1、1Hefei University2015 年 合 肥 学 院 电 子 设 计 竞 赛项 目 报 告项 目 名 称 : 智 能 卧 室 窗 帘 系 统 作 者 姓 名 : 梁 波 1205022039 12 通 信 ( 二 ) 班 毛 会 磊 1205022002 12 通 信 ( 二 ) 班 朱 春 松 1305011019 13 电 子 ( 一 ) 班 指 导 教 师 : 完 成 时 间 : 2015 年 3 月 16 日 2 摘 要 本 电 路 根 据 办 公 和 生 活 环 境 需 要 , 采 用 AT89C51 单 片 机 控 制 系统 , 利 用 P3 口 的 特 殊 功 能 与
2、P1 口 的 空 闲 模 式 和 掉 电 模 式 , 根 据 其 不 同 控制 模 式 , 实 现 半 自 动 控 制 、 自 动 控 制 、 定 时 控 制 的 相 互 转 换 控 制 窗 帘 机 。 该设 计 包 括 光 电 开 关 电 路 、 系 统 主 控 模 块 、 电 源 转 换 电 路 、 保 护 电 路 等 组 成 ,可 实 现 窗 帘 自 动 升 降 。 关 键 词 单 片 机 ; 定 时 控 制 ; 光 电 开 关 ; 步 进 电 机1 引 言 .51.1 系 统 设 计 的 背 景 及 意 义 51.2 设 计 的 基 本 内 容 .51.3 设 计 思 想 及 基 本
3、功 能 62 总 体 电 路 设 计 与 原 理 说 明 72.1 方 案 选 取 .72.2 方 案 介 绍 82.2.1 自 动 控 制 窗 帘 基 本 功 能 .92.2.2 控 制 器 总 体 结 构 设 计 93 系 统 硬 件 设 计 .103.1 89C51 单 片 机 及 相 关 电 路 .113.1.1 89C51 单 片 机 概 述 113.1.2 晶 振 电 路 .113.1.3 复 位 电 路 .123.1.4 显 示 电 路 .133.2 光 敏 传 感 器 电 路 .143.3 A/D 转 换 电 路 .163.4 步 进 电 机 电 路 163.5 键 盘 接 口
4、 电 路 .173.6 红 外 控 制 电 路 184 系 统 软 件 设 计 204.1 主 程 序 软 件 设 计 214.2 光 控 电 机 程 序 设 计 .224.3 LCD1602 显 示 程 序 设 计 .224.4 光 照 采 集 程 序 设 计 235 总 结 25参 考 文 献 25附 录 1: 原 理 图 .26附 录 2:部 分 子 程 序 2741 引 言1.1 系 统 设 计 的 背 景 及 意 义当 今 时 代 , 科 技 的 发 展 和 人 们 生 活 水 平 显 著 提 高 , 人 们 对 居 住 环 境 方 便 快捷 的 要 求 越 来 越 高 , 智 能
5、家 居 系 统 应 运 而 生 。 智 能 家 居 是 现 代 电 子 技 术 、 通讯 技 术 及 自 动 化 技 术 相 结 合 的 产 物 。 随 着 高 新 技 术 及 电 子 器 件 的 发 展 , 光 控 、温 控 及 遥 控 窗 帘 应 运 而 生 , 给 人 们 生 活 带 来 很 多 方 便 。 同 时 , 也 为 人 们 的 生活 环 境 及 智 能 家 居 的 实 现 提 供 了 依 据 , 为 此 , 研 究 和 设 计 智 能 窗 帘 控 制 系统 具 有 深 远 的 现 实 意 义 。 窗 帘 机 的 控 制 方 式 大 体 上 有 三 种 : 声 控 、 光 控
6、、 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 开 闭 窗 帘 在 时 间 上 的 要 求 不同 , 而 难 以 实 施 和 普 及 。 因 此 , 设 计 一 款 价 格 低 廉 , 结 构 简 单 , 灵 敏 度 高 ,抗 干 扰 能 力 强 , 实 现 红 外 线 遥 控 控 制 、 时 间 控 制 、 手 动 控 制 三 种 功 能 的 为 一体 的 智 能 窗 帘 , 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。 在 欧
7、 美 等 发 达 国 家 , 电 动 窗 帘 已 经 广泛 应 用 。 在 十 多 年 前 , 电 动 窗 帘 就 已 经 进 入 我 国 , 可 一 直 没 有 大 的 推 广 ,这 两 年 , 随 着 电 控 技 术 的 不 断 提 高 及 价 格 的 不 断 下 降 , 电 动 窗 帘 热 才 又卷 土 重 来 。 据 了 解 , 全 国 共 有 170 多 种 电 动 窗 帘 器 获 得 了 国 家 专 利 , 但就 其 技 术 本 身 而 言 , 还 是 大 同 小 异 , 但 销 价 却 有 了 很 大 的 差 别 , 贵 的 要 数 千元 , 便 宜 的 只 有 几 百 元 。
8、尽 管 遥 控 自 动 窗 帘 系 统 在 国 内 是 一 个 新 兴 的 行 业 ,但 是 , 它 也 正 以 不 可 抵 挡 之 势 迅 速 崛 起 。 遥 控 自 动 窗 帘 系 统 走 进 中 国 以 来 ,再 短 短 四 年 的 时 间 里 , 遥 控 自 动 窗 帘 系 统 生 产 商 由 最 初 的 几 家 公 司 增 加 到 如今 的 百 余 家 企 业 , 其 行 业 发 展 之 迅 速 是 目 前 国 内 任 何 其 他 行 业 所 无 法 比 拟的 。 目 前 , 我 国 遥 控 自 动 窗 帘 系 统 生 产 厂 商 、 分 销 商 、 集 成 商 与 装 饰 公 司
9、都形 成 了 相 当 规 模 , 不 少 国 内 知 名 企 业 纷 纷 涉 足 遥 控 自 动 窗 帘 系 统 行 业 。 随 着自 动 窗 帘 热 潮 在 世 界 范 围 内 的 日 渐 兴 起 , 随 着 中 国 电 子 技 术 的 飞 速 发 展 、 人们 生 活 水 平 的 不 断 提 高 以 及 智 能 电 子 技 术 在 生 活 中 的 广 泛 应 用 , 自 动 窗 帘 已经 成 为 未 来 家 居 装 饰 潮 流 发 展 的 最 新 方 向 。 从 目 前 的 发 展 趋 势 来 看 , 在 未 来的 20 年 时 间 里 , 自 动 窗 帘 行 业 将 成 为 中 国 的
10、主 流 行 业 之 一 , 其 市 场 的 发 展前 景 是 非 常 广 阔 的 。1.2 设 计 的 基 本 内 容本 设 计 通 过 分 析 电 动 窗 帘 的 发 展 和 现 状 来 规 划 电 动 窗 帘 的 智 能 功 能 , 从5而 对 电 动 窗 帘 控 制 器 进 行 设 计 。 采 用 步 进 电 机 作 为 执 行 元 件 , 以 光 敏 电 阻 作为 传 感 元 件 的 传 感 器 作 为 检 测 元 件 , 89C51 单 片 机 作 为 控 制 芯 片 , 辅 助 键盘 和 显 示 , 最 终 实 现 了 电 动 窗 帘 控 制 器 的 多 项 智 能 项 目 。主
11、要 章 节 分 为 :( 1) 引 言 : 介 绍 系 统 设 计 的 背 景 及 意 义 , 设 计 的 基 本 内 容 。( 2) 总 体 设 计 方 案 : 给 出 了 电 动 窗 帘 控 制 器 的 总 体 方 案 设 想 , 智 能 项目 , 和 设 计 结 构 规 划 。( 3) 软 件 设 计 : 选 用 选 用 汇 编 语 言 作 为 本 次 软 件 设 计 的 编 程 语 言 。( 4) 总 结 与 展 望 。1.3 设 计 思 想 及 基 本 功 能该 器 具 有 一 般 的 窗 帘 控 制 器 的 最 基 本 的 功 能 , 即 通 过 电 动 按 钮 来 开 闭 窗帘
12、, 在 此 基 本 功 能 的 前 提 下 , 本 设 计 根 据 需 求 还 设 计 了 可 以 根 据 光 照 强 度 和设 定 时 间 自 动 开 闭 窗 帘 的 功 能 , 在 选 取 设 计 方 案 和 采 用 元 器 件 方 面 , 该 器 本着 简 单 实 用 经 济 的 思 想 , 尽 量 简 化 电 路 设 计 , 用 最 简 单 的 电 路 布 线 和 选 用 最经 济 实 用 的 器 件 来 达 到 设 计 要 求 。自 动 窗 帘 控 制 器 具 有 以 下 几 个 基 本 功 能 :1.手 动 控 制该 功 能 使 电 动 窗 帘 具 有 手 动 正 传 、 手 动
13、反 转 和 手 动 停 止 的 功 能 。用 户 可 以 通 过 遥 控 器 对 窗 帘 的 开 合 进 行 控 制 , 避 免 了 手 动 拉 动 窗 帘 的 麻烦 。 2.半 自 动 手 动 控 制半 自 动 手 动 控 制 是 在 需 要 关 闭 或 打 开 窗 帘 的 时 候 , 只 需 要 人 工 按 一 下“正 转 ”或 “反 转 ”按 键 后 , 窗 帘 到 位 自 动 停 止 。3.光 控 调 节 功 能当 用 户 无 暇 顾 及 窗 帘 的 开 合 程 度 时 可 以 打 开 光 控 调 节 功 能 , 窗 帘 的 关闭 和 开 启 通 过 环 境 亮 度 自 动 完 成 窗
14、 帘 的 开 启 或 关 闭 操 作 控 制 , “天 黑 关 闭 ,天 亮 打 开 ”单 片 机 会 自 动 获 取 信 息 调 节 室 内 光 照 强 度 , 使 室 内 一 直 处 于 舒 适的 光 照 环 境 。 具 有 智 能 管 理 , 不 产 生 误 动 作 。4.定 时 控 制 功 能 根 据 设 置 输 入 的 开 启 或 关 闭 时 间 , 来 控 制 窗 帘 的 关 闭 和 打 开 。 窗 帘 的正 转 、 反 转 和 停 止 功 能 可 由 单 片 机 输 出 电 平 来 控 制 步 进 电 机 的 运 转 以 实 现 。环 境 亮 度 的 控 制 通 过 光 敏 电
15、阻 和 运 放 组 成 的 电 路 来 控 制 单 片 机 输 出 电 平 继 而控 制 电 机 的 正 转 和 反 转 。 时 间 自 动 控 制 可 以 由 定 时 器 来 控 制 。62 总 体 电 路 设 计 与 原 理 说 明2.1 方 案 选 取单 片 机 在 各 种 电 子 产 品 中 的 应 用 已 经 越 来 越 广 泛 , 很 多 的 电 子 产 品 利 用单 片 机 所 取 得 的 便 利 性 得 到 了 人 们 的 好 评 , 针 对 单 片 机 控 制 的 自 动 窗 帘 控 制器 的 智 能 化 要 求 , 实 现 其 自 动 控 制 的 方 案 有 两 种 :方
16、案 ( 一 ) 基 于 温 度 检 测 以 及 声 控 检 测 器 件 的 自 动 控 制方 案 ( 二 ) 基 于 光 照 强 度 器 件 的 自 动 控 制这 二 个 方 案 都 是 基 于 单 片 机 控 制 的 , 采 用 步 进 电 机 控 制 以 及 液 晶 显 示 ,不 同 的 设 计 部 分 在 于 检 测 器 件 的 选 取 上 。方 案 一 的 原 理 图 如 图 一 :方 案 ( 二 ) 的 器 框 图 如 图 2:7方 案 ( 一 ) 与 方 案 ( 二 ) 的 区 别 主 要 在 于 检 测 器 件 的 应 用 , 方 案 ( 一 )采 用 温 度 采 集 和 声 音
17、 检 测 元 件 , 通 过 设 定 的 温 度 来 控 制 窗 帘 的 开 闭 , 以 减 少光 照 对 室 内 的 温 度 影 响 , 利 用 声 音 控 制 虽 然 方 便 性 有 所 提 高 , 但 是 其 误 差 较大 。 方 案 ( 二 ) 采 用 的 时 钟 模 块 实 用 性 更 强 。 综 合 考 虑 以 上 因 素 , 器 设 计 采用 方 案 ( 二 ) 。2.2 方 案 介 绍方 案 : 基 于 光 照 检 测 的 自 动 控 制 。原 理 框 图 如 下 :光 控 模 块 红 外 遥 控 模 块 蜂 鸣 器 单 片 机 系 统键 盘 LCD 显 示 屏 82.2.1
18、自动控制窗帘基本功能(1)手 动 控 制 : 该 功 能 使 电 动 窗 帘 具 有 手 动 正 传 、 手 动 反 转 和 手 动 停止 的 功 能 。 而 且 增 加 了 工 作 状 态 指 示 , 电 机 工 作 在 正 传 、 反 转 和 停 止 状 态 的时 候 , 数 码 管 均 有 不 同 工 作 状 态 指 示 。 ( 2) 半 自 动 手 动 控 制 : 半 自 动 手动 控 制 是 在 需 要 关 闭 或 打 开 窗 帘 的 时 候 , 只 需 要 人 工 按 一 下 “正 转 ”或“反 转 ”按 键 后 , 窗 帘 到 位 自 动 停 止 。 ( 3) 环 境 亮 度 控
19、 制 : 窗 帘 的 关 闭 和开 启 通 过 环 境 亮 度 自 动 完 成 窗 帘 的 开 启 或 关 闭 操 作 控 制 , “天 黑 关 闭 , 天亮 打 开 ”具 有 智 能 管 理 , 不 产 生 误 动 作 。 ( 4) 时 间 自 动 控 制 : 根 据 设 置输 入 的 开 启 或 关 闭 时 间 , 来 控 制 窗 帘 的 关 闭 和 打 开 。窗 帘 的 正 转 、 反 转 和 停 止 功 能 可 由 单 片 机 输 出 电 平 来 控 制 步 进 电 机 的 运转 以 实 现 。 环 境 亮 度 的 控 制 通 过 光 敏 电 阻 和 运 放 组 成 的 电 路 来 控
20、 制 单 片 机 输出 电 平 继 而 控 制 电 机 的 正 转 和 反 转 。 时 间 自 动 控 制 可 以 由 定 时 器 来 控 制 。2.2.2 控制器总体结构设计自 动 窗 帘 控 制 器 设 计 的 总 体 框 图 如 图 3 所 示 :9由 光 电 传 感 器 来 探 测 外 界 的 光 强 , 从 传 感 器 出 来 的 信 号 经 过 信 号 调 理 电路 的 放 大 , 滤 波 调 理 后 输 入 到 A/D转 换 器 , A/D转 换 器 件 完 成 一 个 转 换 过 程需 要 一 定 时 间 , 如 果 在 这 段 时 间 内 信 号 的 幅 度 发 生 变 化
21、, 转 换 结 果 将 会 受 到影 响 , 所 以 期 间 要 用 到 采 样 保 持 电 路 。 转 换 后 的 信 号 由 单 片 机 控 制 器 , 来 实现 电 机 的 运 行 与 停 止 。 显 示 部 件 用 来 显 示 电 动 窗 帘 控 制 器 的 各 种 状 态 信 息 。键 盘 是 主 要 的 输 入 设 备 , 控 制 单 片 机 的 各 种 参 量 。103 系 统 硬 件 设 计3.1 89C51 单 片 机 及 相 关 电 路3.1.1 89C51 单片机概述AT89C51 是 一 种 带 4K 字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 的 低
22、电 压 , 高性 能 CMOS8 位 微 处 理 器 , 俗 称 单 片 机 。 单 片 机 的 可 擦 除 只 读 存 储 器 可 以 反复 擦 除 100 次 。 该 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 储 器 制 造 技 术 制 造 , 与工 业 标 准 的 MCS-51 指 令 集 和 输 出 管 脚 相 兼 容 。 由 于 将 多 功 能8 位 CPU 和 闪 烁 存 储 器 组 合 在 单 个 芯 片 中 , ATMEL 的 AT89C51 是 一 种高 效 微 控 制 器 。 AT89C 单 片 机 为 很 多 嵌 入 式 控 制 系 统 提 供 了 一 种
23、灵 活 性 高 且价 廉 的 方 案 。3.1.2 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 非 常好 的 频 率 稳 定 性 和 抗 外 界 干 扰 的 能力 , 所 以 , 石 英 晶 体 震 荡 器 是 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 振 荡 电 流 , 向单 片 机 发 出 时 钟 信 号 。图 4 是 单 片 机 的 晶 振 电 路 。 电路 中 的 电 容 C1 和 C2 的 典 型 值 通常 选
24、择 为 30PF 左 右 , 该 电 容 的 大 小 会 影 响 振 荡 电 路 频 率 的 高 低 、 振 荡 器 的稳 定 性 和 起 振 的 快 速 性 。 晶 体 振 荡 频 率 的 范 围 通 常 在 1.212MHz。 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 来 , 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 安 装 得
25、 与 单 片 机 芯 片 靠近 , 以 减 少 寄 生 电 容 , 更 好 地 保 证 振 荡 器 稳 定 、 可 靠 地 工 作 。 89C51 常 选择 振 荡 频 率 12MHz 的 石 英 晶 体 。11图 4.晶 振 电 路3.1.3 复位电路复 位 是 单 片 机 的 初 始 化 操 作 , 只 需 要 给 89C51 的 复 位 引 脚 RST 加 上大 于 2 个 机 器 周 期 ( 即 24 个 时 钟 振 荡 周 期 ) 的 高 电 平 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
26、 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 作 错 误 使系 统 处 于 锁 死 状 态 时 , 也 需 要 复 位 键 使 RST 脚 为 高 电 平 , 使 89C51 摆 脱“跑 飞 ”或 “死 锁 ”状 态 而 重 新 启 动 。 下 图 是 复 位 电 路 图 。12图 5.复 位 电 路3.1.4 显示电路显 示 部 分 则 主 要 显 示 时 间 , 用 于 设 置 时 间 。 采 用 LED 数 码 管 进 行 显示 是 一 种 经 济 实 用 的 方 法 。 每 位 数 码 管 由 7 个
27、 笔 画 加 上 小 数 点 共 8 个 发 光二 极 管 组 成 ; 有 共 阴 极 和 共 阳 极 两 种 类 型 , 公 共 端 用 来 进 行 位 控 制 , 笔 画 端用 来 进 行 字 符 控 制 ; 数 码 管 显 示 有 静 态 显 示 和 动 态 显 示 两 种 方 法 。在 数 码 管 显 示 中 , 有 2 个 技 术 问 题 需 要 解 决 , 这 就 是 整 数 高 位 和 闪 烁显 示 问 题 。 虽 然 某 些 新 型 LED 驱 动 芯 片 本 身 具 有 闪 烁 控 制 和 熄 灭 控 制 功 能 ,但 通 过 合 理 的 软 件 设 计 , 采 用 廉 价
28、芯 片 组 成 的 驱 动 电 路 同 样 可 以 实 现 整 数 高位 灭 零 和 闪 烁 显 示 功 能 , 达 到 降 低 系 统 硬 件 成 本 的 目 的 。本 设 计 采 用 的 就 是 4 位 LED 数 码 管 的 串 行 驱 动 电 路 来 达 到 显 示 时 间 和消 除 闪 烁 显 示 的 目 的 。 采 用 LED 数 码 管 进 行 显 示 是 因 为 LED 数 码 管 具 有以 下 几 个 优 点 : (1)能 在 低 电 压 、 小 电 流 条 件 下 驱 动 发 光 , 能 与CMOS、 ITL 电 路 兼 容 。 (2)发 光 响 应 时 间 极 短 (=
29、99)temperature = 99;guanxian = ad0832read(1,0) * 99.0 / 255;if(menu_1 = 0)read_time(); /读 时 间init_1602_ds1302(); /显 示 时 钟write_sfm2(1,13,guanxian); /显 示 温 度write_sfm2_18B20(2,13,temperature); /显 示 温 度if(temperature = t_high)beep = beep; /蜂 鸣 器 温 度 报 警else beep = 1; 28if(menu_1 = 0)shoudong_kaiguan()
30、; /手 动 开 关 窗 帘zinengchuanglian_dis(); /智 能 窗 帘 定 时 处 理 函 数tiaoshi_dianji(); /调 试 窗 帘 电 机bujindj(); /步 进 电 机 函 数delay_1ms(1);/*独 立 按 键 程 序 */void key() /独 立 按 键 程 序static uchar key_new;key_can = 20; /按 键 值 还 原P3 |= 0xf0; /对 应 的 按 键 IO 口 输 出 为 1if(P3 /按 键 消 抖 动if(P3 switch(P3 break; /得 到 按 键 值 case 0x
31、40: key_can = 2; break; /得 到 按 键 值 case 0xb0: key_can = 3; break; /得 到 按 键 值 case 0x70: key_can = 4; break; /得 到 按 键 值 flag_lj_en = 1;beep = 0;delay_1ms(80);beep = 1;else key_new = 1;flag_lj_en = 0;29/*设 置 函 数 */void key_with()if(menu_1 = 0)if(key_can = 2) /设 置 手 动 还 是 自 动 模 式flag_zd_sd +;if(flag_zd
32、_sd = 3)flag_zd_sd = 0;if(flag_zd_sd = 0) /手 动write_string(1,0,“ sd“); if(flag_zd_sd = 1) /定 时 模 式write_string(1,0,“ ds“); if(flag_zd_sd = 2) /光 线 控 制write_string(1,0,“ gx“); write_eeprom(); /保 存flag_kaig_moshi = 0;if(key_can = 1) /设 置 键menu_1+;if(menu_1 = 1) /设 置 时 间menu_2 = 1;write_string(1,0,“ :
33、: W: “);write_string(2,0,“ 20 - - “);if(menu_1 = 2) /设 置 开 关 窗 帘 时 间menu_2 = 1;write_string(1,0,“ kai 00:00 “);write_string(2,0,“guan 00:00 “);if(menu_1 = 3) /设 置 报 警 光 线 报 警menu_2 = 1;write_string(1,0,“ Set Guanxian “);write_string(2,0,“ 00% “);if(menu_1 = 4) /设 置 报 警 温 度menu_2 = 1;write_string(1,0
34、,“ Set Wendu “);30write_string(2,0,“ 00 “);write_zifu(2,9,0xdf); /显 示 度if(menu_1 = 5) /手 动 把 窗 帘 归 0menu_2 = 1;write_string(1,0,“ tiaoshi dianji “);write_string(2,0,“ 0 “);write_guanbiao(2,6,0);if(menu_1 2) /回 到 正 常 显 示menu_1 = 0;write_guanbiao(1,2,0); /关 闭 光 标init_1602_dis_csf(); /初 始 化 液 晶 显 示if(key_can = 2) /选 择 键flag_200ms = 1;if(menu_1 = 1) /设 置 时 间menu_2 +;if(menu_2 5)menu_2 = 1;if(menu_1 = 2) /设 置 开 关 的 时 间menu_2 +;if(menu_2 4)menu_2 = 1;if(menu_1 = 1)if(menu_2 = 1) /设 置 时if(key_can = 3) /加shi+=0x01;if(shi if(shi = 0x24)shi = 0;