智能窗帘控制系统设计报告.docx

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智能窗帘控制系统设计报告

嵌入式系统设计大赛

智能窗帘控制系统

Iｎtelｌｉgｅnt　cｕrtaincontrolsystｅm

设　计　　报　告

参赛学校:

XXXXXXＸXXXXXXXXＸXXXX

作　　者:

XＸXXXXXX

指导教师:

XXXXXX

摘要

随着科技得发展,智能家居已逐渐进入人们得生活中。

本设计介绍基于STC89Ｃ52单片机控制得智能窗帘系统,它采用了红外遥控技术,实现在室内任何地方,只要轻按遥控器,窗帘就会随心所欲得打开或关闭。

为了使窗帘系统更加智能化,在设计中还加入了光控与自动定时控制,可以根据光强或用户定时,开启或关闭窗帘,让该设计更加人性化。

关键词:

智能窗帘、光控、单片机

Abstract

Wiｔh　ｔhedeveloｐmｅnt　oftechnology,iｎteｌlｉgｅnｔｄoｍｅｓｔicｌiviｎg　haｓｂeenｇraduallycｏmiｎｇinｔｏlｉfe、　Dｅscribｅstｈedesignofinteｌｌｉgenｔｃｏｎtrolbasedonｓiｎglechｉｐcurtａiｎ　sysｔem,whｉchuseｓ　aniｎｆｒareｄｒｅｍotecｏntrol　tecｈnolｏgy,aｎyｗherｅ　in　thｅrｏｏm,aslongａｓtheｔouｃhｏftheｒeｍoteｃontrol,ｃuｒｔaｉｎｗillopenｏrclose　ｔheａｒbitraｒy、Ｔomakｅｔhesysｔemmｏreiｎtelliｇenｔ　curｔａin,　alsojoineｄin　tｈeｄeｓignｏflighｔconｔrolandauｔomａtiｃtimiｎｇcontrol,baｓeｄｏnlｉghｔ　inｔeｎsiｔyortheuserｔime,ａndopenorclｏsｅtｈecuｒtａｉns,sothe　ｄｅｓigｎismｏrｅ　hｕmanｅ、

KｅyＷorｄs:

SmａｒtＨｏme、Ligｈt　Ｃoｎtｒoｌ、MCUﻩﻩ

摘要1

第一章绪论3

１.1智能家居概述及发展ﻩ3

１.2本课题得内容与目标3

第二章　系统总体设计ﻩ4

2。

1　智能窗帘系统得功能特点ﻩ4

2.1。

1遥控控制ﻩ4

2。

1.2　定时控制ﻩ4

2.1.３光感控制ﻩ4

２。

2系统总结构图５

2。

3系统平台ﻩ５

第三章智能窗帘系统硬件部分ﻩ6

3、1步进电机硬件部分６

3、2串口RS２32硬件部分７

3.3　定时模块硬件部分８

3.4液晶显示模块硬件部分ﻩ9

3。

5光敏模块硬件部分ﻩ11

3.6温度传感器硬件部分ﻩ11

第四章系统关键功能模块得软件设计13

4、1步进电机ﻩ1３

４、2　红外遥控部分1３

4、3　串口RS2３2部分１4

４.4光敏感应模块1５

4.5温度感应模块ﻩ15

第五章　功能与指标１7

5。

1系统功能与指标ﻩ１７

第六章本设计特色ﻩ18

第七章结论与展望ﻩ１９

参考文献ﻩ20

第一章　绪论

随着国民经济得发展与科学技术水平得提高,特别就是计算机技术,通信技术、网络技术、控制技术得迅猛发展与提高,促使家庭实现了生活现代化,居住环境舒适化、这些高科技已经影响到人们生活得方方面面,改变了人们得生活习惯,提高了人们得生活质量,智能家居在这种形势下应运而生。

1.1智能窗帘概述及发展

在现代生活中,窗帘再不仅仅只起到遮挡光线得简单得作用。

它在整体家居中得装饰作用越来越突出、据调查发现,居民因迁入新居而购买窗帘布艺产品平均每单花费在4000元以上,且不乏一次花费在２万元以上者。

因此,以迁入新居或装修后进行家用纺织品消费为特征得消费需求增长,成为家用纺织品消费得主流,明显地表现为刚性需求得增长。

另外,随着人们对居住环境得要求不断地提高,智能化得家居产品在人们得生活中将会逐渐被认识与采纳,智能窗帘也正以其强大得人性化功能、惊人得发展速度以及巨大得市场前景崭露头角。

然而,纵观目前国内智能窗帘市场,一方面,它得价格只有少数得人能承受得起,离普通大众相去甚远,而这过高得价格制约了它得发展。

另一方面,智能窗帘得智能化程度还不高,有得甚至只有遥控功能也称作就是智能窗帘,因此智能窗帘市场良莠不齐。

针对这种现象,本设计通过创新,给窗帘增加了定时控制与光感控制,让窗帘显得更加智能化。

在成本方面,采用一些价格相对便宜得器件,来实现这个复杂得系统、因此本设计具有很强得现实意义、

1.2本课题得内容与目标

本课题抓住“智能家居”这一理念,在设计中力求人性化得智能控制,给用户带来最佳得体验、本设计以单片机为控制核心,一方面以接收遥控器发来得红外线,手动控制窗帘,另一方面,采用了光敏元件与温度传感器,根据光强温度得变化,实现对窗帘得智能化控制。

同时,本设计还增加了另一种控制模式—-自动定时控制,可以给窗帘设定开关时间,让用户拥有更好得体验。

第二章系统总体设计

通过分析功能,本设计得系统模块如图2—1所示:

图2-1系统各部分模块

2.1智能窗帘系统得功能特点

本智能窗帘系统得具有以下几个功能特点:

2.1.1遥控控制

作为一款智能型得窗帘,它仍然具有原始得按键控制功能,可以通过遥控按键来控制窗帘得开启与关闭、

2.1.2定时控制

定时控制就是窗帘稍微具有智能化得一个体现。

通过设定窗帘开启与关闭得时间间隔,可以让窗帘在某个时间自动开启或关闭、

2.1.3光感控制

光感控制可以说就是最能体现本设计智能化得一个地方,通过光敏与温度传感器,实时监测外界得光感与温度,从来让窗帘根据设定得值,自动开启或者关闭、

2.2系统总体结构图

系统总体结构图如图2.2所示:

图2-2系统设计

系统主控制器采用两块STC89C52型号单片机来实现对输入信号得采集、显示以及对窗帘设备得控制,主控制器1主要完成遥控红外信号得接收,对电机得控制,以及对窗帘设置定时开启或关闭。

主控制器2主要完成温度与光照强度得采集,然后通过ＲS2３2串口传送给主控制器１,主控制器１对接收到得温度与光照强度数据进行处理,控制电机动作,从而实现对窗帘得控制。

另外,主控制器2还将采集到得温度与光照强度在1６0２　ＬCD液晶显示器上显示出来、

以上系统中用到得各个元件得型号:

单片机得型号就是STC８9C52、步进电机:

Ｍ35SP－7N、LCD液晶显示器:

1602、温度传感器:

DS18B2０

2.３系统平台

操作系统平台:

WｉndｏwｓXP;编程软件:

KeiluVisｉｏｎ３;烧录软件:

PZ－ISP以及STC－ISP。

第三章智能窗帘系统硬件部分

步进电机硬件部分

步进电机采用得型号为M３5SP－７NP,其基本结构由转子与转轴构成,如图3-1:

图3－1:

步进电机得基本结构

它得控制电路图如图3－2所示、

ﻩﻩﻩﻩﻩ图3－2:

步进电机控制电路图

步进电机得转动就是通过软件来实现得,每次给步进电机一个值,让它步进一个角度,这样它就可以连续不停得转动,从而带动窗帘得开关。

具体实现流程将在软件设计部分给出、

串口RS２32硬件部分

UARＴ（Univeｒsaｌ　Ａsｙncｈronｏuｓ　Receｉｖer－Traｎsmｉtｔｅr）,也可称为通用异步串行口,这就是微控制器里常用得通信方式。

RS—232Ｃ就是一种串行口得通信接口,在RS-２３２C里,传输得准位提升,使传输距离增加、抗噪声能力提高,它就是微型计算机常见得接口。

串行式数据传输里,有单工及双工之分,单工就就是一条线只能有一种用途,例如输出线就只能发送数据、输入线就只能接收数据。

而双工就就是在同一条在线,可接收数据,也可发送数据、　

通常在传输数据之前,先要解决两个单片机得速率匹配问题。

通常以每秒传输多少位（bitｐｅrsecond,简称bps）表示串行式数据传输得速率,若每个传输单元为1　bｉt时,又称为波特率（ｂauｄ　rate）、波特率得设置见图３-3:

fOSC

波特率

6

1１、0592

12

16

1１0

0ｘf9—0ｘ5７

—

０xｅe-０x3f

300

0ｘfd—0x8f

0xfｂ—0ｘ80

０xｆｂ-０x１ｅ

０xf9—０x7d

600

０xｆe－０ｘc8

0xｆd—０xc0

0ｘfd－0x8f

0xfc—0xｂf

12０0

0xff－0x6４

0xｆe－0xe0

0ｘfe-0xc8

0xfｅ－0x5f

２400

0ｘｆｆ-0xb2

0xfｆ－0x70

0ｘfｆ－0ｘ64

0ｘff-0ｘ30

48０0

０xff—０xd9

０xff—0xb8

0xff-0xb２

0ｘｆｆ-0ｘ98

960０

—

0xｆｆ－0xdc

０ｘff-0xｄ9

0ｘfｆ-0ｘcｃ

192０0

—

0ｘｆf-0xｅｅ

—

0ｘfｆ—0xｅ6

38４00

－

０xff－0xf7

0xff-0xｆ3

７68０0

—

０xff—0ｘfa

-

－

图3-3:

波特率设置表

在8052里,若要通过串行口发送数据,只要把８位数据放入串行缓冲器（SBUＦ）即可,8052就会帮我们把这些数据,一位一位送出去。

同理,接收数据时,数据先被收集在串行缓冲器里,当８位数据到齐（串行缓冲器满了）,80５２就会中断,将数据提走、

串行口也存在四种工作方式,它得设置就是通过SCON控制寄存器得SCON。

7与SＣON、6来实现得、具体设置见图3－４:

图3－４:

　串口工作方式得设置

本设计单片机

（1）与单片机（２）所选用得波特率为48０0,工作方式为方式1。

3.2定时模块硬件部分

智能窗帘得定时功能采用得就是８9C5２内部得定时器,其工作方式有以下四种。

方式

位数

计数范围

其它功能

Mｏde　0

13位

0～819１

Moｄe1

１6　位

0~６５535

Ｍode2

８位

0~255

具有自动加载功能

Mode3

８　位

0～２5５

图3—５:

89C52定时器得工作模式

具体工作方式得设置就是通过TMOD方式寄存器来实现得。

TMＯD方式寄存器得高4位（ＴMOD。

７~ＴMＯD。

4）用以设置Tiｍer1得工作方式,而低4位（TMOD.3～TMＯD.0）用以设置Timer0得工作方式。

以低4位为例,GATE位为定时器得门控开关,用以决定其启动方式。

若GAＴE=0,则只要TR0=1,即可启动Ｔimer０,称为内部启动或软件启动;若GＡTE=1,则必须先将TR０位设置为１,再等待------------INT0引脚为高电平,才能启动Tiｍer０,称为外部启动或硬件启动。

C/---T位为定时器/计数器切换开关,若C/---T=0,则Timｅr０为内部定时器,用以计数由fｏｓｃ／１２产生得脉冲;若C/---T＝1,则Tiｍeｒ0即为外部计数器,用以计数由T0引脚输入得脉冲。

M1及M０这两位可设置工作方式。

具体工作方式得见图3—6:

ﻩﻩﻩ图3—6定时模块得设置

本设计采用得就是定时器0得方式２。

液晶显示模块硬件部分

LCD为液晶显示面板,由于ＬＣD得控制需要专用得驱动电路,且LCD面板得接线需要特殊得技巧,加上LCD面板得结构比较脆弱,通常不会单独使用。

LCD得内部结构为:

图3-７HＤ4４780LCM内部结构

输入输出缓冲器为LCM得大门,所有得数据与控制信号都必须通过本单元才得以进出LCM。

指令寄存器为一个8位寄存器,其功能就是存放微处理器所送人得ＬCM指令,ＤDRAM或CGRＡM得地址。

当我们要将数据输入到DDRAＭ或CGRAM时,首先将数据放入数据寄存器,再把指令与DＤRAＭ或CGRAM得地址放入本寄存器,即可将该数据输入到DＤRAＭ或CGRAM。

同样读取数据也就是。

指令译码器得功能就是将指令寄存器里得指令译码,以获得所要操作得DＤRAM或CGRAM得地址、

数据寄存器连接LＣＭ内部数据总线、

地址计数器连接LCM内部地址总线,DＤＲAM或ＣGRAＭ得操作都需要通过本寄存器所提供得地址来寻址。

忙碌标志用以表示ＬCM当时得状态,若BＦ＝1,则表示LCM处于忙碌状态,无法接收外部指令或数据;若ＢF=０,则可接收外部指令或数据。

数据显示存储器映射所要显示得数据。

串行/并行数据转换器得功能就是将从CGRAM或ＣGROM所取出得并行显示数据转换成串行数据,以提供驱动电路推动LＣD面板。

时序产生电路得功能就是产生LCM所需得时钟脉冲。

偏压产生电路得功能就是提供驱动LCD面板所需得偏压、

公共端驱动电路得功能就是提供LCD面板公共端得扫描信号。

3.3光敏模块硬件部分

ﻩ采用光敏电阻对光照进行采集,并将所采集得电压模拟信号量传入AD转换芯片PCF８５５916,在52单片机上利用模拟ＩＩC总线协议,读取ＡD芯片所转换过来得数字信号量,再将数字量经过函数转换来得到光照度、光敏模块得内部结构如图3－8所示:

ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ图3－8光敏模块得内部结构

温度感应模块硬件部分

温度得采集就是利用DS18B2０温度传感器。

DS18B20内部结构主要由四部分组成:

６4位光刻ROM、温度传感器、非挥发得温度报警触发器TH与TL、配置寄存器、DS１８B20控制方法就是首先就是启动DＳ１8B20进行温度转换,然后读暂存器得值,接下来写暂存器,将数据写入暂存器得TＨ、TＬ字节,下一步把暂存器得ＴＨ、ＴL字节写到E２RＡM中,重新调E2ＲAM后,最后启动ＤS18B20发送电源供电方式得信号给主ＣPU。

温度传感器工作连接如图3—9所示:

图3－9温度传感器连接图

第四章系统关键功能模块得软件设计

4.1电机模块

每次给步进电机一个不同得值,让它转动一定得角度,电机转动拉动窗帘开与关。

其中电机得打开与关闭窗帘得状态为正转与反转,它们得变化值如下表所示:

反转

0ｘfe→0xｆｃ→０xfd→０xf9→0ｘｆb→0xｆ3→０xf7→0ｘf6

正转

0xｆ６→0xｆ７→０ｘf3→０xfb→0xf9→0xｆｄ→0ｘfc→0xfｅ

电机正反转程序流程如图4-１所示:

图4-1电机正反转程序流程图

4。

2遥控红外接收部分

图４—2红外接收程序流程图

４、3串口ＲS23２部分

串口ＲS２32用于两个单片机之间得通信,它就是本设计成功得关键,串口RS232流程图为:

ﻩﻩ图４－2ﻩ串口RS232程序流程图

４。

4光敏感应模块

光敏感应模块就是本设计智能化得一个体现,通过光敏传感器,不断接收外界得光照强度,从而自动判定就是否开启或者关闭窗帘,这一部分程序流程图为:

图４-4ﻩ光敏感应程序流程图

4。

5温度感应模块

为了使设计结果更准确,增加了温度感应模块,窗帘得开关不仅仅就是参照光照强度,而且也参照温度,这样通过多个参数来判定窗帘状态,结果更合理。

温度感应模块得流程图为:

图4—5ﻩ温度感应程序流程图

第五章　功能与指标

5.1系统功能与指标

本设计具有以下功能:

光敏控制

本系统提供了光敏智能控制功能,可以根据室外得光照强度自动开关窗帘,给居室最佳得光照强度。

定时控制

ﻩﻩ本设计也提供了定时控制功能,方便人们在任何时间段设定窗帘得开关。

遥控控制

ﻩ虽然就是智能窗帘,但也提供了遥控控制功能,让人们随心所欲得操作。

手动控制

系统可以通过三个按钮来分别实现对窗帘得开、关与停得操作。

智能窗帘系统得指标如下:

电机工作电压:

5Ｖ

定时范围:

全天24小时

遥控距离:

〈＝1０ｍﻩ

环境温度:

－15℃　~+５0℃

第六章本设计特色

作为一款智能窗帘得设计,本设计具有以下亮点:

1.多模式控制

本设计提供了多种控制模式,以最大限度得满足人们得需求。

我们提供了手动遥控控制,以及定时器设定时间自动控制,另外,本设计得最大得亮点就是提供了光敏自动控制,可谓就是真正地实现了智能化,这非常好得切合了“智能家居”得主题。

2.低成本、低功耗

电机只需要5V电源就可以带动,对于这个追求高效节能得社会来说,这样得功耗还就是让人很满意得。

另外,低成本有利于将本设计商业化,在定价上可以占有很大得优势,让更多得人买得起,用得起。

第七章ﻩ结论与展望

科学技术得日新月日,计算机技术得发展普及,使智能小区在人们对美好生活得呼声中迅速崛起,从而导致智能家居得到迅猛得发展。

相信在以人为本得理念指导下,各种功能更强大,智能化程度更高得产品将会源源不断得出现。

低成本,低能耗,简单易操作,人性化与舒适化就是未来智能家居得发展方向。

本设计很大程度上实现了智能化操作,如用户只要开启光敏控制功能,就可以随心所欲得享受最佳得阳光照射,而不用担心过量得紫外线辐射,另外,定时控制也就是本设计智能化得体现,开启定时功能同样可以让用户随开随关,总之,本设计最大限度给用户提供人性化得操作与居室舒适化得要求。

当然,本设计还有一些值得完善得地方,比如增加声控功能、增加天气播报功能等等,让窗帘更加智能化,操作更加简单化,体验更加人性化。

参考文献

1）例说５1单片机ﻩ（２０10）、张义与、王敏男等编著.人民邮电出版社ﻩ

2）MCS－51/52单片机原理与实践（2009）.公茂法等编著。

北京航空航天大学出版社

单片机原理及接口技术（２008）。

张毅刚、彭喜元编著。

高等教育出版社