基于单片机的智能窗帘控制新版系统.doc

武汉长江工商学院 毕业论文(设计) 学 院： 工学院 专 业： 通信工程 年 级： 级 题 目： 基于单片机智能窗帘控制系统 姓 名： 袁勇飞 学 号： 指引教师： 霍泰山 职 称： 专家 4月15日武汉长江工商学院本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交论文是本人在导师指引下独立进行研究所获得研究成果。除了文中特别加以标注引用内容外，本论文不包括任何其她个人或集体已经刊登或撰写成果作品。本人完全意识到本声明法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日目 录摘 要1核心词1Abstract1Key words11 概述22 总体方案设计22.1 设计基本内容和规定22.2 整体功能22.3 原理框图22.4 系统芯片简介32.4.1 STC89C51单片机简介32.4.2 SC2262/2272原理简介53 系统各硬件模块73.1 单片机控制系统73.1.1 时钟模块73.1.2 复位电路83.1.3 电源模块83.2 电机驱动模块93.3 光敏检测模块93.4 手动无线遥控模块104 系统软件设计114.1 模块化程序流程图114.2 重要模块程序设计124.2.1 直流电机程序设计124.2.2 无线发射和接受模块程序设计135 硬件调试136 软件仿真137 总结与体会148 道谢14参照文献15附录15基于单片机智能窗帘设计摘 要：本设计重要由STC89C51单片机控制系统、电源模块、电机驱动模块、光敏检测模块、手动控制模块、无线发送与检测模块等构成。处在光敏智能模式时，光敏电阻检测到光照强度变化，将电阻变化转化为电压变化，并将该变化信号传播到单片机；正反转处在遥控控制时，单片机通过检测按键指令，作出相应动作指令。单片机通过给驱动模块下达指令来控制电机正反转，从而实现窗帘打开和关闭，由此实现智能控制和手动遥控功能，使本设计更加以便和人性化，构成一种多功能自动窗帘控制系统，它将成为将来智能家居必不可少一员。核心词：单片机；红外遥控；智能家居The intelligent curtaindesignbased on MCUAbstract：The designconsists of STC89C51single-chip microcomputer control system,motor drive module,power supply module,Sensitive detection module and so on. In the photosensitive intelligent mode，photosensitive resistance measurement to the change of light intensity，the resistance changes into the voltage change，and the change of signal to the microcontroller，microcontroller through the reversion to the motor drive module instructions to control the motor，so as to realize the curtain opened and closed，and can achieve remote manual control switch and manual key,makethe design moreconvenientand humanized，constitute a versatile automatic curtain control systems. Key words：STC89C51SCM；Infrared remote control；Smart home1 概述 进入21世纪，随着信息化时代到来和经济水平提高，各种以电子技术，通信技术，互联网技术和控制系统等有机结合产物智能家居应运而生，智能家居系统较普通家居将使人们生活更加以便，快捷，舒服，赋予家居物品以智能控制，其中智能窗帘便是智能家居1重要一员。当前，惯用窗帘轨道都是手拉式，只有一某些高品位别墅和住宅是电动遥控窗帘，这些这些窗帘价格相称昂贵，因而在普通老百姓家里还没有广泛普及普通，并且民用住宅和和办公楼越来越多，窗户尺寸也越来越大，较此前尺寸，当前这种建筑构造虽然美观，并且采光良好，但与此同步就带来一种问题，高尺寸窗户要是使用手动窗帘必定不以便，而当前设计这些楼盘设计师几乎没有考虑过这个问题，使某些高档住宅反而带来了生活上不便。因而如何将窗帘做更加智能，更加人性，性价比更高将成为后来窗帘制作基本规定，并且市场前景巨大，本文就是基于单片机控制智能窗帘设计。2 总体方案设计2.1 设计基本内容和规定为了能依照实际状况来实现对窗帘自动开合控制，大体有三种办法：声控、光控、手动，最后咱们采用了光控和手动相结合设计方案，其长处有：一是可以依照室外光线明暗自动调节；二是可以依照个人实际需求进行手动控制；三是依照元器件选取和后期制作成本比较低。设计规定：（1）运用STC89C51单片机为核心来控制直流电机正反转实现窗帘开关。（2）运用上下两个限位开关实现最高点、最低点电机自动停止来防止窗帘过卷，以达到防过卷功能。运用按键实现手动控制功能。（3）无线遥控功能是运用SC2262编码和SC2272 解码芯片构成315M无线发送接受模块实现。（4）实现智能化控制，窗帘打开和关闭是通过光敏电阻检测环境亮度自动完毕，光线暗并关闭，光线强就打开，不产生误动作。（5）运用按键实现手动控制功能。（6）运用各色LED灯可以批示运营状态。2.2 整体功能本设计是由单片机控制系统、电源模块、电机驱动模块、自动光敏检测模块、手动遥控模块等模块构成。当处在自动模式下时，运用光敏电阻检测光照强度变化，通过光敏电阻阻值得变化转化为电压变化，并将电压变化信号送单片机，单片机通过电机驱动模块控制着电机正反转实现窗帘来回移动，构成一种多功能自动窗帘控制系统；当处在智能遥控模式时，通过遥控发射和接受模块，单片机通过遥控指令控制电机正反转；当处在手动按键模式时，通过按键控制电机正反转来实现窗帘打开与关闭。其中,光敏控制模块室由光敏电阻和三极管构成；电机驱动模块是运用了三极管和继电器通断实现电机正转与反转；遥控发射和接受模块通过运用SC2262/SC2272 编码解码芯片2构成无线发送接受来实现无线遥控功能。单片机用C语言3编程，然后绘制电路板，焊接和后期调试，基本达到了咱们所盼望系统功能。2.3 原理框图系统整体流程图如图2-1所示。图2-1 系统整体流程图2.4 系统芯片简介2.4.1 STC89C51单片机简介STC系列单片机是美国STC公司最新推出一种新型51内核单片机。片内具有Flash程序存储器、AD、UART、PWM、SPI、SRAM等模块。该器件基本功能与普通51单片机完全兼容。重要功能和性能参数：1.STC89C5xRC相应Flash空间：4KB8KB15KB；2.工作频率范畴：040MHZ，相称于普通8051080MHZ；3.内置原则51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟； 4.内部存储器（RAM)：512B；5.中断源:8个；6.通用异步通信口（UART）1个；7.定期器计数器：3个16位；8.工作电压：3.85.5V；9.通用IO口：3236个；10.有ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；11.外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等；2.4.2 SC2262/2272原理简介SC2262/2272是一种CMOS工艺制造低功耗低价位通用编解码电路，最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441种地址码,SC2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片SC2262一种完整码字是由数据码、地址码、同步码构成。 SC226214脚TE为低电平时， 17脚编码输出将会被启动。当17脚处在高电平时，315MHz高频发射电路将会起振，与此同步发射等幅高频信号；当17脚处在低平期时，315MHz高频发射电路将会停止振荡。由此可以看出，高频发射电路信号发送与否完全取决于SC2262编码芯片17脚输出数字信号，从而完毕对高频电路幅度（ASK）调制，相称于调制度为100调幅。SC2262引脚如下表2-5所示。表2-5 SC2262引脚图名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空)D0-D57-8、10-13数据输入端，有一种为“1”即有编码发出，内部下拉。Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据编码发射，低电平有效。OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；Dout17编码输出端（正常时为低电平）在实际应用环境中，外接振荡电路电阻可依照实际状况需要进行相应调节，阻值越大相应振荡频率越慢，编码宽度也会越大，发码一帧时间越长。推荐值:2262/4.7M/2272/820K ，2262/3.3M/2272/680K ，2262/1.2M/2272/200K。SC2272引脚如下表2-6所示。表2-6 SC2272引脚图名称管脚说 明A0-A11 D0-D51-8,10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才干输出与2262数据端相应高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接受到下一数据才干转换。Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）VT14解码有效确认输出端（常低），解码有效变成高电平（瞬态）。OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率。OSC215振荡电阻振荡器输出端。DIN17数据信号输入端，来自接受模块输出端。SC2272解码芯片不同型号有不同后缀，代表不同功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表达锁存输出，与此同步数据一旦接受成功就能始终保持相应电平状态，直到下次遥控状态发生变化时变化；M表达非锁存输出，数据脚输出是瞬时电平，与发射端与否发射相相应，可以用于类似点动控制。后缀中4和6表达有几路并行控制通道。当采用4路（SC2272-M4）并行数据时，相应地址编码应当是8位；如果采用6路(SC2272-M6)并行数据时，相应地址编码应当是6位。3系统各硬件模块3.1单片机控制系统3.1.1 时钟模块在STC89C51单片机内有一种高增益反相放大器反相器输入端为XTAL1，其输出端为XTAL2，由该反相放大器和时钟电路一起构成单片机时钟方式。详细依照规定和外围电路不同，可以分为外部时钟方式和内部时钟方式两种，综合各方面因素，咱们采用内部时钟方式。在内部时钟方式电路中，需在其输入端和输出端加上两个30pf 电容构成振荡电路，普通晶振频率在1.2MHZ到12MHZ之间，由于本设计对时钟并无特殊规定，因此选取12MHz晶振即可驱动电路。时钟模块图如图3-1所示。图3-1 时钟模块电路图3.1.2 复位电路简朴说复位电路作用就是起到一种保护作用，由于复位电路与否合理直接关系到整个系统工作稳定性和稳定性，避免浮现CPU误读程序或是死机等现象。普通而言复位方式有两种：手动按键复位和上电复位。手动按键复位是在单片机输入端RST上加上一种高电平，即可在电源正VCC与RST之间加一种复位按键，启动单片机时手动按下复位键即可完毕复位功能。考虑到调试过程中也许遇到许多问题，需要随时复位，因此选取手动按键复位方式比较以便，电路图如3-2所示。图3-2 复位电路电路图3.1.3 电源模块由于本设计只是智能窗帘初期原理研究，因此只需要满足单片机工作电压即可，并且选用是只需要+3.3V直流电机，为了节约成本和操作简朴，尚有调试安全角度，供电方式直接选用三节1.5V干电池或者是直接用USB转接线即可满足条件。电源模块如图3-3所示。图3-3 电源模块电路图3.2 电机驱动模块 电机驱动是由STC89C51单片机控制来实现，单片机7P1.1口控制正反转切换，P1.1和P1.2口分别控制电机正反转，且当P3.0和P3.5口在单片机复位状态下时输出高电平，三极管Q1和Q2截止，两个继电器RL1和RL2都处在释放状态，电动机因没有足够电压驱动无法转动。当P3.0和P3.5口中一路被拉低后，例如P3.0口拉低，则Q1导通，继电器RL1吸合，电机转动，当P3.5口为低时，则继电器RL2吸合，电机反转。需要注意是P3.0和P3.5口只有一种处在高电平，即在同一时间，两个继电器只有一种保持闭合状态，这样避免了单片机指令紊乱。电路如图3-4所示。图3-4 电机驱动模块电路图3.3 光敏检测模块光敏检测模块重要是运用光敏电阻5或者称为光导管来感受光线强弱来控制，光敏电阻大某些都是由半导体材料制作而成9，因而具备普通半导体材料特性，当光敏电阻受到光线照射时期制止迅速下降，且光线越强，制止越小，由电路3.1.4可知，当光线照射到光敏电阻R21上时，其电阻值迅速减小，R21和R19分压之后，集电极和基极压降不不大于等于0.7V，三极管Q6处在放大状态，P1.0口置高，此时表达“白天”，当进入夜晚时，光敏电阻值无限大，此时三极管Q6处在截止状态，P1.0口置低，此时表达“黑夜”。然后单片机通过P1.0口状态控制电机正反装。检测模块如图3-5所示。图3-5 光敏检测模块电路图3.4 手动无线遥控模块如图3-6和3-7所示，遥控模块由无线发射和接受电路4构成，其中发射模块重要是由SC2262 编码芯片，接受模块重要是由解码芯片SC2272 配对使用构成315M无线遥控电路，这两种芯片采用CMOS工艺制造,电路具备省电模式，可用于无线电或红外线遥控应用。无线遥控发射模块如图3-6所示。图3-6 无线遥控发送模块电路图无线遥控8重要用到315M无线遥控器，下面简介315M遥控器。之因此称为315M无线遥控器，是由于信号发射模块工作频率在315MHZ，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在2585度之间变化时，频率漂移仅为3ppm/度。普通LC振荡器频率稳定度及一致性较差，虽然采用高精度电阻和微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好频点不会发生偏移，因而315M发射模块比较稳定。解码芯片SC2272在接受到信号后，其地址码通过两次比较，核对，在VT脚上输出高电平，与此相相应数据脚也输出高电平，如果发送端始终按住按键，编码芯片也会持续发射。当发射机没有按键按下时，SC2262不接通电源，其17脚为低电平，因此315MHz高频发射电路不工作，当有按键按下时，SC2262得电工作，其第17脚输出经调制串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz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高频发射电路停止振荡，因此高频发射电路完全收控于SC226217脚输出数字信号，从而对高频电路完毕幅度键控6（ASK调制）相称于调制度为100调幅。运用315M遥控器发出正转、反转和停止信号，与窗帘相连接控制电路接受到控制信号后，依照遥控命令来控制电机运营状态，从而达到远距离对控制窗帘打开、闭合和停止。同步手动遥控模块设计使窗帘更加人性化，注重保护个人隐私。接受模块如图3-7所示。图3-7 无线遥控接受模块电路图4 系统软件设计 4.1 模块化程序流程图主程序完毕整个系统初始化，给出了整个系统逻辑控制原理，并对实现各个模块功能给出控制指令，发送控制命令。规定各个模块之间优先级互不冲突，系统运营稳定，详细流程如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 重要模块程序设计4.2.1 直流电机程序设计直流电机依照需要实现功能，重要实当前单片机控制指令下可以准备无误实现正转和反转，以及在防过卷功能上可以在上限位和下限位开关动作下精确判断指令并停止。基本流程图如图4-2所示。图4-2 电机驱动模块流程图4.2.2 无线发射和接受模块程序设计无线发射和接受模块是整个智能窗帘里面最能体现智能家居理念模块，在后来家居系统中一定会被广泛应用。其基本流程图如图4-3所示。图4-3 无线模块流程图5 硬件调试按照电路图，在焊接完毕后，按照之前编写程序烧入到单片机中对电路板进行调试，大某些模块焊接还是没有问题，重要是虚焊问题，但是在无线遥控发射和接受模块电路某些始终没有调试出信号，因而在选取无线10发射与接受芯片时候修改了几种方案，一种是使用集成红外接受器，型号是HS0038，但是在红外接受时由于HS0038对室外光线照射时间和光强比较敏感，因而单片机接受到红外干扰信号比较强，于是选取了运用SC2262和SC2272 编码解码芯片构成无线发送接受模块实现无线遥控，同步在整个电路设计上也是通过多次调节。在窗帘防过卷功能实现上，考虑过采用霍尔传感器，但是由于考虑到经济成本和电路复杂限度，因此选取了两个限位开关来代替霍尔传感器，当限位开关闭合时阐明电机已经将窗帘拉到最高位或者是最低位，此时单片机依照限位开关状态给电动机发出停止指令。最后单片机代码是采用c语言编写，其中也浮现过问题，但是在教师和同窗协助下，最后解决了一系列问题，达到了最初咱们设计时想要达到功能。6 软件仿真由于无线模块中有些元器件protues无法仿真，因此只仿真了电机驱动模块，手动控制模块，光敏检测三个模块电路，同步也将某些电路简化了，这样将更加直观看到整个系统实现功能以及各个模块现象。系统仿真图如图6-1所示。图6-1 仿真图7 总结与体会通过这次毕业设计，让自己对所学知识和有关课程均有了一定巩固和新结识。本次毕业设计不再是像以往课程设计同样是一组人完毕一种课题，人们可以分工完毕，每个人只需要理解和掌握自己那某些知识，相对比较轻松，但这次毕业设计是一种既花脑力又花时间过程，设计从初期选题到中期资料查阅在设计过程中要不断查询有关资料和书籍，从图书馆到互联网，任何成果得来都要付出艰辛努力，再到后期芯片选型，论文格式和内容修订，软件编程和硬件焊接加上调试都是自己一点一点完毕，虽然这个过程相称漫长，同步也遇到了许多困难，但是很庆幸一路有教师和同窗协助，最后基本完毕了本设计最初所想要实现功能。同步也是借此机会让自己明白了许多道理：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。感觉到自己所学知识局限性同步，让我通过这此设计过程进一步复习掌握了模仿电子技术，数字电子技术等有关课程实践方面学习，并且复习了C语言，单片机原理，单片机开发软件keil，Protel，protus等专业软件，对单片机应用系统整个设计过程有了大体理解。固然本设计也存在许多问题和局限性，着也反映了自己能力局限性，更加鞭策自己在后来学习和生活中需要更加努力，需要多动手，多实践，将理论和实践相结合，已达到事半功倍效果.8 道谢在毕业答辩即将到来之际，借此机会感谢大学四年所有教过我教师，特别是我指引教师霍泰山教师，在整个论文选题，理论研究，后期资料整顿；以及论文大体进度和格式等问题上都作出了悉心指引；在对某些电路原理，后期电路板焊接，电路信号调试提供了诸多协助；软件中某些代码逻辑关系与其相应实现功能等等都作出了专业解答。 由于答辩前始终是在公司实习，因此时间也比较紧，学校许多动态和信息都不能很及时理解到，但是在同窗汪辉和文思杰协助下，许多问题都相应解决了，因此在此衷心谢谢所有在毕业设计过程中协助和指引过我教师和同窗，正是有她们协助，才干顺利完毕毕业设计。参照文献1余发山,王福忠. 单片机原理及应用技术M中华人民共和国矿业大学出版社.6月第1 版2康华光. 电子技术基本（数字某些）M高等教诲出版社.第五版3谭浩强.C程序设计（第三版）M北京：清华大学出版社，4解月珍.通信电子线路M北京:高等教诲出版社,5童诗白.模仿电子技术基本M高等教诲出版社第2版6曾兴文.陈健,刘乃安.高频电子线路辅导M西安:西安电子科技大出版社,7李光飞,楼然苗,胡佳文等.单片机课程设计实例指引M北京航空航天大学出版社.8邹书文,黄光桂.无线电遥控单片机.电脑与信息技术M19959啥占有.中外传感器实用手册M北京：电子工业出本社，10吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路M.北京：北京航空航天大学出本社，附录：1 原理图2 源程序#include#include#include/头文献#define uc unsigned char#define ui unsigned intsbit in_go=P13;sbit in_back=P12;/手动迈进后退按键 sbit out_go=P30;sbit out_back=P35;/电机控制输出 sbit limit_go=P34;sbit limit_back=P36;/迈进后退限位开关 sbit led_go=P14;sbit led_back=P15;/迈进后退限位批示灯 sbit light=P10;/光线传感器 sbit change=P11;/手动自动切换按键（默认自动） sbit led_zhishi =P17;sbit buzz=P16;bit bdata flag1,flag2,change_flag,flag_shan,flag_shan1,flag_shan2;uc m,n,shan;void delay(ui x)/延时函数 ui i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j110;j+);void work()/工作函数 if(change=0)/判断切换与否按下 buzz=1;delay(50);if(change=0)change_flag=change_flag;/手动，自动切换 buzz=0;while(!change);/释放 led_zhishi=change_flag;if(change_flag=0)/自动模式 if(light=0)/夜间（无光）时关闭窗帘 delay(50);if(light=0)if(limit_go=0)&(flag_shan=0)out_go=1;out_back=1;led_go=1;for(shan=0;shan6;shan+)led_go=led_go;buzz=led_go;delay(500);flag_shan=1;else if(limit_go=1)out_go=1;out_back=0;led_back=1;led_go=0;flag_shan=0;else if(light=1)/白天（有光）时打开窗帘 delay(50);if(light=1)if(limit_back=0)&(flag_shan=0)out_go=1;out_back=1;led_back=1;for(shan=0;shan6;shan+)led_back=led_back;buzz=led_back;delay(500);flag_shan=1;else if(limit_back=1)out_go=0;out_back=1;led_back=0;led_go=1;flag_shan=0;else if(change_flag=1)/手动模式 if(in_go=0)&(limit_go=1)/关闭与否按下 buzz=1;delay(50);if(in_go=0)&(limit_go=1)out_go=1;out_back=out_back;/按一下打开，再按一下，停止 buzz=0;led_back=1;led_go=out_back;flag_shan1=0;while(!in_go);/释放else if(in_back=0)&(limit_back=1)/打开与否按下 buzz=1;delay(50);if(in_back=0)&(limit_back=1)out_back=1;out_go=out_go;/按一下关闭，再按一下，停止 buzz=0;led_go=1;led_back=out_go;flag_shan2=0;while(!in_back);/按键释放if(limit_go=0)&(flag_shan1=0)delay(5);if(limit_go=0)&(flag_shan1=0)out_back=1;led_go=1;for(shan=0;shan6;shan+)led_go=led_go;buzz=led_go;delay(500);flag_shan1=1;if(limit_back=0)&(flag_shan2=0)delay(5);if(limit_back=0)&(flag_shan2=0)out_go=1;led_back=1;for(shan=0;shan6;shan+)led_back=led_back;buzz=led_back;delay(500);flag_shan2=1;void main()/主函数 light=0;buzz=0;while(1)/进入死循环work();/调用工作函数