基于單片機(jī)的智能型家居窗簾控制電路的設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能型家居窗簾控制電路的設(shè)計(jì)摘 要本文首先介紹了智能家居的基本知識(shí)及其應(yīng)用前景，接著著重介紹了開發(fā)單片機(jī)控制的紅外線遙控窗簾系統(tǒng)所用到的集成芯片stc89c52、l7805穩(wěn)壓芯片、lcd1602液晶顯示屏、ds1302時(shí)鐘芯片、at24c02存儲(chǔ)芯片、28byj_48步進(jìn)電機(jī)、hs0038紅外線接收電路等硬件的結(jié)構(gòu)原理。本文采用分塊的模式，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，分別給出了系統(tǒng)方案原理框圖、電源電路、顯示電路、時(shí)鐘ds1302電路、外擴(kuò)存儲(chǔ)電路、電機(jī)控制電路、紅外線接收電路，并對(duì)相應(yīng)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)的闡述。軟件的編寫思路也是采用分塊的模式，分別寫出了lcd1602液晶

2、顯示程序、ds1302時(shí)鐘芯片控制程序、時(shí)間調(diào)整與定時(shí)程序、步進(jìn)電機(jī)控制程序、hs0038紅外線解碼程序、at24c02控制程序、光控程序的編寫思路，每一模塊都畫出了其方框圖，一目了然。最后通過(guò)仿真調(diào)試，時(shí)鐘，手動(dòng)開關(guān)窗簾等控制方面的設(shè)計(jì)上基本達(dá)到了預(yù)期目的。當(dāng)然，該系統(tǒng)在一些細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上還需要不斷的完善和改進(jìn)。關(guān)鍵詞：stc89c52rc單片機(jī)；ds1302時(shí)鐘芯片；紅外遙控；lcd1602；窗簾 abstract at first, this paper introduces the basic knowledge of the smart home and its application

3、 prospect, and then introduces the development of single-chip microcomputer control of infrared remote control curtain system used by the integrated chip stc89c52, l7805 voltage chip, lcd1602 lcd display, ds1302 clock chip, 28 byj_48 stepper motor,at24c02 storage chip, hs0038 infrared receiving circ

4、uit, etc. hardware structure principle,based on the block model, this paper give an analysis to the hardware circuit design of the whole system.it respectively presents the system principle block diagram, power supply circuit, display circuit, clock ds1302 circuit , outside enlarge storage circuit ,

5、 motor control circuit, infrared receiving circuit and gives a corresponding explanation of the related circuit design. writing ideas of software adopt the block pattern too . they write down the compile thoughts of the lcd1602 lcd display program, ds1302 clock chip control procedures, time adjustme

6、nt and timing, stepper motor control procedures, hs0038 infrared decoding procedures, at24c02 control procedures . every module draws the very block diagram ,which is clear at a glance . finally,via simulation and debugging ,the design of the control aspects such as the clock , the manual switch cur

7、tain has basically reached the expected purpose . of course , the system requires constant perfection and improvement on some detail designs .key words：stc89c52rc singlechip；ds1302 clock chip；infrared remote control；lcd1602；curtain目錄摘 要iabstractii1 緒言11.1 課題背景11.2 課題的研究方向12 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)方案確定22.2 模

8、塊器件選擇22.2.1 stc89c52rc單片機(jī)22.2.2 lcd1602液晶顯示屏52.2.3 ds1302時(shí)鐘芯片53 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)63.1 單片機(jī)時(shí)鐘電路63.2 單片機(jī)復(fù)位電路63.3 電源電路73.4 顯示電路73.4.1 lcd1602管腳介紹83.4.2 lcd1602操作時(shí)序83.4.3 lcd1602指令集83.5 ds1302時(shí)鐘電路93.5.1 ds1302簡(jiǎn)介93.5.2 ds1302芯片引腳93.5.3 ds1302內(nèi)部寄存器103.5.4 ds1302數(shù)據(jù)傳輸方式103.6 at24c02數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路113.6.1 at24c02簡(jiǎn)介113.6.2 at24

9、c02芯片引腳113.6.3 i2c總線介紹123.7 步進(jìn)電機(jī)28byj-48電路133.7.1 28byj_48電路圖133.7.2 28byj_48相關(guān)概念143.7.3 28byj_48驅(qū)動(dòng)時(shí)序143.7.4 28byj_48特點(diǎn)153.7.5 28byj_48驅(qū)動(dòng)芯片uln2003153.8 紅外接收電路163.8.1 紅外接收電路圖163.8.2 紅外接收探頭hs0038163.9 光控電路173.10 窗簾框架設(shè)計(jì)174 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 lcd1602顯示程序184.1.1 lcd1602的初始化過(guò)程184.1.2 lcd1602的程序流程圖184.2 ds1302時(shí)鐘芯

10、片控制程序194.3 時(shí)間調(diào)整和定時(shí)時(shí)間程序204.4 步進(jìn)電機(jī)控制程序214.4.1 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式（一）214.4.2 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式（二）224.4.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖4.4224.5 hs0038紅外解碼程序234.5.1 紅外編碼波形說(shuō)明234.5.2 紅外解碼說(shuō)明244.5.3 紅外解碼流程圖244.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序254.7 光控程序265 總結(jié)27參考文獻(xiàn)28附錄(一)原理圖29附錄(二)源程序301 延時(shí)函數(shù)312 lcd1602有關(guān)子函數(shù)313 ds1302有關(guān)子函數(shù)324 讀ds1302時(shí)間顯示于lcd1602函數(shù)355 按鍵調(diào)整時(shí)間函數(shù)366 按鍵定時(shí)時(shí)間函

11、數(shù)427 步進(jìn)電機(jī)控制程序函數(shù)458 i2c模塊函數(shù)489 定時(shí)掃描子函數(shù)5010 光控子函數(shù)5111 主函數(shù)5112 紅外中斷函數(shù)52致謝541 緒言1.1 課題背景隨著時(shí)尚元素與家居生活的逐步融合，人們對(duì)于家居裝飾也提出了更高的要求。談到家居裝飾，窗簾所發(fā)揮的作用絕對(duì)是功不可沒(méi)?，F(xiàn)如今，通透的玻璃窗正在變成現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的流行元素。大陽(yáng)臺(tái)、外飄窗、陽(yáng)光住宅開始成為一種時(shí)尚和高品質(zhì)生活的體現(xiàn)。而對(duì)家居裝飾起到點(diǎn)睛之筆的窗簾，也尤如一股勢(shì)不可擋的旋風(fēng)，吹遍家居賣場(chǎng)，吹進(jìn)了百姓的家。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的智能窗簾有如下特點(diǎn)：1. 無(wú)線遙控;2.半自動(dòng)手動(dòng)控制;3.環(huán)境亮度控制;4.時(shí)間自動(dòng)控制;5.電機(jī)

12、工作鳴響提示和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。這種簡(jiǎn)約風(fēng)格的新型窗飾不僅僅是我們看風(fēng)景的眼睛，也成為家居中一道美麗風(fēng)景。在秋冬季節(jié)里，透過(guò)智能窗飾傳來(lái)的濃濃暖意，讓你更接近自然，從舒適到陶醉，十分妥帖的個(gè)性化“定制”對(duì)陽(yáng)光的需求生活像是在旅行，愜意中帶著情調(diào)。雖然遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)在我國(guó)還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應(yīng)用自動(dòng)窗簾系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.2 課題的研究方向自動(dòng)窗簾機(jī)的控制方式大體上有三種：聲控、光控、時(shí)控，聲控和遙控屬于半自動(dòng)類；而光控雖屬全自動(dòng)式，但因光敏器件的靈敏度，冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對(duì)起閉窗簾在時(shí)間上的要求不同，而難以實(shí)施和普及。因此，時(shí)控式的全自動(dòng)窗簾機(jī)便成了

13、專業(yè)以及業(yè)余電子設(shè)計(jì)人員的熱門課題。本電路設(shè)計(jì)利用價(jià)格相對(duì)便宜的單片機(jī)作為主要控制器件，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)模擬窗簾開啟關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)以下功能：1無(wú)線遙控功能；2半手動(dòng)控制功能；3根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)控制功能；4定時(shí)控制功能?？紤]到單片機(jī)io口有限，比市場(chǎng)上的少了正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案確定 根據(jù)任務(wù)書要求：1能根據(jù)時(shí)間定時(shí)開關(guān)窗簾；2能根據(jù)光的亮度自動(dòng)開關(guān)窗簾；3能用紅外遙控器控制窗簾開啟關(guān)閉；為滿足上述要求，確定的方案原理圖圖2.1如下：紅外接收模塊遙控器按鍵模塊stc89c52rc單片機(jī)時(shí)鐘模塊光控模塊步進(jìn)電機(jī)顯示模塊電源模塊圖2.1 系統(tǒng)方案原理框圖按鍵模塊除了定時(shí)外

14、，還可在遙控器失靈后手動(dòng)控制，防止意外情況。2.2 模塊器件選擇為使基于單片機(jī)控制的紅外線遙控系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中具有較高的性能/價(jià)格比，所以對(duì)該系統(tǒng)的原器件作了精心挑選。按在實(shí)際工作中的作用，可分為以下幾個(gè)部分：stc89c52rc單片機(jī)是整個(gè)電路的核心，它控制其它模塊來(lái)完成各種復(fù)雜的操作；紅外線一體化接受hs0038負(fù)責(zé)接受命令；芯片ds1302負(fù)責(zé)時(shí)鐘的運(yùn)行及設(shè)置參數(shù)；at24c02用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；lcd1602用來(lái)顯示各種數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)時(shí)間、定時(shí)時(shí)間、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。下面重點(diǎn)說(shuō)明下stc89c52rc單片機(jī)以及簡(jiǎn)單介紹下部分其他器件（其他器件會(huì)在相應(yīng)電路中詳細(xì)介紹）。2.2.1 stc8

15、9c52rc單片機(jī)stc89c52rc有很寬的工作電源電壓，可為2.76v,當(dāng)工作在3v時(shí)，電流相當(dāng)于6v工作時(shí)的1/4。stc89c52rc工作于12hz時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為5.5ma，空閑態(tài)為1ma,掉電狀態(tài)僅為20na。引腳圖如圖2.2：圖2.2 stc89c52rc引腳圖 stc89c52rc的特點(diǎn)stc89c52rc與mcs-51系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；片內(nèi)有4k字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲(chǔ)器；全靜態(tài)工作,工作范圍:0hz24mhz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密；1288位內(nèi)部ram；32位雙向輸入輸出線；兩個(gè)十六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器五個(gè)中斷源,兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)；一個(gè)全雙工的異步串行口

16、；間歇和掉電兩種工作方式超強(qiáng)抗干擾:高抗靜電(esd保護(hù)),輕松過(guò)2kv/4kv快速脈沖干擾；寬電壓,不怕電源抖動(dòng)；寬溫度范圍,-4085；禁止ale輸出;；超低功耗: 1掉電模式:典型功耗2.5伏之前， 必須為邏輯0。當(dāng)把驅(qū)動(dòng)至邏輯1狀態(tài)時(shí)，sclk必須為邏輯0。單字節(jié)數(shù)據(jù)輸入跟隨在寫命令字節(jié)的8個(gè)sclk周期之后，在控制指令字輸入后的下一個(gè)sclk時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入ds1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)sclk脈沖的下降沿讀出ds1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 開始變量初始化使ds1302不具備寫保護(hù)復(fù)位后產(chǎn)生一個(gè)高電平寫ds

17、1302地址地址增加向該地址寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否寫完復(fù)位后產(chǎn)生一個(gè)高電平寫ds1302地址地址增加將該地址數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)是否讀完顯示數(shù)據(jù)nyny圖4.2 ds1302讀寫流程圖4.3 時(shí)間調(diào)整和定時(shí)時(shí)間程序 這里采用的是按鍵中斷實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵诰帉懗绦驎r(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)刷新時(shí)間函數(shù)和按鍵調(diào)整時(shí)間和定時(shí)有沖突。 首先，按中斷鍵key4，調(diào)中斷（置標(biāo)志位flag=1），返回主函數(shù)后將執(zhí)行時(shí)間定時(shí)和時(shí)間調(diào)整掃面程序。如果按key5鍵，則進(jìn)入定時(shí)開關(guān)窗簾程序；如果按key6，則進(jìn)入調(diào)整時(shí)間函數(shù)。 程序流程圖如圖4.3所示：key4按下否 調(diào)整時(shí)間函數(shù)執(zhí)行完否執(zhí)行調(diào)整時(shí)間函數(shù) 是 key6按下否 是 是 否key5按下否

18、 否 否 是執(zhí)行定時(shí)時(shí)間函數(shù)定時(shí)時(shí)間函數(shù)執(zhí)行完否清標(biāo)志位，返回主函數(shù) 是 是 是圖4.3 時(shí)間調(diào)整和定時(shí)時(shí)間程序4.4 步進(jìn)電機(jī)控制程序4.4.1 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式（一）要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),可以用以下兩種方式:(1)8拍的方式八個(gè)狀態(tài)：1在a與a-正電壓，b與b-不給電懸空；2在a與a-正電壓，b與b-也給正電壓；3a與a-不給電壓懸空，b與b-正電壓；4a與a-給負(fù)電壓，b與b-給正電壓；5a與a-給負(fù)電壓，b與b-不給懸空；6a與a-給負(fù)電壓，b與b-給負(fù)電壓；7a與a-不給電懸空，b與b-給負(fù)電壓；8a與給正電壓，b與b-給負(fù)電壓； 按以上八個(gè)狀態(tài)輪流供電，控制一下脈寬應(yīng)該就可以了。四

19、個(gè)引腳各一根控制線：ah表示各線時(shí)序 a b c de f g ha 1 1 0 0 0 0 0 1a- 0 0 0 1 1 1 0 0b 0 1 1 1 0 0 0 0b- 0 0 0 0 0 1 1 14.4.2 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式（二）4拍的方式:電流驅(qū)動(dòng)。 下面的a 和b 表示反向電流。兩相雙二拍：ab abab ab 為一個(gè)轉(zhuǎn)向。ab ab ab ab 為反向。 a b c da 1 0 0 1a- 0 1 1 0b 1 1 0 0b- 0 0 1 14.4.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖4.4 停止鍵按下否反轉(zhuǎn)鍵按key5下否電機(jī)停止函數(shù)主函數(shù)步進(jìn)電機(jī)按鍵掃描函數(shù)電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù)電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù)

20、正轉(zhuǎn)鍵按key6下否 否 是 是 否 是 否 否 圖4.4 步進(jìn)電機(jī)程序流程圖4.5 hs0038紅外解碼程序4.5.1 紅外編碼波形說(shuō)明這里采用的是6122型遙控器，載波波形使用455khz晶體，經(jīng)內(nèi)部分頻電路，信號(hào)被調(diào)制在37.91khz，占空比為三分之一。數(shù)據(jù)格式包括了引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼，編碼總共占32位。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼相反的編碼，編碼時(shí)可用對(duì)于數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)，其紅外波形圖如圖4.5所示。圖4.5 紅外波形圖引導(dǎo)碼由一個(gè)9ms的載波波形和4.5ms的關(guān)斷時(shí)間構(gòu)成，它作為隨后發(fā)射的碼的引導(dǎo)，這樣當(dāng)接收系統(tǒng)是由微處理器構(gòu)成的時(shí)候，能更有效地處理碼的接收與檢測(cè)及其它各項(xiàng)控制之間的時(shí)序關(guān)系。編碼采用脈沖位置調(diào)制方式（ppm）。每次8位的碼被傳送之后，它們的反碼也被傳送，減少了系統(tǒng)的誤碼率。用戶碼或者數(shù)據(jù)碼中的每一位可以是“1”，也可以是“0”。區(qū)分“0”和“1”是利用脈沖的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)分，這種編碼方式稱為脈沖位置調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱ppm。4.5.2 紅外解碼說(shuō)明圖4.6 0、1波形圖解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“0”和“1”， 代碼格式（以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向）。從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“0”為0.56ms,“1”為1.68ms,所以必須根據(jù)