单片机遥控窗帘课程设计.docx
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单片机遥控窗帘课程设计
河南理工大学
《单片机应用与仿真训练》设计报告
基于单片机的遥控
窗帘设计
姓名：
学号：
301080131080801
专业班级：
电气班
指导老师：
所在学院：
电气工程与自动化学院
20年5月30日
摘要
本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用8位的AT89S52单片机做控制器，程序采用C语言编程。
利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。
直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。
用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。
而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。
利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。
关键词：
单片机、直流电机、L298N、光耦、无线遥控、霍尔传感器
目录
1概述3
1、1单片机发展应用背景3
1、2基于单片机的遥控窗帘设计的基本要求4
1、3智能遥控窗帘的构架框图4
2系统总体方案及硬件设计5
2、1自动窗帘总体设计方案5
2、2按键控制模块6
2、3无线遥控模块7
2、4光电隔离芯片8
2、5驱动模块8
2、6霍尔传感器测量模块11
3软件设计12
3、1按键或者遥控控制电机正转、反转、停止12
4Proteus软件仿真15
4、1驱动模块的仿真15
4、2仿真结果18
5课程设计体会18
参考文献19
附1源程序代码21
附2系统原理图25
1概述
1、1单片机发展应用背景
当今，计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃，微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。
其中单片机问世不久，然而体积小、廉价、功能强，其销售额每年近80%的速度增长。
它的性能不断提高，适用范围越来越宽，在计算机应用领域已占有日益重要的地位。
近几年来，随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，城市建设步伐的加快，一栋栋居民楼、写字楼、宾馆拔地而起。
进入寻常百姓的家用电器品种与数量愈来愈多，这些家用电器有的能减轻人们的家务、有的能丰富人们的文娱生活，有的则能提高人们的生活质量……
为了进一步满足人们高水准生活的需要，家用电器产品性能也在不断的更新挽代，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。
与此同时，窗帘作为装修业不可缺少的一部分，也日益火爆起来，目前，常用的窗帘轨道都是钢丝绳手拉式或滑轮式，只有一部分高收入的家庭采用是电动遥控轨道。
但价格相当昂贵，不能普及。
所以设计的目标就是实现功能全、造价省。
能够进入大众生活。
一款使用微电脑管理的、红外遥控器控制的多功能窗帘，控制器符合当今的发展趋势。
该窗帘控制器采用AT89S52单片机的最小系统设计，控制一个直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。
1、2基于单片机的遥控窗帘设计的基本要求
采用两人一组进行设计，共同协作完成设计：
（1）首先按设计题目要求制订方案。
（2）设计出硬件原理图。
（3）焊接电路。
（4）对设计的硬件、软件调试，直至正确地实现系统功能。
设计系统的功能目标：
1）控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现。
2）防过卷功能。
3）具有无线遥控和手动按键控制两种功能。
4）能够指示运行状态。
我们的设计目标是以以上设计为基础，尽量设计出实用美观的硬件电路，以及智能化、人性化的程序。
使我们的设计总体上更贴近于实际应用，综合性能和工艺造价符合实际应用的要求。
1、3智能遥控窗帘的构架框图
以AT89S51为控制器，程序采用C语言编程。
利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。
直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。
用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。
而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。
利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。
系统分为遥控模块、驱动模块、霍尔传感器测量模块、按键控制四个大的模块，他们的关系如下图所示：
2系统总体方案及硬件设计
2、1自动窗帘总体设计方案
本设计是基于单片机的遥控窗帘，采用8位的AT89S52单片机做控制器，程序采用C语言编程。
利用直流电机正反转，实现控制窗帘的开关。
直流电机用专用驱动集成电路L298N驱动，L298N属于H桥集成电路，输出电流大，功率强，最大输出功率达200W。
用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2，达到控制电机正转、反转、停止的目的。
而且，光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管，输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。
无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块，通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机，再利用单片机控制L298N来控制直流电机。
利用霍尔传感器和定时器/计数器T0来实现窗帘的防过卷，将磁钢吸附在直流电机拖动的转盘上做为磁场源，当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，高低电平的变化给计数器T0一个外部脉冲信号，计数器计数一次。
2、2按键控制模块
对应于硬件电路，从上到下。
按键分别为K1表示按键作为外部中断0的触发脉冲、K2表示外部中断1的触发脉冲和K3表示P10按键停止。
作为一个独立的模块，按键能实现执行电机正转、反转、停止的功能。
其中，按键K1（外部中断0的触发脉冲）按下后，程序执行外部中断0的中断服务程序。
按键K2（外部中断1的触发脉冲）按下后，程序执行外部中断1的中断服务程序。
按键K3（对应于P10口）按下后，电机即停止正转或者反转，也即停止窗帘的移动。
2、3无线遥控模块
无线遥控模块采用PT2262/PT2272编码解码芯片做成的无线发送接受模块。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2262/PT2272特点：
（a）、CMOS工艺制造，低功耗
（b）、外部元器件少
（c）、RC振荡电阻
（d）、工作电压范围宽：
2。
6-15v
（e）、数据最多可达6位
（f）、地址码最多可达531441种
在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
使用过程中，我们将GND端接地，Vss接+5V电源，D0、D1、D2、D3分别引到单片机的引脚上，VT不用悬空。
当遥控发送模块按下按键A时，可以用万用表测得D0对应的引脚由低电平翻转为高电平。
同样地，当遥控发送模块按下按键B时，可以用万用表测得D1对应的引脚由低电平翻转为高电平。
当遥控发送模块按下按键C时，可以用万用表测得D2对应的引脚由低电平翻转为高电平。
当遥控发送模块按下按键D时，可以用万用表测得D3对应的引脚由低电平翻转为高电平。
我们可以根据电平的变化，来控制相关模块。
2、4光电隔离芯片
TLP521是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。
TLP521－1，－2和－4组成的砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管。
该TLP521－2提供了两个孤立的光耦8引脚塑料封装，而TLP521－4提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装集电极-发射极电压：
55Ｖ（最小值）经常转移的比例：
50％（最小）隔离电压：
2500Vrms（最小）
TLP521TLP521-2TLP521-4光藕内部结构图及引脚图：
应用时，可以在二极管的阳极加一个1K左右的上拉电阻，三极管的集电极加一个1K左右的上拉电阻。
当用单片机给二极管的阴极施加低电平时，对应的三极管的发射极就会导通，可以作为电流驱动。
一般光电隔离的两端的所有器件，不要再共用同一个电源和地。
2、5驱动模块
恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。
4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。
输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。
5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。
EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。
表1是L298N功能逻辑图。
（1）虚线框图1控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，VI来自炉体压强传感器的电压。
当VI＞VRBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。
同理VI＜VRBF1时，电机反转。
电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。
（2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双限比较器，当VB＜VI＜VA时输出低电平，当VI＞VA，VI＜VB时输出高电平。
VA，VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。
根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB的值，只要炉体压强在VA，VB所确定范围之间电机停转（注意VB＜VRBF1＜VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。
（3）虚线框图3是一个长延时电路。
U5A是一个比较器，Rs1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。
Rs1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。
由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。
当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]：
U＝CeФN＋RaIa
其中:
Ф为电机每极磁通量； Ce为电动势常数；N为电机转数；Ia为电枢电流；Ra电枢回路电阻。
电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。
但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。
长延时电路可把这两种状态区分出来。
长延时电路工作原理：
当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。
当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3VCC，555电路复位，输出低电平。
电机启动时间一般小于0．8s，C1充电时间一般为0．8～1s。
U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。
如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。
长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。
下图是其引脚图：
1、15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。
在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。
上图是其与51单片机连接的电路图。
应用时，我们将Vss和Vs引脚都接+5V。
用ENA选择使用第一组输入IN1、IN2。
GND和SENSEA和SENSEB接地。
IN1、IN2从光耦的发射极引出。
Output1和Output2受IN1和IN2的控制，做输出端控制直流电机正转、反转、停止。
2、6霍尔传感器测量模块
根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁场的测量，大量的还是以磁场为工作媒体，将物体的多种运动参量转变为电压输出，因而在自动控制、各种物理量的测量中得到了大量的应用。
集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成，根据不同应用的需要，有的还加温度补偿电路、稳压电源或施密特触发器及开关电路等，加了不同附加器件后其应用和特性各不相同。
集成霍尔传感器的特点是:
体积小、频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用寿命长及价格低廉。
器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性关系。
如SS95A系列和MLX90215系列，运用此类器件时，只要选取适当的小磁钢，就可将与小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来，达到了自动测量与控制的目的。
当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前，器件以高电平输出，当磁场增强到工作点（Bop）时，霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后，送至施密特触发器，使之翻转导通，从而使门电路输出端由高电平变为低电平，称此为“开”状态。
反之，当磁场减小到释放点（Brp）时，门电路输出端截止，则由低电平变为高电平，称为“关”状态。
常见的霍尔开关有UGN3109、A44E和US5881。
由于该传感器只对一定强度的磁场起作用，抗干扰能力强，因而应用广泛。
当磁场超过工作点时，其输出导通为低电平，而当磁场变小乃至完全撤消后，其输出状态保持不变，必须施加一个反向磁场，才能达到释放点，输出截止转为高电平，可见具有锁存记忆功能。
常见的集成霍尔锁存器有UGN3075和US1881。
US1881有两种封装形式：
当磁钢从霍尔传感器的前面重复消磁、励磁的过程中，其OUT端会输出一个电平变化信号，作为计数器T0的外部脉冲。
整个系统也就是根据霍尔传感器和磁钢一起用产生外部脉冲，使得T0计数的这个特性来实现窗帘的防过卷功能的。
是整个设计的关键点之一，使用它可以实现窗帘的智能化。
3软件设计
3、1按键或者遥控控制电机正转、反转、停止
用一下程序实现电机的真反转，并计数
while
（1）//等待中断
{
delay
（2）;
if（（AK==1）&&（P10==0））//遥控或者按键正转
{
TR0=1;
EX1=0;//关外部中断1
ENABLEA=1;
while（!
CK）
{
P26=1;
P25=0;
}
P26=1;
P25=1;
TR0=0;
EX1=1;//开外部中断1
ENABLEA=0;
}
if（（P0==0xf2）&&（P10==0））//遥控或者按键反转
{
EX0=0;//关外部中断0
TR0=1;
ENABLEA=1;
fanzhuanjishuH=TH0;
fanzhuanjishuL=TL0;
while（!
CK）
{
P26=0;
P25=1;
}
P26=1;
P25=1;
TH0=fanzhuanjishuH-TH0;
TL0=fanzhuanjishuL-TL0;//重新设定计数初值
TR0=0;
EX0=1;//开外部中断0
ENABLEA=0;
}
}
}
voidzhengzhuan（）interrupt0//按键正转（外部中断0）
{
EX1=0;//关外部中断1
TR0=1;
ENABLEA=1;
while（（!
CK）||（P10==0））
{
P26=1;
P25=0;
delay
（2）;
}
P26=1;
P25=1;
EX1=1;//开外部中断1
TR0=0;
delay
（2）;
}
voidfanzhuan（）interrupt2//按键反转（外部中断1）
{
EX0=0;//关外部中断0
TR0=1;
ENABLEA=1;
fanzhuanjishuH=TH0;
fanzhuanjishuL=TL0;
while（（!
CK）||（P10==0））
{
P26=0;
P25=1;
delay
（2）;
}
P26=1;
P25=1;
TH0=fanzhuanjishuH-TH0;
TL0=fanzhuanjishuL-TL0;//重新设定计数初值
EX0=1;//开外部中断0
TR0=0;
delay
（2）;
}
利用一下程序模块来实现防过卷功能
voidfangguojuan（）interrupt1//定时器0中断
{
EA=0;
P26=1;
P25=1;
TH0=COUNTTH0;
TL0=COUNTTL0;
TF0=0;
EA=1;
}
利用以下程序来使系统能嵌入不同的窗户上使用
if（（P0==0xf8）&&（P10==0））//firstuse
{
EA=0;
TR0=1;
ENABLEA=1;
delay
（2）;
while（（!
CK）||（P10==0））//窗户关闭后按遥控发送C键或者固定停止键
{
P26=1;
P25=0;
}
P26=1;
P25=1;
COUNTTH0=0xff-TH0;//计算计数初值高8位
COUNTTL0=0xff-TL0;//计算计数初值低8位
TH0=COUNTTH0;
TL0=COUNTTL0;
ENABLEA=0;
EA=1;
}
4Proteus软件仿真
4、1驱动模块的仿真
仿真程序
#include
unsignedcharflag=1;
sbitP10=P1^0;//按键停止
sbitENABLEA=P2^7;//选择第一组IN1、IN2
sbitP26=P2^6;//正转IN1
sbitP25=P2^5;//反转IN2
voiddelay（intn）//10ms延时
{
inti=0,j;
while（n--）
{
for（i=0;i<10;i++）
{
for（j=0;j<125;j++）;
}
}
}
voidmain（void）
{
EA=1;//开总中断
IT0=1;//边沿触发
IT1=1;
EX0=1;//开外部中断0
EX1=1;//开外部中断1
delay
（2）;
if（P0==0xf8&&P10==0）//firstuse
{
ENABLEA=1;
delay（100）;
while（P10）
{
P26=0;
P25=1;
}
ENABLEA=0;
}
while
（1）//等待中断
{
delay
（2）;
if（flag&&P10==1）
{
ENABLEA=1;
while（flag）
{
P26=1;
P25=0;
delay
（2）;
if（P10==0）
{
break;
}
}
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