基于51单片机自动光控定时温控窗帘的设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.....................................................1

2设计方案遴选.....................................................1

2.1单片机的选择...............................................1

2.2电机的选择.................................................2

2.3系统框图设计...............................................2

3产品硬件设计.....................................................3

3.1电路原理图及工作原理......................................3

3.2STC89C51RC单片机核心电路设计..............................4

3.3按键电路设计..............................................7

3.4LCD1602液晶显示模块电路..................................7

3.5光照强度采集电路............................................9

3.6电机驱动模块...............................................9

3.7温度模块..................................................10

3.8时钟模块................................................10

4产品软件设计....................................................11

4.1主程序流程图..............................................11

4.2LCD1602液晶显示程序设计...................................12

4.3产品程序清单...............................................12

5产品使用说明....................................................13

5.1产品装配图................................................13

5.2产品调试..................................................14

5.3产品使用说明..............................................14

6、产品设计技术标准...............................................15

参考资料..........................................................16

附录..............................................................17

I

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附录1元器件清单..............................................17

附录2电路原理图..............................................18

附录3PCB设计图..............................................19

附录4产品实物图..............................................20

附录5主程序代码.............................................21

II

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基于51单片机自动光控定时温控窗帘的设计与制作

1产品功能分析

在这个非常发达的21世纪，今天的中国，科技发达，资源流通快速的时

代下，自动控制技术是20世纪一项非常快、影响非常大的技术之一。在每一

天的生活当中，每一方面，都少不了自动控制技术。自动控制技术是通过控制

论的技术实现应用，来完成一些控制任务，以及某一些过程按照预想进行，实

现整个预设的目标。电子计算机技术成熟的快速发展，自动控制技术的水平加

速提高，应用广泛，作用也凸显出重要。

面对家中环境采光以及避光的问题，我选择用自动窗帘控制系统控制，

更加人性化。我综括了自动窗帘系统的设计与控制系统，并且设计制作一个完

整的自动化窗帘控制系统所需要的理论和分析，以及各个环节功能的实现。自

动化窗帘控制系统的核心是采用单片机STC89C51控制。

该产品使用自动窗帘系统硬件电路主要由感光检测电路，时钟电路，电机

控制电路、按键电路、温度检测电路等外围电路构成。使用该设计则主要是描

述了自动窗帘系统的设计过程，硬件电路设计，软件调试过程。通过该系统可

以实现通过温度和光照强度实现窗帘开关自动控制、定时控制、温控控制等不

同的控制方式。

2设计方案遴选

2.1单片机的选择

方案1：利用DSP作为系统控制器。先将要检测的数据输入进去，再接着

定义数据块，分析数据，异常的数据检测，DSP有着对元件值的容限不敏感，

容易受温度、环境等外部因素影响着，。但DSP硬件电路比较复杂，且价格较

贵，数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。

方案2：使用单片机作为系统控制器。单片机拥有的可靠性非常高、并且

性价比也非常高、电压低、功耗低，而且单片机算术运算功能非常强大，利用

软件编程灵活自由，用软件编程来实现各种逻辑功能，自己本身带有定时器、

计数器，使用他来定时和计数，其功耗低，体积小，成本低等优点。

基于以上分析，拟定方案2，用STC89C51单片机作为控制器

1

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2.2电机的选择

方案1：采用直流电机来带动窗帘运动实现开合。该方案的优点是电机转

速能达到很高，从而实现窗帘的快速开合。其缺点就是电机速度过高时，给出

停转信号后，会由于惯性导致继续转动，窗帘也跟随继续运动，很可能会对窗

帘框架造成损害；速度过低，则可能会导致电机不能克服阻力，从而不能带动

窗帘运动。

方案2：采用步进电机作为来带动窗帘运动实现开合。该方案的优点是给出

停转信号后，会立刻停转，不会对窗帘框架造成损害，并且其扭矩比直流电机

大，更加方便带动窗帘运动；其缺点是价格就是比直流电机稍贵一些。

综上所述，选择方案二作为系统的实施方式，来带动窗帘运动实现窗帘的

开合

2.3系统框图设计

系统框图如图所示：

图1系统框图

2

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3产品硬件设计

3.1电路原理图及工作原理

1、电路原理图

图2电路原理图

2、电路工作原理

该产品使用STC89C51单片机作为核心器件，产品最小系统由三个部分组

成，晶振电路部分、复位电路部分、电源电路等三个部分组成。单片机的最小

系统围绕着展开。之中包括，显示设备使用1602液晶显示，可以同时实现年、

多少月、多少日、几点、几分、控制模式、光照强度等这些基本信息；时钟模

块采用DS1302芯片，打开之后，开始运行计算时间，单片机只需读取时间即可；

3

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光照检测电路使用光敏电阻和模数转换芯片ADC0832，将数字化并显示出来；窗

帘使用步进电机来代替模拟，再用了一个LED灯用来显示窗帘的开关状态；本

产品设计还有5个按键作为操作的输入设备，可以对现在时间进行调整设置和

设置窗帘开关时间和光控阈值等；最后是使用供电的USB5V进行供电。

3.2STC89C51RC单片机核心电路设计

该产品使用的STC89C51是一个电压低，性能高的CMOS8位单片机，

片里面包含8kbytes的可以反复擦写的Flash程序存储器和256bytes的

随机存取数据存储器，使用三部分组成，第一部分采用晶振电路，高效快捷，

其中包括2个30pF的电容C2和C3，以及12M的晶振X1。电容的作用在这

里是起振作用，帮助晶振来更加容易的起振，第二部分由复位电路构成再加

上电源部分一起三部分可以适应本产品的不同需求。

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

图3STC89C51核心电路原理图

4

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

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图4STC89C51RC单片机实物图

（3）单片机的引脚功能

MCS-51系列单片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺

制造，其外部引脚排列如图3-2所示。其中，各引脚的功能为:

140

P10VCC

239

P11P00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEA

1130

P31/TXDALE

1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

1625

P36/WRP24

1724

P37/RDP23

1823

XTAL2P22

1922

XTAL1P21

2021

GNDP20

图5STC89C51引脚图

①主电源引脚

VCC（40脚），接＋5V电源正端；

GND（20脚），接＋5V电源地端；

②外接晶体或外部振荡器引脚

XTAL1（19脚），接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相

放大器的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。

XTAL2（18脚），接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输

5

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出端和内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器

的输出端。

③控制信号线

RESET（9脚），复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入

端。

ALE（30脚），地址锁存允许/编程脉冲输入，用ALE锁存从P0口输出的

低8位地址。在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。

PSEN（29脚），外部程序存储器读选通信号，低电平有效。

EA（31脚）,访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访

问内部存储器；低电平时，访问外部存储器。

④多功能I/O口引脚

8051单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O

口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：

P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱

动8个LSTTL门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，

对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：

先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信

号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。

P1口（1～8脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。

用作输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为

输入或输出线。

P2口（21～28）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。

可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口

一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。

P3口（10～17脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电

路。双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，

其特殊用途如表3.2.4所示：

（表3.2.4）P3口第二用途

端口引脚第二功能注释

P3.0RXD串行口数据接收端

P3.1TXD串行口数据发送端

P3.2/INT0外中断请求0

P3.3/INT1外中断请求1

P3.4T0定时/计数器0外部计数信号输入

6

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P3.5T1定时/计数器1外部计数信号输入

P3.6/WR外部RAM写选通信号输出

P3.7/RD外部RAM读选通信号输出

3.3按键电路设计

设计的产品中利用的按键数量比较少，只用了5个按键，分别是“模式切

换”、“设置时间”、“设置阈值”、“减”、“加”，只能使用了独立键盘的方式。按

键的连接图6所示：K1

KEY1

K2

KEY2

K3

KEY3

K4

KEY4

K5

KEY5

GND

图6按键原理图

3.4LCD1602液晶显示模块电路

我产品使用的液晶显示屏LCD1602这一款显示屏，我觉得该显示屏，

屏幕清晰，内置芯片也是比较很好的芯片，并且可以显示两行字符，每一行可

以显示有16个字符，是一款非常好的显示屏。

液晶显示模块的电路引脚如表3.4所示：

表3.41602液晶引脚表格说明

编号符号引脚说明编号符号引脚说明

1VSS电源地9D2数据

2VDD电源正极10D3数据

3VL液晶显示偏压11D4数据

4RS数据/命令选择12D5数据

7

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5R/W读/写选择13D6数据

6E使能信号14D7数据

7D0数据15BLA背光源正极

8D1数据16BLK背光源负极

GND

LCD1

1

VSS

2

VCCVCC

3

VO

4RS

RS

5RW

RW

6ENR2

LEN

C7D0103

D0

D8D1

D1

9D2

1D2

610D3

D3

011D4

2D4

12D5

D5GND

13D6

D6

14D7

D7

15

AVCC

16

K

1602

GND

图7液晶模块电路图

图8LCD1602液晶显示屏实物图

8

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3.5光照强度采集电路

该设计的智能窗帘有光控自动开关的功能，因此必须采集环境中的光照

强度，以便进行光照强度的计算来控制窗帘的开关。光照强度采集使用的方案

是光敏电阻，由于光敏电阻采集到的是光照强度的模拟量，因此使用ADC0832

将光照模拟量转为数字量再传给单片机进行处理。该模块的电路图如图9所示。

图9光照采集电路

3.6电机驱动模块

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲

数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步

进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定

的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准

确定位的目的。

电机驱动电路如图10所示

9

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图10电机驱动电路图

3.7温度模块

主要是通过DS18B20温度传感器检测温度，根据阀值进行开关窗。

3.8时钟模块

本时钟模块使用时钟芯片DS1302，DS1302模块的电路图如图3-9所示，

第1脚和第4脚分别接到了电路的VCC和GND，这2个脚是芯片工作的电源输入

脚。第8脚接了一个3V的纽扣电池作为时钟芯片的后备电池，可以保证断掉主

电源后时钟继续行走。第2和第3脚接了一个32.768K的晶振给芯片提供时钟

脉冲，最后，第5、6、7依次连接到单片机的IO口，进行数据的传输。

BT1

GND

Battery

VCC

U2DS1302

18

VCC2VCC1

X227SCLK

X1SCLK

36IO

X2IO

32.768K45RST

GNDRST

GND

图11时钟模块原理图

10

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4产品软件设计

本产品使用C语言，KELL编译环境，拥有4种模式组成，分别是定时模

式，手动模式，温控模式，光控模式来组成的整体程序

4.1主程序流程图

开始

液晶初始化

时钟芯片初始化

读取时间信息并显示

读取光照强度并显示

按键扫描并处理

定时模式手动模式温控模式光控模式

根据设置的按键4按下温度高于设光线高于设

开启时间和则关闭窗置的阈值则置的阈值则

关闭时间来帘，按键5开启窗帘，开启窗帘，

控制窗帘按下则开启否则关闭窗否则关闭窗

窗帘帘帘

延时

结束

图12主函数流程图

11

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4.2LCD1602液晶显示程序设计

液晶显示开始之前，先会确定一个位置在哪里显示，然后开始显示坐标

内容，按照个-十-百-千的方向由右到左的方式进行显示，只用刚开始的时候完

成一次位置的定位，后面的全部显示完成一个字符，就会直接跳到下一个位置

的，不需要每个字符都定位一次。

开始

定位行列坐标

显示一个字符

否数据显

示完？

是

结束

图13液晶显示流程图

4.3产品程序清单

Reg52.h

主程序

初始化main

LNTRINS.

H

图14产品程序清单