畢業(yè)設(shè)計：基于單片機(jī)光控自動窗簾（終稿）

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)光控自動窗簾系 部： 電子信息工程系 學(xué)生姓名： 李秋濤 專業(yè)班級： 電子09c3 學(xué) 號： 092211326 指導(dǎo)教師： 錢昕 2011 年 12 月 18 日聲 明本人所呈交的“基于單片機(jī)光控自動窗簾”，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名： 李秋濤 日期： 2012年02月2日一、前言 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛

2、機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。本次設(shè)計是基于單片機(jī)技術(shù)，以光控開關(guān)為主要輔助工具進(jìn)行的一次設(shè)計，將單片機(jī)技術(shù)融入基本電路中，為更好的實現(xiàn)設(shè)計成果。光控自動窗簾這一設(shè)計，配上必要的電源電路，同時利用光感開關(guān)對于光源的接收傳遞信息，并用單片機(jī)作為核心進(jìn)行操控。光控

3、開關(guān)對于外界的光源有著很強(qiáng)的感知，通過白天黑夜所產(chǎn)生的光源的不同，從而使窗簾在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行開閉。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，光控開關(guān)preface currently microcontroller penetrated into every aspect of our lives, its almost impossible to find which areas no traces of single-chip microcomputer. widely used in all kinds of intelligent ic card, civil limousine security syst

4、ems, video recorders, cameras, full automatic washing machine control program, as well as toys, electronic pets and so on, these are inseparable from the single chip microcomputer. not to mention the field of automatic control of robot, intelligent instrument, medical equipment and all kinds of inte

5、lligent machinery. therefore, the single-chip learning, development and application of computer application will create and intelligent control of the scientist, engineer.the design is based on single chip technology, the light switch as the main tool for a design, computer technology into the basic

6、 circuit, in order to better realize the design results.control automatic curtain of this design, coupled with the necessary power supply circuit, while the use of optical switch for the light source receiving transmission of information, and using mcu as the core control. optical switch for externa

7、l light source has a very strong sense, by day and night light source generated by different, so that the curtain in a certain range of opening and closing. key words: single chip microcomputer，light switch。摘 要.1第一章 設(shè)計方案.02第二章 硬件設(shè)計.05第三章 軟件設(shè)計.09第四章 總結(jié).12第五章 參考文獻(xiàn).13摘 要（1）電路能夠通過感應(yīng)裝置，檢測到光線的強(qiáng)弱（2）電路根據(jù)光線的

8、強(qiáng)弱，自動將窗簾打開和關(guān)閉（3）電路能夠在窗簾接觸到邊沿時，自動切斷電源的要求，我們設(shè)計了這個光控自動窗簾的電路。 首先 電路要求有裝置能感應(yīng)到光照的強(qiáng)弱。這就要求電路中必須有一個感光電路，在電路中我選用光敏電阻作為感光電路。它對光的變化非常敏感，在光的照射下，阻值會明顯變小。利用這一特性可進(jìn)一步設(shè)計下面的控制電路。 其次 電路能夠根據(jù)光線強(qiáng)弱將窗簾打開和關(guān)閉。這是本次設(shè)計的主要部分即控制電路。由光敏電阻的特性可知，光照會引起它的阻值的變化，而阻值的變化又會引起電路中電壓或電流的變化。因此控制電路器件可選用壓控或流控的器件，在電路中我們選用了壓控的運(yùn)算放大器和晶體管來構(gòu)成主控電路。首先運(yùn)放輸入

9、電位的高低可控制輸出電平的高低，運(yùn)放的輸出接著由晶體管組成的開關(guān)電路。根據(jù)輸出的不同，晶體管或?qū)ɑ蚪刂粒瑥亩刂齐姍C(jī)或工作或停止。由要求可知，窗簾有兩個動作：打開和關(guān)閉。因此要求電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。那么電路中一個對稱的控制電路來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。它們的不同之處在于與直流電機(jī)正負(fù)極的連接方向不同而已。 最后 就是制動電路。根據(jù)要求窗簾接觸到邊沿時，自動切斷電源。根據(jù)晶體管低電平截至的特性，我們在兩組三極管組成的開關(guān)電路前加上了兩個接地開關(guān)，當(dāng)窗簾拉開或關(guān)閉到位時，將會接觸到開關(guān)，使得開關(guān)閉合，那么晶體管將截止，電機(jī)將停止工作。這就達(dá)到了控制窗簾到位后切斷電源的要求。第一章 設(shè)計方案本例介紹一款采用

10、集成運(yùn)放電路制作的光控自動窗簾電路，它是利用環(huán)境光線的照射來實現(xiàn)窗簾的自動開合（窗簾在清晨能自動拉開，在傍晚能自動關(guān)閉）。 其基本設(shè)計框架圖如下光感應(yīng)電路電加深對單片機(jī)的全面認(rèn)識，熟練掌握單片機(jī)的功能機(jī)正轉(zhuǎn)電路電機(jī)反轉(zhuǎn)電路自動停轉(zhuǎn)電路電源電路圖1.1簡易窗簾自動開閉電路的總體框圖 光控自動窗簾的電路工作原理如圖2所示，該光控自動窗簾電路采用集成雙運(yùn)算放大電路ici和光敏電阻器rg作為主要控制元件。光敏電阻器rg與運(yùn)算放大器ic、電位器rp1、rp2等構(gòu)成控制電路。在清晨，環(huán)境光線較強(qiáng)，光敏電阻器rg呈低阻值狀態(tài)，使ic的 2腳電壓較3腳電壓高，ic的5腳電壓較6腳的電壓高，ic的1腳低電平，7

11、腳輸出高電平，使晶體管v1-v3均導(dǎo)通，v4-v6均截至，電動機(jī)m正轉(zhuǎn)，驅(qū)動窗簾拉開。當(dāng)窗簾拉合到位后，滑動觸頭開關(guān)s1被觸動而接通，使vi的 基極變?yōu)榈碗娖?，v1-v3均截至，電動機(jī)m停轉(zhuǎn)。當(dāng)夜幕降臨時，環(huán)境光線較弱，光敏電阻器rg的阻值變大，使ic的3腳電壓高于2腳的電壓，1腳輸出高電平，使晶體管v4-v6均導(dǎo)通，電動機(jī)m反轉(zhuǎn)，驅(qū)動窗簾拉和。當(dāng)窗簾拉和到位后，滑動觸頭來關(guān)s2被接通，使v4的基極變?yōu)榈碗娖?，v4-v6截至，電動機(jī)m停轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電位器rp1、rp2的 電阻值，改變ic的 2腳電壓和5腳電壓的高低，是使清晨時ic的 7腳輸出高電平，1腳輸出低電平；而傍晚時ic的1腳輸出高電平，7

12、腳輸出低電平即可。圖 2光控自動窗簾的電路圖第2章 硬件設(shè)計一 感光電路該電路中感光電路主要由一個光敏電阻組成。 光敏電阻與碳膜電阻和金屬膜電阻不同，它對光的變化非常敏感，在光的照射下，阻值會明顯變小，所以腳它光電導(dǎo)器件。 制作光敏電阻的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硫化鎘等，常見的對可見光敏感的是硫化鎘光敏電阻。光敏電阻的符號如下圖3所示。 光敏電阻的結(jié)構(gòu)簡單，它是在陶瓷基片上積淀一層光 圖1.2.2光敏電阻敏半導(dǎo)體，再接上兩根引出電極組成的。 該電路中的 rg選用硫化鎘光敏電阻。二 控制電路 控制電路圖由兩個運(yùn)算放大器和六個晶體管組成。如下圖： 圖1.2.3控制電路如圖4控制電路是一個對稱電路，由于

13、光敏電阻使得放大器的輸入不同，導(dǎo)致輸出不同。從而控制下面的三極管或?qū)ɑ蚪刂粒M(jìn)而實現(xiàn)對電機(jī)正反轉(zhuǎn)（窗簾的拉開和拉和）的控制。當(dāng)窗簾拉開或拉和到位時，會使滑動接觸開關(guān)s1或s2閉合，這樣六個晶體管都會截至，是電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，即窗簾停止滑動。該控制電路是這個設(shè)計的最主要的部分，他主要由晶體管、運(yùn)算放大器和穩(wěn)壓管組成。集成運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸入電阻的多級直接耦合放大電路，它的種類很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，如下圖7表示集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成的原理框圖。差分輸入級電壓放大級輸出級偏置電流 圖1.2.6集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成的原理框圖 如圖7集成運(yùn)放

14、的輸入級一般是由bit、jfet或mosfet組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能。它的兩個輸入端構(gòu)成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或如圖1.2.7集成運(yùn)放多級放大電路組成。輸出級一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電 阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路是為個級提供合適的工作電流。 一個簡單運(yùn)放的原理圖如下圖9示。t1h和t2對管組成差分式放大電路，信號有2雙端輸入和單端輸入。為了提高整個電路的電壓增益，圖1.2.8簡單的運(yùn)算放大電路電壓放大級由t3、t4組成復(fù)合管共射級電路。由t5、t6所

15、組成的兩級電壓跟隨器構(gòu)成的電路輸出級，它不僅可以提高帶負(fù)載的能力，而且可進(jìn)一步使直流電位下降，以達(dá)到輸入信號電壓為零時，輸出電壓等于零。r7和d組成低電壓穩(wěn)壓電路以供給t9的基準(zhǔn)電壓，它與t9一起構(gòu)成電流源電路以提高t5的電壓跟隨能力。由此可見，運(yùn)算放大器有兩個輸入端與一個輸出端3。運(yùn)放是該控制電路的主要控制器件。由于正負(fù)端輸入的電位不同導(dǎo)致輸出的電平不同，控制著晶體管的導(dǎo)通和截至，進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即窗簾的拉開和拉和。該電路中一般選用tl072型雙集成運(yùn)算放大器。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，是一種特殊工藝制造的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管。代表符號如右圖10所示。這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷

16、密度也大，因而該區(qū)域很窄，容易形成強(qiáng)電場。當(dāng)反向電壓加到某一定值時，反向電流急增，產(chǎn)生反向擊穿，此時的反向擊穿電壓即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用就在于，電 圖1.2.9穩(wěn)壓管流增量很大時，只引起很小的電壓變化。 該電路中的穩(wěn)壓管主要用來穩(wěn)定運(yùn)放的電壓和晶體管的電壓，電路中的vs1選用1/2w、3.6v穩(wěn)壓二極管，例如1n5989b等信號；vs2、vs3選用1/2w、3v的 in4372或in5987b型穩(wěn)壓二極管。第三章 軟件設(shè)計本系統(tǒng)中單片機(jī)微處理器的主要任務(wù)是完成對hs3008接收到的紅外信號的控制與處理，從而完成對相應(yīng)控制單元的控制。主程序首先完成初始化，然后啟動hs3008等待接

17、收控制指令，進(jìn)行相應(yīng)的輸出操作4。系統(tǒng)流程圖如圖5所示。 單片機(jī)對接收到的紅外信號控制指令通過p3.2口來完成，其對應(yīng)第二功能時為外部中斷0(int0)，通過接收到不同的紅外信號脈沖實現(xiàn)相應(yīng)的操作。程序中重要的子程序有：串口初始化、串口接收中斷以及紅外信號處理子程序等。當(dāng)串口設(shè)置完畢、程序初始化后，程序?qū)3.2口進(jìn)行實時檢測，一旦檢測到有低脈沖到來，則進(jìn)行解碼后，提取相應(yīng)的子程序以實現(xiàn)對電機(jī)的控制。當(dāng)接收到手動控制信號時，則直接對電機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)窗簾的拉開、關(guān)閉或停止；當(dāng)接收到半自動控制信號時，操作者只需按下拉開或關(guān)閉按鈕來程序執(zhí)行，從而實現(xiàn)窗簾拉開或關(guān)閉。對于電機(jī)如何停止的問題，本設(shè)計在

18、窗簾滑桿上安裝了微動開關(guān)，一旦窗簾拉動到指定位置就會觸碰微動開關(guān)，從而送給單片機(jī)一個低脈沖，單片機(jī)在接收到低脈沖后，則認(rèn)為窗簾已完全拉開或關(guān)閉，調(diào)用程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)接收到光控信號時，單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)的程序，驅(qū)動光敏二極管檢測環(huán)境亮度，根據(jù)檢測結(jié)果，實現(xiàn)窗簾的拉開或關(guān)閉。電機(jī)的停止也如同半自動控制，如此實現(xiàn)窗簾的自動控制。 電機(jī)的工作狀態(tài)還可通過數(shù)碼管顯示出來，程序的編寫很簡單，通過不同的數(shù)字表示相應(yīng)工作狀態(tài)。與此同時，還可以通過鳴響提示電路提示電機(jī)正在工作，以避免多次按下按鈕使單片機(jī)進(jìn)行誤操作，造成死機(jī)。 基于單片機(jī)的智能遙控窗簾的設(shè)計，在實時性要求較低的測控與采集系統(tǒng)的應(yīng)用中具有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。在國內(nèi)外，自動調(diào)光窗簾成為人們家居生活的首選布置。本文介紹的自動調(diào)光窗簾利用紅外遙控實現(xiàn)了其控制功能，在設(shè)計過程中遇到了一些典型的問題，但采取了相應(yīng)的措施： (1)電機(jī)驅(qū)動問題。電機(jī)的驅(qū)動電壓為5 v，但是經(jīng)