光感太阳能窗帘论文

1、光感太阳能窗帘摘 要:设计该系统应具有一般窗帘的控制功能，即可以通过按钮来手动打开或者关闭窗帘，并在这个基本的功能地前提下。本设计还可以根据需求设计了自动的工作模式，当工作在自动模式时，系统可以根据光照强度自动打开或者关闭窗帘。光线很强或者很暗时，窗帘关闭，当光线一般时，窗帘打开。在设计方案选择及元器件的选用上，本设计本着简单、实用、经济的思想，尽量简化电路使设计更简易且实用，用最简单的电路和选用最经济实用的器件来达到最初的设计要求，体现出更高的性价比。关键词：窗帘 太阳能 单片机 AT89C51Abstract在现今社会的发展中，开发使用新能源、清洁能越来越显得势在必行。因为旧的煤炭、石油等

2、能源越用越少，就要求人们要尽早开发新能源，而在一些旧能源的利用上，由于技术等方面的原因又对环境产生了巨大的侵害。所以清洁能源的利用又显得非常重要。本文介绍了一种小型的风光互补路灯控制器的设计，介绍了对风能、太阳能的利用，这些能源的使用不会对环境造成侵害。本设计以STC89C82单片机为核心，通过一些外设元器件实现了对风能、太阳能转化为电能，再用电能来照明的功能。设计中用到的主要原件有锂电池充电芯片、锂电池、风力发电机、太阳能电池板等等。设计的功能有路灯分为手动或者自动两种工作方式，在手动模式时，用户可以自由开灯或者关灯；在自动模式时系统会自动根据光照强度控制路灯的打开或者关闭。最后经过系统的软

3、件及硬件调试，达到了预期的效果。 The design of the system control functions with general curtain, can through the button to manually open or close the curtains, and the basic functions of the premise. This design also can according to the demand of the automatic working mode design, when working in the automatic mo

4、de, the system can according to the light intensity automatically open or close the curtains. Strong light or dark, the curtain closed, when the light is general, the curtain opened. In the selection of choice and components design scheme, the design of simple, practical, economic thoughts, try to s

5、implify the circuit to make the design more simple and practical, the device with the electric circuit and the selection of the most simple and most economical and practical to meet the requirements of the original design, reflect the price is higher.关键词：路灯控制器，风能，太阳能，单片机，STC89C52Keywords: curtain so

6、lar MCU AT89C511 概述1.1 研究背景 随着现代电子信息化的发展，人们对日常生活质量的追求也在不断提高。一些智能化的产品设计正在悄悄的改变人们工作方式以及生活习惯。在此同时，人们对于自己生活质量也就提出了更高的要求，方便、舒适的生活方式成了人们新的的追求。在现代家庭的生活环境中，居家环境早就已经不仅仅局限在物理的空间上，而人们更为关注的则是一个方便、舒适又安全的生活环境。一些智能化的电子设备或者产品将以前的被动物体转变成人们能够智能操控的工具，这些设备能够提供全方位的信息交换的功能，不仅能够让人们的生活方式更舒适，还能帮助人们合理的安排作息时间，大大增加了居家环境的舒适性、安全

7、性，甚至还能节约各种能源费用。 在智能化设备产品中，单片机的应用已经非常广泛了，单片机以其体积小、耗电省、质量轻、价格低、可靠性高等优点，得到了迅速的发展，并广泛应用于医疗设备、仪器仪表、航天航空领域、家用电器、工业设备的管理及过程控制等领域，包括很多的大中型的电子设备或者一些小型的电子产品中也都用到了单片机进行控制。针对人们对智能化的需求和人们对舒适生活的追求，窗帘自动控制系统的出现改变了传统窗帘的劣势，它可以根据外界光照强度的变化而自动控制窗帘，也可以让人们通过手动来控制窗帘。该系统利用光敏电阻来实现检测光照强度的的功能，单片机通过控制电机的正反转来实现窗帘的来回移动。本设计正是利用 AT

8、89C51 单片机的简单实用性，顺利的完成了对最初设计的要求，并且为智能化的家居设备打下了良好的基础。此外，如果对该系统进行扩展，还可以加上比如防火，防盗等甚至是室内煤气浓度监测等功能，会使该系统更具有实用性，而且也使系统得到了完善。1.2 设计思想及基本功能 该系统设计有一般的窗帘控制系统的基本功能，可以通过按钮手动控制窗帘，本设计还根据需求设计了可以根据光照强度的变化自动控制窗帘的功能，在设计方案的选取以及元器件的采用方面，本着简单、实用、经济的思想，尽量优化电路，用最优化的电路和最经济实用的器件来达到设计之出的要求。 光感自动窗帘控制系统设计具有以下一些基本功能： 1.手动控制：该功能是

9、通过按键进行窗帘的控制，此功能可以使窗帘处于打开或者关闭的任何一种状态； 2.自动控制：系统可以通过光敏电阻来采集光照强度，根据光照强度的变化而自动控制窗帘的打开或者关闭； 2 控制器总体介绍光感太阳能窗帘控制器实物如图2-1所示。图中主控芯片选用的是AT89C51单片机。除此之外，控制器又分为以下一些部分：图中的白色LED代表外控灯，图中间的白色LED旁边的红色的LED为报警输出指示灯。外控灯通过按键控制，当按键接通时灯亮，按键断开时灯灭。图中的相近的两个绿色的LED代表电机的通电方向。他们的亮与灭，反应了电机的正反转。图中的两个蓝色的精密电位器用来调节光照阈值。完成功能在自动状态时当光照强

10、度非常强烈时或者当光照强度很暗时，关闭窗帘；当光照强度一般时，拉开窗帘。在手动状态时，可以通过手动按键打开按键来打开窗帘，或者通过关闭按键来关闭窗帘。在窗帘控制系统的安装中，在窗帘的两端安装两个限位器来自动控制当窗帘到达限定的位置后自动将电机的通路断开。图2-1 光感太阳能窗帘控制器实物图图中的DIP8脚芯片为锂电池充电芯片，此芯片下方的三个不同颜色的LED分别代表着芯片的不同的工作状态。相见后面章节的介绍。单片机左下方的三个按键分别为手动状态下的打开、关闭窗帘按键和单片机的复位按键。按键左侧的短路帽是设置系统的工作方式选择模式开关。可以设置自动或者手动模式。3 系统硬件介绍3.1 AT89C

11、51单片机AT89C51单片机是美国ATMEL公司生产的一款高性能、低电压的CMOS 8位芯片，单片机片内含有4K字节的快速可擦写的只读程序存储器以及128个字节的数据存储器，该芯片是采用高密度和非易失性存储技术生产的，兼容了以往标准的MCS-51产品的指令系统，单片机片内含有通用的8位中央处理器，AT89C51单片机具有不错的性价比以及可靠性和应用性，此单片机可以灵活的应用在各种控制领域之中。AT89C51芯片提供以下一些标准的功能：(1).4K字节的闪存(2).128字节的内部数据存储区(3).32个I/O口线，可以输入或者输出(4).两个16位定时或者计数器(5).一个5向量两级的中断结

12、构(6).一个全双工的串行通信口AT89C51单片机的工作可以降至0HZ的静态的逻辑操作，并且还支持两种可以通过软件来选择的节电工作模式：(1).空闲工作方式:停止CPU的工作，但是允许数据存储器(RAM)、定时或者计数器、串行通信口以及中断系统的继续工作。(2).掉电的方式:保存数据存储器(RAM)中的内容，但是单片机振荡器停止工作并且禁止其它所有部件的工作一直到下一个硬件复位。AT89C51引脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C51引脚图3.2 锂电池智能充放电芯片HT3582D锂电池充电芯片是一款内置基准电压的万能充电器的控制芯片，它具有自动识别电池极性和短路保护以及过温保护等功能。

13、此芯片有如下特点：1.内置基准电压源，空载时会稳压输出，不需要用任何外围元器件来调整空载电压。2.芯片支持普通的三灯模式或者二灯模式及七彩灯模式。3.芯片的最大充电电流：300mA。4.芯片支持对0V电池的充电（电池正接）。 5.当电池快要充满电时会自动切换到恒压充电模式，使电池可以充得更满。6.芯片能自动识别电池的极性。7.芯片具有短路保护功能。8.芯片还有过温保护功能。 9.芯片的集成度高，应用时只需接极少的外围器件即可应用。HT3582D锂电池充电芯片脚位图及说明见表3-1。序号名称描述1BTN电池负极2L3指示灯L3引脚3L2指示灯L2引脚4L1指示灯L1引脚5SW功能选择（接VDD为

14、3灯和2灯模式，接GND为七彩模式）6GND电源负极（地端）7BTP电池正极8VDD电源正极表3-1 HT3582D各个脚位描述HT3582D锂电池充电芯片典型参数见表3-2。（除特殊说明外，所有参数均在室温下直流测得，并以GND 端电位为 0 电位）参数名称参数符号测试条件最小值典型值最大值单位输入电压VDD58V空载电压VoVDD=5V8V4.154.234.30V饱和电压VsVDD=5V8V4.174.254.32V充电电流 ICHARGEVDD=5V, |VBTP-VBTN|=3.6V 300350 （*）mA短路检测VSHORTVDD=5V, |VBTP-VBTN|: 1V0.2V-

15、1-V振荡频率FOSCVDD=5V, |VBTP-VBTN|=3.6V24Hz静电保护ESD人体模型2000V表3-2 HT3582D 典型参数HT3582D锂电池充电芯片的典型应用电路如图3-2所示。图3-2中采用的是三灯充电的模式。如将L3去掉，则为普通二灯模式。图3-2 HT3582D普通3灯应用方案HT3582D锂电池充电芯片的模式选择见表3-3、表3-4、表3-5。三灯模式电源状态电池状态L1L2L3电池检测断开正常接入亮灭灭电池空载接入断开亮灭亮正常充电接入正常接入亮闪灭饱和检测接入正常接入亮灭亮表3-3 HT3582D锂电池充电芯片三等模式二灯模式A电源状态电池状态L1L2PIN

16、2电池检测断开正常接入亮灭悬空电池空载接入断开亮亮悬空正常充电接入正常接入亮闪悬空饱和检测接入正常接入亮亮悬空表3-4 HT3582D锂电池充电芯片二灯模式A二灯模式B电源状态电池状态L1L2PIN2电池检测断开正常接入亮灭接GND电池空载接入断开亮灭接GND正常充电接入正常接入亮闪接GND饱和检测接入正常接入亮灭接GND表3-5 HT3582D锂电池充电芯片二灯模式B在图3-2中，HT3582D芯片如果选用七彩灯应用方案时，如果七彩灯品质不是很好，可以在引脚3与GND之间并联一个2.2uF的电容。如果七彩灯的品质较好这个电容可以不接。HT3582D锂电池充电芯片的功能及状态描述（参考三灯应用

17、电路）见表3-6所示。状态描述电源状态电池状态L1L2L3电池电流|VBTP-VBTN|电池检测断开正常接入亮灭灭2mA(*)(*) <4.10V(*)亮灭灭-2mA(*)(*)4.10V(*)电池空载接入断开亮灭亮04.23V(*)正常充电接入正常接入亮闪灭300mA(*)3.60V(*)饱和检测接入正常接入亮灭亮4mA(*)4.25V(*)表3-6 HT3582D三灯模式状态列表注：(*)此处为负值，表示此时电池向电路放电（为LED供电）(*)表格中所列数据均为典型值HT3582D锂电池充电芯片如果在电源断开的情况下接入了电池，HT3582D 芯片会通过自动的“极性识别”系统对电池进

18、行相应的控制。此时三个LED灯的状态参见表3-6的描述。 电池空载时，当电源连通后而尚未接入电池时，BTP引脚与BTN引脚两端之间的电压差为4.23V（典型值），三个LED灯的状态参见表3-6的描述。正常充电及饱和检测时，当电源连通并且已经接入未满电池（电池电压<4.10V【典型值】)时,电源就已经开始通过HT3582D芯片的控制对锂电池进行智能充电，充电的电流约为300mA（典型值），电池检测到电池两端的电压缓缓升高，并且当电池电压升高到4.23V（典型值）的时候，电池已经接近饱和状态，此时就会自动转入恒压充电模式。在此过程中三个LED灯的状态参见表2-8的描述。当电池电压<4.

19、10V（典型值），才会重新对锂电池进行充电。 短路保护功能，如果在电源接入后发生了电池短路的情况，那么HT3582D芯片的内部“短路保护”系统就会自动将充电电流减小至25mA（典型值）。这个时候如果电池重新以正确的极性接入则仍然可以正常的对锂电池进行充电。过温保护功能，假如充电时芯片结温超过了TO（150典型值），那么芯片内部的“过温保护”系统将会自动将充电电流减小，直到结温下降至TR（120 典型值），芯片才恢复正常的充电状态。3.3 太阳能电池板太阳能电池板本设计选用的是9V/2W的多晶太阳能电池板，规格：135*125mm。本太阳能电池板的标称功率为2W。输出电压/电流为9V约220mA

20、。 工作时间的要求是要有充足的阳光的照耀就可以正常使用，本电池板非存电产品，电量即发即用。 使用寿命：正常情况下，一般可以使用20-25年。 本产品属玻璃工艺，比较重。太阳能电池板的实物如图3-3所示。图3-3 太阳能电池板实物图4 硬件电路实现原理4.1 单片机最小系统本设计选用AT89C51的单片机，单片机的最小系统如图4-1所示。在图中，电容C4为去耦电容，其功能是是为了保证单片机能更稳定的工作。图中的S1、C3及R1构成了复位电路。此单片机是高电平复位，即当按键S1按下时，单片机的RST引脚被拉高，单片机被复位；当按键S1松开后，单片机的RST引脚被下拉电阻R1拉低，单片机开始执行用户

21、程序。电容C3是滤波电容，防止按键S1按下的瞬间，单片机的RST引脚电平信号抖动，影响单片机的工作。在图4-1中，晶振Y1与电容C1、C2构成了单片机的晶体振荡电路。本设计当中的晶振选用的是无源晶振，晶振为12MHz。起振电容选用的是两个33pF的小电容。图 4-1 单片机最小系统4.2 单片机输入输出接口本设计中单片机的外围接口电路如图4-2所示。分别接有可调精密电位器、光敏电阻、LED控制电路及按键电路。图中最左侧一格为外控灯的输入及输出电路，这部分电路的工作原理为按键接通时，灯亮，断开时，灯灭。用到的单片机引脚为P0.6和P2.7。图中由左到右的第二格为备用输出电路，用到的的单片机引脚为

22、P2.5。接下来的第三格为手/自动切换开关和手动模式时的打开或者关闭窗帘的按键，用到的单片机引脚为P1.0，P1.1,P1.2。最后一格为光照阈值的调节电路和电机输出电路，用到的单片机引脚为P2.0，P2.1,P2.2,P2.3。图4-2 单片机外围接口电路4.3 太阳能发电的整流及稳压电路在图4-3中，J101为太阳能电池板接口，其中的脚1接太阳能电池板的正极，脚2接太阳能电池板的负极，D104为防止太阳能电池板的正负极接错的二极管。LM7805为稳压芯片，此芯片的功能为将前端的高于5V的电压稳定在5V的电压。电容C101的功能为滤波电容，主要是去除文波电压。图4-3 交流电整流及稳压电路4

23、.4 锂电池充电电路锂电池充电电路如图4-3所示。关于芯片HT3582D的芯片资料前面已经有过介绍。此芯片的引脚2、3、4都是为接LED准备的，本设计中选择的HT3582D芯片工作模式为3灯的工作模式。芯片的引脚2接的LED为绿色LED，引脚3接的为黄色的LED，引脚4接的为普通的红色LED。其中的两个电容都为滤波电容。图中的J102为锂电池接口端子，此端子脚1接电池正极，脚2接电池负极。这部分的整体电路如图4-4所示。图4-4 系统原理图5 软件方面程序编写5.1 单片机开发环境Keil C51软件是美国的Keil Software公司推出的51系列兼容单片机C语言软件的开发环境，此款软件与

24、汇编相比，因为C语言在可读性、结构性、可维护性以及功能上都是有明显优势的，因此C语言易学易用，它的程序移植非常的灵活。Keil软件提供了包括C的编译器以及宏汇编、连接器和库管理还有一个功能强大的在线仿真调试器等在内的一个整套的开发方案，这些都可以通过一个集成的开发环境（uVision）将所有这些部分组合在一起。使用本软件有如下有点：1.使用Keil C51软件生成的目标代码效率是非常高的，大多数语句经过编译后生成的汇编代码都很紧凑，而且很容易理解。这在开发一些大型软件的时候更能体现出高级语言的优势来。2.它与汇编相比，C语言的开发在可读性、结构性、可维护性以及功能上都有明显的优势，因此它简单易

25、学。如果用户用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会的就会更加深刻。5.2 项目开发过程安装好Keil uVision4后，首先打开软件，软件界面如图3-1所示。进入开发环境后再点击“project”，这时会有下拉菜单，在下拉菜单里选择“new uVision4 project.”，来新建一个工程。接下来会弹出选择工程路径及给工程命名的对话框，这个根据自己的需要设置好就可以。起好工程名后，软件会让用户选择CPU，我们这里选用的是Atmel菜单下的AT89C52这个CPU。这一步做完后，我们的工程就设置好了。图3-1 Keil uVision4软件开发环境接下里需要我们在新建一个“XXX.C”的文

26、件。首先单击“File”菜单，在下拉列表里选择“NEW”，新建后在点击保存按键。让用户选择保存C文件的路径及文件名的对话框。我们根据自己的需要设置好。这时我们的C文件就设置好了。这个C文件最好与刚才设置的工程文件最好在一个目录下。#include <reg51.h> /此文件中定义了51的一些特殊功能寄存器sbit check_light1=P20; / 光照检测1sbit check_light2=P21; / 光照检测2sbit out_motor1=P22; / 电机输出1sbit out_motor2=P23; / 电机输出2sbit check_V=P24; / 检测电池

27、电压sbit alarm_V=P25; / 电池电压报警输出sbit alarm=P26; / 报警输出sbit Auto=P10; / 手/自动切换sbit open=P11; / 手动时，打开窗帘sbit close=P12; / 手动时，关闭窗帘sbit con_lamp_in=P06; / 控制灯按键sbit con_lamp_out=P27; / 控制灯输出void INIT(); /初始化函数申明void MANUAL(); /手动函数申明void AUTO(); /自动函数申明void CHECK_V(); /电池电压检测函数申明void LAMP(); /控制灯函数申明void

28、 DELAY(); /延时函数申明/* 函 数 名 : main* 函数功能 : 主函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*/void main() INIT(); while(1) CHECK_V(); /调用电池电压检测函数 LAMP(); /调用外控灯函数 if (Auto=0) /自动状态时 AUTO(); /自动状态时，调用自动子程序 else/手动状态时 MANUAL(); /手动状态时调用手动子程序 /* 函 数 名 : INIT* 函数功能 : 初始化函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*/void INIT() out_motor1=1; /电机输出1初始化out_mo

29、tor2=1; /电机输出2初始化alarm=1; /报警输出初始化/* 函 数 名 : LAMP* 函数功能 : 控制灯函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*/void LAMP() if (con_lamp_in=0) /如果控制灯按键按下 con_lamp_out=0; /点亮灯 else con_lamp_out=1; /熄灭灯 /* 函 数 名 : MANUAL* 函数功能 : 手动函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*/void MANUAL() if (open=0)&&(close=1) /如果打开按键按下,关闭按键未按下 out_motor1=0; /

30、电机正转，打开窗帘 out_motor2=1; /电机正转 else if (close=0)&&(open=1) /如果关闭按键按下,打开按键未按下 out_motor1=1; /电机反转，关闭窗帘 out_motor2=0;/电机反转 else if (close=1)&&(open=1) /如果关闭按键与打开按键都未按下 out_motor1=1;/电机停止 out_motor2=1;/电机停止 alarm=1;/报警关闭 else if (close=0)&&(open=0) /如果关闭按键与打开按键都被按下 out_motor1=1;/

31、电机停止 out_motor2=1;/电机停止 alarm=0;/报警输出 /* 函 数 名 : AUTO* 函数功能 : 自动函数* 输 入 : 无* 输 出 : 无*/void AUTO() if (check_light1=1)&&(check_light2=1) /如果光照很强 out_motor1=1; /电机反转，关闭窗帘 out_motor2=0; /电机反转 else if (check_light1=0)&&(check_light2=0) /如果光照很暗 out_motor1=1; /电机反转，关闭窗帘 out_motor2=0;/电机反转 else if (check_light1=0)&&(check_light2=1) /如果