基于at89c51单片机的智能电动窗帘控制器设计【毕业论文,绝对

目录摘要.......................................................................................................................................... ............................

IIAbstract .............................................................................................................................. ............................... III1 绪论.......................................................................................................................................... ......................... 1 1.1 研究目的和意义及国内外发展现状............................................................................................ 1 1.2 基本内容及章节安排.................................................................................................................... 22 总体方案设计.......................................................................................................................................... ......... 3 2.1 控制器智能项目.. (3)

2.2 系统总体结构规划............................................................................................................................... 43 系统硬件设计.......................................................................................................................................... ........ 5 3.1 89C51 单片机及相关电路..................................................................................................................... 5 3.1.1 晶振电路. (6)

3.1.2 复位电路 (6)

3.1.3 时钟电路 (7)

3.1.4 电源电路 (9)

3.2 步进电机.......................................................................................................................................... ..... 9 3.3 键盘/显示接口电路.............................................................................................................................11 3.3 传感器.......................................................................................................................................... ....... 13 3.4 信号调理电路. (14)

3.4.1 放大滤波电路.......................................................................................................................... 14 3.4.2 A/D 转换.................................................................................................................................... 144 系统软件设

计.......................................................................................................................................... ...... 16 4.1 主程序软件设计 (16)

4.2 主要功能子程序设计......................................................................................................................... 17 4.2.1 步进电机程序设计.................................................................................................................. 17 4.2.3 键盘程序设计..........................................................................................................................

18 4.2.4 定时程序设计.......................................................................................................................... 195 总结与展望.......................................................................................................................................... .......... 21参考文献.......................................................................................................................................... .................. 22致谢.......................................................................................................................................... .......................... 23w 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w Abstract According to the requirements of office and living environment this design made use of theSCM Single Chip Micyoco controlling system of AT89C51 the special function at P3 theidleness mode and lose-electric mode at P1. Based on the different controlling mode we realize tocontrol the curtain machine by mutual transformation of semiautomatic and automatic controllingand infrared remoter. This design is made up of infrared remote circuit systematic controlling modeelectrical source transformation protective circuit etc. It can reach the achievement of automaticallyrising and falling of the curtain. Key words: SCM timing control photoelectric switch stepping motor w1 绪论1.1 研究目的和意义及国内外发展现状21 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系

统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和MCU进行连接，再经过MCU 进行数据处理，实现实时测控。而此时采用单片机来实现智能家居控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计系统正是把利用AT89C51 单片机的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。电话远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。另外电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控部分课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本设计正是针对这一w点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操?鞯奶崾炯岸允芸胤阶刺男畔⒎蠢。佣共僮髡吣芄患笆绷私馐芸胤叫畔ⅲ共反锏浇换ナ接胫悄芑６冶旧杓频牡魇远际窃谙叩魇裕丫诘缧拧⑻ǖ慕换换笛椴⑶夷芄怀晒Φ氖褂靡贫缁敖胁僮鳌?随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器各种模块、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。现代智能化离不开运算和控制单元，本系统采用89C51作为主控器件，单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件由单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要

求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率，当系统硬件和软件紧密配合、协调一致，就可以组成高性能的单片机应用系统。本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。本文是从智能家居的一个项目——智能电动窗帘的设计开始的。1.2 基本内容及章节安排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。主要章节分为：（1）绪论：介绍设计目标国内外的发展现状和研究意义目的，设计的基本内容和本文的章节安排。（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。w （3）硬件设计：选用89C51单片机为核心的各种电路设计，包括复位电路，电源电路，时钟电路，步进电机控制电路，键盘/显示电路等一系列相关电路。（4）软件设计：主要介绍了各项功能的设计流程。（5）总结与展望2 总体方案设计电动窗帘控制器总体方案设计是确定能够满足设计要求的总体方案的环节。本章从系统功能需求出发，规划并确定了系统的总体结构，并在此基础上考虑了系统的可扩展性及可实现性。2.1 控制器智能项目随着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，窗帘作为每个家庭生活中最必须的家居用品之一，自然也需要满足人民更舒适性的需求。窗帘最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开关，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，比较长，而且重，用时需要很大的力才能开关窗帘，特别不方便；于是电动窗帘应运而生。现有的电动窗帘都可以自动开关闭窗帘，到了时间自动控制窗帘的开关，可以根据光的但是他们也有些缺点。窗帘控制器的自动开关如何让窗帘能够开关自如，停机的时间是否到位。电动窗帘主要有以下几大功能：（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（2）半自动手动控制：半自动手动控制是在状态的时候，数码管均有不同工作状态指示。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（3）环境亮度控制：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动停止。“天黑关闭，天亮打开”具有智能管理，不产生误动作。操作控制，（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、?醋屯Ｖ构δ芸捎傻テ涑龅缙嚼纯刂撇浇缁脑俗允迪帧；肪沉炼鹊目刂仆ü饷舻缱韬驮朔抛槌傻牡缏防纯刂频テ涑龅缙郊潭刂频缁

恼头醋Ｊ奔渥远刂瓶梢杂啥ㄊ逼骼纯刂苭2.2 系统总体结构规划电动窗帘控制器的总体结构框图如图2.2所示。光电传感器信号调理电路A/D 转换器单片机显示部件键盘步进电机图2.2 电动窗帘控制器结构框图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，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。w3 系统硬件设计整个系统的硬件接线图如图3.1 所示。图3.1 系统总硬件接线图总体硬件电路图包括单片机外围电路、A/D 转换电路，信号调理电路、检测电路、键盘/显示接口电路、步进电机控制电路等模块。单片机外围电路提供各模块所需的5V 电源和时钟模块；信号检测后的是模拟信号，经过调理放大进入A/D 转换后输出数字信号给单片机。单片机的P2 口控制步进电机的运行从而控制窗帘的升降。显示和键盘让人机交换变得更容易。以上各模块组成了电动窗帘控制器的总体电路。3.1 89C51 单片机及相关电路89C51 是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmableand Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。它是美国ATMEL 公司的低电压，高性能CMOS8 位单片机。89C2051 是一种带2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。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89C51 是一种高效微控制器，89C2051 是它的一种精简版本。89C51 单片机为很多嵌入式控制系统w提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.1.1 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3.1.1 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。图3.1.1 单片机晶振电路图3.1.2 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。图3.1.2 是复位电路图。w 图3.1.2 复位电路图3.1.3 时钟电路本设计需要窗帘在给定的时间自动开和关，所以需要用到定时器，而为了保证单片机与外界时钟一致，要用到一个实时时钟电路。这里使用DS12887 实时时钟芯片来完成这项功能。DS12887 是DALLAS 公司生产的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、百

年历、可编程中断、方波发生器和114 字节的非易失静态RAM。使用DS12887 时应注意以下几点：Vcc 正常情况下为5V，当Vcc 降至4.25V 时，所有的输入被忽略，输出为高阻状态，Vcc 降至3V 时，外部电源被关断，内部锂电池为实时时钟和RAM供电，在断电情况下，时钟继续运行，其中的数据可保存十年以上不会丢失。DS12887 有两种工作时序，即MOTOROLA 和INTEL 时序，由MOT 引脚的电平指定，当MOT 引脚为高电平时选择MOTOROLA 时序，当MOT 引脚为低电平时选择INTEL 时序，图中选为INTEL 时序，这时芯片的

DS 引脚接系统的读信号/RD，R/W 引脚接系统的写信号/WR。AS 引脚用于分离数据地址总线AD7-AD0 上的地址和数据信息，连接到MCU 的ALE 引脚。RESET 引脚的信号对日历时钟和RAM 没有影响，但它影响DS12887 的命令和状态寄存器的内容，在图中直接将RESET 连至Vcc，这样可以保证DS12887 在进入或退出电源失效状态时，其工作状态不受RESET 引脚的影响。DS12887 有一个可编程输出方波引脚SQW，从该引脚可以输出频率为2Hz-256Hz 的方波，在系统中正是利用此引脚输出周期为125MS的方波，作为MCU 外部中断/INT0 的中断源实现周期性中断，每当中断发生时，MCU 读一二次输入口，检查电表是否转过一圈，在整点时还要采一次三相电流和电压。除此之外，wDS12887 内部还有128 字节的RAM 的单元，其中前10 个字节用于存放日历时钟信息，字节0 为秒，字节2 为分，字节4 为时，字节6 为星期，字节7 .