基于单片机的自动窗帘系统毕业设计.docx

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基于单片机的自动窗帘系统毕业设计

基于单片机的自动窗帘系统设计之五兆芳芳创作

摘要

目前，家庭居住情况的采光及避光问题主要采取的是手动开闭窗帘，手动开闭不但吃力并且良多方面不敷人性化，会对用户造成一定的困扰，本文设计的自动窗帘控制系统可以解决这些问题.本文主要论述了自动窗帘控制的设计进程.以AT89C51单片机为控制焦点，以光敏电阻和雨滴传感器为传感器件，以步进电机为执行器件.在设计的同时对单片机的理论根本和外围扩展知识进行了比较全面准备.硬件采取分块的模式，对整个系统的电路设计进行阐发，辨别给出了系统整体框图、显示电路、检测电路、系统总控制模块、等相关电路；随后说明系统软件的编写进程，同样采取的是分块的模式，且每一个模块都给出了相应的流程图.

本设计利用单片机实现了半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换，智能的控制窗帘的动作.通过调试，时钟控制、手动开关窗帘、自动开关窗帘等控制方面的设计根本达到了预期效果.具有较强的实用价值.

关头词：

单片机，自动窗帘，步进电机，自动控制.

Systemdesignbasedonsinglechipmicrocomputerautomaticcurtain

Abstract

Now，accordingtotherequirementsoflivingenvironments.Thispaperdescribestheprocessofintelligentcurtaincontroller.ThisdesignusesAT89C51microcontrollerasthecontrol，introducemicrocontroller-basedopticalcurtaincurtainsystem，themainstructuralprincipleofthehardwareandsoftwareprogrammingtoexplain.Inthedesignformonolithicintegratedcircuits，andperipheraltoexpandthebasicthetheoriesofknowledgewasfairlycomprehensivepreparation.Blockthemodelofhardwareused，thecircuitdesignoftheentiresystemtoanalyzetheoverallblockdiagramofthesystemaregiven，displaycircuit，photoelectricswitchcircuit，systemcontrolmodule，powerconversioncircuits，protectioncircuitsandotherrelatedcircuit；thendescribesthesoftwarethepreparationprocess，butalsobythesub-blockpattern，witheachmoduletodrawacorrespondingflowchart.

Inthispaper，usetheAT89C51microcontroller，accordingtotheirdifferentmodes，toachievesemi-automaticcontrol，automaticcontrol，timingcontroloftheconversionandintelligentmotioncontrolcurtains.Debuggingbysimulation，clockcontrol，manualswitchcurtains，thecurtainsautomaticallyswitchthebasicdesignofsuchcontroltoachievethedesiredeffect，withastrongpracticalvalue.

Keywords：

SCM、intelligentcurtain、steppingmotor、automaticcontrol.

第1章绪论

1.1研究目的和意义

21世纪是科技飞速成长的时代，单片机的应用也随之越来越普遍.在这样高速成长的情况下，各类新型产品犹如雨后春笋，单片机的作用也越发重要是一种集成，是采取技巧把具有数据处理能力的CPURAM、、多种I/O口和、定时器/等功效集成到一块硅片上组成的一个小而完善的，在产业控制领域的普遍应用.从上世纪80年代，由当时的4位、8位，成长到现在的32位300M的高速单片机.单片机具有高集成度、高可靠性，控制功效强，低电压、低功耗，优异的性价比.由于这些优良的特性，单片机普遍的应用到产业控制，智能家电，汽车电子，楼宇自动化，医疗器械.日常生活中，验钞机、门禁系统、电子监控、变频空调等也使用到了单片机.

在资料科学、产业技巧、计较机技巧的成长与进步的带动下，电路系统向着高度集成的标的目的成长.CPU的生产制造技巧，也朝着综合性、技巧性、实用性成长.其告知的成长可以用日新月异来形容.其中单片机的重要性越来越越突出，在控制系统中的应用越来越普遍.要进行单片机系统的设计首先，要有一定的根本知识；第二，需要具有一定的软件设计能力，能够按照设计的要求，写出所需程序；第三，要灵活的把知识综合运用.另外，单片机也经常应用到一些小系统的设计.本系统就是依靠AT89C51单片机的优点顺利设计出来的.

随着科技的成长，人们生死水平不竭提高，使得人们对于居住的空间的情况有了更高的要求，人们希望居住空间加倍的舒适、便捷.这是人类成长的必定纪律.科技把人们的生活变的加倍智能化，使人们生活的加倍舒适、便捷.人们的生活离不开窗帘，它庇护了人们的隐私.对于现代的修建，对于窗帘的要求也越来越高，既能解决每天手动开关的麻烦，又能显示出生活的档次，所以窗帘自动系统会越来越普及.并且可以普遍的应用到普通住宅、宾馆饭馆、写字楼等各类场合，因此自动窗帘系统有着广漠的市场前景，因此研究这方面的产品也显得加倍的重要.

由于我国的科技方才成长起来，各类科技产品还明显的落后于发财国度，人民的生活也方才开始充裕起来，许多智能系统也方才在我国兴起.但是，成长前景却广漠.这种系统可以为我们营造出高效、舒适、便捷的居住情况.并且它可以牵动一大批财产.如此普遍的应用，他的前景也势必很是广漠.随着科学技巧的飞速成长，人们的生活不雅念也在垂垂的产生转变.各类家电也在产生着变更.由于单片机技巧和计较机技巧的的不竭成熟，家电越来越智能化.窗帘也不例外，在欧美等发财国度，智能窗帘系统已普遍应用.智能窗帘在国际算是高端前沿财产，市场广漠，有推广和应用的意义，在发财的欧美市场智能窗帘已经其实不新鲜，已经普遍运用于平常苍生家中，所以有需要在国际推广.

国际外成长状况

随着科学技巧的飞速成长，人们的生活不雅念也在垂垂的产生转变.各类家电也在产生着变更.由于单片机技巧和计较机技巧的的不竭成熟，家电越来越智能化.窗帘也不例外，在欧美等发财国度，电动智能窗帘已普遍应用.自动窗帘在国际算是高端前沿财产，市场广漠，有推广和应用的意义，在发财的欧美市场智能窗帘已经其实不新鲜，已经普遍运用于平常苍生家中.

本设计通过阐发自动窗帘的成长和现状来计划其智能功效，从而对窗帘进行智能控制.采取步进电机为执行原件，以光敏电阻和雨滴传感器作为传感原件，AT89C51单片机作为控制芯片，帮助键盘和显示，实现自动窗帘的多项智能项目.

自动窗帘控制系统设计进程主要分为以下几个章节：

（1）绪论：

介绍目前国际自动窗帘的成长现状和研究的目的和意义.

总体设计计划：

给出智能窗帘系统的总体计划设想，智能项目，和设计结构计划.

（2）硬件设计：

选用AT89C51单片机为焦点的各类电路设计，包含复位电路，电源电路，时钟电路，步进电机控制电路，传感器电路，键盘/显示电路等一系列相关电路.

（3）软件设计：

主要介绍了各项功效的设计流程.

（4）总结与展望：

针对设计中的缺乏进行再思考以及提出自动窗帘控制系统功效的扩展，和对此设计成长前景的展望.

课题的目的任务和要求

自动窗帘控制系统总体设计计划是确定能满足设计要求的总体计划环节.本章从系统功效的需求出发，计划并确定系统的总体结构，并在次根本上考虑了系统的可扩展性以及可实现性.

该系统除了具有一般窗帘控制系统的最根本功效以外，还通过单片机的控制实现了按照光照强度，空气湿度和设定时间自动开闭窗帘的功效，在选取设计计划和采取元器件方面，该设计本着复杂实用经济的思想，尽量使电路的设计复杂化，用最复杂的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计的需求.

智能窗帘主要有一下功效

（1）手动控制：

该功效是按照用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功效可以使窗帘的开闭处于任何一种状态；

（2）光敏控制：

按照光的强弱，实现窗帘的自动开关.

（3）雨滴传感器控制：

若传感器上有水滴，则窗帘自动封闭，水干后，自动开启.

（4）时间自动控制：

按照用户设置的时间来控制开启或封闭窗帘.

第2章系统计划论证

2.1计划选取

单片机在各类电子产品中的应用已经越来越普遍，良多的电子产品利用单片机所取得的便当性得到了人们的好评，所以本设计采取的控制元器件选用单片机.

单片机的选择：

单片机自70年代问世以来都以微处理器（MPU）技巧及超大范围集成电路技巧的成长为先导，通过普遍的应用领域拉动得到了蓬勃成长，单片机功效也日渐完善.由于单片机的应用，使许多领域的技巧水平和自动化程度都大大提高，可以不夸张的说当今世界正在经受着一场以单片机技巧为标记的新技巧反动浪潮冲击.主要的单片机类型如下：

（1）MCS-51系列单片机

MCS-51系列单片机主要指Intel公司生产的以51位内核的单片机芯片，具有8位CPU、4K字节的ROM、128字节的RAM、同时可扩展外部64K字节RAM和ROM、两个16位的定时器、四个8位并行I/O口、一个全双工串行I/O口、21字节专用存放器、五个中断源、片内自带振荡器、片内单总线等功效部件.

（2）AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能的CMOS8位微处理器，俗称为单片机.AT89C2051单片机是一种带2K字节闪存，可编程可擦除只读存储器的单片机.单片机的可擦除只读存储器可以频频擦除1000次.该器件采取了ATMEL高密度非易失存储器制造技巧制造，和产业尺度的MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功效8位CPU和闪烁存储器组合在了单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，而AT89C2051是它的一种精简版本.AT89C单片机为良多嵌入式控制系统提供了一种灵活性较高且价廉的计划.外形及引脚的排列如图2-1所示：

图2.1AT89C单片机外形及引脚排列

AT89C51单片机主要的特性如下：

（1）和MCS-51产品指令系统完全兼容

（2）4K字节在线编程Flash存储器，1000次擦写周期

（3）任务电压范围4.0～5.5V

（4）全静态任务模式：

0～33MHz

（5）三级程序存储器锁λ内部RAM128×8字节

（6）三十二个可编程I/O口线λ两个16位定时/计数器

（7）六个中断源

（8）全双工串行UART通道

（9）低功耗空闲和掉电模式

（10）中断可从空闲模式叫醒系统

（11）看门狗（WDT）和双数据指针

（12）掉电标识和快速编程的特性

（13）具有掉电状态下中断恢复功效

（14）灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

因为AT89C51单片机片内有4K字节的在线编程Flash存储器，并且可以擦写1000次，具有掉电模式，并且具有掉电状态下中断恢复功效，对设计开发很是实用.所以选用AT89C51单片机作为自动窗帘系统的控制单片机.

针对单片机控制的自动窗帘控制系统的智能化要求，实现其自动控制的计划有两种：

计划

（一）基于温度检测以及声控检测器件的自动控制

计划

（二）基于光照强度器件以及湿度检测器件的自动控制

计划

（一）的系统框图如图2.2所示：

声控检测

89C51

单片机

键盘模块

液晶模块

温度检测

电源模块

图2.2计划

（一）的原理框图

计划

（二）的系统框图如图2.3所示：

时钟模块

89C51

单片机

键盘模块

显示模块

光照检测

电源模块

图2.3计划

（二）的原理框图

这两个计划都是基于单片机控制的，采取步进电机控制以及液晶显示器，不合的设计部分在于检测器件的选取上.

计划

（一）与计划

（二）的区别主要在于检测器件的应用，计划

（一）采取温度收集和声音检测原件，通过设定的温度来控制窗帘的开闭，以削减光照对室内的温度影响，利用声音控制虽然便利性有所提高，但是其误差较大.计划

（二）采取的时钟模块实用性更强，且手动控制不容易出现误差.综合考虑以上因素，系统设计采取计划

（二）.

2.2总体设计计划

自动窗帘控制系统总体计划设计是基于满足设计要求的前提并且按照理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，而进行设计的重要环节.本章从人们对系统功效需求出发，在综合考虑各类因素的情况下，设计出自动控制系统的总体构架，并且在根本功效需求的根本上尽可能考虑系统的可扩展性.

2.2.1系统根本功效

陪伴着科学技巧的成长和人民生死水平的日益提高，人们对生活舒适性的追求越来越强烈，而窗帘在每个家庭生活是必备的，其根本功效是庇护住户的隐私以及遮蔽阳光等.基于这些作用窗帘的便当性自然也收到家庭的存眷.但传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关不但不省力，并且还可能错过最佳的光照时间，尤其是大窗帘，比较重，并且长，在开闭时需要费很大力气才干开关窗帘，特别不便利.针对这种现象，自动窗帘遍由此产生.现有的窗帘根本上都可以利用按键控制，自动开关窗帘，虽然省了力气，但是有些方面的设计仍是不敷人性化.对此，本控制系统提出可以按照光照以及定时等开关窗帘，具体有一下几大功效：

（1）手动控制：

该功效是按照用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功效可以使窗帘的开闭处于任何一种状态；

（2）光敏控制：

按照光的强弱，实现窗帘的自动开关.

（3）雨滴传感器控制：

若传感器上有雨滴，则窗帘自动封闭，水干后，自动开启.

（4）时间自动控制：

按照用户设置的时间来控制开启或封闭窗帘.

2.2.3系统总体结构设计

89C51

光敏、雨滴传感器

信号校正

A/D转换

显示模块

键盘模块

步进电机

图2.4智能窗帘控制结构框图

通过传感器收集的信号利用信号校正电路缩小，滤波后输入到A/D转换器，传入的信号是由AT89C51单片机来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止.显示模块是用来显示时间以及自动窗帘控制器的各类状态.键盘作为输入设备，通过不合按键来控制显示模块的显示内容和控制单片机的各类运转状态.

第3章系统硬件阐发设计

总体硬件包含单片机外围电路、A/D转换电路，信号调理电路、检测电路、键盘/显示接口电路、步进电机控制电路等模块.单片机外围电路提供各类模块所需的5V电源和时钟模块；信号检测后是模拟信号，经过调理缩小进入A/D转换后输出数字信号给单片机.

3.1系统硬件总设计

自动窗帘控制系统设计的总体框图如图3.1所示：

89C51

光敏、雨滴传感器

信号校正

A/D转换

显示模块

键盘模块

步进电机

图3.1自动窗帘控制系统设计总体框图

按照光照和雨滴来开闭窗帘的主要原理是用光敏电阻收集外界的光强度，从光传感器收集的信号利用信号校正电路缩小，滤波后输入到A/D转换器，由于A/D转换器件的转换需要一定时间，一旦在短时间内信号产生变更，转换结果将会出现偏差，所以在转换期应该采取采样保持电路.传入的信号是由AT89C51单片机来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止.显示模块是用来显示时间以及自动窗帘控制器的各类状态.键盘作为输入设备，通过不合按键来控制显示模块的显示内容和控制单片机的各类运转状态.

3.2各单元电路设计

控制电路设计

51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操纵系统，称作位处理器，或布尔处理器.它的处理对象不是字或字节而是位.它不但能对片内某些特殊功效存放器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功效十分完备，使用起来得心应手.虽然其他种类的单片机也具有位处理功效，但能进行位逻辑运算的实属少见.51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功效的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，合128个位，相应位地址为OOH

～7FH），使用极其灵活.这一功效无疑给使用者提供了极大的便利，因为一个较庞杂的程序在运行进程中会遇到良多分支，因而需成立良多标记位，在运行进程中，需要对有关的标记位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行标的目的.而实施这一处理（包含前面所有的位功效），只需用一条位操纵指令便可.

51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便当.八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不敷，用得未几.而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度仍是能满足要求的，用的较多.作乘法时，只需一条指令就行了，即MuLAB（两个乘数辨别在累加器A和存放器B中.积的低位字节在累加器A中，高位字节在存放器B中）.良多的八位单片机都不具备乘法功效，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分便利.

在51系列中，还有一条二进制一十进制调整指令DA，能将二进制变成BCD码，这对于十进制的计量十分便利.而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行.

AT89C51单片机的引脚排列如图3.2所示：

图3.2AT89C51单片机的引脚排列图

晶振电路：

电路中的晶振即石英晶体震荡器.由于石英晶体震荡器具有很是好的频率稳定性和抗外界搅扰能力，所以，石英晶体震荡器的用来产生基准频率的.通过基准频率来控制电路中的频率的准确性.同时，它还可以产生震荡电流，向单片机收回时钟信号.

电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30μF左右，该电容的大小会影响震荡电路频率的凹凸、震荡器的稳定性和奇珍的快速性.晶体震荡频率的范围通常在1.2~12MHz.晶体的频率越高，系统的时钟频率越快，单片机的运行速度越快.但反过去，运行速度对于存储器的速度要求就越高，对印刷电路板的工艺要求也就越高，即要求线间的寄生电容要小.晶体和电容应该尽可能装置得与单片机芯片靠近，以削减寄生电容，更好地包管震荡器稳定、可靠地任务.89C51常选择震荡频率12MHz的石英晶体.

单片机晶振电路图如图3.3所示：

图3.3单片机晶振电路图

复位电路：

复位是单片机的初始化操纵，只需要给89C51的复位引脚RST加上大于2个机械周期（即24个时钟震荡周期）的高电压就可以使89C51复位.复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序.除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或操纵错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST引脚为高电平，使89C51解脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动.复位电路图如图3.4所示.

图3.4复位电路图

时钟电路：

本设计需要窗帘在给定的时间自动的开和关，所以需要用到定时器，而为了包管单片机与外界时钟一致，要用到一个实时时钟电路.这里实用的是DS1302时钟芯片来完成这项功效.

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过复杂的串行接口与单片机进行通信.实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整.时钟操纵可通过AM/PM指示决定采取24或12小时格局.DS1302与单片机之间能复杂地采取同步串行的方法进行通信，仅需用到三个口线：

（1）RES复位

（2）I/O数据线（3）SCLK串行时钟.时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方法通信.DS1302任务时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW

DS1302是由DS1202改良而来增加了以下的特性：

双电源管脚用于主电源和备份电源供给，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器.它普遍应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域.下面将主要的性能指标作一综合：

（1）实时时钟具有能计较2100年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力.

（2）318位暂存数据存储RAM.

（3）串行I/O口方法使得管脚数量最少.

（4）宽范围任务电压2.05.5V.

（5）任务电流2.0V时,小于300nA.

（6）读/写时钟或RAM数据时有两种传送方法单字节传送和多字节传送字符组方法.

（7）8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装按照概略装配.

（8）复杂3线接口.

（9）与TTL兼容Vcc=5V.

（10）可选产业级温度范围-40+85.

（11）双电源管用于主电源和备份电源供给.

DS1302芯片和AT89C51单片机的接口电路如图3.5所示：

图3.5DS1302芯片和AT89C51单片机的接口电路图

检测电路设计

自动窗帘要按照光照和是否有雨的情况而自动开关窗帘，因而需要用到光传感器和雨滴传感器.

光敏传感器：

在本设计中采取了光敏电阻，光敏电阻与碳膜电阻不合，它对光的变更很是敏感，再光的照射下，阻值会明显变小，所以叫他光导器件.光敏电阻又称光导管，经常使用的制作资料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等资料.这些制作资料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性.这是由于光照产生的载流子都介入导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降.光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反响速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在低温，多湿的卑劣情况下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可普遍应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各类光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域.

光敏电阻的结构复杂，它是在陶瓷基片上沉淀一层光敏半导体，再接上两根引出电极组成的.该电路中的光敏器件选用的是硫化镉光敏电阻.

雨滴传感器：

雨滴传感器又叫雨滴检测传感器，用于检测是否下雨及雨量的大小，普遍用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统和智能天窗系统中.在雨滴传感刮水系统中，用雨滴检测传感器检测出雨量，并利用控制器将检测出的信号进行变换，按照变换后的信号自动地按雨量设定刮水器的间歇时间，以便随时控制刮水器电动机；在汽车智能灯光系统中检测车辆行驶的情况，自动调整灯光模式，提高车辆在卑劣情况下行驶的平安性；在智能天窗系统中传感器一旦检测到下雨，会自动封闭天窗.

传感器控制电路是由运算缩小器组成比较电路，在运算缩小器同相输入端用两个电阻分压，得到的电压值作为基准电压，在反相输入端则用光敏电阻对光和湿度变更收集，由于光敏电阻具有按照光照强度阻值变更的特点，雨滴传感器按照是否有水滴阻值变更的特点，可以