課程設計基于單片機的遙控窗簾課程設計

1、河南理工大學單片機應用與仿真訓練設計報告基于單片機的遙控窗簾設計姓 名：王 艷 青 潘 江 勇學 號：專業(yè)班級：11電氣升2班 指導老師：劉 巍所在學院：電氣工程與自動化系 2012年6月25日摘要本設計是基于單片機的遙控窗簾，采用8位的AT89S52單片機做控制器，程序采用C語言編程。利用直流電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)控制窗簾的開關。直流電機用專用驅(qū)動集成電路L298N驅(qū)動，L298N屬于H 橋集成電路，輸出電流大，功率強，最大輸出功率達200W。用單片機控制芯片L298N的使能端ENABLEA和輸入端IN1、IN2，達到控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的目的。無線遙控模塊是由PT2262/PT2272 編碼

2、解碼芯片組成的無線發(fā)送接收模塊，通過PT2272接收輸出端D0、D1、D2、D3輸出信號控制單片機，再利用單片機控制L298N來控制直流電機。利用霍爾傳感器和定時器/計數(shù)器T0來實現(xiàn)窗簾的防過卷，將磁鋼吸附在直流電機拖動的轉(zhuǎn)盤上做為磁場源，當霍爾器件所在位置的磁場尚未達到工作點之前，器件以高電平輸出，當磁場增強到工作點( Bop ) 時，霍爾片輸出的電壓UH 經(jīng)差分放大器放大后，送至施密特觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)導通，從而使門電路輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，高低電平的變化給計數(shù)器T0一個外部脈沖信號，計數(shù)器計數(shù)一次。關鍵詞：單片機、直流電機、L298N、光耦、無線遙控、霍爾傳感器目錄1 概述411 單片

3、機發(fā)展應用背景412 基于單片機的遙控窗簾設計的基本要求413 智能遙控窗簾的構架框圖52 系統(tǒng)總體方案及硬件設計621 自動窗簾總體設計方案622 按鍵控制模塊623 無線遙控模塊724驅(qū)動模塊825霍爾傳感器測量模塊103 Proteus軟件仿真1131 驅(qū)動模塊的仿真1232 仿真結果144課程設計體會15參考文獻16附1 源程序代碼17附2 系統(tǒng)原理圖201概述11 單片機發(fā)展應用背景當今，計算機技術帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，微型計算機的應用已滲透到生產(chǎn)、生活的各個方面。其中單片機問世不久，然而體積小、廉價、功能強，其銷售額每年近80%的速度增長。它的性能不斷提高，適用范圍越來越

4、寬，在計算機應用領域已占有日益重要的地位。近幾年來，隨著科學技術的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，城市建設步伐的加快，一棟棟居民樓、寫字樓、賓館拔地而起。進入尋常百姓的家用電器品種與數(shù)量愈來愈多，這些家用電器有的能減輕人們的家務、有的能豐富人們的文娛生活，有的則能提高人們的生活質(zhì)量為了進一步滿足人們高水準生活的需要，家用電器產(chǎn)品性能也在不斷的更新挽代，從始初的晶體管、到電子管；由模擬到數(shù)字；由分立元件到集成電路；從普通向高性能、多功能型；由手動控制向紅外線遙控、向智能化發(fā)展。與此同時，窗簾作為裝修業(yè)不可缺少的一部分，也日益火爆起來，目前，常用的窗簾軌道都是鋼絲繩手拉式或滑輪式，只有一部分高收入的

5、家庭采用是電動遙控軌道。但價格相當昂貴，不能普及。所以設計的目標就是實現(xiàn)功能全、造價省。能夠進入大眾生活。一款使用微電腦管理的、紅外遙控器控制的多功能窗簾，控制器符合當今的發(fā)展趨勢。該窗簾控制器采用AT89S52單片機的最小系統(tǒng)設計，控制一個直流電動機控制窗簾的拉開和關閉。12 基于單片機的遙控窗簾設計的基本要求采用兩人一組進行設計，共同協(xié)作完成設計：（1）首先按設計題目要求制訂方案。（2）設計出硬件原理圖。（3）焊接電路。（4）對設計的硬件、軟件調(diào)試，直至正確地實現(xiàn)系統(tǒng)功能。設計系統(tǒng)的功能目標：1） 控制窗簾的開關、利用直流電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。2） 防過卷功能。3） 具有無線遙控和手動按鍵控制兩

6、種功能。4） 能夠指示運行狀態(tài)。 我們的設計目標是以以上設計為基礎，盡量設計出實用美觀的硬件電路，以及智能化、人性化的程序。使我們的設計總體上更貼近于實際應用，綜合性能和工藝造價符合實際應用的要求。13 智能遙控窗簾的構架框圖 以AT89S51為控制器，程序采用C語言編程。利用直流電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)控制窗簾的開關。直流電機用專用驅(qū)動集成電路L298N驅(qū)動，L298N屬于H 橋集成電路，輸出電流大，功率強，最大輸出功率達200W。用單片機通過光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和輸入端IN1、IN2，達到控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的目的。而且，光耦采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管耦合

7、到光三極管，輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。無線遙控是由PT2262/PT2272 編碼解碼芯片組成的無線發(fā)送接收模塊，通過PT2272接收輸出端D0、D1、D2、D3輸出信號控制單片機，再利用單片機控制L298N來控制直流電機。利用霍爾傳感器和定時器/計數(shù)器T0來實現(xiàn)窗簾的防過卷，將磁鋼吸附在直流電機拖動的轉(zhuǎn)盤上做為磁場源，當霍爾器件所在位置的磁場尚未達到工作點之前，器件以高電平輸出，當磁場增強到工作點( Bop ) 時，霍爾片輸出的電壓UH 經(jīng)差分放大器放

8、大后，送至施密特觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)導通，從而使門電路輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，高低電平的變化給計數(shù)器T0一個外部脈沖信號，計數(shù)器計數(shù)一次。 系統(tǒng)分為遙控模塊、驅(qū)動模塊、霍爾傳感器測量模塊、按鍵控制四個大的模塊，他們的關系如下圖所示：2系統(tǒng)總體方案及硬件設計21 自動窗簾總體設計方案本設計是基于單片機的遙控窗簾，采用8位的AT89S52單片機做控制器，程序采用C語言編程。利用直流電機正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)控制窗簾的開關。直流電機用專用驅(qū)動集成電路L298N驅(qū)動，L298N屬于H 橋集成電路，輸出電流大，功率強，最大輸出功率達200W。用單片機通過光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和

9、輸入端IN1、IN2，達到控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的目的。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。無線遙控是由PT2262/PT2272 編碼解碼芯片組成的無線發(fā)送接收模塊，通過PT2272接收輸出端D0、D1、D2、D3輸出信號控制單片機，再利用單片機控制L298N來控制直流電機。利用霍爾傳感器和定時器/計數(shù)器T0來實現(xiàn)窗簾的防過卷，將磁鋼吸附在直流電機拖動的轉(zhuǎn)盤上做為磁場源，當霍爾器件所在位置的磁場尚未達到工作點之前，器件以高電平輸出，當磁場增強到工作點( Bop ) 時，霍爾片輸出的電壓UH 經(jīng)差分放大器放大后，送至施密特觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)導通，從而使門電路輸出端由高電平變

10、為低電平，高低電平的變化給計數(shù)器T0一個外部脈沖信號，計數(shù)器計數(shù)一次。22 按鍵控制模塊對應于硬件電路，從上到下。按鍵分別為K1表示按鍵作為外部中斷0的觸發(fā)脈沖、K2表示外部中斷1的觸發(fā)脈沖和K3表示P10按鍵停止。 作為一個獨立的模塊，按鍵能實現(xiàn)執(zhí)行電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的功能。其中，按鍵K1（外部中斷0的觸發(fā)脈沖）按下后，程序執(zhí)行外部中斷0的中斷服務程序。按鍵K2（外部中斷1的觸發(fā)脈沖）按下后，程序執(zhí)行外部中斷1的中斷服務程序。按鍵K3（對應于P10口）按下后，電機即停止正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，也即停止窗簾的移動。2、3無線遙控模塊 無線遙控模塊采用PT2262/PT2272 編碼解碼芯片做成的無線發(fā)

11、送接受模塊。編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源，其17 腳為低電平，所以315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262 得電工作，其第17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17 腳為高電平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17 腳為低平期間315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完

12、全收控于PT2262 的17 腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK 調(diào)制）相當于調(diào)制度為100的調(diào)幅。PT2262/PT2272 特點：(a)、CMOS 工藝制造，低功耗(b)、外部元器件少(c)、RC 振蕩電阻(d)、工作電壓范圍寬：2。6-15v(e)、數(shù)據(jù)最多可達6 位(f)、地址碼最多可達531441 種在通常使用中，一般采用8 位地址碼和4 位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路PT2262 和解碼PT2272 的第18 腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3 的8 次方為6561，所以地址編碼不重復度為6561 組，只有發(fā)射端PT2262 和接收端PT

13、2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊的PT2262 和PT2272 的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將PT2262 和PT2272 的18 腳設置相同即可，例如將發(fā)射機的PT2262 的第1 腳接地第5 腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的PT2272 只要也第1 腳接地第5 腳接正電源，其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的D1D4 端輸出約4V 互鎖高電平控制信號，同時VT 端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動繼電器、

14、功率三極管等進行負載遙控開關操縱。使用過程中，我們將GND端接地，Vss接+5V電源，D0、D1、D2、D3分別引到單片機的引腳上，VT不用懸空。當遙控發(fā)送模塊按下按鍵A時，可以用萬用表測得D0對應的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。同樣地，當遙控發(fā)送模塊按下按鍵B時，可以用萬用表測得D1對應的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。當遙控發(fā)送模塊按下按鍵C時，可以用萬用表測得D2對應的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。當遙控發(fā)送模塊按下按鍵D時，可以用萬用表測得D3對應的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。我們可以根據(jù)電平的變化，來控制相關模塊。2.4驅(qū)動模塊恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298NL298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的

15、是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達25 A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，

16、OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。表1是L298N功能邏輯圖。（1）虛線框圖1控制電機正反轉(zhuǎn)，U1A，U2A是比較器，VI來自爐體壓強傳感器的電壓。當VIVRBF1時，U1A輸出高電平，U2A輸出高電平經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，電機正轉(zhuǎn)。同理VIVRBF1時，電機反轉(zhuǎn)。電機正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強。（2）虛線框圖2中，U3A，U4A兩個比較器組成雙限比較器，當VBVIVA時輸出低電平，當VIVA，VIVB時輸出高電平。VA，VB是由爐體壓強轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換

17、電壓的上下限，即反應爐體壓強控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定VA，VB的值，只要爐體壓強在VA，VB所確定范圍之間電機停轉(zhuǎn)（注意VBVRBF1VA，如果不在這個范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。（3）虛線框圖3是一個長延時電路。U5A是一個比較器，Rs1是采樣電阻，VRBF2是電機過流電壓。Rs1上電壓大于VREF2，電機過流，U5A輸出低電平。由上面可知，框圖1控制電機正反轉(zhuǎn)，框圖2控制爐體壓強的紋波大小。當爐體壓強太小或太大時，電動機轉(zhuǎn)到兩端固定位置停止，根據(jù)直流電機穩(wěn)態(tài)運行方程3：UCeNRaIa其中:為電機每極磁通量；Ce為電動勢常數(shù)； N為電機轉(zhuǎn)數(shù)；Ia為電樞電流；Ra電樞回路電阻。電機轉(zhuǎn)

18、數(shù)N為0，電機的電流急劇增加，時間過長將會使電機燒壞。但電機起動時，電機中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長延時電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長延時電路工作原理：當Rs1過流U5A產(chǎn)生一個負脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開路，C1，R5及U6A組成積分器開始積分，電容C1上的充電電壓線性上升，延時運放積分常數(shù)為100R5C1。當C1上充電電壓，即6腳電壓超過23 VCC，555電路復位，輸出低電平。電機啟動時間一般小于08 s，C1充電時間一般為081 s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或，如果U5A輸出低電平大

19、于C1充電時間，U7在C1充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298N的6腳ENA端使電機停止。如果U5A的輸出電平小于C1充電時間，6腳不動作電機的正常啟動。長延時電路吸收電機啟動過流電壓波形，從而使電機正常啟動。下圖是其引腳圖：1、15腳是輸出電流反饋引腳，其它與L293相同。在通常使用中這兩個引腳也可以直接接地。上圖是其與51單片機連接的電路圖。應用時，我們將Vss和Vs引腳都接+5V。用ENA選擇使用第一組輸入IN1、IN2。GND和SENSE A和SENSE B接地。IN1、IN2從光耦的發(fā)射極引出。Output 1 和Output 2受IN1和IN2的控制，做輸出端控制直流電機正轉(zhuǎn)、

20、反轉(zhuǎn)、停止。2.5 霍爾傳感器測量模塊根據(jù)霍爾效應制成的霍爾傳感器不僅可以用于磁場的測量，大量的還是以磁場為工作媒體，將物體的多種運動參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，因而在自動控制、各種物理量的測量中得到了大量的應用。集成霍爾傳感器主要由霍爾片和放大器組成，根據(jù)不同應用的需要，有的還加溫度補償電路、穩(wěn)壓電源或施密特觸發(fā)器及開關電路等，加了不同附加器件后其應用和特性各不相同。 集成霍爾傳感器的特點是:體積小、頻響寬、動態(tài)特性好、對外圍電路要求簡單、使用壽命長及價格低廉。器件輸出電壓與器件所在位置的磁場強度成線性關系。 如SS95A 系列和MLX90215 系列，運用此類器件時，只要選取適當?shù)男〈配?，就可將與

21、小磁鋼一起運動的物體的位置、位移、速度、角度等信息以電信號的形式傳感出來，達到了自動測量與控制的目的。當霍爾器件所在位置的磁場尚未達到工作點之前，器件以高電平輸出，當磁場增強到工作點( Bop ) 時，霍爾片輸出的電壓UH 經(jīng)差分放大器放大后，送至施密特觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)導通，從而使門電路輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，稱此為“開”狀態(tài)。 反之，當磁場減小到釋放點( Brp ) 時，門電路輸出端截止，則由低電平變?yōu)楦唠娖剑?稱為“關”狀態(tài)。 常見的霍爾開關有UGN3109、A44E 和US5881。 由于該傳感器只對一定強度的磁場起作用，抗干擾能力強，因而應用廣泛。當磁場超過工作點時，其輸出導通為低電

22、平，而當磁場變小乃至完全撤消后，其輸出狀態(tài)保持不變，必須施加一個反向磁場，才能達到釋放點，輸出截止轉(zhuǎn)為高電平，可見具有鎖存記憶功能。 常見的集成霍爾鎖存器有UGN3075 和US1881。US1881有兩種封裝形式： 當磁鋼從霍爾傳感器的前面重復消磁、勵磁的過程中，其OUT端會輸出一個電平變化信號，作為計數(shù)器T0的外部脈沖。整個系統(tǒng)也就是根據(jù)霍爾傳感器和磁鋼一起用產(chǎn)生外部脈沖，使得T0計數(shù)的這個特性來實現(xiàn)窗簾的防過卷功能的。是整個設計的關鍵點之一，使用它可以實現(xiàn)窗簾的智能化。3Proteus軟件仿真31 驅(qū)動模塊的仿真 仿真程序#include #define uint unsigned in

23、tsbit P10=P10;sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit AK=P00;sbit BK=P01;sbit CK=P02;sbit P11=P11;sbit IN1=P20;sbit IN2=P21;void Motor_zheng() IN1=1;IN2=0;void Motor_fan() IN1=0;IN2=1;void Motor_ting() IN1=1;IN2=1;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void key()if(P14=0) delay(10) ; if(

24、P14=0) while(!P14);Motor_zheng(); if(P15=0) delay(10) ; if(P15=0) while(!P15);Motor_fan(); if(P10=0) delay(10) ; if(P10=0) while(!P10);Motor_ting(); void main(void) EA=1;EX0=1;while(1) /PWM周期100，高電平100- PWM_T， 低電平PWM_T,低電平工作 delay(2);key(); if(AK=1|P14=0)&(P10=1&CK=0&P11=1)Motor_zheng(); delay(2); i

25、f(BK=1|P15=0)&(P10=1&CK=0&P11=1)Motor_fan(); delay(2); if(P10=0)|(CK=1)|(P11=0)Motor_ting(); delay(2);3.2 仿真結果按鍵K2，電機正轉(zhuǎn)，按鍵K3，電機反轉(zhuǎn)，按鍵K1，電機停止。4課程設計體會通過這次單片機課程設計，我們真的是受益匪淺，動手能力和合作能力都得到了一定的培養(yǎng)，要感謝領導和老師們?yōu)槲覀兲峁┑倪@次寶貴的實踐機。在這次設計過程中，第一次接觸實物，硬件的設計跟焊接都要我們自己動手，軟件的編程也要我們不斷的調(diào)試，最終一個能完成課程設計的勞動成果出來了，很高興它能按著設計的思想和要求運行起來

26、。當然，這其中也有很多的問題。第一，不夠細心比如由于粗心大意焊錯了線，由于對課本理論的不熟悉導致編程出現(xiàn)錯誤。第二，是在學習態(tài)度上，這次課程設計是對我們的學習態(tài)度的一次檢驗。對于這次單片機綜合課程設計，我的第一大心得體會就是作為一名工程技術人員，要求具備的首要素質(zhì)絕對應該是嚴謹。我們這次設計所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴謹。第三，在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力和決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。本次課程設計雖然取得了一定的收獲，但是在很多方面還是有待于進一步改進和完善的。遙控器C鍵不靈敏，必須靠近接收模塊的天線，才能接受到信號。本次設計沒有光控電路，如果再加上一個光控電路，在光線較暗的時候能自動開窗簾，二而在光線較強的時候能夠自動關窗簾，那這個設計將會更加完善。通過這次單片機課程設計，我們加深了對單片機理論的理解，將理論很好的應用到實際當中去。參考文獻1、單片機原理與應用技術。中國礦業(yè)大學出版社 作者：余發(fā)山 王福忠2、21IC電子網(wǎng)。3、單片機-PIC學習網(wǎng)。4、百度搜索。5、單片機學習網(wǎng)。6彭偉 單片機C語言程序設計實訓100