【基于單片機(jī)的智能窗簾設(shè)計與實現(xiàn)12000字（論文）】

緒論1.1課題背景及意義智能家居依托網(wǎng)絡(luò)為平臺，著力打造為人們生活更便捷，智能的生活設(shè)備。智能家居將生活中的建筑，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)科技聯(lián)系起來，使生活環(huán)境偏向于人性化，智能化發(fā)展，一部手機(jī)即可控制全屋的設(shè)備。與傳統(tǒng)家居相比，智能家居既做到傳統(tǒng)家居的實用性，還增加了信息交互功能，提高人們的生活水平。窗簾作為家居中不可取少的一部分，其實用價值很高。當(dāng)我們在家時尤其是臥室，我們需要一個比較私密的空間，這時我們可以拉上窗簾，保護(hù)個人隱私。其次，夏天很熱，朝西朝南的房間或者陽臺會受到太陽光的直射，這樣會造成室內(nèi)溫度過高，影響個人休息。窗簾可以遮擋外界的太陽光，使室內(nèi)一直處于一個較為舒適的環(huán)境。隨著科技逐漸成熟，人們的生活水平的提高，人們對于窗簾的關(guān)注點不僅僅是在于它的實用性還關(guān)注它的智能化，給人們帶來一種舒適的生活和科技感的體驗。窗簾的普及也是一種必然的趨勢，那么研究可行性智能窗簾設(shè)計是非常有必要的。本設(shè)計的核心是STC89C52單片機(jī)，將它與其他模塊相連來實現(xiàn)自動開閉窗簾的目的。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前，基于單片機(jī)開發(fā)的各種控制系統(tǒng)已被應(yīng)用于日常生活中的每一個場景，如，廠內(nèi)生產(chǎn)流水線的控制、交通信號燈的控制、住宅電梯控制等、健康狀態(tài)監(jiān)測等、食品安全檢測等，對于我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)來說、生活給人們帶來許多方便。在眾多的系統(tǒng)當(dāng)中，智能家居控制系統(tǒng)是比較典型的一類。在現(xiàn)階段社會高速發(fā)展的背景下，人民的生活水平在不斷的提高，人在家居環(huán)境中的舒適度、人們對安全性的渴望與追求也在不斷提升，市面上有智能的功能、操作簡單，使用方便、與大眾生活相適應(yīng)的家電設(shè)備，正日益受到歡迎。在這種大背景下，智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)運而生并迅速成為一種潮流趨勢。然而，市場上能夠滿足日常居家生活的智能家居控制系統(tǒng)還比較匱乏，且部分智能家居控制系統(tǒng)僅能實現(xiàn)某一方面的功能，例如對環(huán)境燈光的控制、對環(huán)境溫、濕度的監(jiān)控等，火災(zāi)報警等。此外，由于家庭規(guī)模龐大，每個家庭中都會有多臺不同類型的家用電器，因此，為了滿足用戶多樣化的需求，很多智能家居系統(tǒng)都是以某一品牌的產(chǎn)品為核心構(gòu)建而成。這些智能家居控制系統(tǒng)的功能都比較單一，系統(tǒng)間通常不兼容或兼容性差，功能很難有效集成，可靠性差，價格昂貴，操作繁雜。伴隨著近年來WiFi無線通信技術(shù)，4G,5G移動通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的迅猛發(fā)展與推廣應(yīng)用，與此同時，國家政策也給予了大力扶持，以單片機(jī)為核心，建立在云技術(shù)基礎(chǔ)上的智能家居控制系統(tǒng)，正在加速與人們?nèi)粘Ｉ钕嗳诤?。智能家居系統(tǒng)由傳統(tǒng)的家用電器、家居安防、環(huán)境監(jiān)測、智能插座、無線路由器、傳感器節(jié)點構(gòu)成。這些智能家居控制系統(tǒng)具有更豐富的功能、性能更可靠，且性價比高、操作及檢修維護(hù)較為便捷，不需要繁雜布線工程，通過無線通信技術(shù)，把家庭中各類電器設(shè)備、安防監(jiān)控設(shè)備與環(huán)境信息監(jiān)測設(shè)備等等相連，并且集中管理。目前市面上的智能終端主要有智能手機(jī)、平板電腦以及其他一些便攜式設(shè)備等。這些智能家居控制系統(tǒng)可通過手機(jī)APP對家電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（例如，影音視頻設(shè)備，照明，窗簾窗戶，空調(diào)，廚房電器等）、防盜報警提示、家居環(huán)境溫濕度和有害氣體監(jiān)測功能多，更安全有效。隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用，近年來，語音控制技術(shù)也已成為一個技術(shù)上的熱點問題，人能夠用語音來控制智能家居設(shè)備，例如開空調(diào)，設(shè)定溫度等，達(dá)到燈光控制的目的，預(yù)約電飯煲等，智能家居也隨之步入了一個全新的發(fā)展時期。目前國內(nèi)市場上已經(jīng)出現(xiàn)一些智能家居產(chǎn)品。美國谷歌公司的GoogleHome的智能家居設(shè)備，美國亞馬遜公司的Echo智能音箱，美國蘋果公司HomePod等智能音箱。這些都屬于目前流行的智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品。這些智能家居系統(tǒng)的產(chǎn)品功能都比較齊全，涵蓋了家庭智能控制，智能傳感，智能照明，智能安保，智能園藝等領(lǐng)域、智能健康等等方向，為家居電氣入口的快速操控提供可能，操作簡單，使用方便，不管是在家里，還是出差旅游，只要打開一個APP，就可以擁有一個網(wǎng)絡(luò)，你可以看看家里的情況，以及遠(yuǎn)程操控，對多國語言的支持，為各地區(qū)用戶提供了便利。此外，這些智能家居系統(tǒng)還可以根據(jù)不同需求，通過無線方式與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)信息交互和資源共享。盡管這些智能家居系統(tǒng)的功能都比較齊全，但是一般都針對經(jīng)濟(jì)能力較強(qiáng)的高端用戶進(jìn)行定制設(shè)計和研發(fā)，價格較高，一般家庭很難推廣。當(dāng)前，我國智能家居企業(yè)日益重視對有關(guān)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，技術(shù)研發(fā)成果繼續(xù)趕超國外企業(yè)，已出現(xiàn)后來居上之勢。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，智能家居產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入人們生活當(dāng)中，成為了一個新的經(jīng)濟(jì)增長點。根據(jù)SooPAT統(tǒng)計的2010-2019年間，國內(nèi)與智能家居行業(yè)有關(guān)專利申請量逐年上升，至2018年達(dá)到最大值5574項。從整體來看，國內(nèi)企業(yè)與國際巨頭相比還有較大差距，但是隨著國家對智能產(chǎn)品的重視程度逐漸提高以及國內(nèi)企業(yè)的快速發(fā)展，智能家居產(chǎn)業(yè)必將迎來新的契機(jī)。全國智能家居專利申請量排名前10位，除了排名第一的韓國三星電子株式會社（專利數(shù)量260項）是外企，剩下的9家都是國內(nèi)的企業(yè)，其中排名第二位的小米科技有限責(zé)任公司（專利數(shù)量252項）、第三位的珠海格力電器股份有限公司（專利數(shù)量248項），研發(fā)實力已經(jīng)處于伯仲之間。百度、阿里巴巴、騰訊這樣的國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭，致力為用戶提供世界一流的人工智能服務(wù)、大數(shù)據(jù)、云計算服務(wù)，以及精準(zhǔn)定制以各種場景為核心的解決方案。這些企業(yè)通過自身技術(shù)優(yōu)勢與行業(yè)經(jīng)驗，不斷探索并實踐著人工智能應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。比如百度DuerOS開放式操作系統(tǒng)，打造智能家居生態(tài)，讓傳統(tǒng)家電家居制造業(yè)有機(jī)會擁抱AI升級。在智能制造時代，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛開始探索智能工廠建設(shè)路徑，并推出一系列創(chuàng)新產(chǎn)品與應(yīng)用。阿里巴巴集團(tuán)在2017年6月發(fā)布了“智能生活開放平臺”，提供了設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，管理、數(shù)據(jù)分析和其他解決方案，向使用者提供離家模式等、睡眠模式及其他全套場景化智能服務(wù)。騰訊公司開發(fā)的“企鵝智家開放平臺”，通過云端連接的方式對家庭硬件設(shè)備進(jìn)行管控，涉及開關(guān)，家電管控，環(huán)境監(jiān)測，安防等類別。這些平臺上的眾多終端廠商都積極地加入到智能家居產(chǎn)業(yè)中來，成為智能家居行業(yè)內(nèi)的重要力量。格力，海爾，華為，小米，以及家電行業(yè)的3C企業(yè)，在智能家居產(chǎn)品的開發(fā)方面亦有一定的成績。這些企業(yè)紛紛推出自己的智能終端，并將其與智能家居進(jìn)行結(jié)合。例如，格力電器在2019年中國家電及消費電子博覽會上展示了格力在智能家居領(lǐng)域的發(fā)展成果，用集成化的體系創(chuàng)造現(xiàn)代家居的綠色化，智能化、健康化新業(yè)態(tài)等?；诩尚缘南到y(tǒng)平臺，格力智能家居系統(tǒng)可采用格力語音空調(diào)，格力+APP，物聯(lián)手機(jī)，智能門鎖等技術(shù)、魔方精靈之類的控制接口，實現(xiàn)格力各產(chǎn)品互通互聯(lián)，創(chuàng)造一個智慧客廳，智慧臥室、智慧廚房，等等諸多智慧生活場景，給用戶帶來個性化的全屋智能解決方案。海爾的智家系統(tǒng)，構(gòu)建五大智慧生活空間，可以通過海爾智家APP，把海爾的家電用家庭路由器聯(lián)系起來，實現(xiàn)了對裝置的遠(yuǎn)程控制。此外，還可利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)家庭內(nèi)各種家用電器的智能化管理與服務(wù)，并能進(jìn)行健康監(jiān)測和安全預(yù)警，以及家居環(huán)境信息共享等功能。2018年海爾的智慧家庭成套用戶超過500萬戶。華為智慧生活A(yù)PP，HiLinkSDK可通過路由器插件平臺使用、LiteOS實現(xiàn)了生態(tài)智能硬件（WiFi,ZigBee等）控制；也可通過與第三方平臺綁定賬號構(gòu)建云端連接來實現(xiàn)美的，格力，海爾智家，創(chuàng)維，TCL等品牌、長虹與其他跨品牌設(shè)備集成聯(lián)網(wǎng)控制。此外，在互聯(lián)網(wǎng)+時代下，智能家電已成為新的消費熱點。小米推出的“小米AI音響”，可通過方便，簡潔的語音進(jìn)行溝通，操控小米智能家電包括電視，凈化器，智能燈，電飯煲，空調(diào)等。智能窗簾是歐美、日本等富有國家使用較為廣泛的一種窗簾，而且效果好深得親賴。例如，目前市面上已開發(fā)的光控制窗簾，隔音窗簾等不同類型。1.光控制窗簾：這是一種玻璃與窗簾之間的特殊感光器。窗外照射達(dá)到一定程度時，它可以自動將光線的能量轉(zhuǎn)化為電能，然后讓窗簾打開或閉合，保證室內(nèi)一直有適宜的光照環(huán)境。2.隔音窗簾：由長隔音薄片組成。與槍用消音器相似，它能有效地由一頭向另一頭形成吸音通道，而且經(jīng)美國科學(xué)家持續(xù)研究已能針對一般群眾消費市場。3.節(jié)能窗簾：由強(qiáng)度極高的輕薄型滌綸纖維織物與反光能力強(qiáng)的鋁箔片膠合而成。而其原理則是因其鋁箔片表面涂有奇異保護(hù)材料，能有效地降低屋內(nèi)室外熱能差達(dá)九成左右。另外它還具有削減玻璃和窗簾之間對流的優(yōu)點。4.隱身窗簾：它運用聚碳酸酯片透明度高、強(qiáng)度好的屬性，在聚碳酸酯片表面蒸鍍一層薄鋁膜才開發(fā)出來，能反射陽光的絕大部分，將進(jìn)入屋內(nèi)可見光降到百分之十五以下，這樣既可使屋內(nèi)新鮮陰涼，也可觀賞屋外景色。以單片機(jī)為核心的智能窗簾的研究由于擴(kuò)展性好、穩(wěn)定性強(qiáng)其開發(fā)呈多樣化從而日益受到重視。1.3設(shè)計思想及基本功能該系統(tǒng)以電路的經(jīng)濟(jì)性、實用性和簡潔性為設(shè)計重點。試著在最簡單的電路上布線，選擇價格較適宜的元器件并加以設(shè)計，使其滿足要求。（1）手動控制：在使用者需要照明的時候，可以自己結(jié)合實際情況，用按鍵連接或關(guān)斷電源，讓步進(jìn)電機(jī)上電來開簾或拉簾。（2）光照控制：透過不同光照強(qiáng)度值，經(jīng)光照傳感器采集信息，窗簾主動開合。（3）紅外控制：在光照強(qiáng)度未達(dá)到預(yù)設(shè)值時，要求我們?nèi)斯げ僮骷t外遙控器，1838紅外接收頭在收到信號時進(jìn)行控制，單片機(jī)再進(jìn)一步管制步進(jìn)電機(jī)，將窗簾拉開或合上。（4）通過按鍵能夠循環(huán)切換以上三種模式。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1設(shè)計要求明確51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，能用C語言編寫程序；將單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軟硬件間調(diào)試措施熟練掌握；實現(xiàn)了單片機(jī)最小系統(tǒng)并完成了相應(yīng)硬件電路設(shè)計；熟悉運用了以單片機(jī)為主控芯片的智能窗簾的基本原理與實現(xiàn)措施。2.2方案選擇與論證2.2.1單片機(jī)的選擇方案一：采用DSP芯片作為系統(tǒng)微控制器。其能夠利用數(shù)字信號對海量復(fù)雜的信息進(jìn)行處理。它具有大范圍集成性和穩(wěn)定性好，受到外界溫度，環(huán)境影響因素較小，還可適用于極低頻率信號?？蒁SP的硬件電路較為繁雜，價格也較貴，加上數(shù)字系統(tǒng)是用有源器件構(gòu)成的，所以相對來說沒有無源設(shè)備的可靠性高。方案二：取單片機(jī)為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)可靠性好、價格低廉、軟件編程比較簡單、自由度大、同時低功耗。在此基礎(chǔ)上其自身具有定時器和計數(shù)器的功能，可以通過軟件編程來完成多種邏輯功能。在上述闡述與分析的基礎(chǔ)上制定了第二個方案，把STC89C52單片機(jī)作為控制器。2.2.2顯示方案的選擇方案一：選擇一個點陣顯示數(shù)碼管數(shù)據(jù)。它由8列發(fā)光二極管組成。它通常用于大字體廣告、廣告等來顯示。在屏幕上使用智能窗簾是一種小小的浪費，而且價格也太高了，因此并沒有考慮使用這樣的方式做顯示屏。方案二：選用LED數(shù)碼管來顯現(xiàn)資料，盡管價錢相對合適，可數(shù)字呈現(xiàn)的效果突出，而且運用動態(tài)掃描法與單片機(jī)相連，本實用新型專利技術(shù)可以減少單片機(jī)線路的使用。然而，數(shù)碼管的動態(tài)掃描需要74LS164轉(zhuǎn)換寄存器輔助才可以完成移位，在電路調(diào)試期間此芯片往往出現(xiàn)許多微小的故障，因此不是同樣選擇LED數(shù)碼管用來顯示。方案三：采用LCD液晶顯示屏進(jìn)行信息顯現(xiàn)。它性能優(yōu)越，能同時顯示漢字和圖形，而且顯示信息豐富，類型多樣，清晰度較高。所以對本次設(shè)計而言，一塊1602液晶屏，既經(jīng)濟(jì)又恰好滿足需要，故運用LCD1602液晶顯示屏來做智能窗簾顯示模塊。2.2.3電機(jī)的選擇方案一：選擇直流電機(jī)控制窗簾的運動，以達(dá)到拉/合的效果。有益效果在于：電機(jī)轉(zhuǎn)速大，能敏感的實現(xiàn)窗簾開合。其不足之處在于在電機(jī)轉(zhuǎn)速過高時，給以停轉(zhuǎn)信號，因慣性電機(jī)轉(zhuǎn)子將不斷旋轉(zhuǎn)而窗簾將不斷移動，從而可能給窗簾框架帶來不可彌補(bǔ)的破壞；當(dāng)車速過低時，又可能發(fā)生電機(jī)無法克服阻力的情況，繼而驅(qū)動窗簾移動。方案二：選用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動窗簾運動，以達(dá)到拉/合的這一作用。有益效果在于：在給停轉(zhuǎn)信號時電機(jī)轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)而不破壞窗簾框架。并且扭矩大于直流電機(jī)扭矩，便于窗簾拉/合幕。不足就是價錢與直流電機(jī)相比而言貴了一些。在對上述方案做出認(rèn)真比較與探索后，最后確定使用方案二為系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動窗簾滑動，以實現(xiàn)窗簾的開啟/閉合。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1整體方案設(shè)計3.1.1系統(tǒng)概述整個系統(tǒng)我們按原計劃選用STC89C52單片機(jī)為主元器件。另外為了構(gòu)成單片機(jī)的完整最小化系統(tǒng)還要附加一些元器件，如電容，電阻和晶振。采用LCD1602顯示器作為顯示模塊，顯示光強(qiáng)的基本情況和控制方式;光強(qiáng)檢測模塊選用耐光性和ADC0832芯片。A/D芯片主要功能有：可將模擬量通過計算、轉(zhuǎn)換數(shù)字量并發(fā)送到STC89C52進(jìn)行處理，再把有關(guān)內(nèi)容顯示出來；窗簾開啟和閉合兩大功能選擇原計劃步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行展示，而采用顯示效果紅LED燈指示窗簾目前開啟/閉合狀態(tài)。該設(shè)計同時以四個按鍵為操作輸入裝置，實現(xiàn)了光控閾值的調(diào)節(jié)、遙控模式的切換和窗簾開閉的人工控制；此外，選擇USB5V電壓輸入，保證整個系統(tǒng)方便平穩(wěn)。3.1.2系統(tǒng)框圖圖3.1系統(tǒng)框圖3.2最小系統(tǒng)模塊3.2.1STC89C52簡介（1）概述STC89C52還具有8位CMOS低功耗和高性能。其芯片包含8k字節(jié)的可重復(fù)寫入的EPROM和512字節(jié)的RAM。EPROM和RAM只表示讀內(nèi)存和隨機(jī)內(nèi)存。該組件由高密度ATMEL制成，不容易丟失的卓越生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的，也可與51系列指令系集及輸出管腳互相通用。它的片上還有一個8位的中央處理器，可編程Flash存儲單元，能夠解決很多比較復(fù)雜的系統(tǒng)控制的應(yīng)用場景。簡單地說，STC89C52總共四十個針。這四十個針腳由兩個外部中切，三個16位可編程計時計數(shù)器和兩個雙面串行端口構(gòu)成。這兩個讀/寫端口也有32個I/O端口，可用于外部雙向連接。根據(jù)文獻(xiàn)，STC89C52單片機(jī)有PDIP、PQFP/TQFP和PLC這三類封裝以方便應(yīng)用于不同型號的產(chǎn)品。主要作用特性◆與MCS51指令系統(tǒng)兼容；◆8K字節(jié)程序存儲空間；◆可編程UART串行通道；◆2個外部中斷源；◆內(nèi)有4K字節(jié)的EEPROM存儲空間;◆可以通過串口直接下載；◆低功耗空閑及掉電模式；STC89C52單片機(jī)各個引腳的作用①主電源引腳（兩個）VCC（第40號引腳），接＋5V電源正端；GND（第20號引腳），接＋5V電源地端；②外接晶體與外部振蕩器引腳（兩個）XTAL1（第19號引腳），片內(nèi)振蕩電路的輸入口。為了使其內(nèi)電路能正常、穩(wěn)定地運行，應(yīng)于此口外接有石英晶體和微調(diào)電容。反之，如果外部與時鐘源相連，這時該端口應(yīng)接外時鐘振蕩器的數(shù)據(jù)。XTAL2（第18號引腳），片內(nèi)振蕩電路輸出端口。和XTAL1相同的是要外接石英晶體和微調(diào)電容。所不同的是，如果該端口與時鐘源外接，則該引腳需懸空。③控制信號線（四個）RESET（第9號引腳），復(fù)位信號輸入端子，高電平激活。ALE（第30號引腳），以地址鎖存容許和可編程脈沖輸入端口為主。實際應(yīng)用時通常ALE鎖存之后顯示出P0口僅輸出低8位強(qiáng)大的地址和編程脈沖從這里來編程片上EPROM。ALE端輸出通常為間歇性正脈沖:fALEfosc/6。PSEN（第29號引腳），在該端口對外部程序存儲器進(jìn)行尋址的情況下，首先要選擇通外部EPROM讀控制端口，（OE）只在低電平時才有效。EA/VPP（第31號引腳），該端口用于讀取外部存儲器，并可以用作編程電壓輸入端口。還必須特別注意一點：對內(nèi)部/外部存儲器的訪問依賴于EA端現(xiàn)在為高電平/低電平。④多功能I/O口引腳有4個雙向I/O接口(P0,P1,P2,P3)，可分別作為輸入或輸出端口。：P0口（第32號~39號引腳）它是8位數(shù)據(jù)復(fù)用口，低的8位地址可被輸出。另外在其重用的情況下是雙向的；而在未重用時，其仍然為準(zhǔn)雙向端口。P1口（第1號~8號引腳）通用I/O口（準(zhǔn)雙向口）P2端口（第21號~28號引腳）輸出高8位地址（尋址時是輸出口；不尋址時是準(zhǔn)雙向口）當(dāng)P3口（第10號~17號引腳）被用作首要功能，和P1口有相同作用。具有特定的第二功能（也就是準(zhǔn)雙向口）其特殊用途見表3.1表3.1第二功能口用特殊用途3.2.2最小系統(tǒng)電路為了保證STC89C52最小系統(tǒng)的正常工作，它還應(yīng)包括以下三個電路:晶體振蕩器電路、零電路和電路。在這些晶體振蕩器電路中，我們需要將晶體振蕩器和兩個電容連接到相關(guān)的引腳上。其中晶振參數(shù)我們通常選擇1~12MHz，電容參數(shù)通常選擇容量為5~30pF（兩個）。進(jìn)行這種設(shè)計的原因在于晶振所選數(shù)值越大，單片機(jī)的運行速度也相應(yīng)地得到了提高，電容的作用就是使晶振運行比較平穩(wěn)，起振比較方便。因此，在規(guī)劃電路時，晶振越接近單片機(jī)，效果越明顯。故本文選擇30pF電容C2,C3及12MHz頻率晶振X1作為研究對象。復(fù)位電路部分選用10uF極性電容C1,10K電阻R3構(gòu)成。從查閱有關(guān)資料中得知--電容電壓不可能突變的物理特性，大家可以預(yù)料到該系統(tǒng)統(tǒng)一上電后，引腳（RESET）在第九號就會馬上出現(xiàn)高電平的現(xiàn)象，且持續(xù)時間超過2個機(jī)器周期，其就自動復(fù)位。另外，該現(xiàn)象保持時間是根據(jù)電路中RC值大小來確定。因此，恰當(dāng)選擇RC中各參數(shù)值，我們能夠高效確保單片機(jī)復(fù)位。在電源方面，使用標(biāo)準(zhǔn)USB5V電壓，所以可以直接使用手機(jī)充電器、電腦USB端口和手機(jī)電源。另外，由于STC89C52的P0口為開放式下水道，所以P0口連接10K下水道R1，因此P0口為公共I/O口。在本設(shè)計中，使用P0端口作為LCD數(shù)據(jù)接口。尤其應(yīng)該指出，對于第三十一號引腳（EA），當(dāng)這個端口接入高電平時，復(fù)位之后，單片機(jī)會先在內(nèi)部ROM中啟動0000H；反之，在該端口接通低電平后，單片機(jī)復(fù)位后，先工作于外接ROM的0000H處。由于我國程序是儲存在單片機(jī)中，為了保證單片機(jī)首先讀取內(nèi)部程序并執(zhí)行計算，所以必須將EA引腳連接到高電平。。圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3液晶顯示電路3.3.11602液晶簡介LCD1602液晶顯示器是一種可以顯示線段、字符和漢字的顯示組件。它具有較大的顯示容量和數(shù)字通用接口，體積小，質(zhì)量輕，而且功耗比其他顯示屏幕很低。目前已被大量運用于各種便攜類電子產(chǎn)品上。重要的技術(shù)數(shù)據(jù)：◆顯示容量:16×2個字符◆芯片工作電壓:4.5—5.5V◆工作電流:2.0mA(5.0V)◆模塊最佳工作電壓:5.0V◆字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.3.2液晶引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極圖3.3液晶各引腳說明第1腳：接地電源。第2腳：接5V電源正極。第3腳：VL是液晶顯示器對比度調(diào)整端口，對比度太高就有拖影，否則就不明顯。對比度是通過有無連接正負(fù)電源來確定的，對比強(qiáng)度可通過10k電位器調(diào)節(jié)。第4腳：RS的主要任務(wù)是選擇相應(yīng)的注冊表類型，即當(dāng)級別較高時，選擇數(shù)據(jù)類型注冊表;否則選擇控件類型注冊表。第5腳：R/W表示的是讀類型和寫類型的信號線，和第四號引腳相似，也就是在電平比較高的情況下，運行讀類型，相反地，運行寫類型。其中RS與R/W的關(guān)系決定了當(dāng)時的運行狀態(tài)，例如，當(dāng)兩端都為0時，可以輸入命令并顯示它們的地址。當(dāng)兩端均為1時，可以讀忙音。RS為1時，R/W為0時可輸入數(shù)據(jù)。第6腳：當(dāng)E端口激活，當(dāng)E端口由1變?yōu)?時，LCD模塊中開始運行修改后的命令。7~14足：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。3.3.3LCD1602液晶顯示模塊電路LCD模塊的原理可見圖3.4。第一個引腳一定要連接到接地電源，第二個引腳必須連接到正電源(VCC)。在接下來的第三個引腳中，必須連接一個10K電阻電位器，并且頭部必須接地。它的功能主要是用來調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度強(qiáng)度。第四個引腳是RS，根據(jù)功能要求與單片機(jī)的13個引腳相連。引腳5必須連接微控制器引腳4。第六引腳是一個使能端口，必須連接到微控制器的第五引腳。編號7-14，引腳連接到微控制器P0口。最后的引腳15和引腳16分別對應(yīng)背光光源的正極和負(fù)極，因此必須分別連接到單片機(jī)的VCC和and連接器上。圖3.4液晶顯示模塊電路3.4光照強(qiáng)度采集電路3.4.1光敏電阻概述光阻，又稱光控探測器，由半導(dǎo)體光電效應(yīng)構(gòu)成，特點是光強(qiáng)電阻小;光越弱，電阻越高，這也是它被廣泛應(yīng)用于光電檢測、光控制和光電轉(zhuǎn)換的原因。光阻通常采用薄板結(jié)構(gòu)，以便能吸收較多光能。同時，為增強(qiáng)該電阻的敏感程度，通常我們會將該電阻的電極通過機(jī)械化手段加工成梳狀圖案。3.4.2光敏電阻工作原理光敏電阻器通常由各種金屬化合物制成，如碲化物、硫化物和硒化物。。其工藝方法常用涂敷法，噴涂法和燒結(jié)法，以方便在絕緣特性良好的基底上制作結(jié)構(gòu)輕而薄的光敏電阻體及梳狀電極，另外要求接引線時將引線包入透光性極好的外殼中，一是能夠較好地接收光照，二是不使引線受潮時靈敏能力受影響。周圍環(huán)境較暗時電阻值較大，受光照和輻射能量充足時價帶內(nèi)電子可以躍遷至導(dǎo)帶內(nèi)，然而，在價帶中產(chǎn)生帶正電的空穴，對應(yīng)的是增加半導(dǎo)體材料的載流子，降低電阻率，降低光阻的電阻。相反，在光照條件消失時，電子—空穴對將慢慢地重新復(fù)合在一起，從而阻值的大小將成為初值。3.4.3光敏電阻的分類按照光敏電阻的光譜特性，一般可分為三種光敏電阻器。紫外光敏電阻器：這類電阻器通常對紫外線有極強(qiáng)的敏感性，可用于制作不同的紫外線探測類儀器。紅外光敏電阻器等：這種電阻器的用途很廣，往往可以進(jìn)行天文探測、流行時體溫槍測體溫、在科學(xué)研究和其他許多方面都看到了它?？梢姽夤饷綦娮杵鞯龋浩渲幸圆捎煤投喾N光電自動控制類型系統(tǒng)最為普遍。生活中就像是馬路邊路燈會自動點亮/熄滅一樣，也有照相機(jī)具有自動曝光作用等等。3.4.4光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻中關(guān)鍵的參量有：光電流、暗電流與暗電阻、光譜響應(yīng)及光照，溫度特性等。在其兩端的金屬端電極上加上一個特定電壓，便可產(chǎn)生電流。若是再給以某一波長的光照射，電流會隨著光照強(qiáng)度變化而變化，呈正相關(guān)的變化趨勢，達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的。3.5ADC0832簡介ADC0832芯片由美國國家半導(dǎo)體公司使用當(dāng)時非常先進(jìn)的技術(shù)制造，其任務(wù)是通過復(fù)雜的計算將信號的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。它有四個數(shù)據(jù)接口，CS、CLK、DO、DI和8位分辨率，最高分辨率可達(dá)256級。在這之中，DO與DI端口并不同時被用于通信中，且與單片機(jī)之間的連接方式為雙向連接，因此當(dāng)I/O口比較少時，我們可把DO端口，DI端口平行于一條數(shù)據(jù)線進(jìn)行使用。此外，該芯片的工作電壓為5V(設(shè)計范圍為0V~5V)，轉(zhuǎn)換時間非常短，只有32μS。它還具有雙數(shù)據(jù)輸出功能和主要功能就是能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗，從而實現(xiàn)降低數(shù)據(jù)誤差。從而具有卓越的穩(wěn)定性，快速轉(zhuǎn)換。我們要選用單通道模擬信號進(jìn)行輸入也可通過DI端口確定，此時芯片輸入電壓區(qū)間仍為0V~5V,8位分辨率下其電壓精度是19.53mV。此外，為了可以提升轉(zhuǎn)換寬度，我們還可以從IN+和IN-輸入中，將電壓放在相對較大一點。實際應(yīng)用時，如果IN-大于IN+電壓，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)值將始終保持00H）由于在該設(shè)計中具有光控功能，因此需收集光照強(qiáng)度，以調(diào)整窗簾開合。為了實現(xiàn)該功能，本文選用光敏電阻和ADC0832芯片做出設(shè)計。運用光敏電阻收集光照強(qiáng)度的大小，然后將ADC0832將采集到的光強(qiáng)(當(dāng)前模擬量)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號傳遞給單片機(jī)進(jìn)行計算和處理。模塊根據(jù)圖3.5。圖3.5光照強(qiáng)度采集電路3.6電機(jī)驅(qū)動模塊步進(jìn)電機(jī)的原理很簡單，接收到的脈沖信號可以通過相應(yīng)的計算轉(zhuǎn)化為角位移和線位移。一般情況下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和啟停位置與所接收脈沖信號的頻率和數(shù)量有關(guān)，不受負(fù)載變化的影響。電機(jī)在接收到脈沖信號后，按照前面設(shè)定的步驟，引導(dǎo)電機(jī)沿指定方向旋轉(zhuǎn)一定角度。因此，通過調(diào)整脈沖的數(shù)量，繼而實現(xiàn)對線位移距離或者角位移距離的控制，從而實現(xiàn)精確定位的目的。另外，ADC0852的I/O接口很弱，不能直接驅(qū)動所選步進(jìn)電機(jī)，所以必須在兩者之間安裝ULN2003驅(qū)動芯片。該芯片可增加電流和工作電壓，它的正常工作溫度范圍很大。此外，它具有非常強(qiáng)的承載能力，可以應(yīng)用于各種高速、大功率的操作系統(tǒng)。圖3.6電機(jī)驅(qū)動電路圖3.7按鍵輸入模塊在本次設(shè)計的過程中一共使用了4個按鍵，它們的用處依次是“光控模式/紅外模式的切換”“感光強(qiáng)度的制定”“減”“加”。加減鍵也作為手打控制開關(guān)的按鍵。圖3.7按鍵模塊3.8遙控模塊紅外遙控的優(yōu)點是可靠性能好、抗外界干擾、低能耗、低成本等等。所以家家要用來操縱電視、房屋燈之類的。本次設(shè)計中使用的紅外遙控器發(fā)射管的紅外波長大概是940nm，晶振為：455KHz，紅外載波頻率是38KHz，遙控距離可大于8m。圖3.8紅外模塊4軟件設(shè)計4.1開發(fā)環(huán)境與程序流程圖設(shè)計KeilC51軟件是由美國Keil軟件公司開發(fā)的。它是一個C語言的軟件開發(fā)產(chǎn)品，但它完全兼容51系列單片機(jī)，另外采用C語言還有很多優(yōu)勢，例如，系統(tǒng)自動產(chǎn)生的目標(biāo)類代碼效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、容易被別人理解。但就其功能，結(jié)構(gòu)，可讀程度和是否便于維修而言，顯然有顯著優(yōu)點。該系統(tǒng)處理的一般過程（如圖4.1）：首先初始化我們所選擇的液晶屏幕，使其處于循狀態(tài)，再將所采用的當(dāng)前光照強(qiáng)度值呈現(xiàn)在屏幕中。然后執(zhí)行至掃描按鍵這個步驟，通過不同按鍵按壓相應(yīng)的不同圖案控制窗簾的打開和閉合。其中當(dāng)處于紅外遙控模式時，通過單片機(jī)判斷是否收到拉/合信號從而對窗簾做出相應(yīng)控制。以及手動模式狀態(tài)下，需依據(jù)窗簾開/關(guān)按鍵執(zhí)行對應(yīng)控制。最后一個光控模式：必須先判斷目前光照強(qiáng)度是超過設(shè)定閾值（40lx），超過了就把窗簾拉開，否則就把窗簾拉開。另外在選擇了對應(yīng)的圖案之后均存在一定延時以確保硬件電路層面上的安全性。在上述步驟的基礎(chǔ)上，最終實現(xiàn)一個工作過程循環(huán)。開始開始液晶初始化液晶初始化讀取光照強(qiáng)度并顯示讀取光照強(qiáng)度并顯示按鍵掃描并處理按鍵掃描并處理紅外模式光控模式手動模式紅外模式光控模式手動模式光線高于設(shè)置的閾值拉開窗簾，否則光線高于設(shè)置的閾值拉開窗簾，否則拉上窗簾。根據(jù)設(shè)置紅外信號來控制窗簾。按鍵3按下，拉上窗簾；按鍵4按下，拉開窗簾。延時延時結(jié)束結(jié)束圖4.1液晶顯示程序設(shè)計圖4.21602液晶程序設(shè)計總體過程大致如下（圖4-2）。當(dāng)程序開始運行后首先得定位所顯示信息的位置，按照行和列的坐標(biāo)來定位。隨即設(shè)置好坐標(biāo)之后，就開始籌備展示我們想要的東西。這里有關(guān)定位要注意的就是屏幕上顯示內(nèi)容的時候，我們只要初步定位一次就行了，那么液晶所顯示的東西將顯示在下一個之前所設(shè)定的地方，無需每一個字符都被定位。圖4.2液晶顯示流程圖5硬件組裝與調(diào)試5.1元器件的選擇和檢查本設(shè)計采用的元器件有：STC89C52單片機(jī)、LCD1602液晶顯示器和步進(jìn)電機(jī)、ADC0832模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、ULN2003轉(zhuǎn)換芯片、電源開關(guān)等。焊接前必須使用萬用表作為電容、電阻等元器件展開相關(guān)檢測。有些元器件的引腳通常沿用長正短負(fù)的規(guī)律，而其他特殊元器件大家可通過上網(wǎng)查找信息了解正負(fù)極情況。5.2元器件的焊接（1）查看所需元器件有無遺漏。（2）檢查板子焊點有無虛焊現(xiàn)象。如果是的話，需及時替換。（3）檢查元器件的正負(fù)極接錯情況（4）在焊接的全過程中，力求排版的簡明和整潔。（5）全部地線應(yīng)該接在同一點上，以便于后續(xù)的檢查調(diào)試。5.3電路的調(diào)試調(diào)試的方法一般有兩種：一種是：安裝一點鐘后馬上進(jìn)行檢測和調(diào)試。完成一部分使用萬用表對其進(jìn)行點對點的檢查。二是：在焊接全過程結(jié)束后再進(jìn)行整體性調(diào)試是適用于電路相對簡單，系統(tǒng)不特別復(fù)雜的組件。5.4調(diào)試步驟通電前檢查在通上電之前，為了保證整個電路的安全性，我們有必要再檢查一下電路連接引線是否和以前設(shè)計好的電路圖相同，并將多線（焊接過程中多出的線）盡量排出，少線（焊接過程中遺漏的線），錯線（端口間引線焊接不正確可能在一頭或兩頭）。全程檢查引線若使用指針樣式萬用表應(yīng)選擇“Ω×1”檔位；如為式萬用表數(shù)字，選用“Ω”檔蜂鳴器作有關(guān)測試。通電觀察第一步我們在檢查完之后需要通電觀察一下，主要觀察整個電路是否出現(xiàn)異常。例如，有些器件有無發(fā)熱和漏電、短路和開路等。如有上述情況相似立即關(guān)閉電源，并根據(jù)需要由新查全路是否完整。單元電路調(diào)試單元調(diào)試包括靜態(tài)調(diào)和動態(tài)調(diào)試兩大模塊。靜態(tài)調(diào)試通常是在無外加信號情況下對整個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以檢驗電路各點電位是否仍有正常，尤其對有源器件存在的靜態(tài)工作點更應(yīng)仔細(xì)地進(jìn)行調(diào)試。其優(yōu)點在于：能及時高效地檢測出已受損或已工作在臨界狀態(tài)的設(shè)備。所謂動態(tài)調(diào)試，通常就是指利用前級輸出信號進(jìn)行測試，或利用其本身發(fā)射的信號來測試單元模塊中的各種指標(biāo)是否符合以往設(shè)計要求，它包括信號幅值大小，相位之間關(guān)系，波形形狀，可放大倍數(shù)與頻率。將靜、動態(tài)測試結(jié)果與設(shè)計的指標(biāo)做出對比，隨后進(jìn)行深入解析，可對電路中不同的參數(shù)給出較合理修正方案并進(jìn)行窮盡性記錄。聯(lián)機(jī)調(diào)試在調(diào)試完全部電路之后，將編寫好的編碼通過相關(guān)軟件送入單片機(jī)中，來驗證本設(shè)計是否達(dá)到預(yù)期目的。如果達(dá)不到期望，就有必要對代碼邏輯的合理性和正確性進(jìn)行檢驗。6總結(jié)本設(shè)計是基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計的智能窗簾系統(tǒng)。該設(shè)計主要想突出智能這個主題并且以最簡單的電路設(shè)計，最低的成本來實現(xiàn)整體電路設(shè)計。隨著時代的發(fā)展，智能化窗簾為代表的智能家居也將大規(guī)模的出現(xiàn)在人們的生活起居，為人們提供極大的便利。本次設(shè)計有不少困