基于單片機(jī)的智能光控窗簾設(shè)計(jì)

PAGEPAGE020xx屆課程論文《基于單片機(jī)的智能光控窗簾設(shè)計(jì)》題目基于單片機(jī)的智能光控窗簾設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)所屬學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)通信工程班級(jí)授課教師教師職稱副教授PAGE1目錄1引言 3研究目的和意義 32課題的研究?jī)?nèi)容 42.1技術(shù)方案的選擇 43系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 53.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 53.2工作原理 54系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 54.1整體設(shè)計(jì)模塊 54.1.1單片機(jī)的復(fù)位、時(shí)鐘電路 54.1.2光信號(hào)的模擬與判斷 64.1.3開關(guān)控制電路 74.1.4指示燈電路 84.1.5控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 84.2系統(tǒng)整體電路 85軟件設(shè)計(jì) 95.2程序流程圖 96系統(tǒng)的不足和改進(jìn) 136.1系統(tǒng)的不足 136.2系統(tǒng)的改進(jìn) 137.心得體會(huì) 13參考文獻(xiàn) 14附錄 15基于單片機(jī)的智能光控開關(guān)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們?cè)谥悄芑刂粕系闹鸩秸J(rèn)識(shí)和接受，并從多方面開始關(guān)注，尤其在生活方面做出了很多的努力。光照對(duì)人民生活是很重要的，人們可以根據(jù)光照的強(qiáng)弱選擇對(duì)窗簾的開關(guān)。它不僅適用于人們生活的住宅區(qū)，而且適用于工廠、辦公室、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所。因此智能開關(guān)，在現(xiàn)代化的生活中，將起到重要的作用。為了能根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾自動(dòng)拉合的設(shè)計(jì)需求，一種簡(jiǎn)單的通過光照強(qiáng)度來(lái)控制窗簾的開關(guān)的開閉合，從而達(dá)到開關(guān)的自動(dòng)斷開、閉合功能，其具有很強(qiáng)的適用性。提出了一種基于單片機(jī)控制的光控窗簾設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的硬件部分主要利用光敏傳感器產(chǎn)生的信號(hào)作為單片機(jī)輸入信號(hào)，軟件部分采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，能夠完成智能光控窗簾的自動(dòng)拉合。同時(shí)，考慮到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時(shí)可任意選擇自動(dòng)或手動(dòng)控制方式。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)成本低、可靠性高的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)光敏傳感器直流電動(dòng)機(jī)C語(yǔ)言智能光控窗簾1引言隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)家庭生活舒適度的要求也越來(lái)越高，具有裝飾、遮光并能進(jìn)行自動(dòng)開合的智能光控窗簾成為了現(xiàn)代家居生活的新寵。為了能根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾自動(dòng)拉合的設(shè)計(jì)需求，本文提出了一種基于單片機(jī)控制的光控窗簾設(shè)計(jì)方案。研究目的和意義研究目的：通過這次的課題研究希望使自己在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進(jìn)一步了解它的發(fā)明原理，將平時(shí)所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和技能運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中，這對(duì)提高自己的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)，以及鍛煉我們的思維活動(dòng)是一個(gè)很大的幫助。同時(shí)，通過這次的研究希望提高自己對(duì)社會(huì)普通科學(xué)知識(shí)的了解；增強(qiáng)自身的只是見解和設(shè)計(jì)論文的方法。研究意義：用光控制開關(guān)代替一般的開關(guān)，只有在光照達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，才能使直流發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作，使得電路導(dǎo)通，而且發(fā)動(dòng)機(jī)延遲一段時(shí)間就會(huì)自動(dòng)斷開，因此節(jié)電效率很高，全自動(dòng)智能控制，接線簡(jiǎn)單，安裝方便，是公共場(chǎng)所照明開關(guān)的理想選擇。2課題的研究?jī)?nèi)容運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出智能型的光控開關(guān)，電路設(shè)計(jì)好后，運(yùn)用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡(jiǎn)單，在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。2.1技術(shù)方案的選擇目前的聲控開關(guān)大多都是應(yīng)用模擬電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分立元件多，不可靠，而且許多聲控開關(guān)的平均使用壽命不長(zhǎng)，主要是因?yàn)殡娐纷黝l繁的開關(guān)，啟動(dòng)電流非常大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過載而損壞。如果在設(shè)計(jì)中采用開關(guān)電壓過零保護(hù)技術(shù)，可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動(dòng)時(shí)的電流過載，大大地延長(zhǎng)了開關(guān)的使用壽命，并且可以起到保護(hù)燈泡的作用。如今單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，未來(lái)的發(fā)展方向趨向于運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出智能型的聲控開關(guān)，電路設(shè)計(jì)好后，運(yùn)用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡(jiǎn)單。在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。首先單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）種類多，型號(hào)全；（2）提高性能，擴(kuò)大容量，性能價(jià)格比高；（3）增加控制功能，向真正意義上的“單片”機(jī)發(fā)展；（4）低消耗；（5）C語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境，友好的人機(jī)互交環(huán)境。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）使用壽命長(zhǎng)；（2）運(yùn)行速度越來(lái)越快；（3）低噪聲和高可靠性技術(shù)；（4）OTP與掩膜。綜上所述，單片機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)符合制作智能聲光控開關(guān)的條件，并且具有準(zhǔn)確性和節(jié)能性。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)由單片機(jī)、傳感器和直流電動(dòng)機(jī)組成，以AT89C51單片機(jī)[芯片為核心，運(yùn)用光敏傳感器技術(shù)，將室外環(huán)境亮度作為單片機(jī)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)拉合。同時(shí),考慮到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時(shí)可任意選擇自動(dòng)或手動(dòng)控制方式。當(dāng)選擇自動(dòng)控制模式時(shí)，單片機(jī)將室外環(huán)境光線亮度作為輸入信號(hào)，單片機(jī)控制程序根據(jù)光敏傳感器所產(chǎn)生的電流信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)拉合;當(dāng)選擇手動(dòng)控制模式時(shí)，單片機(jī)將手動(dòng)控制開關(guān)作為輸入信號(hào)，單片機(jī)控制程序根據(jù)開關(guān)信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的手動(dòng)拉合。3.2工作原理模擬光信號(hào)的采集，可以通過軟件來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)光照的強(qiáng)度。單片機(jī)軟件實(shí)施對(duì)光度的判斷，決定窗簾的打開和閉合；由于個(gè)人或是其他原因用戶可以選擇手動(dòng)開關(guān)窗簾。4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由傳感器、單片機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)三大部分組成，如圖1所示。光信號(hào)/手動(dòng)光信號(hào)/手動(dòng)89C51單片機(jī)直流電機(jī)圖1系統(tǒng)工作原理圖4.1整體設(shè)計(jì)模塊4.1.1單片機(jī)的復(fù)位、時(shí)鐘電路（1）單片機(jī)再開機(jī)時(shí)需要復(fù)位，以便使CPU及其他功能部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，單片機(jī)應(yīng)用程序必須以此作為設(shè)計(jì)的前提。（2）單片機(jī)執(zhí)行指令的過程可分為取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個(gè)步驟，每個(gè)步驟又由許多微操作，這些微操作必須在一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘控制下才能按照正確的順序執(zhí)行。如圖2：圖24.1.2光信號(hào)的模擬與判斷當(dāng)光敏電阻收到光照的時(shí)候，電阻減小，運(yùn)放同向輸入端為低電平，端口1輸出為低電平；當(dāng)光照較弱時(shí)，電阻增加，運(yùn)放同向輸入端為高電平，端口1輸出為高電平。光控電路的輸出信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號(hào)放大到單片機(jī)能夠識(shí)別的電流，然后由運(yùn)放輸出端傳輸放大后的信號(hào)。然后經(jīng)過一個(gè)非門，形成相反的電壓，分別傳輸給P2.2與P2.3口。圖34.1.3開關(guān)控制電路如果k7斷開，系統(tǒng)將執(zhí)行光控控制，k3、4是控制光信號(hào)的輸入；k5、k6分別是對(duì)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的反向控制。當(dāng)k7閉合賣系統(tǒng)執(zhí)行手動(dòng)控制，，k1、k2是對(duì)窗簾拉開、閉合的控制。圖44.1.4指示燈電路當(dāng)電動(dòng)機(jī)正傳時(shí)，led1燈亮，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，led2燈亮。圖54.1.5控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路由電動(dòng)機(jī)與PNP和NPN三極管控制，當(dāng)p1.0口低電平，控制電動(dòng)機(jī)正傳，當(dāng)p1.1低電平，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖64.2系統(tǒng)整體電路圖75軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)智能光控、手動(dòng)控制兩大功能，采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)用戶在使用窗簾時(shí)任意選擇自動(dòng)或手動(dòng)控制方式[4-5]。5.2程序流程圖光控窗簾程序流程圖如圖3所示。開始開始控制方式選擇手動(dòng)？Y正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)判斷按鈕N判斷按鈕判斷光照反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止結(jié)束圖85.3程序設(shè)計(jì)

(1)光控程序

當(dāng)天亮?xí)r，有陽(yáng)光射進(jìn)屋內(nèi)，傳感器感應(yīng)到光信號(hào)，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾開始打開，當(dāng)碰到開限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)天黑時(shí)，傳感器接收到信號(hào)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合，當(dāng)碰到關(guān)限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。具體程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK3=P2.2;

//光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器

sbitK5=P2.4;//開限位

sbitK6=P2.5;//關(guān)限位

sbitLED1=P0.0;//正轉(zhuǎn)指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉(zhuǎn)指示燈

sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voidmain(void)

{

LED1=1;LED2=1;

while(1)

{

if(K7==0)

sd();

if(K3==0&&K4==1)//光控正轉(zhuǎn)

{while(K3==0&&K5==1&&K4==1)

{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

if(K4==0&&K3==1)//光控反轉(zhuǎn)

{while(K4==0&&K6==1&&K3==1)

{LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

}

}

(2)手動(dòng)程序

當(dāng)陰天或者晚上用戶要打開窗簾時(shí)，只需將控制方式選擇按鈕P2.6按下，就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制窗簾的開合。程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK1=P2.0;//手動(dòng)正轉(zhuǎn)

sbitK2=P2.1;//手動(dòng)反轉(zhuǎn)

sbitK7=P2.6;//控制方式選擇按鈕

sbitLED1=P0.0;//正轉(zhuǎn)指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉(zhuǎn)指示燈

sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voiddelay(uintz);//聲明子函數(shù) voiddelay(uintz)//延時(shí)子程序延時(shí)約z毫秒{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} intmain(void){LED1=1;LED2=1;while(1){if(K7==0)sd();if(K3==0&&K4==1)//光控正轉(zhuǎn){while(K3==0&&K5==1&&K4==1){LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;while(K3==0&&K5==1&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K3==0&&K5==0&&K4==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K3==0&&K5==0&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}if(K4==0&&K3==1)//光控反轉(zhuǎn){while(K4==0&&K6==1&&K3==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K4==0&&K6==1&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K4==0&&K6==0&&K3==1){LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}while(K4==0&&K6==0&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}}6系統(tǒng)的不足和改進(jìn)6.1系統(tǒng)的不足系統(tǒng)的靈敏度不是很高，在模式運(yùn)行下，有一定的延遲。6.2系統(tǒng)的改進(jìn)系統(tǒng)根據(jù)光強(qiáng)來(lái)判斷斷開還是閉合開關(guān)，而每個(gè)開關(guān)所控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間不同從而解決了窗簾大開的程度的自動(dòng)化。在系統(tǒng)的外部增加一個(gè)收集天氣、溫度的采集點(diǎn)，根據(jù)濕度、溫度、風(fēng)速、浮塵度等等，進(jìn)行判決，自動(dòng)幫助系統(tǒng)選擇模式。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全智能化。7.心得體會(huì)通過對(duì)本次課程的課程設(shè)計(jì)，使自己深刻的認(rèn)識(shí)到自己的很多不足之處，在實(shí)際動(dòng)手操作能力的不足，在進(jìn)行程序編程時(shí)，自己需要，認(rèn)真審題，看懂題目的要求！對(duì)于軟件編程不益太簡(jiǎn)單或者太難。做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力！根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)課程條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，準(zhǔn)備課程。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序和增加額外的功能程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。還要根據(jù)課程的實(shí)際情況，添加些額外程序來(lái)使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的去抖（采用延遲）。程序要盡量做到由各個(gè)子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯(cuò)的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡(jiǎn)潔，更明白易懂。該課程設(shè)計(jì)的程序可以參考MCS-51系列單片機(jī)，也可自己根據(jù)自己熟悉的方法來(lái)編程如單片機(jī)C語(yǔ)言。在設(shè)計(jì)控制開關(guān)時(shí)，注意2個(gè)中斷的打開和關(guān)閉的先后順序，否則就會(huì)出錯(cuò)。這次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)是理論與實(shí)際的相結(jié)合。該設(shè)計(jì)從頭到尾都要自己參與，熟悉了對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的過程，更系統(tǒng)的鍛煉了自己。雖然這次的設(shè)計(jì)到最后并沒有做出非常準(zhǔn)確的結(jié)果，但是基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，最重要的是，在本次設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了很多平時(shí)沒有學(xué)到的或者說(shuō)是很欠缺的東西，在一定程度上也提升了自己的能力,受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1]張?chǎng)?單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.[2]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第3版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.[3]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與實(shí)踐教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.[4]張義和.例說(shuō)51單片機(jī)（C語(yǔ)言版）[M].北京:人民郵電出版社,2008.[5]黃英.單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.

附錄系統(tǒng)程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitK1=P2^0;//手動(dòng)正轉(zhuǎn)sbitK2=P2^1;//手動(dòng)反轉(zhuǎn)sbitK7=P2^6;//控制方式選擇按鈕sbitLED1=P0^0;//正轉(zhuǎn)指示燈sbitLED2=P0^1;//反轉(zhuǎn)指示燈sbitMA=P1^0;sbitMB=P1^1;sbitK3=P2^2;sbitK4=P2^3;//光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器sbitK5=P2^4;//開限位sbitK6=P2^5;//關(guān)限位voiddelay(uintz);//聲明子函數(shù) voiddelay(uintz)//延時(shí)子程序延時(shí)約z毫秒{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} voi