自動啟閉光控窗簾

1、目 錄第一章 引言11.1課題背景11.2 國內(nèi)外概況11.3 課題的研究分析及其特點21.4 總體方案設(shè)計圖2第二章 核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹42.1 stc89c52單片機42.2紅外線接收模塊tosp183862.3 時鐘芯片ds130282.4 ad轉(zhuǎn)換器adc080982.5液晶顯示器lcd1602102.6 uln2003簡介10第三章 硬件部分系統(tǒng)設(shè)計123.1 電源部分硬件電路設(shè)計123.2 顯示部分硬件電路設(shè)計123.3 時鐘部分硬件電路設(shè)計133.4 紅外接收部分硬件電路設(shè)計143.5 光控電路測光部分電路設(shè)計143.6 電機驅(qū)動部分電路設(shè)計153.7 電機控制部分的設(shè)計16第

2、四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計194.1 紅外線解碼的設(shè)計194.2 lcd1602顯示程序204.3 遙控控制部分21結(jié)論與體會23主要參考材料24i 第一章 引言1.1課題背景單片機控制的自動啟閉窗簾控制系統(tǒng)，既能解決每天手拉開和關(guān)上窗簾的不便，又顯示出了生活的檔次，同時還可以根據(jù)光線的明暗來自動控制窗簾的開關(guān)，以調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線，更進一步地滿足了人們的享受要求。除了廣大市民住宅使用外，該遙控窗簾器還可以廣泛應(yīng)用于別墅、公寓、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會議廳、銀行、學(xué)校、醫(yī)院等各種公共場所，因此該產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。自動啟閉光控窗簾系統(tǒng)在我國還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應(yīng)用自動窗簾

3、系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。1.2 國內(nèi)外概況 在歐美等發(fā)達國家，電動窗簾已廣泛應(yīng)用。在10年前，電動窗簾就已經(jīng)進入我國，可一直沒有大的推廣，這兩年，隨著電控技術(shù)的不斷提高及價格的不斷下降，電動窗簾熱才又卷土重來。據(jù)了解，全國共有170多種電動窗簾器獲得了國家專利，但就其技術(shù)本身而言，還是大同小異，但售價卻有很大差別，貴的要數(shù)千元，便宜的只要500塊。盡管自動啟閉光控窗簾系統(tǒng)在國內(nèi)是一個新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢迅速崛起。自動啟閉光控窗簾系統(tǒng)走進中國以來，在短短四年的時間里，自動啟閉光控窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè)。目前，我國自動啟閉光控窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)廠商、分銷商

4、、集成商與裝飾公司都形成了相當規(guī)模，不少國內(nèi)知名企業(yè)紛紛涉足遙控自動窗簾系統(tǒng)行業(yè)，如青島海爾、清華同方、tcl等，并涌現(xiàn)出一些較具影響力的智能家居專業(yè)廠商，如上海索博智能電子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居電子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。自動窗簾產(chǎn)品已開始走進中國的家庭。具報道，我國2004年售出商品房1.9億m²,如果每20 m²需要一套窗簾架產(chǎn)品，僅此一項就可以年新增窗簾架產(chǎn)品近千萬套加上。年新增窗簾架產(chǎn)品市場需求將不低于2000萬套。如果單片機控制的遙控自動窗簾，銷售占市場的5%左右，就可實現(xiàn)年產(chǎn)值上億元。1.3 課題的研究分析及其特

5、點 現(xiàn)有的電動窗簾機的控制方式有固定式開關(guān)控制、遙控、光控、聲控等，其中以前兩種形式居多。就實用程度和經(jīng)濟角度來說，用固定式開關(guān)控制方式較好，這是因為窗簾的開閉不像電視機等家電產(chǎn)品開閉得那樣頻繁，每天開閉的次數(shù)不多，因此安裝在固定的地方使用也相當方便，如把開關(guān)裝在床頭柜等電器綜合控制系統(tǒng)中，睡在床上就能控制窗簾的開閉。利用觸摸開關(guān)，實現(xiàn)全自動斷電，既安全又節(jié)能，但最重要的一點就是沒有實現(xiàn)完全的自動化，沒的擺脫對人的依賴作用。而采用遙控控制時，需要候機電源，不可能完全斷電而且增加遙控功能，也增加了成本，售價也相應(yīng)提高。窗簾機的控制方式大體上有三種：聲控、光控、時控，聲控和遙控屬于半自動類；而光控

6、雖屬全自動式，但因光敏器件的靈敏度，冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對起閉窗簾在時間上的要求不同，而難以實施和普及8。因此，時控式的全自動窗簾機便成了專業(yè)以及業(yè)余電子設(shè)計人員的熱門課題。根據(jù)以上自動窗簾有些不能實現(xiàn)完全的自動化；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能不夠穩(wěn)定；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，且性能還可以，但價格昂貴不適合普通消費者使用。所以我想利用價格相對便宜的紅外線遙控發(fā)射芯片、時鐘芯片、單片機作為主要控制器件，來完成該系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)主要有如下幾方面的特點：（1）發(fā)射紅外線的發(fā)射裝置采用一般彩色電視機的遙控器，這樣既方便又實惠。（2）時間控制開關(guān)窗簾。通過對ds1

7、302芯片的設(shè)定，讓用戶可以隨自己的生活習(xí)慣方便的自動開關(guān)窗簾，無需手動。（3）采用紅外遙控方式，不會干擾其它電器的正常工作，也不會影響鄰近的無線設(shè)備。超距離遙控，可達89m。（4）能根據(jù)光照的強度來自動調(diào)整窗簾打開的程度。（5）美觀。以往的遙控電動窗簾都是向一邊拉或向上拉，而本設(shè)計用的窗簾為百葉窗。（6）體積小、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、抗干擾性強、經(jīng)濟實用、工作可靠。 1.4 總體方案設(shè)計圖時鐘部分紅外部分光敏部分stc89c52電源部分步進電機 圖1.1 總體方案圖第二章 核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹2.1 stc89c52單片機2.1.1 stc89c52的特點stc89c52rc具有以下幾個特點：

8、stc89c52rc與mcs-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器；32位雙向輸入輸出線；兩個十六位定時器/計數(shù)器；五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級；一個全雙工的異步串行口；2.1.2 stc89c52的主要引腳功能 p0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器。 讀/寫操作。p0口也用以輸出外部存儲器的低8位地圖1址。由于是分時輸出, 應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存,信號用ale。 p1口是專門供用戶使用的i/o口,是準雙向口。p2口是從系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。不擴展外部存儲器時,p2口也可以作為用i/o

9、 口線使用,p2口也是準雙向口。p3口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一i/o功能或第二i/o功能。作為第一功能使用時操作同p1口。p3口的第二功能如表2.1所示。表2.1 p3口第二功能端口引腳各個功能p3.0rxd（串行口輸入端）p3.1txd（串行口輸出端）p3.2(外部中斷0請求輸入端，低電平有效)p3.3(外部中斷1請求輸入端，低電平有效)p3.4t0（定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端）p3.5t1（定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端）p3.6(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸入端,低電平有效)p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入端，低電平有效）2.1.3 stc89c52的時鐘電路

10、和復(fù)位電路（1）時鐘產(chǎn)生電路本電路選用的電容為30pf，晶振頻率為12mhz，振蕩周期，機器周期，指令周期。xtal1和xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產(chǎn)生交變電場。石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個3v左右的正弦波，以便使stc89c52rc片內(nèi)的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，如圖2.1所示。圖2.1 時鐘電路（2）單片機復(fù)位電路圖2.2為單片機復(fù)位電路。單片機在開機時都需要復(fù)位，以便中央處理cpu以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工

11、作。單片機的復(fù)位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的rst引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。stc89c52rc單片機的rst引腳是復(fù)位信號的輸入端。 圖2.2 復(fù)位電路2.2紅外線接收模塊tosp1838近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,無線通信技術(shù)正在向各個領(lǐng)域滲透,特別是利用紅外線進行通信無論從小型化、輕量化、還是從安全性等方面考慮,其可行性都比較高。紅外數(shù)據(jù)通訊實際是利用紅外線作為通訊載體,由紅外發(fā)射器和紅外接收器來完成信號的無線收發(fā)。在發(fā)射端,對發(fā)送的數(shù)字信號經(jīng)適當?shù)恼{(diào)制后,送入電光變換電路,驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射

12、紅外光脈沖;在接收端,紅外接收器對收到的紅外信號進行光電變換,并進行解調(diào)后,恢復(fù)出原信號。在紅外數(shù)據(jù)通訊中,紅外接收器件的選擇是紅外數(shù)據(jù)通訊中至關(guān)重要的因素。2.2.1紅外線一體化接收頭tsop1838系列是temic公司推出的一體化紅外線接收模塊,集紅外線接收、放大、解調(diào)于一體,不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與ttl電平信號兼容的所有工作；而體積只有普通三極管大小一樣，適合各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸,其傳輸距離大于4米。 紅外線接收模塊tsop1838系列的管腳分布如圖2.3所示，1、2分別為電源和地,3為信號輸出端,其輸出電平和ttl電平兼容。tsop1838系列的特性

13、如下：多種接收頻率可供選擇:30khz、33khz、36khz、36.7k hz、38khz、40khz、56khz；大范圍工作電壓:(3-6) v；遙控距離:大于4m。圖2.3 tsop1838引腳圖tsop1838系列紅外線模塊接收器的受光面一側(cè)為黑色環(huán)氧聚焦濾波透鏡，此透鏡消除了可見光對它的干擾,對于提高可靠性及濾除光噪聲至關(guān)重要。模塊內(nèi)含紅外線 pin接收管、前置放大器和解調(diào)器。當紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號經(jīng)空間傳送到 tsop1838系列模塊時,模塊內(nèi)部 pin紅外線接收管將紅外光轉(zhuǎn)換為電信號,該信號經(jīng)前置放大、解調(diào)后由 3腳輸出與 ttl電平兼容的電信號,該信號能直接送入到微控器等要求

14、 ttl電平信號輸入的芯片中。2.2.2 紅外線發(fā)射碼組成要使用紅外線一體化接受頭接受遙控器發(fā)射的紅外線,再通過單片機解碼，那就，必須先了解紅外線發(fā)射器所發(fā)射的紅外線碼的組成。一般的彩電、vcd遙控器的編碼采用的格式為1913、9012、1621格式；要識別一個遙控器的格式很簡單,只要把遙控器拆開,看它所用的集成塊型號就知道,比如upd1621、saa3010,其格式就是1621、3010格式。這種格式以1621為例,當按下遙控器上的某個按鍵時,遙控器將發(fā)射出一幀數(shù)據(jù),幀數(shù)據(jù)的編碼格式由三部分組成：引導(dǎo)碼（lead code）、客戶碼(custom code)和數(shù)據(jù)碼（data code），對

15、于一個遙控器來說,每個按鍵所發(fā)射的幀數(shù)據(jù)的客戶碼總是一樣的,有區(qū)別的只是數(shù)據(jù)碼。其中9012和1913、1621格式的唯一區(qū)別就是引導(dǎo)碼的高電平寬度不一樣，9012格式為4.5ms,1913和1621格式為9ms。幀結(jié)構(gòu)中的客戶碼和數(shù)據(jù)碼各有兩個字節(jié),第一個字節(jié)和第二個字節(jié)互為按位取反,其中客戶碼的高4 位與低4位又互為按位取反。0碼由0.56ms高電平和0.565ms低電平組合而成、1碼由0.56ms高電平和1.69ms低電平組合而成。碼元的高電平信號采用38khz矩形波(載波)調(diào)制發(fā)射，載波占空比(duty)為1/3，低電平無信號發(fā)射。2.3 時鐘芯片ds1302ds1302 是美國dal

16、las公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能，工作電壓為2.5v5.5v。2.3.1 ds1302簡介ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當r

17、st為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對ds1302進行操作。如果在傳送過程中rst置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送,i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在vcc>2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。sclk為時鐘輸入端。 下圖2.4為ds1302的引腳功能圖：圖2.4 ds1302引腳功能圖2.4 ad轉(zhuǎn)換器adc0809 2.4.1 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分主要由adc0809芯片負責(zé)，讀入模擬信號的管腳我們選用的是in0，輸出數(shù)字信號是d0d7，與單片機相連接adc0809是

18、帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 由圖2.5可知，adc0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個a/d轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當oe端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。    圖2.5 adc0809功能引腳圖adc0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05v，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過

19、程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當ale線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉(zhuǎn)換器進行換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。st為轉(zhuǎn)換啟動信號。當st上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行a/d轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當eoc為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；

20、oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0為數(shù)字量輸出線。 clk為時鐘輸入信號線。因adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500khz， vref（），vref（）為參考電壓輸入。 2.5液晶顯示器lcd16021602液晶每行可顯示16個字符，一共可以顯示兩行。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（cgrom)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。2.5.1 lcd1602的ram地址映射控制器內(nèi)部帶有80b的ram緩沖區(qū)，對應(yīng)關(guān)系如圖2.6所示圖2.6 16

21、02lcd內(nèi)部ram顯示地址當我們向000f、404f地址中的任一處寫顯示數(shù)據(jù)是，液晶都可以立即顯示出來，當寫到1027、5067地址是，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。2.6 uln2003簡介uln2003是高耐壓、大電流達林頓陣列，由7個硅npn達林頓管組成。該電路的特點如下：uln2003的每一對達林頓管都串聯(lián)一個2.7k的基極電阻，在5v的工作電壓下它能與ttl和coms電路直接連接。uln2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適用于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)uln2003經(jīng)常在以下電路中試用：(

22、1) 顯示驅(qū)動；(2) 繼電器驅(qū)動；(3) 照明燈驅(qū)動；(4) 電磁閥驅(qū)動；(5) 伺服電動機、步進電機驅(qū)動等電路中。uln2003的每一對達林頓管都串聯(lián)一個2.7k的基極電阻，在5v的工作電壓下它能與ttl和coms電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。uln2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500ma，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50v的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。第三章 硬件部分系統(tǒng)設(shè)計3.1 電源部分硬件電路設(shè)計通過一帶有整流電路的12v變壓器外接市電（220v）后，輸入直流12v電壓。左邊兩個是12伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的

23、是降低高頻內(nèi)阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。同時經(jīng)過3端集成穩(wěn)壓器lm7805穩(wěn)壓后輸出+5v電壓vcc,為訊響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源，5v電源經(jīng)過二極管d9、限流阻r20=5k后，為單片機及ds1302提供vdd電壓，如圖3.1所示。 圖3.1 電源電路圖3.2 顯示部分硬件電路設(shè)計顯示電路設(shè)計采用的是液晶lcd1602來顯示實時時間、調(diào)開窗簾時間、關(guān)窗簾時間等內(nèi)容。p0口作為數(shù)據(jù)口連接lcd1602的714口，來傳輸數(shù)據(jù)及指令，由于p0口帶負載能力差，故需接上拉電阻。p1.0接lcd1602的

24、4腳rs（數(shù)據(jù)/命令選擇端），p1.1接lcd1602的5腳r/w（讀寫選擇端），p1.2接lcd1602的6腳e（使能信號）。電位器w1用來調(diào)節(jié)lcd1602的亮度，如圖3.2所示。圖3.2 顯示電路3.3 時鐘部分硬件電路設(shè)計ds1302主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32768hz晶振，開窗簾時間，關(guān)窗簾時間都保存在ds1302自帶的ram中，不需要單獨的eeprom。ds1302在第一次加電后，須進行初始化操作，初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間及升降窗簾時間，電路連接圖如圖3.3所示。 圖3.3 ds1302接線圖3.4

25、紅外接收部分硬件電路設(shè)計 紅外線接收電路使用一個集成紅外接收器，型號是tsop1838，靜態(tài)時輸出端輸出高電平，當接收到紅外信號后，按紅外信號的數(shù)據(jù)波形輸出負脈沖數(shù)據(jù)信號。紅外信號輸出到單片機的p3.2 ，該口對應(yīng)的第二功能是外部中斷0 (int0)，利用該口的第二功能，一旦紅外線信號到來，p3.2被拉低，單片機中止當前的工作轉(zhuǎn)移到接收、處理紅外信號。開啟中斷功能的目的，既減輕了單片機的工作負擔，又保證接收到的紅外信號的完整性。圖3.4 紅外接收硬件電路圖3.5 光控電路測光部分電路設(shè)計 光控測光電路部分由光敏電阻dg、電阻r1a和ad轉(zhuǎn)換器adc0809組成。 光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)

26、制成的一種電阻值隨入射光的強弱改變的電阻；入射光強，電阻值減小，流入adc0809的電流模擬量增大，adc0809的輸出相應(yīng)的數(shù)字量，入射光減弱，電阻值增大，流入adc0809的電流減小，adc0809輸出相應(yīng)的數(shù)字量。adc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號eoc連接到p3.0；輸出允許信號oe連接到p3.1；時鐘信號clk連接到p1.3，由單片機軟件編程實現(xiàn)16分頻，滿足clk信號低于640khz的要求；start與ale均連接到p1.4；d0d7分別接到單片機p2.0p2.7；vref（+）和vref（-）分別連接到+5v電源和gnd；adda、addb、addc均連接到gnd。單片機處理系統(tǒng)接收的

27、信號是由信號采集裝置經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，在此設(shè)置p2.0p2.7為輸入端口。對信號分析處理后，處理系統(tǒng)需對電機控制裝置發(fā)出控制指令，在此設(shè)置p3.4-p3.7為輸出端口。當單片機的p2.0p2.7端口接收到輸入信號后，接下來要做的是對信號的分析。在信號采集裝置中，采用了分壓電路型式，將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，所以處理系統(tǒng)要分析的是數(shù)字數(shù)據(jù)。信號采集裝置和單片機使用了同一電源，電壓為5.0v，也就是說，電壓信號的變化范圍為05.0v。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后為0255，所以單片機通過這個數(shù)字范圍控制步進電機的轉(zhuǎn)動角度。我們采用的是分級調(diào)速，把這個區(qū)域分成4個區(qū)域，每個

28、區(qū)域?qū)?yīng)轉(zhuǎn)動角度分別為0°，30°，60°，90°。圖3.5 adc0809和光敏電阻電路圖3.6 電機驅(qū)動部分電路設(shè)計電機驅(qū)動部分主要由達林頓驅(qū)動uln2003芯片實現(xiàn)。 uln2003所用的是單片機的p3.4p3.7接口，輸出部分選用1316引腳，8引腳接地，9引腳所示為連接步進電機的電源，電機驅(qū)動電路連接圖如圖3.6所示。圖3.6 電機控制部分電路設(shè)計3.7 電機控制部分的設(shè)計此部分主要是對控制指令的執(zhí)行。單片機根據(jù)讀入的數(shù)據(jù)通過驅(qū)動器對電機進行驅(qū)動，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)動的角度。下面介紹一下步進電機及其控制原理，了解步進電機使我們能更順利的完成自動啟閉光控

29、窗簾的設(shè)計。3.7.1 步進電機簡述步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率的脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電動機加一個脈沖信號，電動機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變得非常簡單。步進電機實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電機由單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進電機的多相方波脈沖驅(qū)動，在經(jīng)功率放大后分別送入步進電機各相繞組。正常情況下，步進電機轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定脈沖時，電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻

30、率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微處理器控制。3.7.2 步進電機驅(qū)動原理步進電機有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進 18°，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。步進電機的勵磁方式可分為全步勵磁及半步勵磁，其中全部勵磁又有1相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱12相勵磁。本次設(shè)計采用的是2想勵磁法。2相勵磁法：在每一瞬間會有兩個線圈同時導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)巨大，振動小，故為目前使用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走

31、18°。其勵磁順序如表3.1所示，若勵磁信號反向傳送，則步進電機反轉(zhuǎn)。表3.1 正轉(zhuǎn)勵磁順序stepabcdstepabcd11100300112011041001電動機的負載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快負載轉(zhuǎn)矩越小，但速度快至其極限時，步進電機即不在運轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時一段時間，以對轉(zhuǎn)速加以限制。3.7.3 步進電機的選擇步進電機有步距角（涉及相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。(1) 步距角的選擇：電動機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，即每個當量電動機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電動機

32、的步距角應(yīng)等于或小于此角度。(2) 靜力矩的選擇：靜力矩的選擇依據(jù)是電動機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載兩種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接啟動時（一般由低速）兩種負載均要考慮，加速啟動時主要考慮慣性負載，恒速運行時只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的23倍，靜力矩一旦選定，電動機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。(3) 電流的選擇：靜力矩相同的電動機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大?？梢罁?jù)矩頻特性曲線圖，判斷電動機的電流。選擇電動機一般應(yīng)遵循以上步驟。本次設(shè)計選擇的是m35sp-7np四相五線永磁型步進電機。永磁型步進電機的特點為：1)大步

33、距角，例如15°、22.5°、30°、45°、90°等；2)起動頻率較低，通常為幾十到幾百hz；3)控制功率小；4)在斷電情況下有定位轉(zhuǎn)矩；5)有強的內(nèi)阻尼力矩。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 紅外線解碼的設(shè)計 該系統(tǒng)采用長虹彩電k11f型遙控器，產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定高8位地址為0bfh，低8位地址為40h；后16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的

34、持續(xù)時間隨它包含的二進制0和1的個數(shù)不同而不同，大約在4563ms之間。當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼(9ms),一個結(jié)果碼(4.5ms),低8位地址碼(9ms18ms),高8位地址碼(9ms18ms),8位數(shù)據(jù)碼(9ms18ms)和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼(連發(fā)代碼)將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。解碼的關(guān)鍵是如何識別0和1。從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)0、1均以0.56ms的低電平開始,不同的是高電平的寬度不同,0為0.56ms,1為1

35、.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別0和1。如果從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為0，反之則為1，為了可靠起見，延時必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為0，讀到的已是下一位的高電平，因此取(1.12ms+0.56ms)/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可；根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。根據(jù)以上分析可得出解碼程序流程如下：有信號產(chǎn)生中斷ea清零延時小于9ms(低電平)等待高電平的到來延時小于4.5ms(高電平)等待下一次高電平的到來延時0.84ms左右讀區(qū)p

36、3.2腳電平值再等待下一次高電平的到來延時0.84ms左右讀取p3.2腳電平值,依次取得32位代碼,前16位為識別碼,后18位既為8位數(shù)據(jù)碼和8位數(shù)據(jù)反碼。集體流程框圖見圖4.1。有信號，中斷接受解碼跳出識別碼正確否？與實際鍵值（10個）比較，轉(zhuǎn)出執(zhí)行相應(yīng)動作中斷返回y 圖4.1 解碼流程圖4.2 lcd1602顯示程序?qū)懼噶睿狠斎耄簉s=l，r/w=l，d0d7=指令碼，e=高脈沖 ；輸出：d0d7=數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入：rs=h，r/w=l，d0d7=數(shù)據(jù)，e=高脈沖 ；輸出： 無。lcd1602的一般初始化（復(fù)位）過程：延時15ms，寫指令38h（不檢測忙信號）；延時5ms，寫指令38h（

37、不檢測忙信號）；延時5ms，寫指令38h（不檢測忙信號，以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號）；寫指令38h：顯示模式設(shè)置；寫指令08h：顯示關(guān)閉；寫指令01h：顯示清屏；寫指令06h：顯示光標移動設(shè)置；寫指令0ch：顯示開及光標設(shè)置。1602流程圖如下：開始初始化單片機發(fā)寫命令液晶是否應(yīng)答準備寫入數(shù)據(jù)執(zhí)行顯示命令清屏并光標復(fù)位否是圖4.2 1602流程圖4.3 遙控控制部分遙控控制部分就是根據(jù)遙控器發(fā)送的編碼來執(zhí)行需要的任務(wù),其中包括：開窗簾、關(guān)窗簾、停止移動(把窗簾設(shè)置成半開狀態(tài))、調(diào)節(jié)實時時間,(按一下此鍵,再按加、減鍵即可使實時時間增加一或減小一)、調(diào)節(jié)開窗簾時間、調(diào)節(jié)關(guān)窗簾時間、時間增加、時間減小、開/關(guān)自動開關(guān)簾、開/關(guān)自動關(guān)窗簾。具體實施措施為： 1) 接收到的紅外線碼值為10h,轉(zhuǎn)入執(zhí)行stop子程序，此時p3.4p3.7四個引腳都將被置為高電平，控制電機uln2003的四個控制端都處于截止狀態(tài)，電機不執(zhí)行任何動作既窗簾停止不動。2) 接受到的紅外線值為16h,轉(zhuǎn)入執(zhí)行open子程序 ,電機正轉(zhuǎn)，延時一段時間也就是窗簾全部打開的時候，電機停止運動。 3) 接收到的紅外線值為44h，轉(zhuǎn)入執(zhí)行close子程序，電機反轉(zhuǎn)，延時一段時間也就是窗簾全部被關(guān)上的時候，電機停止運動。4) 接收到的紅外線值為0ch，就使01h取反，開始01h應(yīng)該為0，取反后01h變?yōu)?