【《基于单片机的自动窗帘控制系统设计与实现》15000字（论文）】

图4-2是系统的总体软件开发设计流程。最先进行液晶的初始化设置，接着进入循环扫描处理的过程。系统读取光照强度并传递到1602液晶屏上显示出来，然后就是按键扫描。系统设定一开始运行时默认进入遥控按键模式，在遥控按键模式下，如果检测到遥控按钮或者按键按下去了，则根据按键执行相应的任务。在系统光控模式下，系统可以判断当前的光照强度是否超过了设定的阈值，如果是的话则自动打开窗帘，相反则关闭窗帘。至此就完成了一次循环的过程。遥控按键模式遥控键或者按键3按下则关闭窗帘，按键4按下则开启。光强高于设置阈值则开启窗帘，否则关闭窗帘。光控模式图4-2系统的程序流程图按键扫描并处理结束延时读取光照强度并显示液晶初始化开始遥控按键模式遥控键或者按键3按下则关闭窗帘，按键4按下则开启。光强高于设置阈值则开启窗帘，否则关闭窗帘。光控模式图4-2系统的程序流程图按键扫描并处理结束延时读取光照强度并显示液晶初始化开始4.2.2液晶显示程序设计液晶在开始显示之前，首先要确定一个位置，表示要在液晶屏的哪个位置显示，在完成坐标定位之后就可以开始显示内容了。液晶屏显示是逐位显示的，比如显示“Light”，就会先从第一位的“L”开始显示，逐位完成，直到显示完字母“t”才完成一次显示任务。需要特别说明的是，显示定位不用每个数据都要去定位，比如上述的“Light”，一开始只要对字母“L”进行显示屏的定位，之后显示完一个字母后都会自动跳转到下一个字符所在的位置。本系统的液晶显示流程设计如图4-3所示。图4-3液晶程序设计流程结束否数据是否已显示完毕是显示一个字符定位显示行列坐标开始图4-3液晶程序设计流程结束否数据是否已显示完毕是显示一个字符定位显示行列坐标开始4.2.3光照控制程序设计光照控制是自动窗帘控制系统的重要组成。主要采用光敏电阻作为光照采集器件，搭载AD转换芯片组成光照采集输入信号电路。光敏电阻的电压变化输入到AD转换器，再传递给单片机。为了便于观察比较，系统规定缩小采集到的光照强度数据，使其保持在0-99之间。在光照控制模式下，系统判断采集到的光照强度是否大于预设的阈值（设为40），如果大于则执行窗帘的打开程序，小于则执行窗帘的关闭程序。窗帘的当前运行状态由一个LED灯来指示，打开时LED灯常亮，所以程序用IF语句来判断当前的窗帘处于哪种状态。本系统的光照控制程序流程设计如图4-4所示。是图4-4光照控制程序设计流程结束延时如果窗帘是关闭则保持，是打开则关闭否如果窗帘是打开则保持，是关闭则打开光照是否大于预设值采集光照强度并显示切换到光照控制模式开始是图4-4光照控制程序设计流程结束延时如果窗帘是关闭则保持，是打开则关闭否如果窗帘是打开则保持，是关闭则打开光照是否大于预设值采集光照强度并显示切换到光照控制模式开始光照控制窗帘的开合主要依靠系统判断光照强度是否大于预设的阈值，在程序中设定的阈值为40，在现实日常生活，当光照强度大于40时基本处于早中午时期。此时若是处于光控模式下，系统就会打开窗帘给室内采光，符合实际生活需要。4.3本章小结本章主要是简述本系统的开发软件以及开发流程。包括软件设计的总体框架、液晶显示的开发设计和系统最主要的自动光照控制的开发设计，更直观的了解软件的开发使用过程。5系统调试及数据分析5.1元件的焊接与注意事项图5-1电路板焊接图在考虑系统功能的实现和经过方案论证后，最终决定选取的具体元器件为：核心中枢控制STC89C51单片机芯片、显示数据的LCD1602液晶、固定电路的组成包括12MHz的晶振和电阻电容、控制系统功能的四个弹性小按键、采集光照强度的光敏电阻5516、模数信号转换芯片ADC0832和牵动窗帘开合的动力执行机构28BYJ-48型步进电机等。每个元器件都认真查找文献资料，遇到难以确定其参数的元器件时可以网上查找，了解每个元器件的参数特性。并确定无误后在电路板上组装焊接，系统焊接的电路板如图5-1图5-1电路板焊接图本设计的电路组装采用在洞洞板上焊接的方法，这种方法相对来说较简单熟悉。焊接时要注意以下几点：首先确认焊接工具如电烙铁和焊锡等无故障，因为烙铁工作时温度很高，为防止损坏其他物件，要留有足够的工作空间。且元器件要放在方便拿取的地方，以防出现意外。然后根据电路图对元件进行分立布局。要注意辨别元器件的正负极和方向，若要进行标注，则应在明显的位置以方便后期查看。焊接时遵循四个步骤原则：烙铁预热、上锡、拿开锡线、拿开烙铁。焊接时要尽量做到美观整洁，防止虚焊、假焊等情况发生，否则可能会对元器件造成损伤导致功能失效。由于本设计选用的是洞洞板而不是覆铜板，所以在焊接固定好元件后，要根据电路图焊接导线来连通元件。为了便于焊接查线以及简洁美观，导线统一选择红色线，焊接导线应尽量简洁有序不影响电路的运行，错综杂乱会显得电路变得复杂，给后期调试带来了不便。元器件和导线都焊接完成后，为便于电路调试和排除故障，再仔细检查板子上有无漏焊、虚焊和假焊，导线有无接错、漏接等问题，直至检查没有发现什么问题之后再进行电路功能试验。5.2电路调试5.2.1调试方法与步骤图5-2电路元件布局电路调试是指对系统测试、调整和改进。自动窗帘控制系统在设计过程中的对相关通电电路调试，主要任务是在整个系统的相关电路引脚焊接和元件组装工作全部完成后，再对各模块系统进行一次电路通电调试性能的实时测试。对各应用模块的相关电路设计参数和系统运行工作状态功能进行实时测量，对各个应用模块的相关电路设计参数功能进行不断地优化修正和更新调整，使其能够完全满足本系统的实际设计性能要求。这种调试方法比较简单明了，适合像自动窗帘系统这种不复杂的电路调试。电路元件布局剧本按照系统原理图，液晶位置有所改变，放置在单片机芯片上方覆盖，如图5-2图5-2电路元件布局电路调试的步骤有以下几点：系统在上电前要进行电路检查。焊接完系统电路时不要迫切地急于开始通电,首先一定要仔细地对照系统的工作原理框图和工作电路示意图，认真检查系统各模块电路元件，焊点有无错漏焊，导线有无错接、少接、多接等问题存在。尤其是要仔细检查间距很小的引脚和焊点之间是否接触造成短路，可以用万用表的蜂鸣器来测量元器件和导线的两端引脚，在测量引脚时蜂鸣器响，则说明两焊点接触短路或导线连通，这样可以比较准确无误的发现问题存在。电路上电观察。确认电路焊接组装正确之后开始接入电源供电，基于保护元器件、节省设计成本和减少重复性工序方面考虑，在接通电源后不要急着进行系统功能的测试，防止其烧坏。检查系统是否出现异常，若有就应该马上关电。逐步检测各电路模块电源电压，保障系统运行无误。功能模块测试。电路通电无异常现象后，根据系统设计，对电路各模块逐个进行功能测试，逐一验证系统所要实现的功能。若出现功能错误或冲突，则首先观察对应模块的电路是否存在以上步骤的错误，然后检查单片机源程序是否存在不足，一步步排查可能出现问题的地方，不断改正，直至自动窗帘控制系统的运行安全正常。5.2.2测试结果及数据分析经过不断的发现和改进问题，最终得出符合本自动窗帘控制系统的设计。在电路的测试过程中出现过大大小小的问题，包括元器件焊接不到位不牢固、导线连接错误和系统功能实现不成功等。电路在哪部分出现问题，就要断电重新检查测量，逐步修正。例如，系统通电工作后，测试发现按键不灵敏，按下按键会出现控制无效的情况，断电后检查电路的按键模块，发现按键的导线焊接不到位导致电路不连通，所以信号传达不到单片机，经重新焊接检查后按键功能恢复正常。在设计光照采集电路时，系统的光照采集模块需要通过AD转换器，且采集信号的AD转换器频率必须高于输入信号，通常取3～5倍。对于本设计而言，转换芯片ADC0832的频率远大于光敏电阻5516。，适用于光照信号采集。图5-3微型滑台模型系统在实际环境应用中，会因为环境如光线强度或者人为操作不小心碰到系统电源开关影响系统的运行。而且在运行时，由于设计的局限性，如果单靠电机的正反转来模拟窗帘开合就不能精确的观察到系统运行结果。因此，设计制作了一个微型滑台模型，通过与步进电机输出轴的组装，电机旋转牵动滑台来回运动，实现一个窗帘的开合，直观的看到系统功能的运行结果。外装滑台如图5-3图5-3微型滑台模型在系统中，经过多次改良，初始把电机的圈数设为5圈，但电机转速较慢，所需时间过长，不符合试验的原则。逐步把圈数递减，使步进电机的转圈数与滑台导程相对应，电机转两圈半时，基于滑台与滑动杆的特性，滑台刚好完成一次导程。因此，电机完成一次正反转，滑台也就完成一次来回运动，意味着窗帘也完成了一次开合。输入信号经过采集端到数据处理中心存在延时的现象，导致系统处理的数据不精确而产生一定量的误差，误差量的存在可能会使系统输出结果与预期值有差别。例如，系统控制步进电机旋转的圈数是否能够使窗帘正好完成一次开合，窗帘杆的长度是否足够窗帘运动。所以要对系统进行多次实验更改，采用大数据模式分析，多次更改结构参数观察系统运行结果，不断减小误差。使系统达到预期值。还有，系统的液晶显示屏亮度主要是靠电位器调节的，一开始调整到相对正常的亮度后，过一段时间清晰度再次降低，经过检查，发现系统在前期调节电机运行参数时功耗过大，供电电压不足，中间串接排阻后，液晶显示屏可以正常工作。5.3本章小结本章主要是对设计系统的电路调试与数据分析。包括元器件的测量、根据系统原理图对电路板的焊接及其步骤与注意事项，在焊接完后要对电路不断进行调试和改进，查漏补缺，使其满足系统要求。6总结本文的自动窗帘控制系统通过初步的方案选择、软硬件设计和电路调试等过程完成了此次设计。系统的主要模块包括单片机最小系统、光照信号采集输入电路、遥控控制、按键电路、液晶显示和电机驱动模块等，基本完成了一个自动控制系统的输入与输出。设计系统实现了对自动窗帘的按键、遥控和光照控制功能。在一开始会处于遥控按键模式直接进行控制并采集光照强度在液晶上显示，切换到光照控制，通过与预设阈值比较来决定是否打开窗帘。系统与市场上的其他产品相比有相同之处也有独特的地方，相信对于自动窗帘的发展具有一定的促进作用。但同时，该系统还是有很多地方存在不足，比如电路板的焊接使用的是洞洞板不是覆铜板，使得接线错综杂乱不美观。硬件电路设计也相对简单，虽然要节省设计成本，但使用的元器件也都是一些比较基础的，使得系统的运行效率和性能方面的上限不高，只能说是基本完成了任务书的内容。而且设计的还不够人性化，系统的功能还不够齐全，在以后的工作中，将进一步的进行优化与改良，扩展出更多的功能参考文献刘婷.传感器设计中应用单片机技术的分析[J].数码设计.2017.6(09):85.钟其源,许锦标.探讨智能家居的未来[J].电子界.2016(3):67-69.查珑珑.浅析物联网智能家居发展.[J].科技信息.2012(25):42.63.沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[J].电子工业出版社.2005:20-22.瞿贵荣.电动窗帘红外遥控电路[J].家庭电子.2005.2:35-36.庄渊昭.实用智能窗帘机的设计.现代电子技术[J].2008.3.30-31.郭成林.智能遥控窗帘系统的设计.应用实践[J].2006.6.朱子涵.自动窗帘控制电路的实现.[J].2014.02.01:34-36.李珍,付植桐.单片机原理与应用技术[J].清华大学大学出版社.2004.2:70.郭天祥.新概念51单片机C语言教程.[J].电子工业出版社2009(22):20-100.谭浩强.C程序设计（第三版）[J].北京清华大学出版社.2005.05:30-41.童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2011.11:60-64.孙勇,杨文月,赵字新.自动窗帘控制系统设计微型机与应用[J].2010:23-25.GuoYanhua,WangMingxia.DesignofIntelligentCurtainControllerBasedonSingleChipMicrocomputer[J].InternationalJournalofComputationaland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