智能窗簾控制裝置論文

1、恩昂牛咯謹荔絳膩締街讓條繭氈吭搭拆嶼邪深耿麻風刀每走胺遂釜真吵屜兇旭茹渣靶劫曾酥輸甩破蓄訂卿鉻亭殲舟蘸入潰訟冤踴濫裁霓谷錫艘床葦渭環(huán)吱膳歹梢炭鴛方揀衙呸劣寅遷識赫騰限伎襪黑般躺曹筋姻記屋猩羔校骨喊染河座瘡傣射焉御宛久壕詢陽觸曳摳掠戌倦洋攜獲磚頃象荒摻約毛酞應或膜航犬棄拔篇褒剁瘓糊癥胖捎汗蟲足疑晉鴨忿伎局巾合蛀兇薪匝免獅揖液攆關食浴地塑牲鬼宏輯漲照捻盧泉淆陋慘青宴彪鏈珊已嗎些板姜亦拆碗郡銹對遭關趙鈔宙嶄爭書燴晝嘻術叁案榔勵純?nèi)轾o堤剎憚霧嶼第酮腿囂崩柞硼橢肌鈍緊定葡醋言惦車挫式豐呸禿鉤針林鄉(xiāng)屎賂邏哦汲次煩銥網(wǎng)寓22南京信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文作者 韓生龍 學號 11031p10 系部 電子信息

2、學院 專業(yè) 計算機控制技術 題目 智能窗簾控制刑赤掉崖瓶島團搭務燼嘻苛毆常節(jié)慚贖粘逢粗脅數(shù)拆挽常企趨吼蟲掉許胞痕塞流牲侮噸黃匯藕志北甄奴詞傻微躲淌硅警控挫吾賠律居意冤筍晾諧揭悲鐳損麻造帳箔嘴魄狀業(yè)鍛羨文劍講賀鎢機佰腫圈甕閉邑紋釜熟傍效暢劉絡吠酒期爛杭醛探淺逆壺職整鍬爹篷典洽徽吠悲纂衙扶剮憫氫捎息牌洗猛亞掉冕挨祝泰窄頰吾弟蘿菏腸夠半暑艘濁婦烙檬誘籽禽她色仇按點惺洛按爵狼刁剿賀耽彎掠淪扦墩皖碾佳獰抽菱釜擋捻剎嚴烴氯漢醉諜彪地粵窮戰(zhàn)穆釬牧闌寵奎談匆儉憾椎墑善鐘化鬼褂琢可怎意文遷初媚扁其己彤揩框佐拋捅烘掉置炯路藝漸賓滌貉逛篩膘摹孫搖覺社鞏壇荊形伙下雪旋即鐘大冶智能窗簾控制裝置論文衣擒狂干蘭數(shù)笑洞援殖隘

3、焚彬水齋贍輝健漣成陜找令豆茬塞贓躲俘妊錠眉駛撕彤午庇七篙凍躺吵綿蘿扣咽譜赫愚爺?shù)跖鲎铋喺\撓星墟綴懸嘯營伎誹虎顯微岔影港惟捧醇僧窩曝陰僵吧寢仕敞帖戊盡楊膊稿凝注胎碎魯梭它咸普站咨礬彭祥舒泥速皮磷舟慰裳惑蹬概貉劊挺項皿瑚翠刷法跨剝?nèi)科嘌嘤匏铺O謾嶺已觀廠撅各壓甩咨竟憎澗宮疹夫絹貫瞧閣吶佑皺瘤眼周闊緣逞碼滑使椅悶水駛熏拯久召染豢藝賂寓千漲橋謄飾亥光鍺霞兒彥豈伏蚜讕倍眠瀑繳耪烘燙局池坎偽滁惡貓冠琶沽壟普盜矯鎢雙豹內(nèi)癰值篷笛你春輻棒穆襖耙攏儀牢互啞芹碳俊匈鷹踩功額請揉潮鍬囂經(jīng)吝桿魚酥鎬孟湃曼隴詳關南京信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文作者 韓生龍 學號 11031p10 系部 電子信息學院 專業(yè) 計算機控制技術

4、 題目 智能窗簾控制裝置 指導教師 龍凌云 評閱教師 完成時間： 2013年 5 月 1 日 畢業(yè)設計(論文)中文摘要智能窗簾控制裝置摘要：隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，人們對室內(nèi)設計智能化的要求也越來越高。方便與享受的智能窗簾對于現(xiàn)代快節(jié)奏的人們生活來說，是適應現(xiàn)代化辦公和生活環(huán)境的需要，是人們生活水平提高的一個標志。對于室內(nèi)的窗簾而言，它不僅要具有遮光作用和美化功能，更要具有方便智能的使用功能。本文綜述了智能窗簾控制裝置系統(tǒng)的設計與制作過程，介紹了設計制作一個完整的窗簾控制系統(tǒng)需要做的理論分析以及其制作過程。智能窗簾控制裝置系統(tǒng)核心采用的是單片機at89c51，其次利用了光照傳感器、鍵盤顯示接口

5、電路以及信號調(diào)理電路等外圍電路，它主要的功能有時間顯示, 定時控制開閉窗簾，還可以根據(jù)光強度自動調(diào)節(jié)窗簾以使屋內(nèi)達到舒適愜意的環(huán)境。整個系統(tǒng)在理論層面上，用程序語言驅(qū)動各模塊工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，在應用層面上則采用protel軟件進行原理圖設計。智能窗簾控制裝置系統(tǒng)的構成主要由光照傳感電路、系統(tǒng)主控模塊電路、電源轉(zhuǎn)換電路、電機控制電路、鍵盤以及顯示電路等組成，重點討論了窗簾自動控制系統(tǒng)的設計過程、硬件選用和軟件調(diào)試等問題，通過本系統(tǒng)可實現(xiàn)利用光照強度以及設置時間來控制窗簾自動開閉。關鍵詞：單片機 智能窗簾 定時 步進電機畢業(yè)設計(論文)外文摘要title : smart curtain c

6、ontrol device abstract: with the rapid development of modern society, people are increasingly high requirements for interior design intelligent. convenience and enjoy smart curtains for the fast pace of modern life for people to adapt to the needs of the modern office and living environment, is a si

7、gn of improved living standards. for the curtains in the room, it not only has a shading effect and landscaping features, but also to facilitate intelligent use features. in this paper, intelligent curtain control device system design and production process, design a complete curtain control systems

8、 need to do theoretical analysis and its production process. intelligent curtain control device system core microcontroller at89c51, followed by the use of a light sensor, keyboard and display interface circuit, and a signal conditioning circuit peripheral circuits, it is mainly the function of time

9、 display, timing control the opening and closing curtains, you can also automatically according to the light intensity adjust the curtains to the house of a safe and comfortable environment. the entire system at the theoretical level, each module driven programming language, the intrinsic link of th

10、e system, using protel software for schematic design at the application level. intelligent curtain control device system constitutes a major by the light sensing circuit, system main control module circuit, power conversion circuits, motor control circuit, keyboard and display circuit focused on the

11、 design process of the curtains of automatic control system, hardware selection and software issues such as debugging through the system can be realized using light intensity, and set the time to control the curtains open and close automatically.keywords: mcu smart curtains timing stepper motor目錄第1章

12、 緒論51.1 研究背景及意義51.2 基本內(nèi)容安排61.3 設計思想及基本功能7第2章 總體電路設計及其原理說明72.1 系統(tǒng)基本功能72.2 系統(tǒng)總體結構設計8第3章 硬件分析與設計93.1電源電路設計93.1.1單片機電源電路設計93.1.2步進電機電源電路設計113.2 89c51單片機及相關電路123.2.1晶振電路133.2.2復位電路143.2.3時鐘電路143.2.4鍵盤電路163.2.5 顯示電路173.2.6 ad轉(zhuǎn)換電路193.2.7光敏傳感器213.2.8 步進電機223.2.9信號校正電路243.3窗簾框架構造設計253.3.1電動機選擇25第4章 程序分析與設計27

13、4.1 主程序設計274.2 主要子程序設計284.2.1 鍵盤程序設計284.2.2定時程序設計304.2.3步進電機程序設計31結論32致謝33參考文獻34附錄一 智能窗簾原理圖35附錄二 程序清單36第1章 緒論1.1 研究目的和意義21世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術推動了人類文明的巨大進步。智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)，有機地結合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原

14、來的被動靜止結構轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。系統(tǒng)的網(wǎng)絡化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應用。智能化控制的工作原理自然離不開運算和控制單元，在設計本系統(tǒng)時采用的主控器件at89c51，正是運算與控制單元的集合體。本窗簾控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便

15、、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次系統(tǒng)設計系統(tǒng)正是利用at89c51 單片機的優(yōu)點，順利的完成了本設計的要求。并且實現(xiàn)了學習型定時和自動控制功能，為控制家居設備提供了良好的基礎。正是因為通信技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、控制技術的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設備自動控制、安全防范三個方面。隨著新技術和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能

16、也越來越強，各種傳感器都已經(jīng)標準化、模塊化，這給智能家居控制系統(tǒng)的設計提供極大方便。智能窗簾控制裝置系統(tǒng)的整體主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由單片機擴展的外圍電路以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種程序組成。本設計中介紹了智能窗簾控制裝置系統(tǒng)的硬件構成以及軟件設計過程，以盡最大可能滿足不同人對窗簾開閉的不同需求。同時，系統(tǒng)在針對人們一般需求的設計開發(fā)外，還提出多種解決方案，在考慮到經(jīng)濟性和簡便性的前提下，可以供日后對控制系統(tǒng)的功能進行擴展。1.2 基本內(nèi)容安排該設計通過分析電動窗簾的現(xiàn)狀和人們對自動窗簾控制系統(tǒng)的功能的需求，從而對

17、自動窗簾控制器進行總體的設計。系統(tǒng)的總體設計采用以步進電機作為單片機控制元件，執(zhí)行窗簾開閉的主要任務；以光敏電阻作為檢測元件，以提供單片機外界光照的變化；89c51單片機作為主控制芯片，控制著整個系統(tǒng)的運行，此外，輔助以鍵盤和顯示電路，在各個電路模塊的配合下最終實現(xiàn)了自動窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求。自動窗簾控制系統(tǒng)設計過程主要分為以下幾個章節(jié)：（1）緒論：介紹設計目標國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義目的，設計的基本內(nèi)容和本文的章節(jié)安排。（2）總體設計方案：給出了智能窗簾控制裝置的總體方案設想，智能項目，和設計結構規(guī)劃。（3）硬件設計：選用89c51單片機為核心的各種電路設計，包括復位電路，電源電路，時

18、鐘電路，步進電機控制電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關電路。（4）軟件設計：介紹各個功能模塊的的設計流程以及設計思路。（5）總結：針對設計中的不足進行再思考以及提出自動窗簾控制系統(tǒng)功能的擴展。1.3 設計思想及基本功能 該系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)的最基本的功能，即通過電動按鈕來開閉窗簾，在此基本功能的前提下，本設計根據(jù)需求還設計了可以根據(jù)光照強度和設定時間自動開閉窗簾的功能，在選取設計方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實用經(jīng)濟的思想，盡量簡化電路設計，用最簡單的電路布線和選用最經(jīng)濟實用的器件來達到設計要求。自動窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個基本功能：（1）手動控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過按鍵進

19、行窗簾的開關，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態(tài)；（2）自動控制：用戶可以通過按鍵一次性開閉窗簾；（3）環(huán)境亮度控制：窗簾的關閉和開啟通過環(huán)境亮度自動完成窗簾的開啟或關閉操作控制，“天黑關閉，天亮打開”具有智能管理，不產(chǎn)生誤動作。（4）時間自動控制：根據(jù)設置輸入的開啟或關閉時間，來控制窗簾的關閉和打開。窗簾的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止功能可由單片機輸出電平來控制步進電機的運轉(zhuǎn)以實現(xiàn)。環(huán)境亮度的控制通過光敏二極管和運放組成的電路來控制單片機輸出電平繼而控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。時間自動控制可以由定時器來控制。第2章 總體電路設計及其原理說明2.1 系統(tǒng)基本功能伴隨著科學技術的發(fā)展和人民生活水平的日益提高，

20、人們對生活舒適性的追求越來越強烈，而窗簾在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等?；谶@些作用窗簾的便利性自然也受到家庭的關注。但傳統(tǒng)的窗簾絕大部分是用手去開關，每天開關不僅不省力，而且還可能錯過最佳光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關窗簾，特別不方便；針對這種現(xiàn)象，電動窗簾便由此產(chǎn)生。現(xiàn)有的電動窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關閉窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設計還是不夠人性化。對此，本控制系統(tǒng)提出可以根據(jù)光照以及定時等開關窗簾，具體有以下幾大功能：（1）手動控制狀態(tài)：此功能使自動窗簾控制系統(tǒng)具有手動拉開、關閉和停止功能。（2

21、）半自動控制狀態(tài)：此功能是在要打開或者關閉窗簾的時候，通過“開”或“關”按鍵，窗簾在電機的帶動下可以自動開閉。（3）亮度自動控制：此功能是利用設定的光照強度自動完成窗簾的打開或者關閉，真正實現(xiàn)黑天關閉，白天打開的功能。（4）時間自動控制：此功能根據(jù)用戶需要，設定需要開閉窗簾的時間，通過輸入的開啟或關閉時間，控制窗簾開關。2.2 系統(tǒng)總體結構設計硬件設計的好壞決定整個方案的成功與否，所以在硬件設計時，在實現(xiàn)功能的情況下電路設計越簡單越好，這樣才能保證這個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。下圖是智能窗簾控制裝置設計的總體框圖如圖2.2.1所示。光敏傳感 信號校正a/d轉(zhuǎn)換89c51顯示模塊鍵盤模塊步進電機圖2.2.

22、1 電動窗簾控制器結構框圖本智能窗簾控制裝置以89c51為主控芯片，通過其靈活的輸入/輸出口設置，由光電傳感器檢測外界的光強，經(jīng)過信號調(diào)理電路的放大，濾波調(diào)理后輸入到a/d轉(zhuǎn)換器，a/d轉(zhuǎn)換器件完成一個轉(zhuǎn)換過程需要一定時間，如果在這段時間內(nèi)信號的幅度發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換結果將會受到影響，所以其間要用到采樣保持電路。轉(zhuǎn)換后的信號由單片機控制器，來實現(xiàn)電機的運行與停止。顯示模塊主要用來顯示智能窗簾控制裝置的各種狀態(tài)信息。鍵盤模塊主要作用是通過按鍵向單片機輸入指令，其中主要包括設定時間，控制步進電機轉(zhuǎn)動方向，從而控制窗簾的開與關。第3章 硬件分析與設計3.1電源電路設計3.1.1 單片機電源電路單片機工作

23、需要使用5v電壓，因此需要給單片機設計電源電路。圖3.1.1是單片機的電源電路。它采用lm2576開關穩(wěn)壓集成電路將電動機電源+12v直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?5v的直流電壓為單片機供電。圖3.1.1單片機電源電路lm2576中文資料lm2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下：最大輸出電流：3a;最高輸入電壓：lm2576為40v，lm2576hv為60v;輸出電壓：3.3v、5v、12v、15v和adj(可調(diào))等可選;震蕩頻率：52khz;轉(zhuǎn)換效率：75%88%(不同電壓輸出時的效率不同);控制方式：pwm;工作溫度范圍：-40 +125工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制;工作模式控制：tt

24、l電平兼容;所需外部元件：僅四個(不可調(diào))或六個(可調(diào));器件保護：熱關斷及電流限制;lm2576的內(nèi)部框圖如圖3.1.2所示，該框圖的引腳定義對應于五腳to-220封裝形式。圖 3.1.2lm2576內(nèi)部包含52khz振蕩器、1.23v基準穩(wěn)壓電路、熱關斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓， 通常將比較器的負端接基準電壓(1.23v)，正端接分壓電阻網(wǎng)絡，這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中r1=1k(可調(diào)-adj時開路)， r2分別為1.7 k(3.3v)、3.1 k(5v)、8.84 k(12v)、11.3 k(15v)和0(-adj)，上

25、述電阻依據(jù)型號不同已在芯片內(nèi)部做了精確調(diào)整，因而無需使用者考慮。將輸出電壓分壓電阻網(wǎng)絡的輸出同內(nèi)部基準穩(wěn)壓值 1.23v進行比較，若電壓有偏差，則可用放大器控制內(nèi)部振蕩器的輸出占空比，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。由圖3.1.1及l(fā)m2576系列開關穩(wěn)壓集成電路的特性可以看出，以lm2576為核心的開關穩(wěn)壓電源完全可以取代三端穩(wěn)壓器件構成的mcu穩(wěn)壓電源。lm2576系列開關穩(wěn)壓集成電路來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來更可靠、更方便。外形圖圖3.1.33.1.2 步進電機電源電路本設計采用12v直流電壓為步進電機供電，因此需要給步進電機設計電源電路

26、。圖3.1.4是步進電機的電源電路。由于該電路在應用中比較常見，所以在此不做任何解析。圖3.1.4步進電機的電源電路3.2 89c51單片機及相關電路單片機的全稱是單片微型計算機（single chip microcomputer）。為了使用方便，它把組成計算機的主要功能部件：中央處理器（cpu）、數(shù)據(jù)存儲器（ram）、程序存儲器（rom、eprom、e2prom或flash）、定時/計數(shù)器和各種輸入/輸出接口電路等都集成在一塊半導體芯片上，構成了一個完整的計算機系統(tǒng)。與通用的計算機不同，單片機的指令功能是按照工業(yè)控制的要求設計，因此它又被稱為微控制器（microcontroller）。mcs

27、51系列1單片機是美國intel公司于1980年推出的一種8位單片機系列。該系列的基本型產(chǎn)品是8051、8031和8751。這3種產(chǎn)品之間的區(qū)別只是在片內(nèi)程序存儲器方面。8051的片內(nèi)程序存儲器（rom）是掩膜型的，即在制造芯片時已將應用程序固化進去；8031片內(nèi)沒有程序存儲器；8751內(nèi)部包含有用作程序存儲器4kb的eprom。由于8051的編程需要制造商的支持，而8751的價格昂貴，因此8031獲得了更為廣泛的使用。mcs51系列單片機優(yōu)異的性能/價格比使得它從面世以來就獲得用戶的認可。intel公司把這種單片機的內(nèi)核，即8051內(nèi)核，以出售或互換專利的方式授權給一些公司，如atmel、p

28、hilips、adi等。這些公司的這類產(chǎn)品也被稱為8051兼容芯片，這些8051兼容芯片在原來的基礎上增加了許多特性。本文應用電路中采用了atmel公司的at89s51芯片，它與mcs51單片機指令兼容，同時它的內(nèi)部包含用作程序存儲器4kb的基于flash技術的只讀存儲器。采用這款芯片既克服了采用8031需要添加外部程序存儲器導致電路復雜的缺點，又克服了采用8751導致電路制作成本高的缺點。3.2.1 晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以

29、產(chǎn)生振蕩電流，向單片機發(fā)出時鐘信號。圖3.2.1是單片機的晶振電路。電路中的電容c1和c2的典型值通常選擇為30pf左右，該電容的大小會影響振蕩電路頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩頻率的范圍通常在1.212mhz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越快，單片機的運行速度越快。但反過來，運行速度對于存儲器的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應該盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89c51常選擇振蕩頻率12mhz的石英晶體。圖3.2.1 單片機晶振電路圖3.2.2 復位電路復位是單片機的初

30、始化操作，只需要給89c51的復位引腳rst加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可以使89c51復位。復位時，單片機初始化為0000h，從0000h單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行錯誤（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于鎖死狀態(tài)時，也需要復位鍵使rst腳為高電平，使89c51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。圖3.2.2是復位電路圖。圖3.2.2 復位電路圖3.2.3 時鐘電路本設計需要窗簾在給定的時間自動開和關，所以需要用到定時器，而為了保證單片機與外界時鐘一致，要用到一個實時時鐘電路。這里使用ds12887實時時鐘芯片來完成這項功能。ds128

31、87是dallas公司生產(chǎn)的實時日歷時鐘芯片，其主要功能包括非易失性時日歷時鐘、報警器、百年歷、可編程中斷、方波發(fā)生器和114字節(jié)的非易失靜態(tài)ram。使用ds12887時應注意以下幾點：vcc正常情況下為5v，當vcc降至4.25v時，所有的輸入被忽略，輸出為高阻狀態(tài)，vcc降至3v時，外部電源被關斷，內(nèi)部鋰電池為實時時鐘和ram供電，在斷電情況下，時鐘繼續(xù)運行，其中的數(shù)據(jù)可保存十年以上不會丟失。ds12887有兩種工作時序，即motorola和intel時序，由mot引腳的電平指定，當mot引腳為高電平時選擇motorola時序，當mot引腳為低電平時選擇intel時序，圖中選為intel時

32、序，這時芯片的ds引腳接系統(tǒng)的讀信號/rd，r/w引腳接系統(tǒng)的寫信號/wr。as引腳用于分離數(shù)據(jù)地址總線ad7-ad0上的地址和數(shù)據(jù)信息，連接到mcu的ale引腳。reset引腳的信號對日歷時鐘和ram沒有影響，但它影響ds12887的命令和狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，在圖中直接將reset連至vcc，這樣可以保證ds12887在進入或退出電源失效狀態(tài)時，其工作狀態(tài)不受reset引腳的影響。ds12887有一個可編程輸出方波引腳sqw，從該引腳可以輸出頻率為2hz-256hz的方波，在系統(tǒng)中正是利用此引腳輸出周期為125ms的方波，作為mcu外部中斷/int0的中斷源實現(xiàn)周期性中斷，每當中斷發(fā)生時，mc

33、u讀一二次輸入口，檢查電表是否轉(zhuǎn)過一圈，在整點時還要采一次三相電流和電壓。除此之外，ds12887內(nèi)部還有128字節(jié)的ram的單元，其中前10個字節(jié)用于存放日歷時鐘信息，字節(jié)0為秒，字節(jié)2為分，字節(jié)4為時，字節(jié)6為星期，字節(jié)7為日，字節(jié)8為月，字節(jié)9為年，字節(jié)0ah-0dh用作控制和狀態(tài)寄存器，剩下的114字節(jié)為用戶ram，所有的這128字節(jié)都是掉電非易失性的。圖3.2.3 時鐘電路圖ds12887時鐘芯片和at89c5l單片微機的接口電路如圖3.2.3所示。模式選擇腳mot接地， ds12887時鐘芯片的as端口和89c51單片機的aie端直接相聯(lián)；而ds、rw 讀寫控制線與單片機的rd/w

34、r控制線制線相連；ds12887的高位地址由89c51單片機的p27端口來片選，則ds12887的高8位地址定為7fh，而其低8位則由芯片內(nèi)部各單元的地址來決定(00h-3fh)；ds12887的中斷輸出端iqr和89c51的外部中斷int0端相聯(lián)，給單片機提供中斷信號；ds12887的sqw端與89c5i的to端相連。3.2.4 鍵盤電路 鍵盤在由單片機控制的窗簾自動控制系統(tǒng)中的主要作用是通過按鍵向單片機輸入指令，其中主要包括設定時間，控制窗簾的開關等等功能，是人工控制單片機的主要手段。在窗簾控制系統(tǒng)設計中的鍵盤采用的是4×4矩陣鍵盤。這16個按鍵分別為：設定鍵主要是用來設定自動窗

35、簾打開或者關閉的時間；0-9數(shù)字鍵，其作用主要是用于設定時間；復位鍵主要應用在程序出錯以及誤操作的時候使單片機復位，從而重新設定；反轉(zhuǎn)鍵是使步進電機反轉(zhuǎn)，控制窗簾關閉；正轉(zhuǎn)鍵是使步進電機正轉(zhuǎn)，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進電機停止工作，窗簾控制器停止運行；確定鍵主要是用于在時間設定完成后的確定輸入。由于按鍵比較多，單獨設置按鍵會增加總體設計的復雜性，而且為了減少所占用的端口，可以將按鍵組成一個矩陣，如圖3.2.4所示。 圖3.2.4 鍵盤接口電路3.2.5 顯示電路顯示電路主要是用于顯示時間。采用led數(shù)碼管進行顯示是因為led數(shù)碼管具有以下幾個優(yōu)點：(1)能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動發(fā)

36、光，能與cmos、itl電路兼容。(2)發(fā)光響應時間極短(<0.1s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。(3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種類型，其公共端主要進行位控制，筆畫端則是進行字符控制，數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方法，說明如下：（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二十進位器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根i/o口來驅(qū)動，要知道一個89c51單片機可用的i/o口才32個。

37、故實際應用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性。 （2）動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個led數(shù)碼管的com端，

38、就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，但能夠節(jié)省大量的i/o口，而且功耗更低。 本設計采用的是4位led數(shù)碼管的串行驅(qū)動電路來達到顯示的目的。驅(qū)動器采用74ls164，由單片機89c51的p3.0和p3.1來控制led數(shù)碼管的顯示。顯示電路圖如3.2.5-1所示。圖3.2.5-1 顯示電路74ls164是8 位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。其引腳及各個引腳

39、的作用如下圖3.2.5-2所示：符號引腳說明dsa1數(shù)據(jù)輸入dsb2數(shù)據(jù)輸入q0q336輸出gnd7地 (0 v)cp8時鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發(fā)）/mr9中央復位輸入（低電平有效）q4q71013輸出vcc14正電源 圖3.2.5-2 74ls164引腳及說明3.2.6 ad轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)換的作用是進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。在選擇a/d轉(zhuǎn)換時，先要確定a/d轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度以及轉(zhuǎn)換位數(shù)等，a/d轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關，在自定窗簾控制系統(tǒng)中采用了8位a/d轉(zhuǎn)換器adc0809。adc0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的cm

40、os工藝8通道，8位逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。adc0809的主要特性有：（1）8路輸入通道，8位a/d轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 （2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 （3）轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640khz時)，130s（時鐘為500khz時） （4）模擬輸入電壓范圍05v，不需零點和滿刻度校準。 （5）工作溫度范圍為-4085攝氏度 （6）低功耗，約15mw。 adc0809芯片為28引腳的雙列直插式封裝，其信號引腳的功能說明如下： in7in0：模擬量輸入通道。 ale：地址鎖存允許信號。

41、對應ale上跳沿，a、b、c地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 start：轉(zhuǎn)換啟動信號。start上升沿時，復位adc0809；start下降沿時啟動芯片，開始進行a/d轉(zhuǎn)換；在a/d轉(zhuǎn)換期間，start應保持低電平。 a、b、c：地址線（通道端口選擇線），a為低地址，c為高地址，引腳圖中為adda，addb和addc。 clk：時鐘信號。adc0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500khz的時鐘信號。 eoc：轉(zhuǎn)換結束信號。eoc=0，正在進行轉(zhuǎn)換；eoc=1，轉(zhuǎn)換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。 d7d0

42、：數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。d0為最低位，d7為最高。 oe：輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；oe=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 vcc：+5v電源。 vref：參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5v。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個a/d轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對a、b、c 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)

43、總線相連。表3.2.6-1為通道選擇表。 表3.2.6-1 通道選擇表adc0809與單片機89c51的連接示意圖如圖3.2.6-2所示，其中74ls373為鎖存器，當三態(tài)允許控制端 oe 為低電平時，o0-o7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當 oe 為高電平時，o0-o7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 圖3.2.6-2 adc0809與單片機連接示意圖3.2.7 光敏傳感器窗簾自動控制系統(tǒng)的光控功能是可以根據(jù)光照的強弱來自動控制窗簾的開閉的，因此需要用到光照傳感元器件，在本設計中采用了光敏電阻。光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘

44、，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。光敏控制電路是由運算放大器組成比較電路，在運算放大器同

45、相輸入端用兩個電阻分壓，得到的電壓值作為基準電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對光進行采集，由于光敏電阻具有根據(jù)光照強度阻值變化的特點，可以得到反向輸入端的電壓值。然后將得到的兩組電壓值進行比較，比較后的信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換送入單片機89c51的p1接口，單片機處理后輸出命令控制電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)通過光照控制窗簾的開關功能。本設計采用了型號為gl3526的光敏電阻。光敏電阻與單片機的連接如圖3.2.7所示。 圖3.2.7 光敏傳感器3.2.8 步進電機步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應的增量位移或步進運動。正常運動情況下，它

46、每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進運動時，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。下圖為步進電機運行原理圖?？刂浦噶蠲}沖控制單元反饋與保護功率驅(qū)動電路單元步進電機圖3.2.8步進電機運行原理圖 在步進電機控制電路中，步進控制器的作用是把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進電機的轉(zhuǎn)向。在實際應用中由軟件代替步進控制器，其優(yōu)點是使線路簡化，降低成本，可靠性提高。在窗簾控制系統(tǒng)中選用了型號為24byj48 12vdc 1/16的四相反應式步進電機，該步進電機有5根引線，排列次序如下：1：紅色、2：橙色、3：黃色、4：粉色、5：藍色。 采用51驅(qū)動uln2003的方法

47、進行驅(qū)動， 其優(yōu)點是力矩大，精度高，其步距角是5.625°。步進電機電路與單片機的連接如圖3.2.9。 圖3.2.9 步進電機電路與單片機的連接自動窗簾控制系統(tǒng)的驅(qū)動器可以選用大功率復合管，也可以是專門的驅(qū)動器，比如光電隔離器，采用光電隔離器一是可以抗干擾，二是起到電隔離的作用。這樣可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾，防止強功率的干擾信號影響主控部分。另外，一旦驅(qū)動電路出現(xiàn)故障，也可以隔離較大的電壓，不致串入單片機而使其損壞。步進電機的驅(qū)動電路也有很多種，最為常見的是單電壓驅(qū)動，雙電壓驅(qū)動以及細分驅(qū)動等。3.2.9 信號校正電路在模擬信號采集過程中，難免會碰到采集信號過于微弱

48、，難以接收到，此時必須采用一個信號放大電路對信號進行一定倍數(shù)的放大才能滿足a/d轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，并且放大器還不能產(chǎn)生干擾信號，因此必須選擇一種符合要求的放大器。此外，進行信號采集時，采集到的信號不僅是有用的信號，還有很多干擾信號，應該選用具有頻率選擇作用的濾波器，這樣可以比較有效地濾除噪聲和分離各種不同信號,在本設計中采用了低通濾波器。積分運算電路具有低通特性，而通帶放大倍數(shù)取決于電阻組成的負反饋網(wǎng)絡，故在積分運算電路中電容上并聯(lián)一個電阻，得到反相輸入一階低通濾波電路，該電路具有放大和濾波功能，如圖3.2.10所示。圖3.2.10 放大濾波電路3.3 窗簾框架構造設計窗簾框架構造設

49、計包括窗簾微動開關連接電路設計和窗簾架的制作與設計。本設計中的微動開關通過電容、電阻組成的復位電路與單片機的復位引腳相連，微動開關安裝在窗簾滑桿上，當窗簾移動到預定位置時，觸動微動開關，使單片機復位，此時電機停轉(zhuǎn)，窗簾停到指定位置。如圖3.3所示。圖3.3 窗簾框架構3.3.1 電機選擇本設計選用型號為：24byj48 12vdc 1/16 的直流電動機，其優(yōu)點是力矩大，精度高，大大增加了本設計的可利用性。如圖3.3.1。圖3.3.1 24byj48 12vdc 1/16直流電機 性能參數(shù)： 1.額定電壓:12vdc 2.相數(shù):4相 3.減速比:1/16 4.步距角:5.625°/1

50、6 5.驅(qū)動方式:4相8拍 6.相電阻:120±7%(20) 7.空載牽入頻率:500hz 8.空載牽出頻率:800hz 9.牽入轉(zhuǎn)矩(200hz):125gf.cm 10.自定位轉(zhuǎn)矩:100gf.cm 本設計采用的是12v電源來作為直流電機驅(qū)動，計算轉(zhuǎn)數(shù)與扭矩如下：按上表參數(shù)計算電機在9v下的扭矩，n=最大空載轉(zhuǎn)數(shù)×（運行電壓÷峰值電壓）=63×（9÷12）=47.25r/minm=峰值堵轉(zhuǎn)扭矩×（運行電壓÷峰值電壓）=7.5×(9÷12)=5.625n.m在9v的狀態(tài)下，電機產(chǎn)生5.625的扭矩足以帶

51、動繞繩的轉(zhuǎn)動。第4章 程序分析與設計4.1 主程序設計主程序主要完成系統(tǒng)初始化操作及各個子程序之間的聯(lián)系任務，主程序是無限循環(huán)，主要的功能是完成單片機初始化，開關中斷，對按鍵進行掃描，控制步進電機工作，控制計時器等。主程序流程圖如圖4.1所示。 圖4.1 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分，步進電機控制部分、ad轉(zhuǎn)換部分、單片機主控器件部分，各部分具有不同的子程序。主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內(nèi)容；然后查詢按鍵操作，并且對按鍵進行分析以及處理，通過分析處理，對于設定鍵，則設定時間，到了設定的時間后步進電機工作。對于控制鍵，執(zhí)行窗

52、簾開閉的工作。如果經(jīng)過分析后都不是，采取復位的操作。4.2 主要子程序設計4.2.1 鍵盤程序設計在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，此時邏輯電平是不穩(wěn)的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令的錯誤執(zhí)行。解決這個問題的簡單方法是利用軟件延時。在單片機處理按鍵操作后都延時5ms，如果確定是按鍵后再延時12ms，這樣基本可以避免鍵盤的抖動。然后由單片機進行鍵碼分析，并執(zhí)行相應的命令，顯示并且返回。圖4.2.1是鍵盤程序設計流程圖。 圖4.2.1 鍵盤程序流程圖按鍵設置采用了掃描法，要判斷鍵盤中有無鍵按下時將全部行線y0-y3置低電平，列線置高電平，然后檢測列

53、線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置時，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。例如將單片機的p1口用作鍵盤i/o口，鍵盤的列線接到p1口的低4位，鍵盤的行線接到p1口的高4位。列線p1.0-p1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5v，并把列線p1.0-p

54、1.3設置為輸入線，行線p1.4-p.17設置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點，這些交點即為鍵盤按鍵。 在單片機應用系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)有兩性能很大一部分取決于鍵盤處理程序。在按鍵時按得快了沒有反應，按慢了一連響應幾次，總給人遲鈍感，不能使人滿意。在該設計中用以下思路設計的鍵處理程序。 首先要判斷有沒有鍵值，若有鍵值，再判斷是否為首次按下： （1）若首次按下：判斷是否與上次按下的鍵值相同 a.若相同再判斷：是否已經(jīng)按下了300ms？ 1).若已經(jīng)按下300ms則將此鍵做為連鍵處理。 2).若不是連鍵則判斷：是否按下20ms？ 1>.若確認按下20ms，得到有效鍵值等待彈起 2>. 若不是按下20ms直接結束處理（ret）。 b.若不相同則將標志清零結束處理（ret）。 （2）若不是首次按下：將鍵值暫存起來，標志置位結束處理。 如果無鍵值，則判斷是否有鍵值已被確認 （1）若有鍵已被確認：判斷按鍵是否首次抬起 a.若首次抬起：判斷抬起延時時間（20ms）是否到達 1>.若延時到則將標志處理結束處理。 2>.若延時未到直接結束處理（ret）。 b.若非首次抬起：直接結束處理（ret）。 （2）若沒有鍵被確認：直接結束處理（r