基于单片机的光控自动窗帘控制新版专业系统设计项目说明指导书.docx

计算机控制技术课程设计说明书光感自动窗帘控制系统学生姓名： 张 静 学号： 学 院： 专 业： 电气工程及其自动化 指导老师： 1月摘要伴随生活水平提升，智能家居越来越被大家关注。智能窗帘也伴随科技发展悄然兴起，它不仅含有窗帘优雅美观特点，而且还能提供智能化服务，使家居生活愈加舒适、温馨和贴心。本文设计是基于单片机控制系统智能窗帘。它含有光感、红外遥控、温度显示、定时等功效。该窗帘能够依据外界光亮程度来控制窗帘开启，从而达成调整室内光线，同时还提供按键来控制窗帘关合。为了方便用户使用，增设定时模块，用户可依据本身需要对某段时间，设置窗帘开启程度。当定时结束，窗帘自动切换到光感模式实现对室内光线控制。同时，还增设温度显示，使用户能够了解温度情况。关键词：智能窗帘：红外遥控；光感控制；单片机目 录第1章 绪论11.1 设计背景和意义11.2 本设计内容11.3 存在关键问题21.3.1 光感功效实现21.3.2 遥控功效实现2第2章 总体方案设计42.1 主控制系统CPU42.2 窗帘结构安装及电机选择62.2.1 窗帘结构安装62.2.2 步进电机选择62.3 硬件总体方案72.3.1方案设计说明82.3.2方案选择说明83.1 光电传感器信号采集模块设计103.3 实施单元模块设计17第4章 系统软件设计234.1 程序步骤234.2 程序设计245课程设计体会26参考文件27附录 硬件电路图28第1章 绪论1.1 设计背景和意义二十一世纪是信息化世纪，多种电信和互联网新技术推进了人类文明巨大进步。利用优异计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将和家居生活相关多种子系统，有机地结合在一起，经过统筹管理，让家居生活愈加舒适、安全、有效。在现代社会，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。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。单片机控制自动窗帘控制系统，既能处理天天手动拉开和关上窗帘不便，又显示出了生活档次，同时还能够依据光线明暗来自动控制窗帘开关，以调整室内光线，更深入地满足了大家享受要求。同时，遥控和定时组合控制，能够让大家在需要时段内，方便、快捷使用。自动控制窗帘系统推广和应用含相关键现实意义，它改变了大家生活方法，单片机控制自动窗帘控制系统含有丰富智能化功效，为家庭用户营造一个高效、舒适、便利居住环境，给大家日常生活带来了极大地方便。自动控制窗帘系统又牵扯一大批产业，单片机控制自动控制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，必将吸引大批各类企业介入，从而牵动一大批产业发展。1.2 本设计内容关键设计内容：窗帘结构设计、窗帘安装布局设计、控制系统软件设计和硬件选择。窗帘结构设计：在现代审美观念中，大家往往追求整体美观，同时窗帘作为整体家居环境一部分，它结构和尺寸大小有一定限制。为了满足大家对美追求，在设计过程中采取硬度高、质量轻铝合金材料来制作窗帘整体框架。窗帘安装布局设计：窗帘光感模块依靠两个光感模块和三个限位开关来实现。对于不一样尺寸窗帘，可依据实际情况改变限位开关距离来实现控制。控制系统软件设计：智能窗帘智能化表现在其本身光控部分，当大家在室内休息、工作时候，因为外界光线强度改变，可能给在室内大家造成不适，而光控刚好处理了这一缺点。只要事先设置好光感强度，程序就可依据这个光线改变而实现窗帘开合，从而改变室内光线强度，给大家一个舒适、温馨环境。系统定时部分可提供任何状态下12个小时定时功效，在定时结束后，系统自动恢复到光感模式，同时用户也可在未到时间情况下重新开启光感模式。本系统还可提供温度时时检测，时刻提醒用户注意温度改变。1.3 存在关键问题1.3.1 光感功效实现光感部分关键可分成光感检测和光感实施两部分。光感检测依靠是光敏电阻使用。光敏电阻可分成暗电流和亮电流两部分。暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量电阻值，称为暗电阻，此时在给定电压下流过电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下阻值，称为该光照下亮电阻，此时流过电流。光敏电阻暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这么光敏电阻灵敏度越高。实用光敏电阻暗电阻往往超出1M,甚至高达100M，而亮电阻则在几k以下，暗电阻和亮电阻之比在102106之间，可见光敏电阻灵敏度很高。而本设计中在光感电路加入一个滑动电阻，用户可依据当地光线实际情况来改变光感元件对光线敏感程度，从而达成完美控制目标。光感实施部分关键包含一个直流电机和三个限位开关来实现。当光敏电阻判定光线强度改变时，电机按对应方向转动。以光线程度变强为例，电机向窗帘关合方向运动，当绕绳碰到某一限位开关时，电机停止转动。再进入另一光敏电阻判定，假如还是超出设定位置，电机继续以同方向转动，碰到行程开关停止。1.3.2 遥控功效实现遥控器使用方便，功效多。现在已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等多种家用电器中，且价格廉价，市场上很轻易买到。假如能将遥控器上很多按键解码出来，用作单片机系统输入，则处理了常规矩阵键盘线路板过大、布线复杂、占用IO口过多弊病。而且经过使用遥控器，操作时可实现人和设备分离，从而愈加方便使用。红外线是一个波长为950nm光，超出人类可视光谱范围，所以是不可见。这也是我们用它来做遥控原因之一，另一个原因就是红外线很轻易人工生成，成本低廉。即使人眼不能直接看到红外线，不过经过摄像机或数码相机，我们就能在图片里看到它们。不幸是我们周围有很多红外源。太阳是最大红外源，其它比如灯泡，蜡烛，中央加热系统，甚至是我们身体全部是红外源。实际上，只要是发烧物体，就会发射红外线。所以我们必需采取部分方法来预防我们控制信号受到干扰，采取调制能够使我们控制信号免受干扰。经过调制，我们把红外线以特殊频率发射，然后红外接收设施以相同频率来接收，从而避免干扰。第2章 总体方案设计2.1 主控制系统CPU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。单片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。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。 目前中国外单片机发展现实状况良好，我们依据单片机技术优异性和稳定性制订了以下多个方案：方案一：STC单片机STC企业单片机关键是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快812倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强. 其中，STC企业推出了了STC89系列单片机，增加了大量新功效，提升了51性能，是MCS51家族中佼佼者。STC89系列单片机是MCS-51系列单片机派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上和标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列和8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速(最高时钟频率90MHz)，低功耗，在系统/在应用可编程(ISP，IAP),不占用户资源。方案二：MOTOROLA单片机 MOTOROLA是世界上最大单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多是其特点，在8位机方面有68HC05和生级产品68HC08，68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超出20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品种，年产量在1亿片以上。生级产品有68HC12。16位机68HC16也有十多个品种。32位单片机683XX系列也有几十个品种。多年来，以PowerPC、Coldfire、M.CORE等为CPU，将DSP未为辅助模块集成单片机也纷纷推出，现在仍是单片机首选牌品。MOTOROLA单片机特点之一是在一样速度下所用时钟频率较Intel类单片机低得多，所以使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适适用于工控领域及恶劣环境。MOTOROLA8位单片机过去策略是以掩膜为主，最近推出OTP计划以适应单片机发展趋势，在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面全部胜过ARM7。方案三：Scenix单片机 Scenix单片机I/O模块有新意。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。除传统I/O功效模块如并行I/O、URT、SPI、I2C、A/D、PWM、PLL、DTMF等，新I/O模块不停出现，如USB，CAN、J1850，最具代表性是MOTOROLA32位单片机，它集成了包含多种通信协议在内I/O模块，而Scenix单片机在I/O模块处理上引入虚拟I/O新概念。Scenix采取了RISC结构CPU，使CPU最高工作频率达50MHz。运算速度靠近50MIPS。有了强有力CPU，多种I/O功效便能够用软件措施模拟。单片机封装采取20/28引脚。企业提供多种I/O库函数，用于实现多种I/O模块功效。这些用软件完成模块包含多路UART、多个A/D、PWM、SPI、DTMF、FSK、LCD驱动等，这些全部是通常见硬件实现起来也相当复杂模块。综合比较三个方案，方案一工具好用，DEMO易搞，成本偏低，所以此次选择是AT89C52单片机。这是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有8K 在系统可编程Flash 存放器。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C52 产品指令和引脚完全兼容。同时含有8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口，片内晶振立即钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作。掉电保护方法下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。 图2.1 89C52图2.2 窗帘结构安装及电机选择2.2.1 窗帘结构安装家居窗帘不仅要美观，而且得低噪音，高稳定性。所以采取在滑线上缚有一或二只永磁体，和之相对应有一或二只吊环是磁性材料制成，滑线上缚有永磁体，在封闭帘杆内腔运行，而吊环全部套在帘杆外周或嵌进下部开缝内，永磁体用磁力透过帘杆牵引吊环，这种新型电动窗帘滑线不外露，不会蒙尘和缠绕，能够电动手拉兼容。 图2.2 窗帘结构示意图2.2.2 步进电机选择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。 型 号峰值堵转最大空载转数（r/min）转矩（N.m） 电流（ A） 电 压（V）功率（W）GW31ZY-63 7.5 1.5 12 18 63表2.3 直流电机参数本设计采取是12V来直流电机驱动，计算转数和扭矩以下：按上表参数计算电机在9V下扭矩，N=最大空载转数（运行电压峰值电压）=63（912）=47.25r/minM=峰值堵转扭矩（运行电压峰值电压）=7.5(912)=5.625N.m 在9V状态下，电机产生5.625扭矩足以带动绕绳转动。 2.3 硬件总体方案硬件设计好坏决定整个方案成功是否，所以在硬件设计时，在实现功效情况下电路设计越简单越好，这么才能确保这个系统稳定运行。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。2.3.1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2.4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2.4 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.2.3.2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L293D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L293D驱动器，它是一个两相和四相步进电机专用驱动芯片。2.3.3 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L293D、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2.5所表示。图2.5 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 Lx4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L293D,采取L293D，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）。2.4 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2.6所表示。图2.6 主控程序步骤图第3章 硬件电路设计3.1 光电传感器信号采集模块设计3.1.1 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11.8(mmmm)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。光敏二极管光敏区域约为1.11.1(mmmm)，峰值波长为880 nm。 当ULN3330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415 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。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E50LX 高电平1打开E45LX 低电平0关上 表3.1 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：图3.2：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L293D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L293D驱动步进电机反转，窗帘闭合。图3.3：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3.2 ULN3330和单片机连线图图3.3 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3.3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3.4 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3.4，各引脚功效说明以下。 哥 GND 2 XTAL1, XTAL2 2RESET 1EA/Vp 1ALE/PROG 1PSEN 1P0.0P0.7 8P1.0P1.7 8 P2.0P2.7 8P3.0P3.7 8图3.5 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：复位信号输入。VCC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：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。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： EA=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。在8751单片机内EPROM编程期间，此引脚接入21V编程电源VPP。P0.0P0.7: P0数据/低八位地址复用总线端口。含有双重功效：能够作为输入/输出口，外接输入/输出设备。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。P1.0P1.7：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。P2.0P2.7：P2高八位地址总线动态端口。含有双重功效：作为输入/输出口使用，外接输入/输出设备。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。P3.0P3.7：P3双功效静态端口，能够作为输入/输出口，外接输入/输出设备。作为第二功效使用时，每一位功效定义如表3.6所表示单片机端口外围电路P0.0-P0.7,P2.0-P2.2屏幕显示模块P2.5-P2.7电机驱动模块P2.3-P2.4光感模块P1.0-P1.2，P1.3-P1.533矩阵按键模块P1.6-P1.7，P3.0定位开关模块P3.2红外线P3.3温度模块P3.7蜂鸣器表3.6 P3口第二功效说明(3)单片机本身微小电路图3.7 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1545pf,取值范围晶振值024MHZ。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。3.3 实施单元模块设计3.3.1 驱动电机部分&行程开关（1）L293D芯片介绍L293D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，L293D 之接脚图3.8所表示， OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间接步进电机；input1input4 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L293D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3.8 L293D内部逻辑图输入引脚和输出引脚逻辑关系表如表3.9（ENB引脚和ENA引脚同）：L293D功效引脚模块NIN1IN2运转状态0停止110正转101反转111刹停100停止表3.9 L293D功效引脚模块（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。L293D需要从外部接两个电压，一个是给电机，另一个给L293D芯片。图3.10 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。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。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L293D，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。L293D输入引脚和单片机P1.0P1.3口分别相连，IN1IN4引脚从单片机输入控制电平，控制步进电机正反转，OUT1OUT4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L293D芯片是工作，即使能端有效，控制IN1IN4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0.1F和100F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L293D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，L293D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，电机停止转动。当日暗时，光敏传感器输出低电平，电机要逆时针转动了，窗帘打开，障碍物去除，开关断开，使能端打开，电机反转，一样电机反转碰到左边行程开关SW4时，开关闭合，使能端关闭，电机停止转动。鉴于上述考虑，我们小组设计电路图如3.11所表示：图3.11 L293D控制电机电路 第4章 系统软件设计4.1 程序步骤51单片机开发除了需要硬件支持外，一样离不开软件。CPU真正可实施是机器码，用汇编语言或C语言等高级语言编写源程序必需转为机器码才能被实施，转化方法有手动汇编和机器汇编两种，前者已极少使用，机器汇编是经过汇编软件将源程序转换为机器码编译方法。这种汇编软件称为编译器，keil是现在最流行51单片机开发软件，keil提供了一个集成开发环境uVision,它包含编译器、宏汇编、连接器、库管理、和一个功效强大仿真调试器。这么，在开发应用软件过程中，编辑、编译、汇编、连接、调试等各个阶段全部集中在一个环境中。先用编译器编写程序、接着调用编译器进行编译，连接以后即可直接运行。这么免去了过去先用编译器进行编译，再退出编辑状态进行编译，调试后又要调用编译器反复过程。所以能够缩短开发周期。所以我所选择软件开发平台为Keil软件，用C语言编写具体程序代码。主控程序步骤图图4.1所表示。图4.1主控程序步骤图4.2 程序设计#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code ffw=0xfc,0xf6,0xf3,0xf9 ; /2相励磁正转表uchar code rev=0xf9,0xf3,0xf6,0xfc ; /2相励磁反转表sbit k1=P30; /定义K1开关void delay(uint x) /延时函数 uchar i; while(x-) /i=x即延时约x毫秒 for(i=0;i60;i+);/*以下是步进电机正转函数*/void setp_motor_ffw()P1=ffw3; /取正转数据delay(250); P1=ffw2;delay(500);/*以下是步进电机反转函数*/void setp_motor_rev() P1=rev2; /取反转数据delay(250);P1=rev1;delay(500);/* 主程序 */void main()while(1)/电机转m圈 if(k1=1)/K1送入高电平 delay(10); if(k1=1) setp_motor_ffw();/调用电机正转函数 else/K1送入低电平 delay(10);if(k1=0) setp_motor_rev(); /调用电机反转函数 5 课程设计体会 课程设计是培养学生综合利用所学知识,发觉,提出,分析和处理实际问题,锻炼实践能力关键步骤,是对学生实际工作能力具体训练和考察过程.伴随科学技术发展日新日异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃领域， 在生活中能够说得是无处不在。所以作为二十一世纪大学来说掌握单片机开发技术是十分关键。回顾起此次计算机控制技术课程设计，至今我仍感慨颇多，在整整两星期日子里，能够说得是苦多于甜，不过能够学到很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识