自動(dòng)啟閉光控窗簾

1、目 錄第一章 引言11.1課題背景11.2 國(guó)內(nèi)外概況11.3 課題的研究分析及其特點(diǎn)21.4 總體方案設(shè)計(jì)圖2第二章 核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹42.1 stc89c52單片機(jī)42.2紅外線接收模塊tosp183862.3 時(shí)鐘芯片ds130282.4 ad轉(zhuǎn)換器adc080982.5液晶顯示器lcd1602102.6 uln2003簡(jiǎn)介10第三章 硬件部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1 電源部分硬件電路設(shè)計(jì)123.2 顯示部分硬件電路設(shè)計(jì)123.3 時(shí)鐘部分硬件電路設(shè)計(jì)133.4 紅外接收部分硬件電路設(shè)計(jì)143.5 光控電路測(cè)光部分電路設(shè)計(jì)143.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路設(shè)計(jì)153.7 電機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)16第

2、四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)194.1 紅外線解碼的設(shè)計(jì)194.2 lcd1602顯示程序204.3 遙控控制部分21結(jié)論與體會(huì)23主要參考材料24i 第一章 引言1.1課題背景單片機(jī)控制的自動(dòng)啟閉窗簾控制系統(tǒng)，既能解決每天手拉開(kāi)和關(guān)上窗簾的不便，又顯示出了生活的檔次，同時(shí)還可以根據(jù)光線的明暗來(lái)自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)關(guān)，以調(diào)節(jié)室內(nèi)的光線，更進(jìn)一步地滿足了人們的享受要求。除了廣大市民住宅使用外，該遙控窗簾器還可以廣泛應(yīng)用于別墅、公寓、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會(huì)議廳、銀行、學(xué)校、醫(yī)院等各種公共場(chǎng)所，因此該產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。自動(dòng)啟閉光控窗簾系統(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

3、系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外概況 在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，電動(dòng)窗簾已廣泛應(yīng)用。在10年前，電動(dòng)窗簾就已經(jīng)進(jìn)入我國(guó)，可一直沒(méi)有大的推廣，這兩年，隨著電控技術(shù)的不斷提高及價(jià)格的不斷下降，電動(dòng)窗簾熱才又卷土重來(lái)。據(jù)了解，全國(guó)共有170多種電動(dòng)窗簾器獲得了國(guó)家專利，但就其技術(shù)本身而言，還是大同小異，但售價(jià)卻有很大差別，貴的要數(shù)千元，便宜的只要500塊。盡管自動(dòng)啟閉光控窗簾系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)是一個(gè)新興的行業(yè)，但是，它也正以不可抵擋之勢(shì)迅速崛起。自動(dòng)啟閉光控窗簾系統(tǒng)走進(jìn)中國(guó)以來(lái)，在短短四年的時(shí)間里，自動(dòng)啟閉光控窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè)。目前，我國(guó)自動(dòng)啟閉光控窗簾系統(tǒng)生產(chǎn)廠商、分銷商

4、、集成商與裝飾公司都形成了相當(dāng)規(guī)模，不少國(guó)內(nèi)知名企業(yè)紛紛涉足遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)行業(yè)，如青島海爾、清華同方、tcl等，并涌現(xiàn)出一些較具影響力的智能家居專業(yè)廠商，如上海索博智能電子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居電子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。自動(dòng)窗簾產(chǎn)品已開(kāi)始走進(jìn)中國(guó)的家庭。具報(bào)道，我國(guó)2004年售出商品房1.9億m²,如果每20 m²需要一套窗簾架產(chǎn)品，僅此一項(xiàng)就可以年新增窗簾架產(chǎn)品近千萬(wàn)套加上。年新增窗簾架產(chǎn)品市場(chǎng)需求將不低于2000萬(wàn)套。如果單片機(jī)控制的遙控自動(dòng)窗簾，銷售占市場(chǎng)的5%左右，就可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值上億元。1.3 課題的研究分析及其特

5、點(diǎn) 現(xiàn)有的電動(dòng)窗簾機(jī)的控制方式有固定式開(kāi)關(guān)控制、遙控、光控、聲控等，其中以前兩種形式居多。就實(shí)用程度和經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，用固定式開(kāi)關(guān)控制方式較好，這是因?yàn)榇昂煹拈_(kāi)閉不像電視機(jī)等家電產(chǎn)品開(kāi)閉得那樣頻繁，每天開(kāi)閉的次數(shù)不多，因此安裝在固定的地方使用也相當(dāng)方便，如把開(kāi)關(guān)裝在床頭柜等電器綜合控制系統(tǒng)中，睡在床上就能控制窗簾的開(kāi)閉。利用觸摸開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)斷電，既安全又節(jié)能，但最重要的一點(diǎn)就是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，沒(méi)的擺脫對(duì)人的依賴作用。而采用遙控控制時(shí)，需要候機(jī)電源，不可能完全斷電而且增加遙控功能，也增加了成本，售價(jià)也相應(yīng)提高。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

6、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8。因此，時(shí)控式的全自動(dòng)窗簾機(jī)便成了專業(yè)以及業(yè)余電子設(shè)計(jì)人員的熱門課題。根據(jù)以上自動(dòng)窗簾有些不能實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化；有些雖然實(shí)現(xiàn)了完全的自動(dòng)化，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能不夠穩(wěn)定；有些雖然實(shí)現(xiàn)了完全的自動(dòng)化，且性能還可以，但價(jià)格昂貴不適合普通消費(fèi)者使用。所以我想利用價(jià)格相對(duì)便宜的紅外線遙控發(fā)射芯片、時(shí)鐘芯片、單片機(jī)作為主要控制器件，來(lái)完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)主要有如下幾方面的特點(diǎn)：（1）發(fā)射紅外線的發(fā)射裝置采用一般彩色電視機(jī)的遙控器，這樣既方便又實(shí)惠。（2）時(shí)間控制開(kāi)關(guān)窗簾。通過(guò)對(duì)ds1

7、302芯片的設(shè)定，讓用戶可以隨自己的生活習(xí)慣方便的自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾，無(wú)需手動(dòng)。（3）采用紅外遙控方式，不會(huì)干擾其它電器的正常工作，也不會(huì)影響鄰近的無(wú)線設(shè)備。超距離遙控，可達(dá)89m。（4）能根據(jù)光照的強(qiáng)度來(lái)自動(dòng)調(diào)整窗簾打開(kāi)的程度。（5）美觀。以往的遙控電動(dòng)窗簾都是向一邊拉或向上拉，而本設(shè)計(jì)用的窗簾為百葉窗。（6）體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、工作可靠。 1.4 總體方案設(shè)計(jì)圖時(shí)鐘部分紅外部分光敏部分stc89c52電源部分步進(jìn)電機(jī) 圖1.1 總體方案圖第二章 核心芯片結(jié)構(gòu)原理介紹2.1 stc89c52單片機(jī)2.1.1 stc89c52的特點(diǎn)stc89c52rc具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

8、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；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；2.1.2 stc89c52的主要引腳功能 p0口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因?yàn)橹挥性摽谀苤苯佑糜趯?duì)外部存儲(chǔ)器。 讀/寫操作。p0口也用以輸出外部存儲(chǔ)器的低8位地圖1址。由于是分時(shí)輸出, 應(yīng)在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存,信號(hào)用ale。 p1口是專門供用戶使用的i/o口,是準(zhǔn)雙向口。p2口是從系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)作高8位地址線用。不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí),p2口也可以作為用i/o

9、 口線使用,p2口也是準(zhǔn)雙向口。p3口是雙功能口,該口的每一位均可獨(dú)立地定義為第一i/o功能或第二i/o功能。作為第一功能使用時(shí)操作同p1口。p3口的第二功能如表2.1所示。表2.1 p3口第二功能端口引腳各個(gè)功能p3.0rxd（串行口輸入端）p3.1txd（串行口輸出端）p3.2(外部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效)p3.3(外部中斷1請(qǐng)求輸入端，低電平有效)p3.4t0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端）p3.5t1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端）p3.6(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸入端,低電平有效)p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸入端，低電平有效）2.1.3 stc89c52的時(shí)鐘電路

10、和復(fù)位電路（1）時(shí)鐘產(chǎn)生電路本電路選用的電容為30pf，晶振頻率為12mhz，振蕩周期，機(jī)器周期，指令周期。xtal1和xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。石英晶振起振后要能在xtal2線上輸出一個(gè)3v左右的正弦波，以便使stc89c52rc片內(nèi)的osc電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，如圖2.1所示。圖2.1 時(shí)鐘電路（2）單片機(jī)復(fù)位電路圖2.2為單片機(jī)復(fù)位電路。單片機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理cpu以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工

11、作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的rst引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（2個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。stc89c52rc單片機(jī)的rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。 圖2.2 復(fù)位電路2.2紅外線接收模塊tosp1838近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,無(wú)線通信技術(shù)正在向各個(gè)領(lǐng)域滲透,特別是利用紅外線進(jìn)行通信無(wú)論從小型化、輕量化、還是從安全性等方面考慮,其可行性都比較高。紅外數(shù)據(jù)通訊實(shí)際是利用紅外線作為通訊載體,由紅外發(fā)射器和紅外接收器來(lái)完成信號(hào)的無(wú)線收發(fā)。在發(fā)射端,對(duì)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制后,送入電光變換電路,驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射

12、紅外光脈沖;在接收端,紅外接收器對(duì)收到的紅外信號(hào)進(jìn)行光電變換,并進(jìn)行解調(diào)后,恢復(fù)出原信號(hào)。在紅外數(shù)據(jù)通訊中,紅外接收器件的選擇是紅外數(shù)據(jù)通訊中至關(guān)重要的因素。2.2.1紅外線一體化接收頭tsop1838系列是temic公司推出的一體化紅外線接收模塊,集紅外線接收、放大、解調(diào)于一體,不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與ttl電平信號(hào)兼容的所有工作；而體積只有普通三極管大小一樣，適合各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸,其傳輸距離大于4米。 紅外線接收模塊tsop1838系列的管腳分布如圖2.3所示，1、2分別為電源和地,3為信號(hào)輸出端,其輸出電平和ttl電平兼容。tsop1838系列的特性

13、如下：多種接收頻率可供選擇:30khz、33khz、36khz、36.7k hz、38khz、40khz、56khz；大范圍工作電壓:(3-6) v；遙控距離:大于4m。圖2.3 tsop1838引腳圖tsop1838系列紅外線模塊接收器的受光面一側(cè)為黑色環(huán)氧聚焦濾波透鏡，此透鏡消除了可見(jiàn)光對(duì)它的干擾,對(duì)于提高可靠性及濾除光噪聲至關(guān)重要。模塊內(nèi)含紅外線 pin接收管、前置放大器和解調(diào)器。當(dāng)紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)空間傳送到 tsop1838系列模塊時(shí),模塊內(nèi)部 pin紅外線接收管將紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào),該信號(hào)經(jīng)前置放大、解調(diào)后由 3腳輸出與 ttl電平兼容的電信號(hào),該信號(hào)能直接送入到微控器等要求

14、 ttl電平信號(hào)輸入的芯片中。2.2.2 紅外線發(fā)射碼組成要使用紅外線一體化接受頭接受遙控器發(fā)射的紅外線,再通過(guò)單片機(jī)解碼，那就，必須先了解紅外線發(fā)射器所發(fā)射的紅外線碼的組成。一般的彩電、vcd遙控器的編碼采用的格式為1913、9012、1621格式；要識(shí)別一個(gè)遙控器的格式很簡(jiǎn)單,只要把遙控器拆開(kāi),看它所用的集成塊型號(hào)就知道,比如upd1621、saa3010,其格式就是1621、3010格式。這種格式以1621為例,當(dāng)按下遙控器上的某個(gè)按鍵時(shí),遙控器將發(fā)射出一幀數(shù)據(jù),幀數(shù)據(jù)的編碼格式由三部分組成：引導(dǎo)碼（lead code）、客戶碼(custom code)和數(shù)據(jù)碼（data code），對(duì)

15、于一個(gè)遙控器來(lái)說(shuō),每個(gè)按鍵所發(fā)射的幀數(shù)據(jù)的客戶碼總是一樣的,有區(qū)別的只是數(shù)據(jù)碼。其中9012和1913、1621格式的唯一區(qū)別就是引導(dǎo)碼的高電平寬度不一樣，9012格式為4.5ms,1913和1621格式為9ms。幀結(jié)構(gòu)中的客戶碼和數(shù)據(jù)碼各有兩個(gè)字節(jié),第一個(gè)字節(jié)和第二個(gè)字節(jié)互為按位取反,其中客戶碼的高4 位與低4位又互為按位取反。0碼由0.56ms高電平和0.565ms低電平組合而成、1碼由0.56ms高電平和1.69ms低電平組合而成。碼元的高電平信號(hào)采用38khz矩形波(載波)調(diào)制發(fā)射，載波占空比(duty)為1/3，低電平無(wú)信號(hào)發(fā)射。2.3 時(shí)鐘芯片ds1302ds1302 是美國(guó)dal

16、las公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí),具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5v5.5v。2.3.1 ds1302簡(jiǎn)介ds1302的引腳排列,其中vcc1為后備電源，vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。x1和x2是振蕩源，外接32.768khz晶振。rst是復(fù)位/片選線，通過(guò)把rst輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。rst輸入有兩種功能：首先，rst接通控制邏輯,允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，rst提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)r

17、st為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化,允許對(duì)ds1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中rst置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送,i/o引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在vcc>2.0v之前，rst必須保持低電平。只有在sclk為低電平時(shí)，才能將rst置為高電平。i/o為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。sclk為時(shí)鐘輸入端。 下圖2.4為ds1302的引腳功能圖：圖2.4 ds1302引腳功能圖2.4 ad轉(zhuǎn)換器adc0809 2.4.1 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分主要由adc0809芯片負(fù)責(zé)，讀入模擬信號(hào)的管腳我們選用的是in0，輸出數(shù)字信號(hào)是d0d7，與單片機(jī)相連接adc0809是

18、帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 由圖2.5可知，adc0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。    圖2.5 adc0809功能引腳圖adc0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)

19、程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 ale為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a，b，c三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行換。a，b和c為地址輸入線，用于選通in0in7上的一路模擬量輸入。st為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)st上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st應(yīng)保持低電平。eoc為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)eoc為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。oe為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；

20、oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0為數(shù)字量輸出線。 clk為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因adc0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500khz， vref（），vref（）為參考電壓輸入。 2.5液晶顯示器lcd16021602液晶每行可顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（cgrom)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。2.5.1 lcd1602的ram地址映射控制器內(nèi)部帶有80b的ram緩沖區(qū)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2.6所示圖2.6 16

21、02lcd內(nèi)部ram顯示地址當(dāng)我們向000f、404f地址中的任一處寫顯示數(shù)據(jù)是，液晶都可以立即顯示出來(lái)，當(dāng)寫到1027、5067地址是，必須通過(guò)移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可正常顯示。2.6 uln2003簡(jiǎn)介uln2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由7個(gè)硅npn達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：uln2003的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7k的基極電阻，在5v的工作電壓下它能與ttl和coms電路直接連接。uln2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)uln2003經(jīng)常在以下電路中試用：(

22、1) 顯示驅(qū)動(dòng)；(2) 繼電器驅(qū)動(dòng)；(3) 照明燈驅(qū)動(dòng)；(4) 電磁閥驅(qū)動(dòng)；(5) 伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。uln2003的每一對(duì)達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7k的基極電阻，在5v的工作電壓下它能與ttl和coms電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。uln2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500ma，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50v的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。第三章 硬件部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 電源部分硬件電路設(shè)計(jì)通過(guò)一帶有整流電路的12v變壓器外接市電（220v）后，輸入直流12v電壓。左邊兩個(gè)是12伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個(gè)小電容的目的

23、是降低高頻內(nèi)阻，因?yàn)榇蟮碾娊怆娙菀话悴捎镁砝@工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個(gè)小內(nèi)阻的高頻通道，降低電源全頻帶內(nèi)阻。同時(shí)經(jīng)過(guò)3端集成穩(wěn)壓器lm7805穩(wěn)壓后輸出+5v電壓vcc,為訊響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源，5v電源經(jīng)過(guò)二極管d9、限流阻r20=5k后，為單片機(jī)及ds1302提供vdd電壓，如圖3.1所示。 圖3.1 電源電路圖3.2 顯示部分硬件電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)采用的是液晶lcd1602來(lái)顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、調(diào)開(kāi)窗簾時(shí)間、關(guān)窗簾時(shí)間等內(nèi)容。p0口作為數(shù)據(jù)口連接lcd1602的714口，來(lái)傳輸數(shù)據(jù)及指令，由于p0口帶負(fù)載能力差，故需接上拉電阻。p1.0接lcd1602的

24、4腳rs（數(shù)據(jù)/命令選擇端），p1.1接lcd1602的5腳r/w（讀寫選擇端），p1.2接lcd1602的6腳e（使能信號(hào)）。電位器w1用來(lái)調(diào)節(jié)lcd1602的亮度，如圖3.2所示。圖3.2 顯示電路3.3 時(shí)鐘部分硬件電路設(shè)計(jì)ds1302主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32768hz晶振，開(kāi)窗簾時(shí)間，關(guān)窗簾時(shí)間都保存在ds1302自帶的ram中，不需要單獨(dú)的eeprom。ds1302在第一次加電后，須進(jìn)行初始化操作，初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間及升降窗簾時(shí)間，電路連接圖如圖3.3所示。 圖3.3 ds1302接線圖3.4

25、紅外接收部分硬件電路設(shè)計(jì) 紅外線接收電路使用一個(gè)集成紅外接收器，型號(hào)是tsop1838，靜態(tài)時(shí)輸出端輸出高電平，當(dāng)接收到紅外信號(hào)后，按紅外信號(hào)的數(shù)據(jù)波形輸出負(fù)脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)。紅外信號(hào)輸出到單片機(jī)的p3.2 ，該口對(duì)應(yīng)的第二功能是外部中斷0 (int0)，利用該口的第二功能，一旦紅外線信號(hào)到來(lái)，p3.2被拉低，單片機(jī)中止當(dāng)前的工作轉(zhuǎn)移到接收、處理紅外信號(hào)。開(kāi)啟中斷功能的目的，既減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，又保證接收到的紅外信號(hào)的完整性。圖3.4 紅外接收硬件電路圖3.5 光控電路測(cè)光部分電路設(shè)計(jì) 光控測(cè)光電路部分由光敏電阻dg、電阻r1a和ad轉(zhuǎn)換器adc0809組成。 光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)

26、制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱改變的電阻；入射光強(qiáng)，電阻值減小，流入adc0809的電流模擬量增大，adc0809的輸出相應(yīng)的數(shù)字量，入射光減弱，電阻值增大，流入adc0809的電流減小，adc0809輸出相應(yīng)的數(shù)字量。adc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)eoc連接到p3.0；輸出允許信號(hào)oe連接到p3.1；時(shí)鐘信號(hào)clk連接到p1.3，由單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)16分頻，滿足clk信號(hào)低于640khz的要求；start與ale均連接到p1.4；d0d7分別接到單片機(jī)p2.0p2.7；vref（+）和vref（-）分別連接到+5v電源和gnd；adda、addb、addc均連接到gnd。單片機(jī)處理系統(tǒng)接收的

27、信號(hào)是由信號(hào)采集裝置經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，在此設(shè)置p2.0p2.7為輸入端口。對(duì)信號(hào)分析處理后，處理系統(tǒng)需對(duì)電機(jī)控制裝置發(fā)出控制指令，在此設(shè)置p3.4-p3.7為輸出端口。當(dāng)單片機(jī)的p2.0p2.7端口接收到輸入信號(hào)后，接下來(lái)要做的是對(duì)信號(hào)的分析。在信號(hào)采集裝置中，采用了分壓電路型式，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，所以處理系統(tǒng)要分析的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。信號(hào)采集裝置和單片機(jī)使用了同一電源，電壓為5.0v，也就是說(shuō)，電壓信號(hào)的變化范圍為05.0v。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后為0255，所以單片機(jī)通過(guò)這個(gè)數(shù)字范圍控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。我們采用的是分級(jí)調(diào)速，把這個(gè)區(qū)域分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)

28、區(qū)域?qū)?yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為0°，30°，60°，90°。圖3.5 adc0809和光敏電阻電路圖3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分主要由達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)uln2003芯片實(shí)現(xiàn)。 uln2003所用的是單片機(jī)的p3.4p3.7接口，輸出部分選用1316引腳，8引腳接地，9引腳所示為連接步進(jìn)電機(jī)的電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接圖如圖3.6所示。圖3.6 電機(jī)控制部分電路設(shè)計(jì)3.7 電機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)此部分主要是對(duì)控制指令的執(zhí)行。單片機(jī)根據(jù)讀入的數(shù)據(jù)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。下面介紹一下步進(jìn)電機(jī)及其控制原理，了解步進(jìn)電機(jī)使我們能更順利的完成自動(dòng)啟閉光控

29、窗簾的設(shè)計(jì)。3.7.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率的脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電動(dòng)機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變得非常簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電機(jī)由單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)的多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電機(jī)各相繞組。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻

30、率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微處理器控制。3.7.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理步進(jìn)電機(jī)有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來(lái)計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn) 18°，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來(lái)控制。步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全步勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全部勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱12相勵(lì)磁。本次設(shè)計(jì)采用的是2想勵(lì)磁法。2相勵(lì)磁法：在每一瞬間會(huì)有兩個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)巨大，振動(dòng)小，故為目前使用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走

31、18°。其勵(lì)磁順序如表3.1所示，若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。表3.1 正轉(zhuǎn)勵(lì)磁順序stepabcdstepabcd11100300112011041001電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快負(fù)載轉(zhuǎn)矩越小，但速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電機(jī)即不在運(yùn)轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間，以對(duì)轉(zhuǎn)速加以限制。3.7.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。(1) 步距角的選擇：電動(dòng)機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，即每個(gè)當(dāng)量電動(dòng)機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電動(dòng)機(jī)

32、的步距角應(yīng)等于或小于此角度。(2) 靜力矩的選擇：靜力矩的選擇依據(jù)是電動(dòng)機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接啟動(dòng)時(shí)（一般由低速）兩種負(fù)載均要考慮，加速啟動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行時(shí)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的23倍，靜力矩一旦選定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）。(3) 電流的選擇：靜力矩相同的電動(dòng)機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大?？梢罁?jù)矩頻特性曲線圖，判斷電動(dòng)機(jī)的電流。選擇電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)遵循以上步驟。本次設(shè)計(jì)選擇的是m35sp-7np四相五線永磁型步進(jìn)電機(jī)。永磁型步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)為：1)大步

33、距角，例如15°、22.5°、30°、45°、90°等；2)起動(dòng)頻率較低，通常為幾十到幾百hz；3)控制功率??；4)在斷電情況下有定位轉(zhuǎn)矩；5)有強(qiáng)的內(nèi)阻尼力矩。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 紅外線解碼的設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)采用長(zhǎng)虹彩電k11f型遙控器，產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定高8位地址為0bfh，低8位地址為40h；后16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼。遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的

34、持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制0和1的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在4563ms之間。當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼(9ms),一個(gè)結(jié)果碼(4.5ms),低8位地址碼(9ms18ms),高8位地址碼(9ms18ms),8位數(shù)據(jù)碼(9ms18ms)和這8位數(shù)據(jù)的反碼（9ms18ms）組成。如果鍵按下超過(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼(連發(fā)代碼)將僅由起始碼(9ms)和結(jié)束碼(2.5ms)組成。解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別0和1。從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)0、1均以0.56ms的低電平開(kāi)始,不同的是高電平的寬度不同,0為0.56ms,1為1

35、.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別0和1。如果從0.56ms低電平過(guò)后，開(kāi)始延時(shí)，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說(shuō)明該位為0，反之則為1，為了可靠起見(jiàn)，延時(shí)必須比0.56ms長(zhǎng)些，但又不能超過(guò)1.12ms,否則如果該位為0，讀到的已是下一位的高電平，因此取(1.12ms+0.56ms)/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可；根據(jù)碼的格式，應(yīng)該等待9ms的起始碼和4.5ms的結(jié)果碼完成后才能讀碼。根據(jù)以上分析可得出解碼程序流程如下：有信號(hào)產(chǎn)生中斷ea清零延時(shí)小于9ms(低電平)等待高電平的到來(lái)延時(shí)小于4.5ms(高電平)等待下一次高電平的到來(lái)延時(shí)0.84ms左右讀區(qū)p

36、3.2腳電平值再等待下一次高電平的到來(lái)延時(shí)0.84ms左右讀取p3.2腳電平值,依次取得32位代碼,前16位為識(shí)別碼,后18位既為8位數(shù)據(jù)碼和8位數(shù)據(jù)反碼。集體流程框圖見(jiàn)圖4.1。有信號(hào)，中斷接受解碼跳出識(shí)別碼正確否？與實(shí)際鍵值（10個(gè)）比較，轉(zhuǎn)出執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作中斷返回y 圖4.1 解碼流程圖4.2 lcd1602顯示程序?qū)懼噶睿狠斎耄簉s=l，r/w=l，d0d7=指令碼，e=高脈沖 ；輸出：d0d7=數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)：輸入：rs=h，r/w=l，d0d7=數(shù)據(jù)，e=高脈沖 ；輸出： 無(wú)。lcd1602的一般初始化（復(fù)位）過(guò)程：延時(shí)15ms，寫指令38h（不檢測(cè)忙信號(hào)）；延時(shí)5ms，寫指令38h（

37、不檢測(cè)忙信號(hào)）；延時(shí)5ms，寫指令38h（不檢測(cè)忙信號(hào)，以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測(cè)忙信號(hào)）；寫指令38h：顯示模式設(shè)置；寫指令08h：顯示關(guān)閉；寫指令01h：顯示清屏；寫指令06h：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置；寫指令0ch：顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置。1602流程圖如下：開(kāi)始初始化單片機(jī)發(fā)寫命令液晶是否應(yīng)答準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)執(zhí)行顯示命令清屏并光標(biāo)復(fù)位否是圖4.2 1602流程圖4.3 遙控控制部分遙控控制部分就是根據(jù)遙控器發(fā)送的編碼來(lái)執(zhí)行需要的任務(wù),其中包括：開(kāi)窗簾、關(guān)窗簾、停止移動(dòng)(把窗簾設(shè)置成半開(kāi)狀態(tài))、調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)間,(按一下此鍵,再按加、減鍵即可使實(shí)時(shí)時(shí)間增加一或減小一)、調(diào)節(jié)開(kāi)窗簾時(shí)間、調(diào)節(jié)關(guān)窗簾時(shí)間、時(shí)間增加、時(shí)間減小、開(kāi)/關(guān)自動(dòng)開(kāi)關(guān)簾、開(kāi)/關(guān)自動(dòng)關(guān)窗簾。具體實(shí)施措施為： 1) 接收到的紅外線碼值為10h,轉(zhuǎn)入執(zhí)行stop子程序，此時(shí)p3.4p3.7四個(gè)引腳都將被置為高電平，控制電機(jī)uln2003的四個(gè)控制端都處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)不執(zhí)行任何動(dòng)作既窗簾停止不動(dòng)。2) 接受到的紅外線值為16h,轉(zhuǎn)入執(zhí)行open子程序 ,電機(jī)正轉(zhuǎn)，延時(shí)一段時(shí)間也就是窗簾全部打開(kāi)的時(shí)候，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。 3) 接收到的紅外線值為44h，轉(zhuǎn)入執(zhí)行close子程序，電機(jī)反轉(zhuǎn)，延時(shí)一段時(shí)間也就是窗簾全部被關(guān)上的時(shí)候，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。4) 接收到的紅外線值為0ch，就使01h取反，開(kāi)始01h應(yīng)該為0，取反后01h變?yōu)?