智能窗簾控制系統(tǒng)設計報告.doc

精品文檔嵌入式系統(tǒng)設計大賽智能窗簾控制系統(tǒng)Intelligent curtain control system 設 計 報 告參賽學校：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX作 者：XXXXXXXX指導教師：XXXXXX1歡迎下載。摘要隨著科技的發(fā)展，智能家居已逐漸進入人們的生活中。本設計介紹基于STC89C52單片機控制的智能窗簾系統(tǒng)，它采用了紅外遙控技術(shù)，實現(xiàn)在室內(nèi)任何地方，只要輕按遙控器，窗簾就會隨心所欲的打開或關(guān)閉。為了使窗簾系統(tǒng)更加智能化，在設計中還加入了光控和自動定時控制，可以根據(jù)光強或用戶定時，開啟或關(guān)閉窗簾，讓該設計更加人性化。關(guān)鍵詞：智能窗簾、光控、單片機AbstractWith the development of technology, intelligent domestic living has been gradually coming into life. Describes the design of intelligent control based on single chip curtain system, which uses an infrared remote control technology, anywhere in the room, as long as the touch of the remote control, curtain will open or close the arbitrary. To make the system more intelligent curtain, also joined in the design of light control and automatic timing control, based on light intensity or the user time, and open or close the curtains, so the design is more humane.Key Words：Smart Home、Light Control、MCU目錄摘要1第一章 緒論31.1 智能家居概述及發(fā)展31.2 本課題的內(nèi)容和目標3 第二章 系統(tǒng)總體設計42.1 智能窗簾系統(tǒng)的功能特點42.1.1 遙控控制42.1.2 定時控制42.1.3 光感控制42.2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖52.3 系統(tǒng)平臺5第三章 智能窗簾系統(tǒng)硬件部分63.1 步進電機硬件部分63.2 串口RS232硬件部分73.3 定時模塊硬件部分83.4 液晶顯示模塊硬件部分93.5 光敏模塊硬件部分113.6 溫度傳感器硬件部分11第四章 系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊的軟件設計134.1 步進電機134.2 紅外遙控部分134.3 串口RS232部分144.4 光敏感應模塊154.5 溫度感應模塊15第五章 功能與指標175.1 系統(tǒng)功能和指標17第六章 本設計特色18第七章 結(jié)論與展望19參考文獻2021歡迎下載21歡迎下載。第一章 緒論隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)水平的提高，特別是計算機技術(shù)，通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們的生活習慣，提高了人們的生活質(zhì)量，智能家居在這種形勢下應運而生。1.1 智能窗簾概述及發(fā)展在現(xiàn)代生活中，窗簾再不僅僅只起到遮擋光線的簡單的作用。它在整體家居中的裝飾作用越來越突出。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，居民因遷入新居而購買窗簾布藝產(chǎn)品平均每單花費在4000元以上，且不乏一次花費在2萬元以上者。因此，以遷入新居或裝修后進行家用紡織品消費為特征的消費需求增長，成為家用紡織品消費的主流，明顯地表現(xiàn)為剛性需求的增長。另外，隨著人們對居住環(huán)境的要求不斷地提高，智能化的家居產(chǎn)品在人們的生活中將會逐漸被認識和采納，智能窗簾也正以其強大的人性化功能、驚人的發(fā)展速度以及巨大的市場前景嶄露頭角。然而，縱觀目前國內(nèi)智能窗簾市場，一方面，它的價格只有少數(shù)的人能承受的起，離普通大眾相去甚遠，而這過高的價格制約了它的發(fā)展。另一方面，智能窗簾的智能化程度還不高，有的甚至只有遙控功能也稱作是智能窗簾，因此智能窗簾市場良莠不齊。針對這種現(xiàn)象，本設計通過創(chuàng)新，給窗簾增加了定時控制和光感控制，讓窗簾顯得更加智能化。在成本方面，采用一些價格相對便宜的器件，來實現(xiàn)這個復雜的系統(tǒng)。因此本設計具有很強的現(xiàn)實意義。1.2 本課題的內(nèi)容和目標本課題抓住“智能家居”這一理念，在設計中力求人性化的智能控制，給用戶帶來最佳的體驗。本設計以單片機為控制核心，一方面以接收遙控器發(fā)來的紅外線，手動控制窗簾，另一方面，采用了光敏元件和溫度傳感器，根據(jù)光強溫度的變化，實現(xiàn)對窗簾的智能化控制。同時，本設計還增加了另一種控制模式自動定時控制，可以給窗簾設定開關(guān)時間，讓用戶擁有更好的體驗。第二章 系統(tǒng)總體設計通過分析功能，本設計的系統(tǒng)模塊如圖2-1所示:圖2-1系統(tǒng)各部分模塊智能窗簾控制系統(tǒng)的各個模塊遙控模塊溫度控制模塊定時控制模塊光敏控制模塊電機控制模塊2.1 智能窗簾系統(tǒng)的功能特點本智能窗簾系統(tǒng)的具有以下幾個功能特點：2.1.1 遙控控制作為一款智能型的窗簾，它仍然具有原始的按鍵控制功能，可以通過遙控按鍵來控制窗簾的開啟和關(guān)閉。2.1.2 定時控制定時控制是窗簾稍微具有智能化的一個體現(xiàn)。通過設定窗簾開啟和關(guān)閉的時間間隔，可以讓窗簾在某個時間自動開啟或關(guān)閉。2.1.3 光感控制光感控制可以說是最能體現(xiàn)本設計智能化的一個地方，通過光敏和溫度傳感器，實時監(jiān)測外界的光感和溫度，從來讓窗簾根據(jù)設定的值，自動開啟或者關(guān)閉。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示： 按鍵控制模塊單片機STC89C52(1)(1)單片機STC89C52 (2)電機模塊1602LCD顯示模塊串口RS232光敏感應模塊溫度感應模塊窗簾定時模塊圖2-2系統(tǒng)設計系統(tǒng)主控制器采用兩塊STC89C52型號單片機來實現(xiàn)對輸入信號的采集、顯示以及對窗簾設備的控制，主控制器1主要完成遙控紅外信號的接收，對電機的控制，以及對窗簾設置定時開啟或關(guān)閉。主控制器2主要完成溫度和光照強度的采集，然后通過RS232串口傳送給主控制器1，主控制器1對接收到的溫度和光照強度數(shù)據(jù)進行處理，控制電機動作，從而實現(xiàn)對窗簾的控制。另外，主控制器2還將采集到的溫度和光照強度在1602 LCD液晶顯示器上顯示出來。以上系統(tǒng)中用到的各個元件的型號：單片機的型號是STC89C52、步進電機：M35SP -7N、LCD液晶顯示器：1602、溫度傳感器：DS18B202.3系統(tǒng)平臺操作系統(tǒng)平臺：Windows XP；編程軟件：Keil uVision3；燒錄軟件：PZ-ISP以及STC-ISP。 第三章 智能窗簾系統(tǒng)硬件部分3.1 步進電機硬件部分步進電機采用的型號為M35SP-7NP，其基本結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，如圖3-1：圖3-1: 步進電機的基本結(jié)構(gòu)它的控制電路圖如圖3-2所示。圖3-2: 步進電機控制電路圖步進電機的轉(zhuǎn)動是通過軟件來實現(xiàn)的，每次給步進電機一個值，讓它步進一個角度，這樣它就可以連續(xù)不停的轉(zhuǎn)動，從而帶動窗簾的開關(guān)。具體實現(xiàn)流程將在軟件設計部分給出。3.2 串口RS232硬件部分UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)，也可稱為通用異步串行口 ，這是微控制器里常用的通信方式。RS-232C是一種串行口的通信接口，在RS-232C里，傳輸?shù)臏饰惶嵘箓鬏斁嚯x增加、抗噪聲能力提高，它是微型計算機常見的接口。串行式數(shù)據(jù)傳輸里，有單工及雙工之分，單工就是一條線只能有一種用途，例如輸出線就只能發(fā)送數(shù)據(jù)、輸入線就只能接收數(shù)據(jù)。而雙工就是在同一條在線，可接收數(shù)據(jù)，也可發(fā)送數(shù)據(jù)。 通常在傳輸數(shù)據(jù)之前，先要解決兩個單片機的速率匹配問題。通常以每秒傳輸多少位(bit per second，簡稱bps)表示串行式數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，若每個傳輸單元為1 bit時，又稱為波特率(baud rate)。 波特率的設置見圖3-3：fOSC波特率611.059212161100xf9-0x57-0xee-0x3f3000xfd-0x8f0xfb-0x800xfb-0x1e0xf9-0x7d6000xfe-0xc80xfd-0xc00xfd-0x8f0xfc-0xbf12000xff-0x640xfe-0xe00xfe-0xc80xfe-0x5f24000xff-0xb20xff-0x700xff-0x640xff-0x3048000xff-0xd90xff-0xb80xff-0xb20xff-0x989600-0xff-0xdc0xff-0xd90xff-0xcc19200-0xff-0xee-0xff-0xe638400-0xff-0xf7 0xff-0xf376800-0xff-0xfa- 圖3-3: 波特率設置表在8052里，若要通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把8位數(shù)據(jù)放入串行緩沖器(SBUF)即可，8052就會幫我們把這些數(shù)據(jù)，一位一位送出去。同理，接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)先被收集在串行緩沖器里，當8位數(shù)據(jù)到齊(串行緩沖器滿了)，8052就會中斷，將數(shù)據(jù)提走。 串行口也存在四種工作方式，它的設置是通過SCON控制寄存器的SCON.7和SCON.6來實現(xiàn)的。具體設置見圖3-4：圖3-4: 串口工作方式的設置本設計單片機（1）和單片機（2）所選用的波特率為4800，工作方式為方式1。3.3 定時模塊硬件部分智能窗簾的定時功能采用的是89C52內(nèi)部的定時器，其工作方式有以下四種。方 式位數(shù)計數(shù)范圍其它功能Mode 013 位08191Mode 116 位065535Mode 28 位0255具有自動加載功能Mode 38 位0255圖3-5：89C52定時器的工作模式具體工作方式的設置是通過TMOD方式寄存器來實現(xiàn)的。TMOD方式寄存器的高4位（TMOD.7TMOD.4）用以設置Timer1的工作方式，而低4位（TMOD.3TMOD.0）用以設置Timer0的工作方式。以低4位為例，GATE位為定時器的門控開關(guān)，用以決定其啟動方式。若GATE=0，則只要TR0=1,即可啟動Timer0，稱為內(nèi)部啟動或軟件啟動；若GATE，則必須先將TR0位設置為1，再等待引腳為高電平，才能啟動Timer0，稱為外部啟動或硬件啟動。C/位為定時器/計數(shù)器切換開關(guān)，若C/=0，則Timer0為內(nèi)部定時器，用以計數(shù)由fosc/12產(chǎn)生的脈沖；若C/=1，則Timer0即為外部計數(shù)器，用以計數(shù)由T0引腳輸入的脈沖。M1及M0這兩位可設置工作方式。具體工作方式的見圖3-6：圖3-6定時模塊的設置本設計采用的是定時器0的方式2。3.4 液晶顯示模塊硬件部分LCD為液晶顯示面板，由于LCD的控制需要專用的驅(qū)動電路，且LCD面板的接線需要特殊的技巧，加上LCD面板的結(jié)構(gòu)比較脆弱，通常不會單獨使用。LCD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：圖3-7 HD44780 LCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)輸入輸出緩沖器為LCM的大門，所有的數(shù)據(jù)與控制信號都必須通過本單元才得以進出LCM。指令寄存器為一個8位寄存器，其功能是存放微處理器所送人的LCM指令，DDRAM或CGRAM的地址。當我們要將數(shù)據(jù)輸入到DDRAM或CGRAM時，首先將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)寄存器，再把指令與DDRAM或CGRAM的地址放入本寄存器，即可將該數(shù)據(jù)輸入到DDRAM或CGRAM。同樣讀取數(shù)據(jù)也是。指令譯碼器的功能是將指令寄存器里的指令譯碼，以獲得所要操作的DDRAM或CGRAM的地址。數(shù)據(jù)寄存器連接LCM內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。地址計數(shù)器連接LCM內(nèi)部地址總線，DDRAM或CGRAM的操作都需要通過本寄存器所提供的地址來尋址。忙碌標志用以表示LCM當時的狀態(tài)，若BF=1，則表示LCM處于忙碌狀態(tài)，無法接收外部指令或數(shù)據(jù)；若BF=0，則可接收外部指令或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示存儲器映射所要顯示的數(shù)據(jù)。串行/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的功能是將從CGRAM或CGROM所取出的并行顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，以提供驅(qū)動電路推動LCD面板。時序產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生LCM所需的時鐘脈沖。偏壓產(chǎn)生電路的功能是提供驅(qū)動LCD面板所需的偏壓。公共端驅(qū)動電路的功能是提供LCD面板公共端的掃描信號。3.5 光敏模塊硬件部分采用光敏電阻對光照進行采集，并將所采集的電壓模擬信號量傳入AD轉(zhuǎn)換芯片PCF855916，在52單片機上利用模擬 IIC總線協(xié)議，讀取AD芯片所轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號量，再將數(shù)字量經(jīng)過函數(shù)轉(zhuǎn)換來得到光照度。光敏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：圖3-8光敏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6 溫度感應模塊硬件部分溫度的采集是利用DS18B20溫度傳感器。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20控制方法是首先是啟動DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換，然后讀暫存器的值，接下來寫暫存器，將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)，下一步把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中，重新調(diào)E2RAM后，最后啟動DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號給主CPU。溫度傳感器工作連接如圖3-9所示：圖3-9溫度傳感器連接圖第四章 系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊的軟件設計4.1 電機模塊每次給步進電機一個不同的值，讓它轉(zhuǎn)動一定的角度，電機轉(zhuǎn)動拉動窗簾開和關(guān)。其中電機的打開和關(guān)閉窗簾的狀態(tài)為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，它們的變化值如下表所示：反轉(zhuǎn)0xfe0xfc0xfd0xf90xfb0xf30xf70xf6正轉(zhuǎn)0xf60xf70xf30xfb0xf90xfd0xfc0xfe電機正反轉(zhuǎn)程序流程如圖4-1所示：圖4-1電機正反轉(zhuǎn)程序流程圖4.2 遙控紅外接收部分按下遙控按鍵紅外接收產(chǎn)生中斷初始化中斷判鍵值改變電機狀態(tài)圖4-2紅外接收程序流程圖4.3串口RS232部分串口RS232用于兩個單片機之間的通信，它是本設計成功的關(guān)鍵，串口RS232流程圖為：初始化串口取得數(shù)據(jù)放入Buf發(fā)送Buf中數(shù)據(jù)初始化串口調(diào)用接收中斷函數(shù)有接收中斷時(2)串口接收流程圖(1)串口發(fā)送流程圖圖4-2串口RS232程序流程圖4.4光敏感應模塊光敏感應模塊是本設計智能化的一個體現(xiàn)，通過光敏傳感器，不斷接收外界的光照強度，從而自動判定是否開啟或者關(guān)閉窗簾，這一部分程序流程圖為：NY初始化定時器啟動IIC總線寫入AD地址讀入數(shù)據(jù)地址讀出數(shù)據(jù)停止IIC總線定時到否？數(shù)據(jù)輸出到LCD顯示圖4-4光敏感應程序流程圖4.5溫度感應模塊為了使設計結(jié)果更準確，增加了溫度感應模塊，窗簾的開關(guān)不僅僅是參照光照強度，而且也參照溫度，這樣通過多個參數(shù)來判定窗簾狀態(tài)，結(jié)果更合理。溫度感應模塊的流程圖為：NY初始化定時器初始化DS18B20啟動溫度轉(zhuǎn)換器獲得溫度定時到否？LCD輸出溫度圖4-5溫度感應程序流程圖第五章 功能與指標5.1 系統(tǒng)功能和指標本設計具有以下功能：光敏控制本系統(tǒng)提供了光敏智能控制功能，可以根據(jù)室外的光照強度自動開關(guān)窗簾，給居室最佳的光照強度。定時控制本設計也提供了定時控制功能，方便人們在任何時間段設定窗簾的開關(guān)。遙控控制雖然是智能窗簾，但也提供了遙控控制功能，讓人們隨心所欲的操作。手動控制系統(tǒng)可以通過三個按鈕來分別實現(xiàn)對窗簾的開、關(guān)和停的操作。智能窗簾系統(tǒng)的指標如下：電機工作電壓：5V定時范圍：全天24小時遙控距離：= 10m環(huán)境溫度：-15 +50第六章 本設計特色作為一款智能窗簾的設計，本設計具有以下亮點：1. 多模式控制本設計提