1、基于单片机的遥控窗帘控制1河南理工大学河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告题目：基于单片机的遥控窗帘控制姓 名： 学 号：专业班级： 指导老师： 所在学院：电气工程与自动化学院2011 年 7 月 2 日2摘要本设计是本文首先介绍了智能家居的基本知识及其应用前景，进而阐明了开发作为智能家居中一个很重要部分红外线遥控自动窗帘的意义。随后着重介绍了开发单片机控制的红外线遥控窗帘系统所用到的集成芯片AT89S52、DS1302 芯片、红外线发射接收器等硬件的结构原理。本文采用分块的模式，对整个系统的硬件电路设计进行分析，分别给出了系统总体框图、电源电路、时钟 DS1302 电路、鸣响电路、红外线
2、接收电路、电机控制电路、显示电路，并对相应电路设计进行了相关的阐述。随后讲述了软件的编写思路，也是采用分块的模式，分别写出了红外线解码程序、时钟芯片 DS1302 控制程序、电机的正反转控制程序、显示程序、遥控控制程序的编写思路，每一模块都画出了其方框图，看起来一目了然。最后通过仿真调试，时钟，手动开关窗帘，自动开关窗帘等控制方面的设计上基本达到了预期目的。当然，该系统在一些细节的设计上还需要不断的完善和改进。3目 录第 1 章.概述 .41.1 单片机的发展与应用 .41.2 单片机的特点 .51.3 基于单片机的遥控窗帘的课题背景.5第 2 章. 系统总体方案及硬件设计 .72.1 系统总
3、体方案设计 .72.2 硬件电路设计 .72.3 电机执行电路设计 .9第 3 章.软件设计 113.1 软件总体设计思想 .113.2 红外模块的发射和接受 113.3 驱动模块和霍尔测速模块 .13第 4 章. Proteus 软件仿真与调试 154.1 Proteus 软件仿真.154.2 调试15第 5 章. 课程设计体会 .17参考文献 18附录：系 统程序图： 19原理图： .20元器件附录： .224第一章 概述本章阐述了单片机的相关知识、单片机控制的红外线遥控自动窗帘系统的市场价值、研究背景、国内外的现状、以及发展方向，明确指出了单片机控制的红外线遥控自动窗帘系统所面临的问题及
4、一些解决方案。1.1 单片机的发展及应用单片微型计算机简称单片机，又称为嵌入式微控制器(Embedded microcontroller)。常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳以大规模集成电路为主组成的微型计算机，它的诞生是计算机发展史上一个新的里程碑。单片机从诞生至今已经经历了 4
5、 个发展阶段，分别是：第一阶段（19741976 年）：单片机初级阶段。因工艺限制，此阶段的单片机采用双片的形式而且功能比较简单。例如仙童公司生产的 F8 单片机，只包括了 8 位 CPU,64 个字节的 RAM，和两个并行口，需要加一块具有 1KB ROM、定时器/计数器和两个并行口的 3851 芯片才能组成一台完整的计算机。第二阶段（19761978 年）：低性能单片机阶段。此阶段的单片机已成为一台完整的计算机，但内部资源不够丰富，以 Intel 公司生产的 MCS-48 系列为代表，片内集成了 8 位 CPU、8 位定时器/计数器、RAM 和 ROM 等，但无串行口，中断系统也比较简单，
6、片内 RAM 和 ROM 容量较小且寻址范围不大于 4KB。第三阶段（19781982）：高性能单片机阶段。此阶段的单片机内部资源丰富，以 Intel 公司生产的 MCS-51 系列为代表，片内集成了 8 位 CPU、16 位定时器/计数器、串行 I/O 口、多级中断系统、RAM 和 ROM 等，片内 RAM 和 ROM 容量加大，寻址范围可达 64KB。有的型号内部还带有 A/D 转换器。第四阶段（1982）：8 位单片机得巩固发展及 16 位、32 位单片机推出阶段。16 位单片机以 Intel 公司生产得 MCS-96 系列为代表，在片内带有多通道 A/D 转换器和高速输入/输出（HSI
7、/HSO）部件，中断处理和实时处理能力很强。目前单片机的品种众多，其中性能优良的 8 位单片机在今后若干年内仍然将是工业检测、控制应用领域中的主角。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航
8、装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，5民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。1.2 单片机的特点（1）小巧灵活、成本低、易于产品化。能利用它方便地组装成各种智能式测控设备及各种智能仪器仪表，很容易满足仪器设备既智
9、能又微型化的要求。（2）可靠性高、适用的温度范围宽。单片机芯片一般是按工业测控要求设计的，能适应各种恶劣的环境。这一点是其他机种无法比拟的。（3） 易扩展、控制能力强。通过单片机本身或扩展可以方便地构成各种规模地应用系统及多机和分布式计算机控制系统。（4） 指令系统相对简单，较易掌握，且指令中又较丰富地逻辑控制功能指令，能较方便地直接操作外部输入输出设备。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等独特优点，已成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种，具有广泛的发展前景。单片机技术的应用，使得许多领域的技术水平和自动化程度大大提高，可以说，当今世界正面临着一场以单片机（微电脑）技术
10、为标志的新技术革命。1.3 基于单片机的遥控窗帘的课题背景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。单片机控制的遥控自动窗帘只用一个多功能遥控器就能控制和监测住房的窗帘开关问题，给人们日上生活带来极大的方便。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
11、的发展。这里最先受益的应该是房地产业，单片机控制的遥控自动窗帘不仅是一个很好的概念与“卖点” ，同时也是直接提升住宅档次的一个条件，这将会给房地产商带来新的利润空间。在家居集成化、网络化的趋势下，家居集成也成为一种潮流，许多更专业的、美观的、智能化的家居集成产品相继出现。其三，开拓一个崭新的市场。遥控自动窗帘系统牵动了许多的行业，它将不仅仅是目前的 IT 系统集成商或建筑弱电工程总包商的市场，而且是专业公司和智能化装饰公司的市场。帘机的控制方式大体上有三种：声控、光控、时控，声控和遥控属于半自动类；而光控虽属全自动式，但因光敏器件的灵敏度，冬夏等不同季节的光照度的不同，以及人们对起闭窗帘在时间
12、上的要求不同，而难以实施和普及。因此，时控式的全自动窗帘机便成了专业以及业余电子设计人员的热门课题。根据以上自动窗帘有些不能实现完全的自动化；有些虽然实现了完全的自动化，但结构复杂，性能不够稳定；有些虽然实现了完全的自动化，且性能还可以，但价格昂贵不适合普通消费者使用。所以我想利用价格相对便宜的红外线遥控6发射芯片、单片机作为主要控制器件，来完成该系统的设计。该系统主要有如下几方面的特点：（1）发射红外线的发射装置采用一般彩色电视机的遥控器，这样既方便又实惠，可谓一物两用。（2）时间控制开关窗帘。通过对 DS1302 芯片的设定，让用户可以随自己的生活习惯方便的自动开关窗帘，无需手动。（3）采
13、用红外遥控方式，不会干扰其它电器的正常工作，也不会影响邻近的无线设备。超距离遥控，可达 89m。（4）另一种控制方式为手动控制方式，防止停电后采用手动控制。（5）美观。以往的遥控电动窗帘都是向一边拉或向上拉，而本设计为向两边打开，随个人的爱好可以控制其大小。（6）体积小、结构简单、灵敏度高、抗干扰性强、经济实用、工作可靠。7第 2 章. 系统总体方案及硬件设计2.1 系统总体方案设计系统主要由以 AT89S51 单片机为控制核心的遥控器和控制器两部分组成，如图 l 所示图 1(a)为遥控器框图，包括单片机、按键控制模块、显示模块、PT2262 无线发射，DSl302 时钟模块等图 l(b)为控
14、制器框图，包括单片机、SHTl0 温湿度传感器、ISD4002 语音模块、PT2272 无线接收模块、位置检测、电机控制模块等系统遥控器端可以通过按键控制窗帘的开合、查询当前窗帘控制器的状态，还可以设定窗帘自动开合时间，设计时将 PT22622272 的地址端放置了拨码开关，从而一台遥控器可以控制多个窗帘。控制器端能够接收来自遥控器的信号，通过电机模块完成对窗帘的控制，在系统中，位置检测模块采用了光电传感器检测减速齿轮的转动齿数来实现控制。2.2 系统硬件设计在该设计中首先要解决的两个问题一个是遥控器的选择，另一个是电机的控制市场上基于 PT22622272E“无线收发模块容易购买，价位低，电
15、路稳定性好，抗干扰能力强，通过单片机容易控制控制模块中利用 L298N 小功率直流电机驱动集成芯片完成了对直流电机的驱动，其内部具有 H 桥和控制电路，不会出现控制信号问题形成的 H 桥短路现象，外围元件少，容易通过单片机控8制。控制器电路图9遥控器电路图2.3 电机执行电路设计电机执行部分完全受单片机的控制，通过单片机的 P2.0 和 P2.1 完成。单片机复位状态下 P2.0 和 P2.1 输出高电平，三极管 Q1、Q2，Q3、Q4 截止，两个继电器 K1、K2 释放状态，方向可逆的电动机 M 因无电源供电而停止。当 P2.0或者 P2.1 其中有一个被拉低后，两个继电器便会有一个导通，例
16、如 P2.0 拉低后 Q1 导通、Q2 导通，K1 吸合，电机 M 得电转动，当只有 P2.1 拉低后，电机 M则反方向转动，实现了窗帘的拉开和关闭。两个继电器的工作状态受单片机控制，在同一个时间内两个继电器仅能有一个吸合。即便是在电机 M 工作期间，操作了反向转动按键，单片机也是先释放当前工作的继电器，并延时一段时间后再吸合另外一个继电器，防止了电机 M 正反工作线圈同时通电的冒险。1011第三章 软件设计3.1 软件总体设计思想主机部分：遥控的地址信息可以由单片机的 EEPROM 事先设定也可以由按键在线修改，一旦有按键按下，经编码后，由 PT2262 组成的高频模块发射在设计中，现有的无
17、线收发模块的工作电压为 12 V，而单片机工作电压为5 V，单片机无法直接驱动无线收发模块的引脚，因此设计中单片机与收发模块相连的引脚都通过光耦完成电信号的隔离和控制，另外还可以查看当前的时间和温湿度等信息分机部分：一旦 PT2272 解码模块接收到数据，通过读取数据引脚 QoQ3的状态判断主机的请求从而实现窗帘的开合操作，系统通过对电机齿轮的光电计数来判断当前窗帘的开度3.2 红外模块的发射和接受程序如下：12void jieshou() flag=0;if(flag=0) if(yk1=1M1=1; else if(yk1=0M1=0; else if(yk1=0M1=0;flag=1;i
18、f(flag=1) if(key1=0)M1=1;else if(key1=1)M1=0;elseM0=0;M1=0;133.3 驱动模块和霍尔测速模块L298n 驱动模块霍尔测速模块原理图驱动程序和霍尔测速程序如下：void jieshou() if(key1=0)M1=1;else if(key1=1)M1=0;elseM0=0;M1=0;15第四章 Proteus 软件仿真与调试4.1 Proteus 软件仿真仿真图如下图所示：4.2 调试该系统硬件电路结构相对比较简单，主要是软件部分的仿真与调试。软件部分的重难点又主要体现在三个中断程序中。第一个中断，定时器/计数器 0 定时中断，因为
19、在实验室的仿真器上没有DS1302 时钟芯片，所以在调试的时候把定时计数器 0 设置为工作方式 1 即 16位定时器，设定每 0.5ms 将产生一次中断，经过 0.5*20*60 既得到一分钟的定时时间，每经过一分钟如果自动开关窗帘功能开启它就会与自动开关窗帘的定时时间想比较，如果相等就转入相应的子程序中去执行控制命令。第二个中断，定时器/计数器 1 定时中断，此中断主要是用来控制数码管的显示，这与本系统的设计方式基本相同，不同的是 MCS-51 仿真器上的数码管都有相应的位码地址和位形码地址，只要把字形码和字位码送入相应的地址既能显示出需要的数字。第三个中断，外部中断 0，在原程序中，当红外
20、线一体化接受器接受到信号时就会产生中断，并根据解码得到的值去执行相应的子程序，但是在仿真过程当中没有红外线发射器，也没有红外线一体化接收头，所以改用了中断键盘代替。在调试中把 P1 口和 P2.7，P2.6 作为 10 个按键分别置高低电平，当其中一个口被置为低电平时，此低电平就将引发外部中断 0，系统转入执行中断子程序，判断 P1 口和 P2.7、P2.6 那个为低电平，然后转入相应功能的子程序中去完成需要的动作。16现象观察：在 MCS-51 仿真器上通过编译、加载、运行后可以观察到，在没有调时键被按下时，数码管显示正常的实时时间，因为在分钟和小时中间没有设置准确的秒钟闪烁信号，所以只能看
21、到在小时和分钟间有个点在闪烁。在P3.0、P3.1 口上分别接一发光二极管，在送入低电平的时候亮，高电平的时候不亮。在有键被按下时，程序自动转入相应的中断子程序，如：P2.1 口手动开帘键被按下时，P3.0 口上接的发光二极管亮；P2.1 口上的键被按下时，P3.1口上接的发光二极管亮，这说明程序能够正常的运行，能够使继电器导通，带动电机向正确的方向转动。经过在 MCS-51 仿真器上调试运行，此电路及程序基本上达到了预期目的，当然在程序中也还有很多可以改进的优化设计，也还可以添加一些辅助功能这些都还有待更好的改进。本文主要完成了如下工作：硬件部分：（1）采用自制 5V 稳压电源。先用一变压器
22、把市电（220V 交流电）变成12V，经整流、滤波后，再用一集成稳压管（74L05）把电压稳定在 5V 以供单片机使用；（2）单片机选用 89C2051，是整个系统的核心部件，担负整个系统的管理控制任务；（3）红外线遥控方式。发射部分采用普通的彩电遥控器，既节约成本又方便；接收部分采用一红外线接头，主要是通过 89C2051 解码，分析出需要执行的命令，再由单片机去完成；（4）.数据存储设定。选用时钟日历芯片 DS1302 作为万年历，因为他带有32 字节的 RAM，并且带有后备电源不怕断电，所以兼做数据存储器使用，保存用户设定的一些参数。（5）.窗帘用能正反转的电动机来拖动，电机的转动方向由
23、继电器来控制。软件部分：（1）对 DS1302 芯片进行初始化，I2C 总线进行单字节数据读写传送、多字节数据读写传送；（2）利用红外线一体化接收头对红外线遥控器发射的编码进行接收，然后由单片机根据接收到的信号进行解码；（3）控制程序，根据解码得到的结果去执行需要的操作。开窗帘、关窗帘、停止移动、调节实时时间、调节开窗帘时间、调节关窗帘时间、时间增加、时间减小、开/关自动开关帘、开/关自动关窗帘；（4）显示电路。实时时钟显示、开窗帘调时显示、关窗帘调时显示。17第 5 章 课程设计体会通过近一个月的设计与探究，最终设计出了这套实现方案。在整个过程中我们学到了太多东西，综合应用了单片机的相关知识
24、，我们在一起充分发挥各自特长，遇到不同的东西就去思考，查阅资料，我们又重新熟悉了proteus、keil、projisp 等相关软件。经过我们的勤奋与努力，终于我们的电机转了终于我们的红外模块被激活了（可以使用了）终于可以防过卷了终于一切都达到了目的，就这样一步一步在付出后收获成功的喜悦这一点是我们感触最深的。通过这项活动，使我们的视野更加宽阔对社会的了解更多.在调研过程中我参加了实习，这更加让我深入的了解企业。在实际调研过程中可以通过网络，书本，指导老师还有专业人员得到相关的信息。从各个环节入手，对厂品全方面了解。突出应用性强，注重新技术，新成果的应用。对传感器进行类比，选材，工艺设计突出实
25、用性。立足基础理论，面向应用技术，以必须，够用为尺度。加理论知识和实际应用统一。这些都是在调研中所要考虑到的。让我学到了许多知识，培养了我的调查研究、查阅文献、收集资料和理论分析的能力；分析问题和解决问题的能力。提高自身实践技能，达到理论知识和实际应用的统一，让我受益匪浅。调研的过程也就是探索如何将设计变为现实的过程，通过这次调研，让我深深地感觉到我们在学校所学知识的重要性。设计知识在实际工程设计环节中必不可少，这也让我感觉到自己所学知识的优势及不足，觉得平时的知识积累的还不够，仍然有好多东西等着我去学习！今后要不断地提高自身的综合素质；同时认识到实践也是一个不可缺少环节，只有不断地通过理论与
26、实践相结合，不断发现问题解决问题，才能创作出更好的毕业设计作品。调研使我对课题在理论上有了一个深层次的研究，开阔了自己的设计思路，也是对我在实践环节中遇到问题的补充，感谢学校给我的这次学习与实践的机会。18参考文献:1彭伟 单片机 C 语言程序设计实训 100 例.20092童诗白.华成英.模拟电子技术（第四版）20063阎石.数字电子技术（第五版）20054康华光.电子技术基础模拟部分 20055刘叶冰,董欣,张家维.智能园区系统集成技术.工程设计 CAD 与智能建筑，1999 6腾飞.智能家居就在眼前.中国计算机用户，2004.7丁元杰.单片微机原理及应用, 2003 年 7 月. 8王明
27、顺,吴省.可涓流充电的串行实时时钟芯片 DS1302 及其应用.电子技术应用,1996,9崔惠柳,串行实时时钟芯片 DS1302 及其应用.广西工业学院,1998.3,10徐发荣.DS1302、HT1380 时钟芯片与 8031 单片机的接口技术.国外电子原器件,1999.11徐福成,赵会成.电子制作,2004 年合订本上,自己动手搭建单片机学习开发系统. 200814李光飞,楼然苗,胡佳文等.单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社.200419附 1 源程序代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intbi
28、t m=0;int a=0;void keyscan();void init();void init_int0();void main()init();P1=0x0f;P2=0X0f;while(1)keyscan();void keyscan() /按键扫描if(P1!=0x0f)if(P1=0x0e)P2=0x1d;if(P1=0x1f)P2=0x1d;if(P1=0x0d)P2=0x2e;if(P1=0x2f)P2=0x2e;if(P1=0x0b) /按键暂停m=1;P2=P2if(P1=0x4f) /遥控暂停m=1;P2=P2if(P1=0x07) /按键恢复P2=P2|0x04;if
29、(P1=0x7f) /遥控恢复P2=P2|0x04;void init() /中断初始化EA=1;IT0=1;EX0=1;PX0=1;void init_int0() interrupt 0if(P2=0x1d) a+;if(a=10)P2=P2m=0;if(P2=0x2e) a-;if(a=0)P2=P2m=0;21附 2 系统原理图附 3 元器件清单22遥控窗帘器件清单名称 单位 数量 备注AT89S52 个 1 USB-A 型接口母座 个 1 晶振 12M 个 1 40P IC 座 2.54mm 个 1 单片机座10uF/25V 个 1 1/4W 五色环电阻 10k（红红黑黑红） 个 1
30、 接插件 DC3-10P 个 1 下载线接头A09-561 排阻， 560 欧 个 1 代替电路板上的RP1，470 欧3*6*5 微动开关 （复位，2 脚） 个 1 纸盒松香 盒 1 1*40PIN2.54mm 排针 个 1 红色 LED 发光二极 个 1 万能板，7X9 个 1 5V 直流电机 个 1 无线遥控，315M PT2262/PT2272 套 1 PT2272 管座（插孔排针） 条 1单排针母座，圆孔、方孔均可，剩余的用于霍尔传感器座光耦 TLP521-4 个 1 TLP521-4 座，16P IC 座（两个十四座） 个 1 L298N 个 1 L298N 插座（插孔排针） 个 1 单排针母座，圆孔、方孔均可30p 磁片电容 个 2 1/4W 五色环电阻 1k 个 2 6*6*5 微动开关（4 脚） 个 2 电容（瓷片）104，0.1uf 个 2 磁钢 个 2 霍尔传感器 US1881 个 2 短路块 个 3 嘉田焊锡丝（ CM） 厘米 15 20P 排线 （ CM） 厘米 15 单片机开发板 1
