环2

7、0次。图图6 6 自动窗帘控制系统硬件电路图自动窗帘控制系统硬件电路图51单片机单片机P0.0（二）直流电机输出电路 （三）自动窗帘模拟控制设计电路器件清单表表1 1 自动窗帘控制自动窗帘控制设计设计电路器件清单电路器件清单三、系统硬件电路设计 元件名称元件名称参数参数数量数量元件名称元件名称参数参数数量数量单片机单片机STC90C511开发板开发板提供电源和提供电源和程序程序ISPISP下载下载1晶体振荡器晶体振荡器12MHz1面包板面包板/ /万能板万能板1瓷片电容瓷片电容30pF2电动机电动机1电解电容电解电容22F1三极管三极管8050/90134/1按键按键非自锁非自锁1电阻电阻20

8、0 k1电阻电阻10k1电阻电阻4.7 k1ICIC插座插座DIP401电位器电位器50k1光敏电阻光敏电阻1电阻电阻20 k1插接线插接线两头带插针用两头带插针用于面包板插接于面包板插接若干若干 四、控制程序设计l 问题1：由单片机的定时器T1定时来实现PWM脉宽调制，首先使定时器T1定时时间1s，工作方式1，初始值设置为50ms，循环20次。T1定时1s子函数设计为delay1s函数。（一）PWM脉宽 调制子程序/函数名：delay1s/功能：采用定时器1、方式1实现1s延时，晶振频率12MHz/形式参数：无 /返回值：无void delay1s() unsigned char i; TM

9、OD=0 x10; /设置定时器1工作于方式1 for(i=0;i0 x14;i+) /设置20次循环次数 TH1=0 x3c;/设置定时器初值为3CB0H TL1=0 xb0; TR1=1; /启动T1 while(!TF1); /查询定时50ms时间到，TF1=1 TF1=0; /50ms定时时间到，将T1溢出标志位TF1清零 四、控制程序设计l 问题2：根据PWM脉宽调制原理，要产生占空比0.5的调制波，首先使单片机P3.0引脚为高电平，定时1s；再使单片机P3.1引脚为低电平，定时1s。同时，可以利用for循环语句，控制PWM脉宽调制波形的时间。其子函数为pwm1。void pwm1(

10、 ) /窗帘闭合子函数 unsigned char i; /定 义无符号字符型变量i for(i=0;i10;i+) /设窗帘打开的时间为20s down=0; /确保窗帘不闭合, P31 up=1; /产生PWM脉宽调制波形 ,P30 delay1s( ); up=0; delay1s( ); up=0;/程序：ex8_1.c 功能：自动窗帘设计程序#includesbit flag=P00; /光敏电阻输入，无光照为低电平，sbit up=P30;sbit down=P31;unsigned char t0;unsigned int k;void delay1s( ) ;void pwm1

11、( );void pwm2( );void main( ) while(1) /不断检测（二）自动窗帘控制程序四、控制程序设计 if(flag=0) /若P0.0=0,表示晚上，窗帘闭合 pwm1( ); /调用PWM波形控制电机转速 for(k=0;k50;k+) /窗帘闭合时间到，电机停止， delay1s( ); else /若P0.0=1,表示白天，窗帘打开 pwm2( ); /调用PWM波形控制电机转速 for(k=0;k50;k+) /窗帘打开时间到，电机停止 delay1s( ); 四、控制程序设计/函数功能：窗帘打开void pwm2( ) unsigned char j; /

12、定义无符号字符型变量j for(j=0;j10;j+) /设窗帘闭合时间为20s up=0; /确保窗帘不打开 down=1; /产生PWM脉宽调制波形 delay1s( ); down=0; delay1s( ); down=0;四、控制程序设计 五、项目调试、系统仿真（一）动手做采用面包板电路搭建方法：下载程序，上电调试面包板上电路搭建、电路检查 程序编译、链接，生成目标代码Step 1Step 2Step 3项目预期控制效果 五、项目调试、系统仿真（二）动手做：Proteus仿真l 从Proteus中选取如下元器件： (1) AT89C51，单片机；（2）RES，电阻；（3）CAP、CAP-ELEC，电容、电解电容；（4）MOTOR，电机；（5）CRYSTAL，晶振；（6）BUTTON，按键；（7）2N5550，三极管；（8）TORCH-LDR，光敏电阻；（9）POT-HG，电位器。u放置元器件、电源和地，设置参数，连线，最后进行电气规则检查，将目标代码文件ex8_1.hex加载到AT89C51单片机中，电路仿真效果如图7所示。 五、项目调试、系统仿真图图7 7 自动窗帘控制的自