【《基于单片机智能窗帘设计》7500字（论文）】

基于单片机智能窗帘设计目录TOC\o"1-3"\h\u21141绪论 213036课题背景及意义 27763国内外发展现状 2208设计思想及基本功能 219823系统总体设计方案 39403方案介绍 323307总体设计要求 326734系统硬件设计 416510单片机最小系统 417428液晶显示模块电路 512463光照强度采集电路 629883温度模块 631532遥控模块 724458电机驱动模块 715631软件设计 828566程序语言及开发环境 830189程序流程图设计 919342硬件组装与调试 102409元器件的选择与测量 1027027元件的焊接与组装 1014872实物测试 1131472结论 14摘要：时代持续不停向前发展的同时，科技也在快速前进着，这使人们的生活发生了翻天覆地的改变，传统窗帘这种略显落后时代的产品已经不能满足人们对现在生活质量的需求。智能窗帘因此应运而出，以STC89C52单片机当作重要的技术核心进行科学设计，整体上采用的是一种半自动控制的方式，其中的各个不同模块彼此之间实现了有序的配合。理论上，本设计通过编程语言驱动各个模块，实现各个模块之间的内部联系，从应用角度用软件进行原理图设计和仿真，本设计主要由光照检测电路（光敏电阻）、红外控制电路、对于温度进行成功检测的电路，以及对于步进电机进行有效驱动的电路，共同组合而成。本系统可以实现通过光照强度、温度高低和红外遥控不同的控制方式实现窗帘开关。这个系统既便宜又方便。关键词：STC89C52；步进电机；光敏电阻；绪论课题背景及意义在这个崭新的世纪里面，社会信息化的脚步越来越快，这让公众在工作方面、生活方面以及通讯方面、信息方面都较之前更加紧密起来。在这个全面推进信息化的社会中，公众不仅在渐渐地转变着自己的生活方式，也在一点一点转变着自己的工作习惯，同时，对于住宅的期待，也脱离了固有的传统概念，无论是社会进步，还是技术方面以及经济方面的疾步推进，都让公众观念发生了极大改变。公众所期待的家居早就脱离了单纯的物理空间，而是期待能拥有更具有安全性的，更具有便利性以及更具有舒适性的令人身心愉悦的居家环境。技术不停地在创新，而产业结构也不停地在调整，这带动了生产工艺以极快的速度不停地发展，公众当前的生活水平已经一升再升，家用电器一步一步地得到了全面普及。而较之前更高的精度、较之前更多的功能以及较之前更低的功耗，已经成为了现代科技不停地向前发展的重要方向。在这样的一种方向引导之下，对于窗帘的设计，当前所遵循的主导方向已是走上了全面实现数字化，甚至实现智能化这样的道路。单片机如今被普及应用在各种各样的电子产品里面。将光控、温控以及红外遥控融合为一体的对于窗帘进行智能控制的系统，如今前景被普遍看好。国内外发展现状智能窗帘作为智能家居的一部分，在发达国家，特别是美国、日本、韩国这些电子产品先进的国家应用都比较普遍，并且非常受欢迎。智能窗帘在中国起步较晚，发展速度比较缓慢。随着技术的不断发展，人们财富的不断增长，用户对智能家居的需求呈现出快速增长的态势，作为智能家居的一部分智能窗帘，随着认识的深化，推广的普及，其发展呈现功能多样化、噪音更低化、产品高档化等趋势。设计思想及基本功能该系统是有普通窗帘控制系统最基本的功能——电钮打开和关闭窗帘，以这种基本功能为前提，本设计为窗帘自动开关建立了光控，温控测量电路同时红外线远程操纵半自动控制也建立了，在选择设计原理和部件时，系统简单实用，根据经济思想将电路开发最小化，作为最简单的布线电路，是最经济、最实用的器件满足设计要求。具有智能化特征的对于窗帘进行有效控制的系统普遍有着如下的基本功能：光照控制：窗帘是自动开启还是自动关闭取决于传感器采集到的光照强度。早晨光强增加到规定值时，由传感器采集，单片机控制电机打开窗帘；当夜间照明强度降低到给定值时，单片机控制电机关闭窗帘。温度控制：对于温度进行有效监控的系统会提前设置出一个温度值来，如果这个系统感受到的温度比提前设置好的温度高或者是比这个值低，那么就可以识别出系统外部的环境处于什么样的温度条件之下，促使单片机根据温度条件的不同来对于步进电机进行操控，使其将窗帘打开或者是将其关闭。红外控制：如果系统所感受到的环境里面的光强要明显地比提前设置好的数值还要更低一些，那么当遥控器被人按下启动键后，就会在红外线的作用下成功地接收到从系统中发出的信号，促使单片机对于步进电机进行操控，使其可以“指挥”窗帘打开或者是关闭。系统总体设计方案方案介绍设计总框图如下图2-1所示。图2-1原理框图总体设计要求对于适用于对窗帘进行有效控制的具有智能化特征的系统来说，其设计方案从整体上来说必须在与设计要求相契合的基础上遵循此原则来进行。讨论了硬件电路实现的可能性和经济实用的设计。立足于功能要求这样一个视角，全面地探讨了各种不同的因素，而后对于相关的自动控制系统进行了整体性的设计。在实现系统框架和总体功能的基础上，最大限度地考虑系统扩展的可能性。对于智能窗帘来说，在它的控制系统里面主要有这样几个模块:光敏控制模块：该模块首先通过光敏电阻因外界光照强度来改变电阻值，输出电压随之改变。已与之前不一样的电压信号这时候就被顺利地送达了转换芯片ADC0832里面，而这个芯片会对模拟量进行有效的转换，使其变成数字量，再将其输入于单片机里面的处理器之中。在处理器的实际操作以及科学处理之下，操纵电机进行相应的转动，以此来实现使窗帘打开或者是使其关闭这样的目的。温度控制模块：该模块就是利用温度传感器DS18B20对于当前室内的实际温度进行有效的监测与采集，然后把温度信号通过单总线传输方式传递至单片机处，如果实际的室温比提前设置好的数值更高或者比它更低，那么电机就会进行正方向或者是反方向转动，相应地带动窗帘执行打开操作或者是执行关闭操作。红外遥控模块:这个模块就是通过遥控器把相关的红外信号发射出去，操作时只需按下上面的相应按键即可，在软件里面，能够自由设置一些可使用户对于电机的实际转向进行任意控制的程序，使其能够操纵窗帘执行打开操作或者是执行关闭操作系统硬件设计单片机最小系统本次设计以STC89C52单片机为核心，该单片机引脚图如下图3-1所示。图3-1STC89C52单片机引脚图图3-2所展示的就是能够使STC89C52进入正常工作状态所用到的系统里面最小的一种，它的构成特别简单，只有三个电路，分别是晶振电路、复位电路、电源电路。晶振电路的功能特征在于晶体振荡器的频率非常稳定，并且通过晶体振荡器和附件电路以固定频率输出振动电路，向系统提供时钟的频率。复位电路的功能是保护性的，复位电路的功能是在一些异常情况下恢复正常工作，例如，当系统被禁用或可能导致机器故障时，使用强制重新启动信号调节器，复位电路使用电阻器电容电路产生高或更高的延迟脉冲由于电阻和电容排放电路不可靠，专用复位回路已被取代。特殊脉冲返回电路的原始状态是标准的方波，这提供了固定的脉冲宽度的时间。电源电路，选用的是5V的USB电源线，对电路进行直接供电，实际使用时可用来对其进行供电的设备主要包括常见的手机充电器，还有电脑上面的USB口，以及充电宝，等等。值得注意的是，除上述三个对于最小系统进行有效构成的电路，这里还有些电路是位于外部的。图3-2单片机最小系统液晶显示模块电路图3-3所展示的是在实际操作时对于液晶模块进行有效连接的电路图，在这个电路中最前面的两个脚是可以使液晶进入正常工作状态的对于电源进行输入的脚，其中脚1与GND互相实现了连接，脚2与VCC互相实现了连接；而脚3则是在经过了一个大小为10K的能起到调节作用的电位器之后被与地端进行了连接，如果对于液晶的工作效果不满意，想要调节其对比度，那么只需对这个电位器进行有效调节就可以了；脚4是液晶的寄存器控制脚；脚5是液晶的读写控制脚；脚6是液晶的使能脚；脚7～脚14，这8位总线对于液晶来说是它的数据线或者是地址线，它们和单片机相连是通过对方的P0口实现的；脚15与脚16对于液晶来说作用就是为其提供背光电源，它们与系统直接相连，其中前者和VCC互相实现了连接，后者和GND互相实现了连接。第4脚是液晶的寄存器控制脚。第5脚是液晶的读写控制脚。第6脚是液晶的使能脚，图3-3液晶模块连接光照强度采集电路这份设计之中所提到的智能窗帘，本身最突出的功能就是在光控的作用下实现自动开关，这就要求能够从其所处的环境里面采集到足够的与光照强度相关的各种数据，这样才可以对这些数据进行准确的计算，并对于窗帘开关进行有效的控制。对于光照强度进行有效的采集的过程里面所用到的工具就是光敏电阻，因为这种电阻可以成功地采集回来的那些与光照强度有关的数据都是一种模拟量，故而必须要用到ADC0832，由它把模拟量转化成数字量，而后再将转化后的数据传递至单片机处，由其作出科学的处理。图3-4所展示的就是这个模块的电路图。图3-4光照强度采集电路温度模块DS18B20作为经常使用的传感器模块，具有体积小、占用主控硬件资源少。芯片拥有较强的对于干扰进行有效抵抗的能力，并且它采集到的数据也会有特别高的精度。温度传感器的接线方便，模块连接只需要用到一个IO口就可以完成环境温度的采集，而且采用不同的封装形式他可以作用在很多场合，应用广泛。DS18B20温度传感器如图3-5所示。这种温度传感器有很多的特点，因为只需要采用一个IO就能实现温度数据的传输，所以在使用上面就有着很好的抗干扰能力。设计简单操作容易上手尽可能的让用户更轻松的去搭建传感器网络。使用不需要再期间的外围有其他器件，测量的分辨率可以由用户自行选择9-12位。根据其特性设计温控检测电路如图3-6所示。图3-5DS18B20温度传感器图3-6温控检测电路遥控模块遥控器使用的具体用法：在以手动模式操作时，只需要按下遥控器面板上的左按键或者是右按键，就能够操纵窗帘，使其打开或者关合。其电路如图3-7所示。图3-7遥控电路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。在步进驱动器成功地收到了相应的脉冲信号时，会立刻对于步进电机进行驱动，使其朝着提前设置好的方向进行转动。想要使角位移量发生改变，只需要对于脉冲个数进行控制就可以了。在这个过程中，为了使电机的实际转速或者是电机的实际加速度发生变化，只需要对于脉冲频率进行有效控制就可以了，就能成功地进行调速。电机驱动电路如图3-8所示。图3-8电机驱动电路软件设计程序语言及开发环境本次设计所用程序语言是C语言。它不仅能够被用来对于工作系统进行有效设计，为其编写实用的应用程序，还能够被用来对应用程序进行设计，为其编写无需对计算机提出与硬件相关的要求就可以使用的应用程序。这种语言被应用于非常多的领域之内，在数据处理方面达到了特别强大的水平，这并非只表现于软件开发方面，甚至于不同的科研种类都一定会使用这种语言，它尤其适合对于系统软件进行有效的编写，以及对于二维图形或者三维图形进行有效的编写，甚至是对于动画进行编写。从它的具体应用来看，可以应用于单片机的设计，或者是对于嵌入式系统进行有效开发，等等许多方面。本次设计开发环境是KeilC51。Keil为我们提供的具体的开发方案具有极高的完整性，从内容方面看，不仅有C编译器、也有宏汇编以及连接器，甚至于还有库管理，以及自身所具有的功能特别超群的仿真调试器，等等。所有这些都被放在一个能够做到集成开发的非常适宜的大环境里面，成功地组合成了一个整体。若在编程的时候你所使用的恰好是C语言，那么Keil可以算得上是你最好的选择，就算是编程时并没有选择C语言，只不过是选了汇编语言，这个软件也会由于自身用起来特别简单便捷的集成环境，以及自身与众不同的对于仿真效果进行有效调试的那些工具，让你的编程效果翻倍。程序流程图设计本系统的软件流程图如图4-1所示，最开始程序初始化，然后进入了一个循环处理的过程。往下就是按键扫描，如果检测到有按键按下去了，则根据不同的按键进行不同的任务处理。然后根据不同的模式，进行不同的窗帘开关控制。如果是红外模式的话，则根据开窗帘键和关窗帘键对窗帘进行开关控制；而如果是光控模式的话，则判断当前光照是否高于设置的控制值，是的话则打开窗帘，相反则关闭窗帘；如果是温控模式的话，则根据设置的温度值对窗帘进行开关控制。至此完成一次循环过程。图4-1主函数流程图硬件组装与调试元器件的选择与测量这份设计所用到的元器件非常多，而最为主要的包括：STC89C52单片机、晶振、电阻、电容、按键、开关、电源座、电机驱动芯片、步进电机、液晶，等等。对于上述元器件来说，它们的引脚，必须在我们对于资料进行了足够认真的查找与阅读，从而掌握了各种元器件所独有的特性之后，才可以执行焊接操作。在对购买回来的元器件执行焊接操作的过程里面，一定要重点确认好其正负极，以及电阻的实际电容，还有芯片引脚排列的前后顺序，等等各种细节之处。通常来说，想要知道电阻大小，方式主要是利用色环进行读取，也可以用万用表去现场测量；要确定元件哪边为正哪边为负，有一个比较直观的原则，那就是长的一端是正，短的一端是负，不过难免会有一些特殊的元件不能用这个方法来确定正负，在这种情况下，可以用查找资料的方式对于它的正负极进行确认。元件的焊接与组装组装电路的过程中一般情况下会用到焊接的方法或者是利用面包板进行有效插接的方法，但是不管用的是哪种，都必须要注意如下问题：在对于元器件进行正式组装之前，必须要尽量将所有的元器件逐一测试一遍，这种做法可以确保将会被组装在一起的每一个元器件都是合格品。对于集成电路进行正式组装的时候，要注意确保方向上完全相同，这种做法能够有利于焊接环节没有发生失误的风险，让布线环节的工作更具合理性。分立元件的过程中，必须要对于每个元器件认真地识别其正反方向。在执行组装操作的过程里面，就必须要关注其极性，因为万一出现失误，会直接导致实验失败。为了使焊接查线这个环节更方便，也为了让后期对于电路进行检查的环节进行得更顺利，应该尽量依照电路里面各种接线所具有的不同功能去选择颜色各不相同的导线。通常情况下，人们都习惯使用红颜色代表连接正电源的线，用蓝颜色代表连接负电源的线，而黑颜色代表的则是地线，黄颜色所代表的是信号线，等等，这样便于区分。不过，我们并不反对全部使用同一个颜色的导线。在具体进行焊接的过程中，在连线方面应该尽最大努力做到足够简洁的排版效果，这样能使连线的时候更方便。还应该注意的是，连线时遇到集成电路芯片，不能对其跨接而过，而是要“绕着走”，从这个芯片的周围通过。还有必须尽最大努力使自己做出的连线互相之间不会发生穿插重叠问题，线从元件上方走这种情况要尽可能地避免。为了让电路可以正常地开展工作，正常地进行调测，全部的地线都要成功地连接起来，从而在它们之间形成一个公共的供大家一起使用的参考点。组装时，用正确的方法去操作，使其布局更具合理性，这样既能够让整个电路看起来更加整齐、更加美观，工作起来更具可靠性，也能够方便后期对其进行仔细的检查、准确的调试，以及对故障进行有效的排除，更理想的是，若在正式组装之前，提前就拟订出一份在组装的过程中可以进行对照参考的示意图，那么实际操作的时候就能够事半功倍了，这样的组装过程一定特别迅速，取得的效果也一定特别好。实物测试实物主要是由液晶显示模块、光敏检测模块、温控模块、遥控模块、电机驱动模块等组成。其实物如图5-1所示。图5-1实物图本设计光敏电阻会对室内的光照强度进行检测，其检测数值如表5-1所示。当检测数值大于设定值电动机正转如图5-2所示，小于设定值时，电动机反转如图5-3所示。表5-1光照强度检测表系统光照强度室内光照强度设定光照强度电机转向545450正方向444450反方向图5-2电机正转图图5-3电机反转图本设计会对室内温度进行检测，其检测数值如表5-2所示。当室内温度大于设定值时电动机正转如图5-4所示，当温度低于设定值时电动机反转如图5-5所示。表5-2温度检测表系统温度值室内温度值设定温度值电机转向2423.622正方向2523.726反方向图5-4电机正转图图5-5电动机反转图本设计通过红外遥控器来控制窗帘的开关。当用遥控器左键时电动机正转如图5-6，用右键时电动机反转如图5-7。图5-6电动机正转图图5-7电动机反转图结论历经数月的努力，我的毕业设计终于完成了。我所选择的《基于单片机的智能窗帘设计》这个题目实际上并非一个新课题，不过在其中真正地体现出了对于系统进行开发设计的全部过程，这已足够让我感觉受益。可以从最初的设计开始，经过复杂的论证过程，再到制板环节、编程环节，及至终于成功地调试完成。实现了这样一个完整的对于整个系统所做的全面的设计，对于我来说，这样的实践机会非常珍贵，非常难得。将学到的理论和具体的实践操作紧紧地联系起来，这个过程可以检验并展示出大学生在实际操作过程中的动手能力。在对于相关资料进行查找的过程，以及对于相关的文献进行收集的过程里面，真正地锻炼了自己的自学能力以及现有的动手能力，使其得到了很大的提升，一改之前在被动状态之下接纳各种知识的情况，变成了如今的积极地去寻求那些自己尚未掌握的知识，从学习方法这