基于單片機智能窗簾系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、基于單片機智能窗簾系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要：闡述了自動光控帷幕起升和閉帶的整個設計過程, 詳細介紹了整個生產(chǎn)過程中硬件電路的設計, 以及它們實現(xiàn)的功能和軟件語言的驅(qū)動因素。.該系統(tǒng)可分為電子自動控制和機械傳動兩部分。前者采用 STC89C52 單片機作為核心 CPU, 集成了多個傳感器, 實現(xiàn)了監(jiān)控。后者計劃在窗戶上安裝步進電機, 以實現(xiàn)在不同照明條件下打開和關(guān)閉窗簾, 包括在某些特殊情況下手動或遙控, 使窗簾打開或關(guān)閉。閉合, 物理性能好, 集設計、仿真、生產(chǎn)于一體, 具有智能化的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：自動控制；光單片機；窗簾目 錄1背景22系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)23設計方案和內(nèi)容34系統(tǒng)硬件部分設計44.1

2、主程序模塊44.2按鍵模塊54.3光敏和AD轉(zhuǎn)換模塊64.4步進電機設計模塊84.5顯示部分模塊105系統(tǒng)軟件部分設計116 智能遙控窗簾的綜合調(diào)試117結(jié)束語128 致 謝129 參考文獻131背景 隨著科學技術(shù)的發(fā)展, 人們在滿足基本生活需求的同時, 對家用電器的生活質(zhì)量提出了越來越高的要求。單片機結(jié)構(gòu)簡單, 功能強大, 使用簡單方便。采用單片機作為控制單元, 可以大大提高各模塊的協(xié)調(diào)性, 從而提高系統(tǒng)的資源利用率, 減少資源浪費, 節(jié)約成本。進入21世紀后, 隨著各種科學技術(shù)的不斷發(fā)展, 理論知識與實踐生活的結(jié)合越來越緊密, 人們的生活水平不斷提高。同時, 越來越廣泛地應用科技智能化也使

3、人們的隱私安全受到極大的侵犯, 因此人們更加注重隱私的安全, 并將其作為家庭住所。必要的窗簾對于保護居民隱私和屏蔽外部光線非常有用。現(xiàn)在市場上大多數(shù)傳統(tǒng)的窗簾都需要手動切換, 這不僅費力, 而且可能錯過最好的照明時間, 所以窗簾的智能控制是非常重要和有效的。設計了一種基于 AT89C52 系列單片機的智能遙控窗簾系統(tǒng)。利用 AT89C52 系列單片機的功能, 不僅簡單方便, 而且成功地完成了人們所需的許多功能。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設計主要采用電機在不同方向通過電流時的不同轉(zhuǎn)動, 從而實現(xiàn)了窗簾的開啟和關(guān)閉。遙控窗簾系統(tǒng)可以實現(xiàn)窗簾的有效升降、加速和減速, 具有停止功能。窗簾的加速、減速、升降和

4、停止功能需要功率控制。步進電機用于供電, 步進電機由單片機產(chǎn)生的不同頻率脈沖控制, 從而有效地控制了窗簾。該設計有一個主開關(guān), 主要用于防止不必要的麻煩造成的錯觸。按下電源按鈕可以實現(xiàn)相應的轉(zhuǎn)向。智能遙控窗簾的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖智能遙控窗簾的總體結(jié)構(gòu)框圖3設計方案和內(nèi)容 本設計主要實現(xiàn)了光控窗簾系統(tǒng), 包括光控、定時和手動三個功能。因此, 這些控制元件需要與各種接口和 Mcu 連接。采用 AT89C52 系列單片機設計系統(tǒng), 安裝了 ADC0832 芯片、VS1838b 芯片和 ULN2003 芯片, 可在不同的光線條件下控制開幕或閉接。密鑰掃描模塊、紅外遙控模塊、光阻器、步進電機和 AT

5、89C52 構(gòu)成了設計系統(tǒng)。光敏電阻用于采集模擬信號, 并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 an 電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息, 該電路用于控制步進電機順時針或逆時針旋轉(zhuǎn), 以模擬窗簾的開啟和關(guān)閉。采用自動燈光控制的原理來關(guān)閉窗簾。當外部光強達到系統(tǒng)內(nèi)部預設值的上限時, 將打開窗簾5。當外部光強達到系統(tǒng)內(nèi)部預設值的下限時, 將關(guān)閉窗簾?；谏鲜龉ぷ髟? 該設計系統(tǒng)不僅成本低, 而且方便快捷。結(jié)點原理圖的實現(xiàn)如圖2所示。圖2 智能窗簾控制系統(tǒng)原理圖此外, 自動啟動和關(guān)閉窗簾也可以預先設置的時間或直接通過按鈕開始和關(guān)閉窗簾。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)單一、系統(tǒng)穩(wěn)定、不易受到外部環(huán)境干擾等優(yōu)點。4系統(tǒng)硬件部分設計整個電路主要由電源電路

6、、晶體振蕩器電路、上上變速電路、開關(guān)觸發(fā)電路和步進電機電路組成。電源電路為整個電路提供能量, 確保電路能夠運行;晶體振蕩器電路主要提供所需的振蕩頻率;變速電路主要控制步進電機的轉(zhuǎn)速;開關(guān)觸發(fā)電路主要控制步進電機的旋轉(zhuǎn)和停止;步進電機旋轉(zhuǎn), 以驅(qū)動窗簾向上和向下。4.1主程序模塊 該系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機微控制器晶體振蕩器電路, 所謂石英晶體振蕩器是單片機中的晶體振蕩器。晶體振蕩器通常是電容器和電阻器串聯(lián)后并聯(lián), 有兩個諧振點, 串聯(lián)諧振頻率低;并聯(lián)諧振是高頻的。晶體振蕩器可以向單片機提供脈沖信號, 即 MCU 的工作速度。晶體振蕩器將與單片機引腳中的 X1 和 X2 引腳連接。此時,

7、 電路將產(chǎn)生諧波, 諧波的存在將影響振蕩器的穩(wěn)定性。為了解決這個問題, 我們連接晶體振蕩器引腳上的陶瓷電容器。這種電容器通常選擇在10到 50 pF 之間, 需要接地。本設計中使用的晶體振蕩器為 12 MHz 石英晶體。 電源由 DC 5V 電池供電, 由 USB 接口供電。充電寶也可以為其供電。其目的是防止電源故障上升或下降。石英晶體振蕩器主要用于晶體振蕩器電路。石英晶體振蕩器具有良好的頻率穩(wěn)定性。石英晶體振蕩器的外部干擾用于產(chǎn)生參考頻率。電路中頻率的精度由參考頻率控制。同時, 它還可以產(chǎn)生振蕩電流, 從時鐘信號傳輸?shù)轿⒖刂破鳌臀浑娐?。初始化功? 89C51 RST 引腳 (復位引腳)

8、提供超過24個時鐘振蕩周期的高層可以復位。執(zhí)行重置程序后, 其初始化地址將更改為 0000H, 并從0000H 運行。圖3 晶振電路4.2按鍵模塊 本設計中按鈕模塊的功能是自動照亮窗簾。它可以定期關(guān)閉窗簾或通過按鈕直接控制窗簾的開啟或關(guān)閉。此設計需要五個獨立的密鑰。他們實現(xiàn)的功能是設置關(guān)鍵 (設置自動燈光控制窗簾的開啟和關(guān)閉時間);增加數(shù)字價值的關(guān)鍵;降低數(shù)字價值的關(guān)鍵;啟動窗簾鍵 (按下此鍵后, 窗簾打開);關(guān)閉窗簾的鍵 (按下此鍵后, 窗簾關(guān)閉)。通過步進電機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動窗簾的起落落, 實現(xiàn)智能家居, 采用 ULN2003 步進電機的每步角度為1.2 度, 遙控窗簾通過角速旋轉(zhuǎn)所需的距離上升

9、和下降精度為1.2 度, 通過輸出的微控制器不同頻率, 不同的脈沖數(shù)控制步進電機的速度和旋轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)。并得到起起窗簾的效果。當系統(tǒng)在開機后開始復位時, 通過設置左側(cè)的按鈕來調(diào)整步進電機。正向和反向速度水平對應于10個不同的速度水平, 由數(shù)字管顯示。圖4 按鍵連接電路如上面圖4所示, 在本模塊中, S1 鍵與 P2.7 端口連接, p2.7 端口是主要的功能鍵;S2 鍵與 P2.6 端口連接, 按下此鍵后, 時間值或照明預設值增加 1;S3 鍵與 P2.5 端口連接, 按下此鍵后, 時間值或照明預設值降低 1;S4 鍵與 P2.4 端口連接, 按下此鍵后, 窗簾打開。S5 鍵連接到 P2.3 端

10、口, 按下此鍵后, 窗簾關(guān)閉。 4.3光敏和AD轉(zhuǎn)換模塊 自動光控窗簾起升和關(guān)閉系統(tǒng)根據(jù)外部光的變化及時打開或關(guān)閉窗簾。光阻器負責完成此部分所需的功能。光電阻器對外部光強非常敏感, 對電阻值的變化有直接影響。電阻值與光強呈負相關(guān)。阻力值隨強度的增加而減小, 而阻力隨強度的增加而增大。 ADC0832 是一種8位連續(xù)逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它可以被 TLC0832 所取代, TLC0832 有兩個可多路復用的輸入通道。串行輸出可以配置一個標準的移位寄存器或微處理器接口。其多路復用器可配置為單端或差分輸入軟件。差分模擬電壓輸入可以抑制共模電壓, 但輸入?yún)⒖茧妷翰荒苷{(diào)整。它已連接到 Vcc 1 內(nèi)部。ADC

11、0832 芯片有四條數(shù)據(jù)連接線, 分別與單片機連接, CS 芯片選擇器, CLK 芯片時鐘輸入, DI 數(shù)據(jù)信號輸入, DO 數(shù)據(jù)信號輸出。當 MCU 通信時, DI 和 DO 終端都與 MCU 雙向連接, 不能同時工作, 因此它們與電路中的數(shù)據(jù)線平行連接?？傮w設計如下圖5所示。CS 引腳處于較高的水平。芯片無法正常工作。CLK 端口的級別可以自由設置。DO 和 DI 的級別也是如此。如果希望整個模數(shù)轉(zhuǎn)換電路開始工作, 則必須首先將芯片選擇啟用程序設置為低級狀態(tài), 并且必須在整個轉(zhuǎn)換過程中保持此狀態(tài)。在整個過程中, CLK 芯片的時鐘輸入接收時鐘脈沖, 并將信號輸入到數(shù)據(jù)輸入。此端口用作輸入通

12、道選擇。DI 終端始終保持較高的水平。圖5 光敏及AD電路連接當兩端的數(shù)據(jù)分別顯示為1和0時, CH0 引腳端實現(xiàn)單通道轉(zhuǎn)換。CH1 引腳端單通道轉(zhuǎn)換的情況下, 2位數(shù)據(jù) 1, 1。當數(shù)據(jù)顯示為 0時, CH1 引腳端和 CH0 引腳端分別用作正向輸入的 In-輸入和 in +。當兩個數(shù)據(jù)顯示為0和1時, CH 1 和 CH0 的正負輸入端子的極性發(fā)生變化。如果第三個脈沖下沉, DI 端子的輸入功能將在第三個脈沖到來之前丟失。輸出數(shù)據(jù)用于輸出 DO。DATA7, 當?shù)谒拿}沖下沉時, 它使用 DO 終端輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù), 直到 D0 傳輸最低位數(shù)據(jù) DATA0, 并在每個脈沖接收器之前

13、輸出數(shù)據(jù)。接收 DATA0 數(shù)據(jù)后, 此數(shù)據(jù)字節(jié)的輸出將結(jié)束。然后輸出反向字節(jié)數(shù)據(jù)。選擇 CS 芯片是為了使引腳端能夠設置在較高的水平, 此時芯片無法使用。AD 轉(zhuǎn)換器芯片的輸入電壓為 0 5V。此電壓僅適用于用作單通道模擬信號的情況。在8位分辨率下, 其電壓精度為 19.53 mV。當它被用作正負輸入時, 應預定義更大范圍的電壓值, 并應在下一步提高轉(zhuǎn)換的準確性。4.4步進電機設計模塊 通過判斷用戶所需的轉(zhuǎn)向, 即判斷帷幕的起落, 根據(jù)控制電機運行所需的功能, 將相應的脈沖傳遞給控制器。當傳輸所需的功能指令時, 此周期的操作指令將完成并重置以等待下一條指令。步進電機是一種開環(huán)控制裝置。角位移

14、是通過其電脈沖的轉(zhuǎn)換得到的。脈沖信號的頻率和數(shù)量會影響電機的旋轉(zhuǎn)。例如, 當脈沖信號傳輸?shù)讲竭M電機的驅(qū)動器時, 它可以使電機在正或負方向上旋轉(zhuǎn)一定的角度, 就像我們之前假設的那樣。我們調(diào)用此角度步進角度3。步進電機可以快速打開和關(guān)閉。步進電機主要用于高精度電路, 因為速度和步進角之間的關(guān)系, 這只與脈沖頻率有關(guān)。圖6 ULN2003連接圖ULN2003 的七針與單片機連接 P1.0P1.7。在 ULN2003 芯片 (即電機的五線接口) 旁邊安裝插入銷, 用于連接步進電機。5V 電源直接連接到 J4 的第一引腳端口。與電機連接, 直接驅(qū)動電機向前和向后, 模擬窗簾開啟和關(guān)閉的控制。步進電機包括

15、單相電機和多相電機, 兩者都是同步步進電機。單路電脈沖可以驅(qū)動單相電機。單相電機由于輸出功率低, 通常用于驅(qū)動微電路。步進電機適用于微處理器控制, 主要是因為它們可以直接接收數(shù)字量。當開關(guān)按下時, 相應的抖動就會發(fā)生, 通常持續(xù)5-10 女士, 在抖動過程中會有一個穩(wěn)定的封閉狀態(tài), 在開關(guān)過程結(jié)束后將恢復到開放狀態(tài), 從而實現(xiàn)開、斷trol 電路。該軟件通過使用延遲程序消除抖動。當檢測到第一個開關(guān)被關(guān)閉時, 將立即執(zhí)行延遲程序。延遲時間為10毫秒, 以判斷密鑰是否仍處于關(guān)閉狀態(tài)。如果檢測到開關(guān)被關(guān)閉, 將確定真正的閉合, 這將對電路產(chǎn)生影響。這樣, 就可以解決鑰匙抖動對電路的影響。4.5顯示部

16、分模塊 本設計采用 LCD1602 顯示實時時間、開關(guān)幕定時時間和照明強度值。1602上顯示的時間可以通過鍵進行調(diào)整, 幕布關(guān)閉時間可以通過鍵設置, 1602 上可以實時顯示。我們收集的照明數(shù)字值也可以在1602年顯示。P0 在這里用作數(shù)據(jù)端口的連接。它在1602時連接到7到14個引腳。它在連接線上傳輸和寫入數(shù)據(jù)或指令。在電路的連接中必須增加上拉電阻。LCD160 2 的四個引腳是 RS 寄存器選擇器, 可用于選擇數(shù)據(jù)或命令;LCD160 2 的五個引腳是 R/W 讀寫控制終端, 可以決定是讀寫數(shù)據(jù), 并通過 PC 芯片22.0 的端口運行;LCD160 2 的六個引腳是支持 e 的信號終端,

17、 可以控制設備是否工作, 并與 PC 芯片 P2.2 4 的端口連接。在本設計中, 采用旋轉(zhuǎn)電位器調(diào)整1602的背光亮度。圖7 1602電路連接圖5系統(tǒng)軟件部分設計 本系統(tǒng)的主要程序需要完成以下功能: 單片機各模塊的初始化操作, 定時器初始值的設置, 電機的開啟操作, 顯示數(shù)字量的時間照明等。主要功能 voidmain用于調(diào)用每個模塊的子函數(shù), 以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。軟件流程圖如圖8所示。圖8 程序流程圖6 智能遙控窗簾的綜合調(diào)試 當系統(tǒng)的軟硬件設計完成后, 將設計的軟件記錄到 MCU 中, 以檢查硬件和軟件是否兼容, 系統(tǒng)是否可以按照預期目的運行, 并測試穩(wěn)定性和系統(tǒng)的效率。通過改進程序結(jié)構(gòu)

18、, 檢查相應的缺陷, 可以進行測試和運行, 成功地實現(xiàn)了電機的加速、減速和停止功能, 從而有效地控制了帷幕的吊裝。物理效應, 如圖9所示。圖9實物效果圖7結(jié)束語 系統(tǒng)設計采用 AT89S52 單片機的最小系統(tǒng)設計。它通過控制可逆和直流電機來控制窗簾的開啟和關(guān)閉。通過遠程控制和燈光控制, 窗簾系統(tǒng)變得智能化。這符合智能家居的發(fā)展方向, 可以更好地提升智能生活的理念。8 致 謝時光飛逝，終于到了論文定稿的這一刻。雖然文章顯得有些粗糙，但畢竟凝聚了自己的心血，在此謹向曾經(jīng)關(guān)心、幫助、支持和鼓勵我的老師、同事、同學、親人和朋友們致以最誠摯的謝意和最衷心的祝福衷心感謝我的導師謝鐵兔。老師對我兩年來的學習、生活給予了悉心的關(guān)懷，在本論文的開題、寫作、修改、定稿方面更是給予了悉心指導和匠心點撥，論文凝結(jié)著導師的汗水和心血。在這兩年多的學習和生活過程中，我要向老師們表示衷心的感謝是他們給了我熱情的關(guān)懷、支持和幫助，使我得以順利完成學業(yè)。同時，衷心感謝我的父母、家人以及和我一起學習的各位同學，是他們在我學習和論文寫作過程中，給予我了莫大的支持和鼓勵。最后，再一次感謝所有關(guān)心和支持我的人們，我一定會用所學知識更好