完整版基于51单片机的智能窗帘控制系统设计与实现毕业设计.docx
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完整版基于51单片机的智能窗帘控制系统设计与实现毕业设计
毕业设计（论文）
题 目：
基于51单片机的智能
窗帘控制系统设计与实现
系 部：
信息系
专 业：
电子信息
二○一三年十二月
基于51单片机的智能窗帘控制系统设计与实现
摘要：
随着现代电子技术和自动化技术的快速发展，人们越来越向往便捷，轻松的生活方式，人们对生活质量的要求越来越高。
家用电器产品也在不断的更新换代。
从始初的晶体管、到电子管；由模拟到数字；由分立元件到集成电路；从普通向高性能、多功能型；由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。
这次的毕业设计智能窗帘控制系统的设计与实现是在这个的理念上设计的，本系统主要的模块有单片机驱动模块，电机驱动模块，光敏检测模块，无线收发模块和LED信号显示模块。
本系统分为两种模式，在智能模式下利用光敏电阻检测光照强度的变化，通过单片机驱动电机驱动模块中的电机的正反转实现窗帘的来回移动。
在手动模式下，利用遥控器中的无线发送模块发送信号，再通过单片机驱动电机。
本文设计中的智能遥控窗帘因为操作简单，功能实用和结构简单，所以它基本满足人们对窗帘的智能化的基本需求，也因为前景广泛而有研究的价值。
关键字：
51单片机，智能，无线遥控，直流电机
附录四：
C语言程序29
引言
人民生活水平的不断提高，人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈，窗帘作为每个家庭的家居必须用品，自然也需要满足人们更舒适性的需求。
窗帘其基本的作用无非是保护业主的个人隐私以及遮阳挡尘等功能，但传统的窗帘您必须手动去拉动，每天早开晚关也是挺麻烦的，特别是别墅或复式房的大窗帘，比较重，而且长，需要很大的力量才能开关窗帘，很不方便；于是遥控电动窗帘在最近几年得到迅速发展，并广泛应用于智能大厦、高级公寓、酒店和别墅等领域，只要遥控器轻按一下，窗帘就自动开合（百叶窗可以自动旋转），非常方便。
在本次设计中，我们主要研究的是利用单片机的无线遥控电路的设计。
本设计是基于AT89S52单片机的遥控窗帘。
它采用按键和无线遥控两种控制方式，其中SC2262/SC2272编码解码芯片组成无线发送接收模块；通过控制直流电机的正反转来控制窗帘的开关，并且可以指示运行状态；利用限位开关来控制窗帘停止，防止过卷，利用光敏电阻来智能识别光线，对窗帘智能控制。
一、绪论
1.1问题的提出
现代全球的经济和文化的进入了快速发展的时代，城市的变化日新月异。
城市化进程的发展导致高大的建筑物也越来越多，窗户的面积也越来越大，一些大的窗户高度或宽度超过4米以上。
这个大型窗户安装上窗帘之后如果要人去拉的话费时又费力，而这些问题开发商往往是不会考虑的，使一些住户或者员工带来的许多不便，这种问题我们往往要借助智能遥控窗帘的帮助，这一可以大大的方便的人们的生产生活，提高了人们的生产生活质量。
其实遥控自动窗帘系统在我国还刚刚兴起,但其发展前景广阔,推广和应用自动窗帘系统具有重要的现实意义。
其一,改变人们的生活方式。
单片机控制的遥控自动窗帘系统具有丰富的智能化功能,为家庭用户营造一个高效、舒适、便利、环保的居住环境。
这些都将改变人们传统的生活方式,并提高了人们的生活质量。
其二,牵动一大批产业。
单片机控制的遥控自动窗帘产品面向家庭用户,其应用市场是庞大的,发展前景也是广阔的,必将吸引大批有远见的各类企业介入,从而牵动一大批产业的发展。
1.2国外最新的研究成果
智能家居在发达国家，特别是美国、日本、韩国这些电子产品先进的国家应用都比较普遍，并且非常受欢迎。
比如说：
1.2.1光控帘
这种窗帘由日本研制而成。
它是在窗户玻璃和窗帘之间安装一种感光器，当光线达到一定程度时，便能将光能转换成电能，使窗帘自动提升或降落，从而保证室内始终处于适宜的光亮环境。
1.2.2隔音帘
美国研制生产出一种新式隔音窗帘，它是由一系列长条隔音薄片组成的。
从窗帘的一面到另一面，能够形成连续吸音通道，可有效地起到隔音的作用。
1.2.3节能帘
英国推出一种翻卷式节能窗帘，它是由高强度的薄型涤纶纤维织物和具有反光性能的铝箔粘合而成的，其节能的主要原理是在铝箔上涂有保护层，使室内外热能减少90％以上。
同时，也减少了窗玻璃、窗帘之间的冷暖空气的对流。
1.2.4隐身帘
这种“我能看到你，你却看不到我”的隐身窗帘由日本研制成功，该窗帘用高透明、高强度的聚碳酸酯片蒸镀上一层很薄的铝膜制成，能把太阳光中的大部分可见光反射掉，使进入室内的可见光减少至15％，这样既能使室内保持清爽和阴凉，又能看到室外景色。
1.2.5日能帘
国外市场上有一种太阳能百叶窗帘。
这种窗帘的每一条叶片的向阳面都有一层薄薄的柔性光电膜，它能将太阳光转变为电能，储存在充电池内。
在夜间，叶片朝向室内一边的荧光发出柔和的光线，给房间提供了背景光。
在白天，阳光充足时太阳能百叶窗帘可产生49瓦的电，他储存的电能除用于照明外，还可用来驱动其他电器。
二、核心芯片和器件介绍
2.1DC电源插口介绍
DC全称是Direct-current表示直流的意思。
DC插座是一种与电脑显示器专用电源相配的插座，它是由横向插口、纵向插口、绝缘基座、叉型接触弹片、定向键槽组成，两只叉型接触弹片定位在基座中心部位，成纵横向排列互不相连。
叉型接触弹片一端为接线口，外露在基座圆柱体顶面，供连接输入电源软线或软缆用，叉型接触弹片另一端由基体互连的两只弹性臂组成，设置在DC插头插入方向绝缘基座插孔内，供给电脑显示器之用，使之正常工作。
DC电源插口的实物图和参数图如下图：
图1.1
图1.1DC电源插口的实物图和参数图
2.2AT89S52单片机
AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。
该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。
片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。
通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。
它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。
AT89S52管脚如下图：
图1.2
图1.2AT89S52管脚图
2.2.1单片机特点和特性
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
AT89S52的主要特性如下：
[1].兼容MCS51产品
[2].8K字节可擦写1000次的在线可编程ISP闪存
[3].4.0V到5.5V的工作电源范围
[4].全静态工作：
0Hz～24MHz
[5].3级程序存储器加密
[6].256字节内部RAM
[7].32条可编程I/O线
[8].3个16位定时器/计数器
[9].8个中断源
[10].UART串行通道
[11].低功耗空闲方式和掉电方式
[12].通过中断终止掉电方式
[13].看门狗定时器
[14].双数据指针
[15].灵活的在线编程（字节和页模式）
2.2.2单片机的引脚功能
按照功能，AT89S52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。
2.2.2.1多功能I/O口
AT89S52共有四个8位的并行I/O口：
P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O线。
每根线可以单独用作输入或输出。
1、P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。
当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。
当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。
在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。
2、P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。
另外，P1.0与P1.1可以配置成定时/计数器2的外部计数输入端（P1.0/T2）与定时/计数器2的触发输入端（P1.0/T2EX），如表1所示。
表1P1口管脚复用功能
端口引脚
复用功能
P1.0
T2（定时器/计算器2的外部输入端）
P1.1
T2EX（定时器/计算器2的外部触发端和双向控制）
P1.5
MOSI（用于在线编程）
P1.6
MISO（用于在线编程）
P1.7
SCK（用于在线编程）
3、P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。
P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。
4、P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。
P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表2所列。
在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。
表2P3端口引脚与复用功能表
端口引脚
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
2.2.2.2RST复位输入端。
在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。
看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。
在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。
DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。
2.2.2.3ALE/PROG地址锁存允许信号。
在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。
在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。
一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。
但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。
在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。
在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。
2.2.2.4PSEN程序存储器允许信号。
它用于读外部程序存储器。
当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。
在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。
2.2.2.5EA/Vpp外部存取允许信号。
为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。
但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。
当执行内部程序时，EA应接到Vcc。
在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。
2.2.2.6XTAL1
振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。
2.2.2.7XTAL2
振荡器的反相放大器输出。
2.3SC2262编码解码芯片
SC2262是CMOS工艺制造的低功耗通用编码电路，它和SC2272配对使用，最多有12位三态编码。
电路具有省电模式，可用于无线电或红外线遥控应用。
2.3.1SC2262的特点
[1].COM工艺制造，低功耗
[2].外部应用线路元器件少
[3].工作电压范围宽：
2.3V~13.8V
[4].数据位最多可达6位
[5].红外遥控和无线电遥控应用
[6].DIP和SOP20封装
2.3.2SC2262的应用范围
[1].用范围车辆防盗系统
[2].家庭防盗系统
[3].遥控玩具
[4].其他工业遥控
2.3.3SC2262的引脚和说明
1）引脚图：
如图1.3
图1.3引脚图
2）管脚说明：
如表3
表3管脚说明
管脚名称
管脚标号
输入输出
说明
A0～A5
1~6
输入
0#～5#码地址管脚。
SC2262通过检测这六条三状态的管脚来确定位0～位5的编码波形。
每个管脚均可置为“0”、“1”或“f”（悬空）
A6/D5～A11/D0
7~810~13
输入
6#～11#码地址管脚或5#～0#数据管脚SC2262通过检测这六条三状态的管脚来确定位6～位11的编码波形。
当用作地址管脚时，可分别置为“0”、“1”、或“f”（悬空）；当用作数据管脚时，只能置为“0”或“1”（置“f”置与置“1”在SC2272解码后由相应的数据端输出时同为“1”）
TE
14
输入
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC2
15
输出
振荡器输出端
OSC1
16
输入
振荡器输入端，与OSC2所接的电阻调节节振荡频率
Dout
17
输出
编码输出端（通常为“0”）
VCC
18
——
电源正端（+）
VSS
9
——
电源负端（-）
2.3.4SC2262的功能描述
当TE端为低电平时，SC2262将设置在A0～A5和A6/D5～A11/D0端子上的码地址和码数据编成一组波形，由Dout端发送编码后的波形。
该波形可通过射频调制发射（外部电路调制），也可用红外发射（内部电路调制）。
发射的射频或红外信号，经射频或红外接收电路接收、解调、整形、还原成编码波形，然后由SC2272进行解码，并控制相应的端口输出。
这一过程完成了一个完整的遥控编码和解码过程。
2.3.5SC2262的工作流程图
工作流程图：
如图1.4
图1.4工作流程图
2.4SC2272编码解码芯片
SC2272是与SC2262配对使用的一款通用遥控解码集成电路。
采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址管脚，可支持多达531441（或312）个地址的编码。
因此极大的减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使之匹配的可能性。
2.4.1SC2272的特点
[1].工作电压范围宽（Vcc=4～6V）
[2].低功耗和较强的噪声抑制能力
[3].最大设置为12位三态地址管脚或6位数据管脚
[4].外接双端电阻的振荡器
[5].数据输出有锁存和瞬态两种输出类型
2.4.2SC2272的应用范围
[1].家庭汽车安全系统
[2].车库控制
[3].遥控玩具
[4].遥控风扇
[5].其他工业遥控
2.4.3SC2272的引脚和说明
1）引脚图：
如图1.5
图1.5引脚图
2）管脚说明：
表4管脚说明
管脚名称
管脚标号
I/O
说明
A0～A5
1~6
I
A0～A5码地址管脚。
通过检测这六条三态的管脚来确定bit0~bit5的编码波形。
每个管脚均分别可置为“0”、“1”或“f”（悬空）
A6/D5～A11/D0
7~810~13
I/O
A6～A11码地址管脚或D5～D0数据输出管脚。
根据SC2272的规格不同，这六条管脚即可作为高位码地址管脚，也可作为数据输出管脚。
当这些管脚作为码地址管脚使用时，每个管脚可分别置为“0”、“1”或“f”（悬空）。
当作为数据输出管脚使用时，在同时符合以下两个条件的前提下，输出为“1”（Vcc）,否则为“0”（Vss）。
（1）所接受的地址码波形与码地址输入端的设置匹配
（2）相应位接收到的数据输出置为“1”。
Din
14
I
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
15
I
振荡器输出端
OSC2
16
O
振荡器输入端，与OSC2所接的电阻调节节振荡频率
VT
17
O
编码输出端（通常为“0”）
VCC
18
——
电源正端（+）
VSS
9
——
电源负端（-）
2.4.4SC2272的功能描述
SC2272对从Din端子送入的信号进行解码。
所输入的编码波形以字码为单位被解码.字码含有地址位,数据位和同步位.经解码出来的地址码与所设置地址输入进行比较。
如果所设置的地址码与连续2个由字码解码出来的地址码相匹配，则SC2272做以下动作：
a）当解码得到有“1”数据时，驱动相应的数据输出端为高电平；
b）驱动VT输出为高电平。
2.4.5SC2272的工作流程图
工作流程图：
如图1.6
图1.6工作流程图
2.5315M发射和接受模块
实物图：
如图1.7
图1.7实物图
2.5.1315M发射和接受模块应用范围
无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
2.5.2315M无线发射模块介绍
发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。
比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。
数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则发射模块将不能正常工作。
数据电平应接近数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。
发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。
模块的传输距离与调制信号频率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。
一般在开阔区最大发射距离约800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。
2.5.3315M无线接收模块介绍
接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。
接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。
这种电路的优点在于：
1、天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线
2、输出端的波形在没有信号比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，而不象其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。
3、模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。
4、采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。
可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。
可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。
另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。
三、硬件电路的设计
电路分为五个部分，分别是电源和单片机控制部分，继电器控制直流电机部分，LED信号显示部分，光敏识别部分，无线接收和发射部分。
下面分析下重要的电路：
3.1电源和单片机控制部分
本设计是通过USB供电，然后接到DC电源插口直接给单片机供电。
本模块是由电源、最小系统、单片机组成的模块。
原理图如图1.8：
图1.8原理图
3.2继电器控制直流电机部分
本设计采用小直流电机的正反转模拟窗帘的拉开和关闭。
继电器可以驱动任何负载，而又有自动调节、安全保护、转换电路的特点，所以我采用继电器驱动小直流电机。
原理图如图1.9：
图1.9原理图
3.4光敏识别部分
光线采集部分采用光敏电阻感光，通过测量它的电压来判断光的强弱。
采用光敏电阻主要原因是，它的用途很广泛，而且容易购买，它的分类也有很多种，所以我们要先了解一下它的结构及其原理，才能选择好我们这次设计所需要的型号，下面介绍光敏电阻的基本情况。
光敏电阻器的简介：
光敏电阻器属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温、多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机、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种光控玩具、光控灯饰、灯具等光自动开关控制领域。
光敏电阻器是一种对光敏感的元件，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。
原理图如图2.0：
图2.0原理图
3.5无线接收和发射部分
PT2262-IR发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。
由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去，如图2.1：
图2.1地址编码
Dout输出的编码信号是调制在38kHz
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