基于单片机的光控自动窗帘控制新版系统标准设计项目新版说明书优质毕业设计.doc

机电工程学院

毕业设计说明书

设计题目: 基于单片机光控自动窗帘控制系统设计
专业班级：机械设计制造及其自动化（专升本）1001班

目录

1. 背景意义 3
1.1 光控自动窗帘系统背景、意义 3
1.2 中国外研究现实状况 4
2.方案叙述 8
2.1方案设计说明 8
2.2方案选择说明 8
3.硬件设计 10
3.1 光电传感器信号采集模块设计 10
3.2 单片机信号处理模块设计 14
3.3 实施单元模块设计 18
4.软件设计 24
4.1程序步骤 24
4.2 程序设计 25
5. 总体设计 27
PROTEL总电路图&&PROTUES仿真图 28
6．结论 30
7. 致谢 30
参考资料 31

1. 背景意义
1.1 光控自动窗帘系统背景、意义
伴随生活提升，时代进步，大家对居住空间、周围环境有了更高要求，这是社会肯定时尚。单片机控制自动窗帘系统，既能处理天天手拉开和关上窗帘不便，又显示出了生活便捷和档次，对室内设计而言，窗帘不仅含有遮光作用，更有美化功效，它不仅能够协调居室色彩搭配，而且能够柔化空间造型线条，营造温馨惬意环境[1]，同时还能够依据光线明暗来自动控制窗帘开光，以调整室内光线，更深入地满足了大家享受要求，伴随高新技术及电子器件发展，光控、温控及遥控窗帘应运而生，给大家生活带来了很多方便。同时，也为大家生活环境和智能家居实现提供了依据，为此，研究和设计智能窗帘控制系统含有深远现实意义[2] ，所以产品如能形成大规模生产，必能很快普及中国市场，产生巨大经济效益，另外，除了广大市民住宅使用外，该遥控窗帘器还可广泛用于别墅、公寓、宾馆、饭店、歌舞厅、写字楼、银行、歌剧院、会议厅、学校、医院等多种公用场所，所以该产品含有宽广市场前景。
光感自动窗帘系统在中国还刚刚兴起，但其发展前景宽广，推广和应用自动窗帘系统含相关键现实意义。其一，改变大家生活方法。单片机控制光感自动窗帘系统含有丰富智能化功效，为家庭用户营造一个环境保护、高效、便利、舒适居住环境。单片机控制光感自动窗帘用三个按钮和环境光控制窗帘开和关，处理大家手动开关窗帘问题，给大家日上生活带来极大方便。这些全部将改变大家传统生活方法，并提升了大家生活质量。其二，开拓一个崭新市场。遥控自动窗帘系统牵动了很多行业，它将不仅仅是现在IT系统集成商或建筑弱电工程总包商市场，而且是专业企业和智能化装饰企业市场。其三、牵动一大批产业。单片机控制遥控自动窗帘产品面向家庭用户，其应用市场是庞大，发展前景也是宽广，必将吸引大批有远见各类企业介入，从而牵动一大批产业发展。这里最先受益应该是房地产业，单片机控制遥控自动窗帘不仅是一个很好概念和“卖点”，同时也是直接提升住宅档次一个条件，这将会给房地产商带来新利润空间。在家居集成化、网络化趋势下，家居集成也成为一个时尚，很多更专业、美观、智能化家居集成产品相继出现。
现在很多厂家生产自动窗帘（含门帘）控制系统，全部是由主机（以微电脑芯片为关键组成智能控制中心）、多种传感器（红外线传感器、风雨信号传感器等、温度传感器、烟雾传感器等）、多种报警终端（警灯、警笛、电话报警器、接警指挥中心等）、遥控器和一系列机械传动装置组成一个含有智能化、人性化、网络化高科技产品。本文讲述了用单片机结合软件来采集光强并控制步进电机转动从而控制窗帘开、闭。

1.2 中国外研究现实状况
1.2.1光电传感器
经过光电传感器采集数据(光强度)，反应出光信号改变，然后借助光电元件深入将光信号转换成电信号。光电检测方法含有精度高、反应快、非接触等特点，且可测参数多，传感器结构简单，形式灵活多样。本设计经过检测光线强弱，并依据光线强弱自动将窗帘打开和关闭，实现了自动控制功效，极大地方便了大家日常生活，并在生活中得到了广泛应用。
光敏电阻是采取半导体材料制作，利用内光电效应工作光电元件。光敏电阻又称光导管,为纯电阻元件,其工作原理是基于光电导效应。无光照时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中电流(暗电流)很小,当光敏电阻受到一定波长范围光照时,它阻值(亮电阻)急剧减小,电路中电流快速增大。通常期望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好,此时光敏电阻灵敏度高。它在光线作用下其阻值往往小。在黑暗环境里，它电阻值很高，当受到光照时，光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值越低。入射光消失后，光敏电阻阻值逐步恢复原值。在光敏电阻两端金属电极之间加上电压，其中便有电流经过，受到合适波长光线照射时，电流就会随光强增加而变大，从而实现光电转换。通常暗电流越大、亮电阻越小,光敏电阻灵敏度越高。光敏电阻暗电阻阻值通常在MΩ数量级,亮电阻在几千欧以下。暗电阻和亮电阻之比通常在102～106之间。在一定照度下,流过光敏电阻电流和光敏电阻两端电压关系称为光敏电阻伏安特征。光敏电阻在一定电压范围内,其I-U曲线为直线[5]。
光敏电阻光照特征用于描述光照强度和光电流I之间关系,绝大多数光敏电阻光照特征曲线是非线性。光敏电阻对入射光光谱含有选择作用,即光敏电阻对不一样波长入射光有不一样灵敏度[6]。光敏电阻相对光敏灵敏度和入射波长关系称为光敏电阻光谱特征,亦称光谱响应。光敏电阻光电流不能伴随光强改变而立即改变,不一样材料光敏电阻含有不一样时间常数(ms数量级),所以它们频率特征也就各不相同。
1.2.2单片机
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功效芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。能够说，二十世纪跨越了三个“电”时代，即电气时代、电子时代和现已进入电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能给予多种机械单片机。顾名思义，这种计算机最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常全部藏在被控机械“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机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。多种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代功效，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，单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥 控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机影子，单片机早已深深 地溶入我们每个人生活之中。 单片机能大大地提升这些产品智能性，易用性及节能性等关键性能指标，给我们生活带来舒适和方便同时，在工农业生产 上也极大地提升了生产效率和产品质量。
单片机按用途大致上可分为两大类： 1--通用型单片机 2--专用型单片机，专用型单片机是指用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好， 不能再修改单片机。比如电子表里单片机就是其中一个。 其生产成本很低。通用型单片机用途很广泛，使用不一样接口电路及编制不一样应用程序就可完成不一样功效。小到家用电器仪器仪表，大到机器设备和整套生产线全部可用单片机来实现自动化控制。
目前中国外单片机发展现实状况良好，技术比较优异和稳定有以下十多个：
1.Motorola单片机:
Motorola是世界上最大单片机厂商,品种全,选择余地大,新产品多,在8位机方面有68HC05和升级产品68HC08,68HC05有30多个系列200多个品种,产量超出20亿片. 16位单片机68HC16也有十多个品种.32位单片机683XX系列也有几十个品种。
2.Microchip 单片机:
Microchip单片机是市场份额增加最快单片机.她关键产品是16C系列8位单片机,CPU采取 RISC 结构,仅 33条指令,运行速度快,且以低价位著称。
3.Scenix单片机:
Scenix单片机I/O模块最有创意.I/O模块集成和组合技术是单片机技术不可缺乏关键方面. Scenix单片机在I/O模块处理上引入了虚拟I/O概念. Scenix单片机采取了RISC结构CPU,使CPU最高工作频率达50MHz.运算速度靠近50MIPS.
4.NEC单片机:
NEC 单片机自成体系,以 8 位机 78K 系列产量最高,也有16 位,32位单片机.16位单片机采取内部倍频技术,以降低外时钟频率.
5.东芝单片机:
东芝单片机从4位到64 位,门类齐全.4 位机在家电领域仍有较大市场.8 位机关键有 870 系列,90系列等.该类单片机许可使用慢模式,CPU内部多组寄存器使用,使得中止响应和处理愈加紧捷.
6.富士通单片机:
富士通也有 8 位,16 位和 32 位单片机,不过 8 位机使用是 16 位 CPU 内核.也就是说 8 位机和16位机指令相同,使得开发比较轻易.8位机有名是MB8900系列,16位机有MB90系列.
7.Epson单片机:
Epson企业以擅长制造液晶显示器著称,故Epson单片机关键为该企业生产LCD配套.其单片机LCD驱动做尤其好.在低电压,低功耗方面也很有特色.
8.8051单片机
最早有Intel企业推出8051/31类单片机,也是世界上使用量最大多个单片机之一.现在,8051类单片机关键有Philips,三星,华帮等企业接手.这些企业在保持和8051单片机兼容基础改善了8051很多特点.提升了速度,降低了时钟频率,放宽了电源电压动态范围,降低了产品价格.
9.Zilog单片机:
Z8 单片机是该企业产品,采取多累加器结构,有较强中止处理能力.产品为OTP型,Z8 单片机开发工具能够说是物美价廉.
10.Atmel单片机:
ATMEL企业是世界上著名高性能低功耗非易失性存放器和数字集成电路一流半导体制造企业，ATMEL企业单片机在自动化工业控制宇航设备仪器仪表和多种消费类产品中有着广泛应用前景.另外ATMAL增强型51系列单片机现在在市场上仍然十分流行,其中AT89S51十分活跃.
11.TI 企业 MSP430 系列单片机:
MSP430 系列单片机是由 TI企业开发 16 位单片机。其突出特点是超低功耗，很适合于多种功率要求低场所。经典应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。因为其较高性能价格比，应用已日趋广泛。
12.NS单片机:
COP8 单片机是美国国家半导体企业产品,该企业以生产优异模拟电路著称,能生产高水平数字模拟混合电路.COP8 单片机内部集成了 16 位 A/D。
13.STC 单片机:
STC单片机完全兼容51单片机,并有其独到之处,其抗干扰性强,加密性强,超低功耗,能够远程升级,内部有 MAX810 专用复位电路,价格也较廉价。
14.三星单片机:
三星单片机有 KS51和KS57系列4位单片机,KS86和KS88系列8位单片机,KS17 系列 16位单片机和KS32系列32位单片机。
15.凌阳单片机:
中国台湾凌阳科技股份致力于8位和16位机开发.。在系列芯片中相同片内硬件功效模块含有相同资源特点；不一样型号芯片只是对片内资源进行删减.其最大特点就是超强抗干扰。
16.华帮单片机:
华帮单片机属于8051类单片机,它们W78系列和标准8051兼容,W77系列为增强型51,对8051时序做了改善.一样时钟下速度快了不少.
17. SST 单片机:
美国 SST 企业推出 SST89 系列单片机为标准 51 系列单片机，它和8052系列单片机兼容.提供系统在线编程(ISP 功效).内部 flash 擦写次数 1 万次以上,程序保留时间可达 1.
1.2.3步进电机
步进电机是一个将电脉冲转化为角位移实施机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一个固定角度。经过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达成正确定位目标；同时也能够经过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达成调速目标。
现在，比较常见步进电动机包含反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）等。步进电动机和一般电动机区分关键就在于其脉冲驱动形式，所以，步进电动机多和现代数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度改变范围、低速性能方面全部不如传统闭环控制直流伺服电动机；所以关键应用在精度要求不是尤其高场所。步进电机关键应用在数控机床制造领域，因为其不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想数控机床实施元件。
另外，步进电动机也存在很多缺点；因为步进电机存在空载开启频率，所以步进电机能够低速正常运转，但若高于一定速度时就无法开启，并伴有尖锐啸叫声；不一样厂家细分驱动器精度可能差异很大，细分数越大精度越难控制；而且，步进电机低速转动时有较大振动和噪声。赞同
2.方案叙述
本文采取单片机AT89C52作为系统关键控制器件，经过光电传感器采集数据（数字信号），经单片机依据接收到信号来控制步进电机转动方向及步数，并依据光线改变自动调整窗帘开度。
2.1方案设计说明
考虑到自动窗帘成本和巨大市场空间，本文提出一个方案，应用光控原理工作，光亮在一定程度窗帘自动打开，光线变暗窗帘自动关闭，实现光控电动自动窗帘设计，成本低，环境保护且方便使用。实现框图图1所表示：
光敏
电阻
采集
光强
电路

单片机

驱动电机芯片

步进电机正反转控制窗帘开闭

图1：本设计实现方框图
该系统含有抗干扰能力强、结构简单、性能稳定,成本低廉,利于推广等特点,能够满足智能家居需求,含有良好市场应用前景.
2.2方案选择说明
论文设计关键控制器选择是AT89C52单片机，光线采集选择光电传感器ULN3330。它输出单片机能读入数字信号，然后由L298驱动芯片驱动步进电机转动，调整其转动角度。电机选择比较轻易进行角度调整步进电机，单片机和步进电机之间连接采取L298驱动器，它是一个两相和四相步进电机专用驱动芯片。
2.2.1 硬件方案选择说明
硬件电路绘图平台为PROTEL软件， 所用元器件在其上绘出，比如AT89C52微控制器、电机驱动芯片L298、42BYG系列步进电机、电阻、电容、按键、肖特基二极管、转换开关等。
逻辑框图图2所表示。

光电
传感器
步进电机
步进电机
驱动器

单
片
机

图2.系统硬件电路设计
光检测模块
选择集成光电传感器ULN3330，当器件顶部受到大于50 Lx[4]光照时就输出高电平，负载上没有电流；当光照不足45 Lx时，器件就输出低电平，负载上有电流经过。
单片机模块
选择MCS-51单片机系列，AT89C52单片机。
步进电机驱动模块
选择步进电机专用驱动芯片L298,采取L298，经过单片机I/O输入改变芯片控制端电平，即能够对电机进行正、反转、停止操作。
步进电机选择
步进电机步距角选择1.8度/步（四相电机）。
2.2.2软件方案设计说明（主控程序步骤图）
软件开发平台为Keil软件，用C语言编写具体程序代码。主控程序步骤图图3所表示。

开始
数字信号送入单片机
高电压？
正转
反转
抵达顶部？
是
否
是
抵达底部？
停止
是
否
否
光敏传感器ULN3330

图3：主控程序步骤图
3.硬件设计
3.1 光电传感器信号采集模块设计
3.3.1 光电传感器ULN3330介绍
光电传感器按输出信号有开关型和模拟型， 开关型用于转速测量、 模拟开关、 位置开关等；模拟型用于光电式位移计、 光电比色计等。 光电检测必需含有光源、 被测物和光电元件。
ULN3330是美国摩托罗拉企业生产集成光电传感器。 它是一个新奇光电开关， 将光敏二极管、 低电平放大器、 电平探测器、 输出功率驱动器和稳压电路等五部分全部集成在了一块1×1.8(mm×mm)硅片上， 形成一个含有驱动能力光敏功率器件。 该器件可用于众多使用光敏器件场所， 使光敏器件应用变得更简单、 可靠。
ULN3330内电路框图图4所表示。光敏二极管光敏区域约为1.1×1.1(mm×mm)，峰值波长为880 nm。 当它受到光照时，会产生微安数量级光电流。低电平放大器是一个低噪声小电流放大器，能对微安级光电流进行放大、电平位移，最终输出可供电平探测器进行判别电平。 电平探测器是由施密特电路组成，它含有约20％“滞后”特征。 输出功率驱动器是NPN中功率晶体管，最大可经过100 mA电流，能够直接驱动多种负载。 稳压电路可确保当电压在4～15 V范围内改变时电路也能稳定地工作。ULN3330接上电源和负载后， 不需要其它元件就能工作。当器件顶部受到大于50 Lx光照时， 就输出高电平，负载上没有电流；当光照不足45 Lx时，器件就输出低电平，负载上有电流经过。

ULN3330各引脚说明
脚USS----接地端
脚OUT PUT----输出端
脚UDD----+12V电源输入端

图4 ULN3330内部电路原理图

表1 ULN3330电参数
3.1.2 传感器信号采集模块设计
因为光电传感器ULN3330直接输出数字信号，所以和单片机连接电路之间无需模数转换电路。
ULN3330控制电路基础思绪：
光照强度
OUTPUT输出端
窗帘开合状态
E>50LX
高电平1
打开
E<45LX
低电平0
关上

表2 光照强度和窗帘状态关系
下面两图即为光电传感器ULN3330模块电路连接图：
左图：
光电传感器输出端OUTPUT接单片机P3.0口，输出端高低电平就送到单片机口，电源端接+12V直流电压，VSS端接地。
当外界逐步变亮，光电传感器件顶部受到大于50 Lx光照时，就输出高电平，经单片机后由驱动电路L298驱动步进电机正转，窗帘打开，当光电传感器件顶部光照不足45 Lx时，光电传感器件就输出低电平。经单片机后由驱动电路L298驱动步进电机反转，窗帘闭合。
右图：
用开关模拟光电传感器，开关一端接单片机P3.0口，另一端为接地端，单片机上电后其端口为高电平，所以当开关断开时，P3.0口即为高电平，窗帘打开。当开关闭合时，开关接地，P3.0口为低电平，窗帘闭合。
下图即为光电传感器ULN3330电路连接图：

图5 ULN3330和单片机连线图

图6 PROTUES中连线图
说明：要用PROTUES软件仿真，因其中器件库中没有光敏这块，用开关替换，左图为光电传感器在单片机上连接图，右图为用开关替换光电传感器在和单片机连接图。
3.2 单片机信号处理模块设计
3.2.1 MCS-51单片机结构
单片机全称单片微型计算机，顾名思义，它指是一个单硅片上集成微型计算机关键功效部件集成芯片。单片机出现要归功和大规模集成电路技术发展，就组织和功效而言，它如一个微型计算机系统，内部集成了中央处理器，随机数据存放器、只读程序存放器、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路和串行通信接口等关键功效部件。这里51单片机指是Intel企业MCS-51系列单片机，属于这一系列单片机芯片有很多个，如8051/8052、8031/8032、8752/8751等，她们基础组成、基础性能、指令系统全部是相同。
（1）MCS-51单片机内部结构
单片机是在一块芯片中继承了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多功效I/O接口等计算机所需要基础功效部件大规模集成电路，又称MCU。51系列单片机内包含下列多个部件：
·1个8为CPU。
·1个片内振荡器立即钟电路。
·4KB ROM程序存放器。
·128B RAM数据存放器。
·可寻址64KB外部数据存放器和64KB外部程序存放器控制电路。
·32条可编程I/O线（4个8位并行I/O接口）。
·2个16位定时/计数器。
·1个可编程全双工串行接口。
·5个中止源、2个优先级嵌套中止结构。
51系列单片机内部结构图图7所表示，各个功效部件由内部总线连接在一起。程序存放器部分用ROM替换即为8051/8052；用EPROM替换即为8751/8752；若去掉ROM即为8031/8032；用FLASH EPROM替换即为89C51/89S52。

基准频率源 脉冲技术输入
外部中止 控制 并行I/O接口 串行输入 串行输出
图7 MCS-51单片机内部结构框图
（2）引脚功效
有总线扩展51单片机有44个引脚方形封装形式和40个引脚双列直插式封装形式，本文用40个引脚双列直插式封装形式， 40个引脚封装引脚图图8，各引脚功效说明以下。
AT89C52引脚:
A T89C52单片机40脚

哥 G ND 2
XTAL1, XTAL2 2
RESET 1
EA/Vpp 1
ALE/PROG 1
PSEN 1
P0.0—P0.7 8
P1.0—P1.7 8
P2.0—P2.7 8
P3.0—P3.7 8

图8 AT89C52单片机引脚图

·GND：接地端。
·VCC：电源端，接+5V。
·XTAL1：接外部晶体一个引脚。CHMOS单片机采取外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。
·XTAL2：接外部晶体一个引脚。HMOS单片机采取外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。
·RST：①复位信号输入。②VCC掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部RAM中数据。
·ALE/RPOG：①地址锁存许可。当单片机访问外部存放器时，该引脚输出信号ALE用于锁存P0端口低8位地址。ALE输出频率为时钟振荡频率1/6。②对8751单片机片内EPROM编程时，编程脉冲由该引脚接入。
·PSEN：程序存放器许可。输出读外部程序存放器选通信号。取指令操作期间，PSEN频率为振荡频率1/6；但若此期间有访问外部数据存放器操作时，则有一个机器周期中PSEN信号将不出现。
·EA/VPP： ①EA=0，单片机只访问外部程序存放器。对8031单片机此引脚必需接地。EA=1，单片机访问内部程序存放器。对于内部有程序存放器8XX51单片机，此引脚应接高电平，但若地址值超出4KB范围，单片机将自动访问外部程序存放器。②在8751单片机内EPROM编程期间，此引脚接入21V编程电源VPP。
·P0.0～P0.7: P0数据/低八位地址复用总线端口。含有双重功效：①能够作为输入/输出口，外接输入/输出设备。②在有外接存放器和I/O接口时常作为低8位地址/数据总线，即低8位地址和数据线分时使用P0口。此低8位地址由ALE信号下跳沿使它锁存到外部地址锁存器中，尔后，P0口出现数据信息。
·P1.0～P1.7：P1静态通用端口。含有单一接口功效，P1口每一位全部能作为可编程输入或输出口线。
·P2.0～P2.7：P2高八位地址总线动态端口。含有双重功效：①作为输入/输出口使用，外接输入/输出设备。②在有外接存放器和I/O接口时，作为系统地址总线，输出高8位地址，和P0口低8位地址一起组成16位地址总线。对于内部无程序存放器单片机来说，P2口只作为地址总线使用，而不作为I/O接口。
·P3.0～P3.7：P3双功效静态端口，①能够作为输入/输出口，外接输入/输出设备。②作为第二功效使用
时，每一位功效定义如表3所表示

端口引脚
端口引脚
第二功效
P3.0
RXD(串行输入线)
P3.1
TXD(串行输出线)
P3.2
INT0（外部中止0输入线）
P3.3
INT1（外部中止1输入线）
P3.4
T0（定时器0外部计数脉冲输入）
P3.5
T1（定时器1外部计数脉冲输入）
P3.6
WR(外部数据存放器写选通信号输出)
P3.7
RD(外部数据存放器读选通信号输出)

表3 P3口第二功效说明
(3)单片机本身微小电路

图9 单片机微小系统连线图
上图为单片机小系统，包含片内振荡电路和复位电路。
片内振荡电路：通常外接一个晶振，两个电容， 电容值取值范围15~45pf,取值范围晶振值0~24MHZ。时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机全部运动和控制过程全部是在统一时序脉冲驱动下进行，时钟电路好比人心脏，假如人心脏停止工作，则人就没有生命了，一样，假如单片机时钟电路停止工作，那么单片机也就停止运行了。
复位电路：当振荡器运行时，在此引脚上出现2个机器周期以上高电平使单片机复位，通常在此引脚和VSS之间接一个下拉电阻，和VCC引脚之间接一个电容，单片机复位后，从程序存放器0000H单元实施程序，并初始化部分专用寄存器为复位状态值。本文中单片机复位电路连接如上图：外接一个10μf电容和10KΩ电阻，分为上电复位电路和手动&上电复位电路，本文用是手动&上电复位电路。
3.3 实施单元模块设计

3.3.1 驱动电机部分&&行程开关
（1）L298芯片介绍
L298 为意大利SGS半导体企业生产双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一个二相和四相步进电机专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下步进电机，且能够直接透过电源来调整输出电压；此芯片可直接由单片机IO端口来提供模拟时序信号， L298 之接脚图9 所表示， OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间接步进电机；input1~input4 输入控制电位来控制电机正反转；Enable 则控制电机停转。本文关键采取L298驱动芯片，经过单片机I/O输入改变芯片控制端电平，即能够对电机进行正反转，停止操作。

图10 L298内部逻辑图
输入引脚和输出引脚逻辑关系表（ENB引脚和ENA引脚同）：
L298功效引脚模块
ＥNＡ
IN1
IN2
运转状态
0
×
×
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
1
1
1
刹停
1
0
0
停止
表 4 L298功效引脚模块

图11 L298引脚图
（2）芯片（采取powerso20封装）引脚说明：
+5V：芯片电压5V。功率电源电压,此引脚和地必需连接100nF电容器
VCC：电机电压，最大可接50V。逻辑电源电压。 此引脚和地必需连接100nF电容器
GND：共地接法。
EnA，EnB:接控制使能端高电平有效，ENA、ENB分别为 IN1和IN2、IN3和IN4使能端。
IN1~ IN4：输入控制电平，控制电机正反转,输入端电平和输出端电平是对应。
OUT1~ OUT4：输出端，接电机。
L298需要从外部接两个电压，一个是给电机，另一个给L298芯片。

图12 双四拍模式波形图
（3）位置开关（行程开关）
步进电机正转或反转位置末端分别安装行程开关，当窗帘运动到末端位置时会碰到行程开关，使开关常开触头闭合，一旦常开触头闭合，电机就停止正转或反转。当日亮或天暗时，步进电机会反方向运动，开关障碍物去除，常开触头恢复，由此实现步进电机末端停止控制，没有碰到常开触头，电机会一直运转，这么也可使窗帘拉到极限位置，很好确保了室内私密性性能。
位置开关（又称限位开关）一个，是一个常见小电流主令电器。利用机械运动部件碰撞使其出头动作来实现接通或断开控制电路，达成一定控制目标，用以控制其行程、进行终端限位保护。通常，这类开关被用来限制机械运动位置或行程，使运动部件暗特定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。
在电气控制系统中，位置开关作用是实现次序控制、定位控制和位置状态检测。用于控制机械设备行程及限位保护。通常限位开关由操作头、触点系统和外壳组成。
在实际生产中，行程开关被安装在预先定好位置，当安装在机械运动部件上模块撞击行程开关时，行程开关触点动作，实现电路切换，所以说，行程开关是一个依据运动部件行程位置而切开电路开关，其作用原理和按钮相同。
行程开关能够安装在相对静止物体（如固定架、门框等，简称静物）上或运动物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物靠近静物时，开关连杆驱动开关接点引发闭合接点分断或断开接点闭合。由开关接点开、合状态改变去控制电路和机构动作
本文选择是直动式行程开关。
直动式行程开关动作原理同按钮类似，所不一样是：一个是手动，另一个则由运动部件撞块碰撞。当外界运动部件上撞块碰压按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，其触头自动复位。

1：推杆　
2&4：弹簧
3：动断触点
5：动合触点

图13 直动式位置开关示意图
3.3.2 步进电机选择
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制元件。在非超载情况下，电机转速、停止位置只取决于脉冲信号频率和脉冲数，而不受负载改变影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。本文选择是混合式步进电机，混合式步进电机是混合了永磁式和反应式优点。它又分为两相和五相：两相步进角通常为1.8度，五相步进角通常为0.72度，这种步进电机应用最为广泛。
（1）表5步进电机动态指标：
步距角精度
步进电机每转过一个步距角实际值和理论值误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不一样运行拍数其值不一样，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
失步
电机运转时运转步数，不等于理论上步数。称之为失步。
失调角
转子齿轴线偏移定子齿轴线角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生误差，采取细分驱动是不能处理。
最大空载起动频率
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载情况下，能够直接起动最大频率。
最大空载运行频率
电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载最高转速频率。
运行矩频特征
电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩和频率关系曲线称为运行矩频特征，这是电机很多动态曲线中最关键，也是电机选择根本依据。以下图所表示：
　其它特征还有惯频特征、起动频率特征等。
　电机一旦选定，电机静力矩确定，而动态力矩却不然，电机动态力矩取决于电机运行时平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机频率特征越硬。 要使平均电流大，尽可能提升驱动电压，使采取小电感大电流电机。
　电机共振点
　步进电机全部有固定共振区域，二、四相感应子式步进电机共振区通常在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统噪音降低，通常工作点均应偏移共振区较多。
电机正反转控制
对于四相步进电机来说，电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB时为反转。
（2）步进电机控制波形（PWM信号）
单四拍、双四拍和八拍工作方法电源通电时序和波形分别图11.a、b、c所表示：

a. 单四拍 b. 双四拍 c.八拍
图11.步进电机工作时序波形图
（3）本文中步进电机用42BYG（250）系列混合式步进电动机.
表6 步进电机规格
驱动方法
恒流斩波驱动
励磁方法
2相励磁(四相四拍运行).可正反向旋转
转向
按AB-BC-CD-DA次序通电
额定电流(单相)
0.4A DC
额定电压
12V
步距角
1.8°，四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步）
绝缘等级
B级绝缘
表7 步进电机参数
工作条件
环境温度:-24～60℃;相对湿度: 90％MAX;安装位置:轴水平或垂直安装
绕组直流电阻(20℃)
30Ω±10％
绕组电感
32mH±20％
定位转矩
11.8mN.m REF
保持转矩
≥210mN.m(I=0.4A)
最大空载起动频率
≥pps
最大空载运行频率
≥3000pps
温升(两相同时通以额定电压12V)
﹤80 K；
步距角精度
1.8°±0.09°
转动惯量
38g.cm2
重量
0.20Kg REF
轴向间隙
≤0.08mm
径向间隙
≤0.02mm
轴伸径向图跳动
≤0.025mm
安装配合面垂直度
≤0.03mm
安装配合面同心度
≤0.05mm
电机定子铁芯和接线端子间冷态绝缘电阻应大于100MΩ(用DC500V兆欧表测量)；

3.3.3 实施单元模块电路连接
（1）电机驱动电路连接
本文关键采取L298，经过单片机I/O输入改变芯片控制端电平，改变绕组脉冲信号次序即可对电机实现正反转。
L298输入引脚和单片机P1.0~P1.3口分别相连，IN1~IN4引脚从单片机输入控制电平，控制步进电机正反转，OUT1~OUT4分别接步进电机四个相线，ENA、 ENB接控制使能端控制步进电机转、停。当ENA、 ENB同时接高电平时L298芯片是工作，即使能端有效，控制IN1~IN4引脚电平频率即可控制步进电机转速。芯片输出引脚分别接2个续流二极管，起到保护电路作用。芯片VCC和VSS引脚和地必需连接100nF电容器，图中0.1μF和100μF电容并联即为100nf。
对本自动系统设计还必需满足用户想要窗帘停某一位置停下来需求，为此设计了步进电机停止开关，为简化程序，愈加利用L298芯片本身功效，本文采取了一个单刀双掷开关SW1，开关一端接使能端ENA、 ENB，另两端一段接+5V电源，为芯片使能端提供高电平，另外一端接地，限制使能端使用，当开关接到地时，两个使能端接地，L298芯片不再起作用，电机停止运动，由此达成停止目标。
电机控制窗帘两个极限位置------窗帘两端，要能使电机停下来，这一问题处理有两种方案，一个是计算步进电机在窗帘开合长度中所要转圈数，依据步进电机本身步长计算电机转数，写入程序里进行控制，还有一个是利用行程开关进行控制，当窗帘走到极限位置时会碰到行程开关，使行程开关闭合，这里行程开关是接地和使能端，开关闭合就是关闭使能端，电机停止转动，分析比较这两种方案，认为后一个较为简便且使居室严密性得到确保，因为受限于步进电机本身正确度和丢步失步现象，电机难免不会在某一时刻出现丢步，是窗帘在还没完全拉合状态下停止。
行程开关控制步进电机极限位置停止：天亮时，光敏传感器接收到高电平，依程序所设步进电机正转，顺时针转动，窗帘以某一速度被慢慢拉开，走到极限位置时，窗帘碰到右端行程开关SW3，开关闭合使能端关闭，