太陽能智能窗簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì),大學(xué)論文

太陽能智能窗簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì),大學(xué)論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【】【】【】太陽能智能窗簾系統(tǒng)構(gòu)造及軟件設(shè)計(jì)【】【】智能窗簾論文范文：太陽能智能窗簾系統(tǒng)構(gòu)造及軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容摘要：文章設(shè)計(jì)出基于太陽能驅(qū)動(dòng)的智能窗簾控制系統(tǒng)，通過AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，硬件電路主要包括了電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊、傳感器模塊、顯示及操作模塊、太陽能驅(qū)動(dòng)充電模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘模塊共六大模塊。該系統(tǒng)不僅總體架構(gòu)簡(jiǎn)單，其所實(shí)現(xiàn)的功能同樣知足日常需求，符合現(xiàn)代智能家居的設(shè)計(jì)理念，對(duì)于當(dāng)前市場(chǎng)上的智能窗簾供電問題和特殊狀況下使用問題提出了有效的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。本文關(guān)鍵詞語：51單片機(jī)；清潔能源；智能家居；作者簡(jiǎn)介：李子圣〔1999-〕，男，山西太原人，中北大學(xué)本科生，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)。；0引言在如今人們的生活中，智能化家居憑借其便利高效的特點(diǎn)已成為了不可或缺的一部分，具有隨外界環(huán)境變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開合功能的智能窗簾同樣走進(jìn)了人們的生活中。當(dāng)前，市場(chǎng)上的絕大多數(shù)智能窗簾系統(tǒng)采用外部電源供電，假如窗簾邊沒有插座的話，便需要重新布線，既影響美觀同時(shí)也增加了安全隱患。而對(duì)于采用鋰電池供電的電機(jī)來講，電池充電時(shí)需要將窗簾拆卸給增加了不便。由此存在著另一個(gè)問題，低價(jià)位的智能窗簾在碰到停電等突發(fā)情況時(shí)窗簾無法正常開合，而支持停電開合的智能窗簾價(jià)格均在千元以上，其昂貴的價(jià)格無法做到大面積普及。本文設(shè)計(jì)的這一款智能窗簾控制，以AT89C52單片微控制器作為MCU,硬件電路包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊、傳感器模塊、顯示及操作模塊、太陽能驅(qū)動(dòng)充電模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘模塊共六大模塊，成功解決了當(dāng)下市場(chǎng)中智能窗簾外部供電和特殊狀況下的使用問題，具有廣闊的應(yīng)用開發(fā)前景。1太陽能智能窗簾系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)本系統(tǒng)運(yùn)行的流程主要是：傳感器在未收到用戶定時(shí)或遠(yuǎn)程操作的情況下檢測(cè)當(dāng)下光照強(qiáng)度、濕度和大氣壓，在到達(dá)用戶自個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，自動(dòng)放下窗簾并且調(diào)整開合大??；當(dāng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號(hào)或到達(dá)設(shè)置的開窗簾時(shí)間時(shí)，便會(huì)自動(dòng)升起窗簾。而在遠(yuǎn)成操作形式下，用戶可借助藍(lán)牙模塊和短信模塊，實(shí)現(xiàn)窗簾的遠(yuǎn)程開合功能。圖1系統(tǒng)整體構(gòu)造框圖1.1主控芯片主控芯片我們使用來自ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52芯片，其性能既能夠知足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能，并且價(jià)格低廉。1.2光敏電阻模塊光敏電阻是實(shí)現(xiàn)光線亮度自動(dòng)檢測(cè)的主要元器件，其阻值隨著光線亮度變化進(jìn)而輸出相對(duì)應(yīng)的高低電平，并將電平模擬量通過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳輸給單片機(jī)，與所設(shè)定的光照強(qiáng)度閾值對(duì)應(yīng)的電平進(jìn)行比擬，判定當(dāng)下能否需要進(jìn)行打開窗簾或關(guān)閉窗簾的動(dòng)作，并且將當(dāng)下環(huán)境溫度通過2.2寸LCD液晶顯示屏進(jìn)行顯示。其光敏電阻模塊的工作原理為：在外部環(huán)境光照較強(qiáng)的狀態(tài)下，光敏電阻表現(xiàn)出低電阻值的狀態(tài)；在外部環(huán)境光照較暗的狀態(tài)下，低電平輸入單片機(jī)。同時(shí)由于光敏電阻輸出的是連續(xù)的模擬電平信號(hào)，必須通過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器〔Analogto-digitalconverter〕將其模擬電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字電平信號(hào)并輸入單片機(jī)接口，才能使電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊正常工作，讓電機(jī)進(jìn)行順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)窗簾的開合。圖2光敏電阻模塊電路圖1.3溫度傳感器模塊圖3溫度傳感器模塊電路圖使用溫度傳感器為DS18B20,其具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、性價(jià)比高、工作溫度范圍大的特點(diǎn)。DS18B20屬于單總線專用芯片，接口簡(jiǎn)單且硬件開銷低。同時(shí)采用鍍錫引腳，抗氧化且不易生銹，充分保障了在不同環(huán)境下系統(tǒng)的正常工作。1.4氣壓傳感器模塊使用氣壓傳感器的核心芯片為MPX4115,集成了片上技術(shù)、雙極運(yùn)算放大器和薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，能夠提供高輸出信號(hào)和溫度補(bǔ)償。其原理是利用彈性應(yīng)力和大氣壓力互相平衡的特點(diǎn)，通過MPX4115芯片測(cè)量設(shè)備內(nèi)置真空金屬膜盒所受彈性應(yīng)力，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器后得出精準(zhǔn)的大氣壓力。圖4氣壓傳感器仿真模塊圖1.5時(shí)鐘模塊時(shí)鐘模塊采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式，在其輸入端XTAL1和輸出端XTAL2加上兩個(gè)30皮法的電容構(gòu)成振蕩電路，一般的晶振頻率在1.2M赫茲到12M赫茲之間，考慮到本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于時(shí)鐘并沒有十分要求且正常頻率即可知足，所以選擇12M赫茲晶振驅(qū)動(dòng)電路。圖5時(shí)鐘模塊和復(fù)位功能仿真電路圖同時(shí)考慮到在系統(tǒng)的調(diào)試經(jīng)過中或許會(huì)出錯(cuò)，需要隨時(shí)復(fù)位，本設(shè)計(jì)增設(shè)了復(fù)位電路，起到保衛(wèi)的作用，避免出現(xiàn)CPU誤讀程序或是死機(jī)等現(xiàn)象。在這里我們采用了手動(dòng)按鍵復(fù)位方式，在單片機(jī)輸入端RST上加上一個(gè)高電平，這樣便能夠在電源正VCC端與RST端增設(shè)加一個(gè)復(fù)位按鍵，當(dāng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)手動(dòng)按下復(fù)位鍵即可完成復(fù)位功能。1.6人機(jī)交互模塊室內(nèi)通信采用HC-05藍(lán)牙模塊，當(dāng)用戶在室內(nèi)發(fā)送指令的時(shí)候，經(jīng)過該系統(tǒng)便能夠可將指令從手機(jī)內(nèi)置的藍(lán)牙串口助手直接發(fā)送至控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)窗簾的人工控制升降升降。室外通信則采用GPRSA6-Bmini短信模塊實(shí)現(xiàn)接收短信功能，將該模塊外接于在控制電路上，當(dāng)用戶位于戶外時(shí)，能夠通過發(fā)短信的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。1.7電機(jī)模塊窗簾升降的動(dòng)力借助于ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來驅(qū)動(dòng)四相六線的5V步進(jìn)電機(jī)來完成。其原理來自對(duì)單片機(jī)發(fā)出脈沖的感應(yīng)，步進(jìn)電在接受脈沖后便自動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)脈沖數(shù)，電機(jī)將決定轉(zhuǎn)角幅度，脈沖數(shù)越高，旋轉(zhuǎn)角度越大，最終根據(jù)脈沖數(shù)來決定窗簾的全開全閉或者半開半閉。由引腳P3.0、P3.1、P3.2和P3.3控制別用以控制步進(jìn)電機(jī)的四相。圖6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊仿真電路1.8太陽能驅(qū)動(dòng)模塊該部分主要由太陽能電池板及蓄電池、開關(guān)控制電路、降壓模塊和過沖、緩沖保衛(wèi)電路共四個(gè)部分所組成。所用太陽能電池板型號(hào)為APM36M100W108X80,尺寸為800mm×1080mm×40mm,可提供100W的能量。蓄電池考慮到家用電池需要較好的容量放電性能以保證其可靠性，這里我們選用戶用型的GEL蓄電池，同時(shí)GEL蓄電池充電后能夠保證其回復(fù)電量在實(shí)際電池容量的95%以上，具有及其可靠的平衡性。降壓模塊采用芯片7805降壓，將蓄電池提供的12V直流電壓轉(zhuǎn)成5V的直流電壓。同時(shí)出于保證蓄電池的可靠穩(wěn)定和防止電池過充現(xiàn)象的目的，本設(shè)計(jì)增設(shè)了過沖和緩沖保衛(wèi)電路。圖7太陽能開關(guān)控制電路圖8過沖、緩沖保衛(wèi)電路1.10顯示及操作模塊按鍵模塊電路起到了連接系統(tǒng)和操作界面的作用，本系統(tǒng)選用電容觸摸按鍵，借助其高靈敏度和強(qiáng)抗干擾能力，保證了單片機(jī)對(duì)用戶指令的快速響應(yīng)，同時(shí)確保了指令準(zhǔn)確率高、誤差小。本設(shè)計(jì)中所使用的液晶顯示模塊型號(hào)為L(zhǎng)CD12864,用戶能夠在液晶顯示模塊中獲取到當(dāng)下時(shí)間、外界光照強(qiáng)度、外界溫度、外界大氣壓和當(dāng)下操作形式等信息。2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)AT89C52單片機(jī)控制模塊程序以KeilVision3軟件為編程環(huán)境，使用C語言進(jìn)行編程。89C52單片機(jī)模塊是系統(tǒng)的控制模塊，其核心功能是當(dāng)亮度、溫度和氣壓同時(shí)到達(dá)一定條件時(shí)，窗簾開啟，在窗簾開啟經(jīng)過中，假如環(huán)境變化則不影響窗簾的開啟，而是等開啟動(dòng)作完成后根據(jù)環(huán)境狀況再進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)亮度、溫度和氣壓到達(dá)窗簾關(guān)閉的條件時(shí)，窗簾關(guān)閉，并且在關(guān)閉經(jīng)過中，假如外界環(huán)境變化則不影響窗簾的關(guān)閉，待關(guān)閉動(dòng)作完成后再根據(jù)環(huán)境狀況進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。其主要?jiǎng)幼髁鞒虨椋簜鞲衅髟谖词盏接脩舳〞r(shí)或遠(yuǎn)程操作的情況下檢測(cè)當(dāng)下光照強(qiáng)度、濕度和大氣壓，在到達(dá)用戶自個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，自動(dòng)放下窗簾并且調(diào)整開合大?。划?dāng)檢測(cè)到光照強(qiáng)度、濕度、大氣壓低于閾值或接收到用戶的開窗簾信號(hào)或到達(dá)設(shè)置的開窗簾時(shí)間時(shí)，便會(huì)自動(dòng)升起窗簾。主程序采用循環(huán)構(gòu)造，主要完成單片機(jī)的初始化、液晶屏顯示內(nèi)容初始化、按鍵掃描、電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。同時(shí)循環(huán)檢測(cè)各個(gè)端口能否有數(shù)據(jù)發(fā)送以及異常信號(hào)，假如發(fā)現(xiàn)則根據(jù)詳細(xì)內(nèi)容采取相應(yīng)行動(dòng)。3結(jié)束語最終測(cè)試采取人工測(cè)試方式，包括顯示數(shù)據(jù)可靠性、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可靠性、光敏電阻感光可靠性和遠(yuǎn)程控制可靠性。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)所有功能運(yùn)行正常，遠(yuǎn)程控制響應(yīng)時(shí)間較短，各模塊間配合較好，該智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了利用太陽能這種可持續(xù)清潔能源，解決了當(dāng)前市場(chǎng)上的智能窗簾供電問題和特殊狀況下使用問題，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。以下為參考文