基于51單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1、 . . . 項目編號_201111 _江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院大學生創(chuàng)新訓練計劃結(jié)題報告項目名稱基于51單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)項目負責人 晶所學專業(yè)電氣工程與其自動化所在學院物聯(lián)網(wǎng)工程學院(手機)電子信箱diamond-heart .項目起止年月2011/11-2012/05第一指導(dǎo)教師肖 永 松專業(yè)技術(shù)職務(wù)工 程 師(手機)電子信箱結(jié)題日期2012年5月15 / 16江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院創(chuàng)新訓練計劃項目結(jié)題驗收表學院名稱：物聯(lián)網(wǎng)工程學院 填寫日期： 2012 年 5 月項目名稱智能窗簾控制系統(tǒng)項目編號項目組成員學號承擔工作量（）本人簽字備注負責人晶070109010820成員1

2、蔡楷倜070110010120成員2佳斌070110022520成員3方新茂070110020420成員4喬勇070410051320指導(dǎo)教師年齡職稱聯(lián)系（手機）指導(dǎo)教師1肖永松29工程師指導(dǎo)教師2一、 研究成果簡介控制系統(tǒng)的主要由核心芯片STC89C51、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片PCF89C51、時鐘芯片DS1302、步進電機驅(qū)動芯片ULN2003幾部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)光信號控制步進電機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)動圈數(shù)來達到控制窗簾開合狀態(tài)的功能。窗簾開合狀態(tài)分為五檔，窗簾當前所處檔位和當前時間均可以在液晶上顯示出來。當前時間可以通過按鍵來設(shè)置。手動控制模式下可以通過按鍵選擇窗簾預(yù)期的檔位。自動模式需設(shè)定預(yù)設(shè)時間（默

3、認為7:00-18:00），在預(yù)設(shè)時間窗簾可處于光控狀態(tài)，當光信號轉(zhuǎn)換來的數(shù)字信號超過80時窗簾拉合，低于20時完全打開。二、 成果特色與創(chuàng)新點：1. 光敏模塊用來采集光信號，并抓換為電信號，靈敏度很高。模擬信號的輸出值大，不需要放大電路，提高了信號的精確度2. 控制： STC89C51對經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的電信號進行讀取，并根據(jù)所讀取數(shù)據(jù)對步進電機驅(qū)動電路進行控制以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。3. 顯示：1602液晶顯示器采用串行輸入，相比于數(shù)碼管顯示更加節(jié)省I/O口。且顯示信息量更大，效率更高。4. 時間設(shè)置：紐扣電池可以在方口USB不供電時繼續(xù)供電，時鐘電路保持運行，確保當前時間的準確性。5.

4、 電機：采用步進電機比直流電機更加容易控制轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動圈數(shù)，靈活可靠。三、成果形式與數(shù)量：文獻綜述 1 份； 專利 個；調(diào)研報告份； 軟件件；設(shè)計作品 份； 圖紙1套；實驗記錄份； 論文篇；制作實物 1 件： 課件件；心得體會 1 份； 其它。大學生創(chuàng)新訓練計劃基于AT89C51單片機的智能窗簾控制系統(tǒng)成 果 精 粹江 南 大 學二一二年五月簡介隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展，智能家居的理念也漸漸滲透到我們的生活中，受此啟發(fā)，我們想嘗試著做一個智能窗簾的控制系統(tǒng)，希望可以通過光強和時間來控制窗簾的開合。恰好我們都進行了電路、模電數(shù)電的學習，也曾初步接觸了單片機，我們想通過設(shè)計這個控制系統(tǒng)來加深我們對所學容

5、的理解和掌握，更加熟悉使用protel等專業(yè)軟件。計劃設(shè)計一個系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：在自動模式下，在設(shè)定的時間，如早成6點至晚上8點，晚上8點至早晨6點，時間控制，可以避免室開燈造成窗簾自動拉開。通過光強控制，在設(shè)定光照強度圍，窗簾拉開，超過設(shè)定強度，如夏日中午，為避免房間被光直射造成溫度過高，窗簾關(guān)閉。在手動模式下，通過按鍵來調(diào)整窗簾的開合狀態(tài)。最終設(shè)計使用STC89C51單片機，STC89C51有512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲空間，是AT89C51的兩倍，并且?guī)в?K字節(jié)的EEPROM存儲空間，可以斷電后保存資料，可以直接使用串口下載，而AT89C51需要專用下載器?？刂葡到y(tǒng)可以實現(xiàn)對光信號的采集、

6、轉(zhuǎn)換、傳輸，并根據(jù)單片機接收到的信號，結(jié)合時鐘電路的信號，對步進電機進行控制，通過控制步進電機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)動圈數(shù)，來實現(xiàn)對窗簾的打開與拉合控制。設(shè)計時對硬件進行了模塊化分析，以STC89C51作為主控芯片，光信號采集使用光敏模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換主要使用PCF8591芯片，顯示模塊采用1602液晶顯示器，時鐘電路采用DS1302芯片，電機驅(qū)動器主要使用ULN2003?？刂破髟O(shè)計：構(gòu)成模塊主要功能：單片機控制系統(tǒng)：處理信號并控制電機運行。AD轉(zhuǎn)換：將光敏模塊輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。光敏模塊：采集光信號并轉(zhuǎn)換為模擬信號。液晶模塊：用于顯示時間與控制模式。時鐘電路：配合外部晶體實現(xiàn)振蕩，為單片機提供運行時

7、鐘。按鍵：設(shè)置時間與選擇模式。電機驅(qū)動：為步進電機提供足夠大的驅(qū)動電流。復(fù)位：進行復(fù)位。電源：為系統(tǒng)運行進行供電。圖1 模塊功能圖硬件設(shè)計l 單片機控制模塊圖2 單片機控制模塊電路原理圖：STC89C51芯片 共40引腳，18腳是通用I/O接口（p1.0p1.7），9腳rst復(fù)位鍵，10、11腳RXD串口輸入、TXD串口輸出，1219腳:p3接口 (12,13腳 INT0中斷0、INT1中斷1，14,15:計數(shù)脈沖T0 T1 16,17:WR寫控制RD讀控制輸出端) ,18,19腳:晶振諧振器，20腳接地線，2128 p2接口高8位地址總線29: psen 片外rom選通端，單片機對片外rom

8、操作時 29腳(psen)輸出低電平30:ALE/PROG 地址鎖存器31:EA rom取指令控制器，電源+5V。本系統(tǒng)采用P0口與P10、P11、P12控制液晶顯示，P13-P17口控制按鍵、P30、P31、P34口控制DS1302、P35、P36口控制PCF8591，P20-P23口控制ULN2003。l 光敏模塊： 功能：采集光信號并轉(zhuǎn)換為模擬信號。說明：VCC 外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連）GND 外接GND DO 小板數(shù)字量輸出接口（0和1）AO 小板模擬量輸出接口圖3 光敏模塊電路圖本系統(tǒng)使用AO端作為AD轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號輸入。l 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

9、：圖 4 AD轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖功能：將光敏模塊輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，本系統(tǒng)采用第三通道（AIN3）說明：因為STC89C51芯片沒有AD轉(zhuǎn)換模塊，故而采用PCF8591T芯片來實現(xiàn)AD與DA轉(zhuǎn)換功能的，它有4路模擬輸入，1路模擬輸出，一個I2C-BUS接口，3個給硬件地址編程的腳。通過I2C總線與處理器通信，其價格低廉，接口簡單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其引腳定義如下：AIN0AIN3：模擬輸入（A/D 轉(zhuǎn)換）。 AOUT：模擬輸出（D/A轉(zhuǎn)換）。 A0-A2：硬件設(shè)備地址。 GND：電源負極地。 VREF：參考電壓輸入。 EXT:振蕩器輸入時，部/外

10、部的切換開關(guān)。 OSC: 振蕩器輸入/輸出。 SCL: I2C BUS 時鐘輸入。 SDA:I2C BUS 數(shù)據(jù)輸入/輸出。 AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地。 l 液晶顯示模塊： 功能：用于顯示時間與控制模式說明：此液晶為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行） 圖6 液晶電路原理圖 圖5 液晶實物圖1602采用標準的16腳接口，其中: 第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度第4腳：RS為寄存器

11、選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳l 按鍵模塊：用于設(shè)置時間與選擇模式圖7 按鍵電路原理圖說明：P1.3：右P1.4：中P1.5：下P1.6：左P1.7：上l 時鐘電路圖8 時鐘電路原理圖說明：低功耗時鐘芯片DS1302可以對年、月、日、時、分、秒

12、進行計時DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三個口線：1 RES（復(fù)位)；2 I/O（數(shù)據(jù)線)；3 SCLK（串行時鐘）。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。l 步進電機驅(qū)動模塊：用于驅(qū)動步進電機圖9 步進電機驅(qū)動電路說明：電機選用28BYJ-48型步進電機，電壓5V，五線四相圖10 步進電機原理圖表1 步進電機轉(zhuǎn)動相序相順序ABCD01100101102001131001相順序從0到1稱為一步，電機軸將轉(zhuǎn)過18度，01234則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來，而進行相反的通電順

13、序如4321將使電機同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高，則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步顫動。l 電源模塊：為系統(tǒng)供電圖11 電源模塊原理圖l 復(fù)位模塊圖12 復(fù)位電路原理圖軟件設(shè)計設(shè)計流程圖：圖13 軟件流程圖實物展示圖14 PCB板正面圖15 PCB板背面項目心得通過這次歷時半年的項目，我們都收獲頗多。在所學專業(yè)知識上，我們都有了更深的理解和認識，能夠把課本的知識同實際應(yīng)用對應(yīng)起來，學習的過程就充滿了趣味，不那么枯燥。在最初的基礎(chǔ)知識準備的過程中，我們翻閱了大量的資料，看視頻教程，練習使用p

14、rotel等軟件，對進行項目所需要的只是做了系統(tǒng)的學習，這個過程中有許多的不解和困惑，大家相互交流，總結(jié)自己學習的收獲，感覺很充實。半年的過程中，遇到過各種各樣的難題，但是大家齊心協(xié)力，相互配合，雖然不是每次都能夠順利解決問題，有的時候會因為檢查電路或程序的錯誤而花費大量的時間，但是我們能夠從解決問題的過程中相互學習，彼此之間的合作也使得我們的進展不會停滯不前。每一次一起解決掉某個問題的時候，獲得一定成就的時候我們都很受鼓舞。在分工與合作中的交流也很重要，每個人的思路和想法都讓我們從不同的角度去思考。這次的項目合作讓我們都受益匪淺。我們都非常高興能夠參加這次項目，這會是我們大學學習中非常有趣也很有收獲的經(jīng)歷。附： proteus仿真圖表1 硬件模塊元件清單模塊元件型號數(shù)量AD轉(zhuǎn)換PCF8591