單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、廣西科技大學（籌）畢業(yè)設計（論文）說明書課題名稱家居推拉窗及窗簾智能控制系統(tǒng)的設計院 別 電氣與信息工程學院 專 業(yè) 自動化 班 級 082 學 號 200800301076 姓 名 指導教師 2012年 6月3日摘要本文首先介紹了智能家居的基本知識及其應用前景，進而闡明了開發(fā)作為智能家居中一個很重要部分紅外線遙控推拉窗及窗簾的控制意義，隨后著重介紹了開發(fā)單片機的紅外線遙控智能控制系統(tǒng)設計所用到的集成芯片AT89C52、DS1302芯片、紅外線發(fā)射接收器等硬件的結構原理。本文采用分塊的模式，對整個系統(tǒng)的硬件電路設計進行分析，分別給出了系統(tǒng)總體框圖、電源電路、時鐘DS1302電路、紅外線接收電路

2、、電機控制電路、顯示電路，下雨傳感器電路、并對相應電路設計進行了相關的闡述。隨后講述了軟件的編寫思路，也是采用分塊的模式，分別寫出了紅外線解碼程序、時鐘芯片DS1302控制程序、LCD液晶顯示程序、遙控控制程序的編寫思路，每一模塊都畫出了其方框圖，看起來一目了然。最后通過仿真調試，時鐘，手動開關窗簾，自動開關窗簾等控制方面的設計上基本達到了預期目的。當然，該系統(tǒng)在一些細節(jié)的設計上還需要不斷的完善和改進。關鍵詞:時鐘芯片；智能控制；紅外線；AT89C52；傳感器AbstractThis paper first introduced the basic knowledge of the smart

3、 home and its application prospect, thus illustrating the development as wisdom can household a very important part of the curtain, automatic infrared remote control significance. Then mainly introduces development single-chip microcomputer control system of infrared remote control curtain use AT89C

4、52 integrated chips, DS1302 chip, infrared emission receiver and the structure of the hardware principle. In this article, the block model, the whole system hardware circuit design is analyzed, and the system are respectively the overall frame, power supply circuit, the clock DS1302 circuit, infrare

5、d receiver circuits, motor control circuit, show circuit, rain sensor circuit, and to the corresponding circuit design and the correlation of exposition. Then the writing of the ideas about software, is also the separate block of models, including the decoding process, Write the decoding process of

6、infrared ray respectively, the clock chip DS1302 control procedures, LCD display program, remote control of control program writing ideas, each module are draw the charts, looks at a glance.Finally, the simulation results debugging, clock, the switch curtain, automatic switch control aspects such as

7、 the curtain on the design of basic the expected purpose is reached. Of course, this system in some of the detail of the design also need to have been the perfect and improve.Keywords: the clock chip；Intelligent control；infrared；AT89C52；sensor目錄1 緒論11.1 課題背景11.2 國內外概況11.3 課題的研究工作22 方案論證42.1 方案選取43 電

8、路及執(zhí)行機構設計63.1 系統(tǒng)設計框圖63.2 微控制器系統(tǒng)設計6單片機AT89C52RC6時鐘電路8復位電路10存儲器件AT24C0211紅外線接收模塊13顯示模塊14電機驅動模塊153.3 執(zhí)行機構的設計17電源驅動電路17片外時鐘電路18數(shù)據(jù)A/D轉換器18傳感器電路194 軟件設計214.1 系統(tǒng)軟件設計框圖如下214.2 紅外線解碼214.3 控制器DS1302的控制程序224.4 存儲器AT24C02控制程序254.5 傳感器控制程序284.6 遙控器控制程序294.7 中斷控制程序304.8 電機驅動程序31結束語32致謝33參考文獻341 緒論本章闡述了單片機控制的紅外線遙控自

9、動窗簾系統(tǒng)的市場價值、研究背景、國內外的現(xiàn)狀、以及發(fā)展方向，明確指出了單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)所面臨的問題及一些解決方案。1.1 課題背景生活在提高，時代在進步，人類在向文明邁進，不同的時代對居住空間、環(huán)境有不同的要求，這是社會的必然潮流。單片機控制的智能遙控推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)，既能解決每天手拉開和關窗及窗簾的不便，又顯示出了生活的檔次，同時還可以根據(jù)光線的明暗來自動控制窗簾的開關，以調節(jié)室內的光線，更進一步地滿足了人們的享受要求。所以該產品能形成大規(guī)模生產，很快會普及全國市場，產生巨大的經濟效益；另外，除了廣大市民住宅使用外，智能遙控推拉窗控及窗簾制器還可以廣泛應用于別墅、公寓、

10、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會議廳、銀行、學校、醫(yī)院等各種公共場所，因此該產品具有廣闊的市場前景。智能控制推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)在我國還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應用自動控制窗簾和推拉窗系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。其一，改變人們的生活方式。單片機控制的智能遙控推拉窗及窗簾系統(tǒng)具有豐富的智能化功能，為家庭用戶營造一個高效、舒適、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能控制推拉窗及窗簾系統(tǒng)只用一個多功能遙控器就能控制和監(jiān)測住房的窗簾和窗戶的開關問題，給人們日上生活帶來極大的方便。這些都將改變人們傳統(tǒng)的生活方式，并提高了人們的生活質量。其二、牽動一大批產業(yè)。智能控制推拉窗及窗簾系統(tǒng)的產品面向家庭用戶，其

11、應用市場是龐大的，發(fā)展前景也是廣闊的，必將吸引大批有遠見的各類企業(yè)介入，從而牽動一大批產業(yè)的發(fā)展。這里最先受益的應該是房地產業(yè)，該控制系統(tǒng)不僅是一個很好的概念與“賣點”，同時也是直接提升住宅檔次的一個條件，這將會給房地產商帶來新的利潤空間。在家居集成化、網絡化的趨勢下，家居集成也成為一種潮流，許多更專業(yè)的、美觀的、智能化的家居集成產品相繼出現(xiàn)。其三，開拓一個嶄新的市場。智能推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)牽動了許多的行業(yè)，它將不僅僅是目前的IT系統(tǒng)集成商或建筑弱電工程總包商的市場，而且是專業(yè)公司和智能化裝飾公司的市場。1.2國內外概況在歐美等發(fā)達國家，智能控制推拉窗及窗簾已廣泛應用。在10年前，智能系統(tǒng)就

12、已經進入我國，可一直沒有大的推廣，這兩年，隨著電子技術的不斷提高及價格的不斷下降，智能控制推拉窗及窗簾控制器又開始在我國市場發(fā)展。據(jù)了解，全國共有170多種智能推拉窗及窗簾控制器獲得了國家專利，但就其技術本身而言，還是大同小異，但售價卻有很大差別，貴的要數(shù)千元，便宜的只要 500 塊。盡管推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)在國內是一個起步的行業(yè)，但是，它的發(fā)展前景在國內也是排前面的熱門行業(yè)。從智能控制推拉窗及窗簾系統(tǒng)走進中國以來，國內各有實力的商業(yè)巨頭紛紛涉足，使我的新興智能家居市場達到前所未有的活躍。目前，我國智能控制推拉窗級窗簾系統(tǒng)生產，宣傳，以及銷售體系形成了相當規(guī)模，不少國內知名企業(yè)紛紛涉足。推拉窗

13、及窗簾控制系統(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。自動窗簾產品已開始走進中國的家庭。具報道，我國 2004 年售出商品房 1.9 億 m²,如果每20m²需要一套產品，僅此一項就可以年新增產品近千萬套加上。每年新增智能控制推拉窗及窗簾產品市場需求將不低于2000萬套。如果單片機控制的推拉窗及窗簾控制器，銷售占市場的5%左右，就可實現(xiàn)年產值上億元。隨著智能控制系統(tǒng)的熱潮在世界各國逐漸流行，隨著中國電子行業(yè)的高速發(fā)展、

14、人們物質水平的不斷提高，智能控制推拉窗及窗簾已經成為現(xiàn)代家居裝行業(yè)的主流裝飾，在不久的將來，智能控制推拉窗及窗簾裝飾肯定會覆蓋到生活的各各角落。從現(xiàn)在其流行趨勢來看，在未來的 20 年時間里，推拉窗行業(yè)將會是普通大眾喜愛的行業(yè)，其市場的發(fā)展前景是非常廣闊的。1.3課題的研究工作智能家居系統(tǒng)是一個大的社會系統(tǒng)工程，我們應當加快我國智能家居標準化進程。智能控制推拉窗及窗簾系統(tǒng)作為智能家居中一個很重要的部分，需要在我國智能家居這一領域，建立起一個具有中國特色的新興、健康的產業(yè)鏈。智能控制推拉窗及系統(tǒng)在我國并不是遠在天邊，而是近在眼前?，F(xiàn)有的電動推拉窗及窗簾機的控制方式有固定式開關控制、遙控、光控、時

15、控等，其中以前兩種形式居多。就實用程度和經濟角度來說，用固定式開關控制方式較好，這是因為推拉窗及窗簾的開閉不像電視機等家電產品開閉得那樣頻繁，每天開閉的次數(shù)不多，因此安裝在固定的地方使用也相當方便如把開關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戶和窗簾的開閉。利用觸摸開關，實現(xiàn)全自動斷電，既安全又節(jié)能，但最重要的一點就是沒有實現(xiàn)完全的自動化，沒的擺脫對人的依賴作用。而采用遙控控制時，需要候機電源，不可能完全斷電而且增加遙控功能，也增加了成本，售價也相應提高。21世紀是信息化的時代，知識與科技成為時代的潮流，在它們的推動下，智能化也因此得到了很大的發(fā)展，其作用在社會生活中日益得到彰顯。

16、智能控制器主要利用計算機技術、網絡通信技術、綜合布線技術等現(xiàn)代化技術的有機結合而發(fā)揮作用。在通信技術、計算機技術、網絡技術、智能控制技術的迅猛發(fā)展潮流下，家庭生活實現(xiàn)了現(xiàn)代化與智能化，居家環(huán)境也變得更加舒適與安全。智能化控制的工作原理自然離不開運算和控制單元，而該器采用的主控器件AT89C52，正是運算與控制單元的集合體。器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)單片機器控制功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機器實現(xiàn)其特定控制功能的各種程序組成。本設計中介紹了智能推拉窗及窗簾控制器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

17、時，器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，在考慮到經濟性和簡便性的前提下，可以供日后對控制器的功能進行擴展。智能推拉窗及窗簾的控制方式大體上有四種：雨控、光控、時控、手控，手控和時控屬于半自動類；而光控和雨屬全自動式，但光控因光敏器件的靈敏度，冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同，以及人們對起閉推拉窗及窗簾在時間上的要求不同，而難以實施和普及。因此，時控式的全自動控制便成了專業(yè)以及業(yè)余電子設計人員的熱門課題。根據(jù)一下情況智能推拉窗及窗簾有些不能實現(xiàn)完全的自動化；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，但結構復雜，性能不夠穩(wěn)定；有些雖然實現(xiàn)了完全的自動化，且性能還可以，但價格昂貴不適合普通消費者使用

18、。所以我想利用價格相對便宜的紅外線遙控發(fā)射芯片、單片機作為主要控制器件，來完成該系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)主要有如下幾方面的特點：（1）發(fā)射紅外線的發(fā)射裝置采用一般彩色電視機的遙控器，這樣既方便又實惠，可謂一物兩用。（2）時間控制開關方式，通過對DS1302芯片的設定，讓用戶可以隨自己的生活習慣方便的自動開關窗簾，無需手動。（3）采用紅外遙控方式，不會干擾其它電器的正常工作，也不會影響鄰近的無線設備。超距離遙控，可達 89m。（4）另一種控制方式為手動控制方式，防止停電后采用手動控制。（5）美觀，以往的智能控制推拉窗都是向一邊拉或向上拉，而本設計為向兩邊打開，隨個人的愛好可以控制其大小。（6）體積小、

19、結構簡單、靈敏度高、抗干擾性強、經濟實用、工作可靠。2方案論證2.1 方案選取這次設計題目因為單片機在電子產品中的應用已經越來越廣泛，在很多的電子產品中也用到了紅外控制。隨著推拉窗紅外控制器應用范圍的日益廣泛和多樣，各種適用于不同場合的窗簾控制器應運而生。實現(xiàn)這種控制目的的方案有2個：方案一鍵盤模式控制系統(tǒng)。根據(jù)光照來開閉窗戶主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感器上采集的信號經過濾波后輸入到A/D轉換器，由于A/D轉換器件的轉換需要一定時間，一旦在這段時間內信號發(fā)生變化，轉換結果將會出現(xiàn)偏差，所以在轉換期間要應該采用采樣保持電路。傳入的信號由AT89C52單片機來控制，并且做出響應，

20、以實現(xiàn)電機的正轉、反轉與停止。顯示模塊是用來顯示推拉窗及窗簾控制器的各種狀態(tài)圖2-1 方案一方案二 模擬集成控制器自動控制系統(tǒng),這二個方案都是采用單片機控制，液晶顯示模塊 LCD 顯示。AT89C52 是一款采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機，其主要性能特點有：（1）高性能、低功耗的 8Byte 微控制器，RISC 精簡指令集機構，多種指令，且單周期指令占大多數(shù)，有掉電和閑置的省電模式、5個中斷源、兩個16位定時器/計數(shù)器。（2）片內集成4KB可編寫程序存儲器，可進行 1000 次以上寫/擦反復利用，保存數(shù)據(jù)時間有達10年，支

21、持三級程序存儲器鎖定。（3）各種豐富雙向口功能：32可寫程序 I/O 線，可編程串行通道，振蕩時鐘電路。采用 LG28顯示模塊41BH數(shù)碼管，動態(tài)掃描，8550三極管位選驅動，AT89C52微處理器 P0口直接段時間顯示，具有顯示亮度強、穩(wěn)定性能好、顯示誤差少等優(yōu)點。圖2-2 方案二此方案控制采用AT89C52 單片機的最小系統(tǒng)，通過ULN2003芯片來驅動步進電動機控制窗戶和窗簾的拉開和關閉。家居推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)可以使用紅外遙控器遠程遙控推拉窗戶及窗簾的開或關；還可以根據(jù)室外環(huán)境亮度實現(xiàn)環(huán)境亮度光控。以及光控狀態(tài)下環(huán)境亮度的控制參數(shù)的調整等等都可以通過遙控器進行設置。該控制設計可謂是一款

22、多功能的推拉窗及窗簾控制系統(tǒng)設計方案。經過兩個方案的對比和論證，方案二比方案一更簡便，快捷，多功能以及成本造價更低，因此選著方案二作為此次設計方案.3電路及執(zhí)行機構設計3.1 系統(tǒng)設計框圖圖3-1方案框圖3.2微控制器系統(tǒng)設計3.2.1單片機AT89C52RCAT89C52RC 是由宏晶公司推出的一種小型單片機，其主要特點為采用 Flash 存貯器技術，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存儲器制造技術制造，將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，可以很快被中國廣大用戶接受。其程序的可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗比較容易，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活

23、性高且價廉的方案。AT89C52RC 有很寬的工作電源電壓，可為 2.76V,當工作在 3V 時，電流相當于 6V工作時的 1/4。AT89C52RC工作于12Hz時，動態(tài)電流為 5.5mA，空閑態(tài)為1mA,掉電狀態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。AT89C52RC具有以下幾個特點：a. AT89C52RC與MCS-51系列的單片機在功能指令和管腳上基本一致；b. 片內有4k字節(jié)在線可多次重復擦寫程序的存儲器；c. 非動態(tài)工作,工作范圍:0Hz24MHz；d. 三級程序存儲器加密；e. 128×8 位內部RAM；f. 32 位雙向輸入輸出線；g. 兩個十六位

24、定時器/計數(shù)器；h. 五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級；i. 一個全雙工的異步串行口；j. 間歇和掉電兩種工作方式；k. 超強抗干擾:高抗靜電(ESD 保護)輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾；l. 寬電壓,不怕電源抖動；m. 寬溫度范圍,-4085；n. 禁止ALE輸出；o. 超低功耗；p. 掉電模式:典型功耗<0.1A；q. 空閑模式:典型功耗2mA；r. 正常工作模式:典型功耗4mA-7mA；s. 掉電模式可由外部中斷喚醒,適用于電池供電系統(tǒng),如水表、氣表、便攜設備等；AT89C52RC 引腳功能1.電源:VCC-芯片電源，接+5V；VSS-接地端；2.時鐘:XTAL1、XTAL2-晶體振

25、蕩電路反相輸入端和輸出端；3.控制線:控制線共有4根：ALE/PROG:地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖； ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址； PROG 功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖；PSEN:外ROM讀選通信號。RST/VPD:復位/備用電源。 RST（Reset）功能：復位信號輸入端。 VPD 功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。EA/Vpp:內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。 EA 功能：內外ROM選擇端。 Vpp 功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源 Vpp。4.I/O 口線：P0、P1、P2、

26、P3 共四個八位。P0 口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲器的低8位地圖1址。由于是分時輸出,故應在外部加鎖存器將此地址數(shù)據(jù)鎖存，地址鎖存,信號用ALE。P1 口是專門供用戶使用的I/O口,是準雙向口。P2 口是從系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。不擴展外部存儲器時,P2口也可以作為用戶 I/O 口線使用,P2口也是準雙向口。P3 口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時操作同P1口。P3口的第二功能如表3-1：表3-1 P3口管腳功能表端口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入

27、口)P3.1TXD (串行輸出口)P3.2INT0 (外部中斷0)P3.3INT1 (外部中斷1)P3.4T0 (定時/計數(shù)器0外部輸入)P3.5T1 (定時/計數(shù)器1外部輸入)P3.6WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)3.2.2時鐘電路 其中時鐘電路包括振蕩時鐘電路和片外時鐘電路：(1)振蕩時鐘電路片內電路與片外器件就構成一個時鐘產生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在12MHz24MHz 之間選取。C5、C6是反饋電容，其值在20pF100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為 30pF，

28、晶振頻率為12MHz。振蕩周期=1/12us；機器周期S=1us；指令周期=14us；AT89C52 中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-2。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C5、C6 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C5、C6 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度以及溫度穩(wěn)定性等。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF±10pF，而如使陶瓷諧

29、振器建議選擇40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘。外部時鐘脈沖接到XTAL1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應符合產品技術條件要求。圖3-2振蕩時鐘電路圖(2)外界時鐘電路DSl302 是美國 Dallas 公司生產的一種串行實時時鐘/日歷芯片，以串行方式與單片機進行數(shù)據(jù)傳送，它能夠向單片機提供：秒、分、時、日、月、年、及星期等實時時間信息，并能夠對閏年天數(shù)自動調整，日歷有效至 2100 年。DSl302 由雙電源中較大

30、者供電，使系統(tǒng)在沒有主電源的情況下也能保持時鐘的連續(xù)運行。片內具有31個字節(jié)靜態(tài) RAM，可用來保存重要數(shù)據(jù)。DSl302具有引腳少、體積小、價格低等優(yōu)點，得到了廣泛應用。但由于其時序要求比較嚴格，應用程序不易編寫，給開發(fā)者帶來不便。為此，本文對其進行詳細分析和闡述并在分析其時序的基礎上給出了DSl302與單片機連接的接口電路和通訊子程序。下圖為DS1302的時鐘引腳圖。圖3-3DS1302引腳圖表3-2 DS1302引腳描述引腳號符號描述引腳號符號描述1Vcc2備用電源引腳5RST復位引腳2X1晶振引腳6I/O輸入/輸出引腳3X2晶振引腳7SCLK串行時鐘輸入引腳4GND隱藏引腳8Vcc1主

31、電源引腳DS1302串行實時時鐘芯片主要由移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘及31個字節(jié)RAM組成。數(shù)據(jù)傳送前，必須把置為高電平且把提供地址和命令信息的8位字節(jié)裝入到移位寄存器。在進行單字節(jié)傳送或多字節(jié)傳送時，開始的8位命令字節(jié)用于指定40個字節(jié)(31個字節(jié) RAM和9個字節(jié)時鐘寄存器)中哪個將被訪問。DS1302的數(shù)據(jù)傳輸：對DS1302 進行任何數(shù)據(jù)傳送時,第一個數(shù)據(jù)字節(jié)必須是命令字節(jié),其最高有效位 MSB (位 7)必須為邏輯 1。如果它是零,禁止寫 DS1302。位6為邏輯 0 時指定傳送時鐘/日歷數(shù)據(jù)；邏輯1指定傳送 RAM 數(shù)據(jù)。位1至5指定進行輸入或輸出的特定寄存器的地址。最

32、低有效位LSB(位 0)為邏輯0時指定時進行寫操作(輸入)；邏輯1指定進行讀操作(輸出)。命令字節(jié)總是從最低有效LSB(位0)開始輸入,表3-3為地址。表3-3 地址/命令字節(jié)時鐘芯片DS1302是采用IIC總線來傳輸數(shù)據(jù)的。IIC總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。IIC總線產生于在 85年代，最初為音頻和視頻設備開發(fā)，如今主要在服務器管理中使用，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。IIC總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達 25 英尺，

33、并且能夠以 10Kbps 的最大傳輸速率支持 40 個組件。IIC 總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設備都可以成為主總線。一個主控能夠控制信號的傳輸和時鐘頻率。當然，在任何時間點上只能有一個主控。3.2.3復位電路單片機在開機時都需要復位，以便中央處理CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機的復位后是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RST引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖（2 個機器周期）以上的高電平，單片機便可實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。MCS-51 單片機的 RST 引腳是復位信號的輸入端

34、。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位，1手動按鈕復位手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RST上加入高電平（圖3-4）。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端。手動按鈕復位的電路如所示。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復位的時間要求。3-4 圖復位電路2上電復位AT89C52的上電復位電路，只要在RST復位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個電阻到地即可。對于CMOS型單片機，由于在RST端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至10uF。上電復位的工作過程是在

35、加電時，復位電路通過電容加給RST端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著Vcc對電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位，RST端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時，Vcc的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時間則為10ms。在圖3-4的復位電路中，當Vcc掉電時，必然會使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是由于內部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產生損害。另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果

36、系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數(shù)器PC將得不到一個合適的初值，因此CPU可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。3.2.4存儲器件AT24C02AT24C02 是一個 2K 位串行 CMOS E2PROM，內部含有256個8位字節(jié)。CATALYST公司的先進 CMOS 技術實質上減少了器件的功耗。AT24C02 有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IIC 總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。圖3-5 AT24C02引腳圖功能描述：AT24C02支持IIC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IIC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產生串

37、行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、A1和A2可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上。表3-4管腳描述管腳名稱功能A0、A1、A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時鐘WP寫保護VDD+1.8V6V工作電壓Vss隱藏SCL串行時鐘：AT24C02 串行時鐘輸入管腳用于產生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。SDA 串行數(shù)據(jù)/地址：AT24C02 雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸

38、出進行線。A0、A1、A2 器件地址輸入端：這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設置器件地址，當這些腳懸空時默認值為0。當使用 AT24C02時最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個AT24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳（A0、A1、A2 ）可懸空或連接到 Vss，如果只有一個AT24C02被總線尋址這三個地址輸入腳（A0、A1、A2 ）必須連接到 Vss。WP 寫保護：如果WP管腳連接到Vcc，所有的內容都被寫保護只能讀。當WP管腳連接到Vss或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。3.IIC 總線的基本結構：采用IIC 總線標準的單片機或IIC器件，其內部不僅有IIC接口電路，而且將內部各單元電路按功能

39、劃分為若干相對獨立的模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線的連接。CPU不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。在數(shù)據(jù)傳送過程中，必須確認數(shù)據(jù)傳送的開始和結束。當時鐘線 SCL為高電平時，數(shù)據(jù)線SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖蕉x為“開始”信號，起始狀態(tài)應處于任何其他命令之前；當SCL線處于高電平時，SDA線發(fā)生低電平到高電平的跳變?yōu)椤敖Y束”信號。器件將處于備用方式.開始和結束信號都是由主器件產生。在開始信號以后，總線即被認為處于忙狀態(tài)；在結束信號以后的一段時間內，總線被認為是空閑的。IIC總線的數(shù)據(jù)傳送格式

40、是：在IIC總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)讀寫控制。方向位為“0” 表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/W)確定。3.2.5紅外線接收模塊HS0038紅外接收裝置將遙控信號的接受、放大、檢波、整形集一體，并且輸出可以讓單片機識別的 TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，

41、方便使用。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭 HS0038。HS0038 黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35m。它能與 TTL，COMS電路兼容。HS0038 為直立側面收光型。它接收紅外信號頻率為38 kHz,周期約26us，同時能對信號進行放大、檢波、整形，得到TTL電平的編碼信號。三個管腳分別是地、5V電源、解調信號輸出端。紅外接收部分主要是對紅外載波信號進行調解放大整形等。由于市場上已經有集成調解放大整形輸出的紅外接收頭，所以我們只用考慮怎樣能準確計算出紅外編碼脈沖時間就可以了。通常我們在計算紅

42、外編碼脈沖時間時，一般把接收程序放在中斷程序中，一旦有紅外信號則馬上進入中斷程序中并啟動定時器對紅外信號延時時間進行定時。一旦計算判斷出是起始位則準備進行指令碼的定時計算，如果沒有檢測到起始位就不能檢測指令碼，而是繼續(xù)檢測起始位的出現(xiàn)當指令碼全部接收完畢后可根據(jù)指令碼的命令執(zhí)行相應的動作。在紅外接收時要注意抗干擾因為推拉窗及窗簾接收陽光照射的時間和強度都很大因此主機接收到的紅外線干擾信號也很強所以一方面要加強主機接收頭的避光措施另一方面要在紅外接收軟件中設置接收紅外編碼信號延時時間的上限和下限依次來達到最佳的抗干擾效果。其接受電路圖如3-6。圖3-6 紅外線接收電路紅外線接收電路使用一個集成紅

43、外接收器，型號是HS0038，靜態(tài)時輸出端輸出高電平，當接收到紅外信號后，按紅外信號的數(shù)據(jù)波形輸出負脈沖數(shù)據(jù)信號。紅外信號輸出到單片機的 P3.3，該口對應的第二功能是外部中斷 1(INT1)，利用該口的第二功能，一旦紅外線信號到來，P3.3被拉低，單片機中止當前的工作轉移到接收、處理紅外信號。開啟中斷功能的目的，既減輕了單片機的工作負擔，又保證接收到的紅外信號的完整性，同時在手動工作狀態(tài)下，單片機進入睡眠后，利用外部中斷功能完成對單片機的喚醒。3.2.6顯示模塊目前科技信息產品都朝著輕、薄、短、小的目標發(fā)展，在計算機外設中擁有悠久歷史的顯示器產品當然也不例外。在便于攜帶與搬運為前題之下，傳統(tǒng)

44、的顯示方式如映像管顯示器及顯示板等等，皆受制于體積過大或耗電量甚巨等因素，無法達成使用者的實際需求。而液晶顯示技術的發(fā)展正好切合目前信息產品的潮流，無論是直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu)點，都能讓使用者享受最佳的視覺環(huán)境。LCD液晶顯示器件從結構上說，屬于平板顯示器件。其基本結構，呈平板形。它主要由前后偏振片、前后玻璃片、封接邊及液晶等幾大部件組成。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。引腳功能說明：1602LCD采用標準的14腳（無背光）接口，各引腳接口說明如表3-5。表3-5 LCD引腳說明編號

45、符號引腳說明編號符號引腳說明1 VSS 電源地9 D2 數(shù)據(jù)2 VDD 電源正極10 D3 數(shù)據(jù)3 VL 液晶顯示偏壓11 D4 數(shù)據(jù)4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇12 D5 數(shù)據(jù)5 R/W 讀/寫選擇13 D6 數(shù)據(jù)6 E 使能信號14 D7 數(shù)據(jù)7 D0 數(shù)據(jù)8 D1 數(shù)據(jù)其外表及引腳如3-7圖3-7 LCD顯示器電機驅動模塊ULN2003是大電流達林頓晶體管陣列系列產品,具有電流增益高、工作電壓范圍廣、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點,適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。ULN2003A電路是美國Texas Instruments公司和Sprague公司開發(fā)的大電流達林頓晶體管陣列電路,文中介紹

46、了它的電路構成、特征參數(shù)及典型應用。ULN2003內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅動繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅動電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTLCOMS,由達林頓管組成驅動電路。ULN是集成達林頓管,內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓極電極擊穿約為36V。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅動繼電器或固體繼電器，也可直接驅動低壓燈泡。通常單片機驅動ULN2003時，上拉2K的電阻較為合適，同時，COM引腳應該

47、接電源。 ULN2003是一個非門電路，包含7個單元，單獨每個單元驅動電流最大可達350mA，引腳9接電源。表3-6 2003的主要電氣特性項目符號數(shù)值單位最大輸入電壓Vi(max)30V集電極-發(fā)射極電壓Vo(max)50V最大基極輸入電流Ib(MAX)25mA輸出電流Io500mA貯存溫度Ts-65150結溫Tj175引線耐焊接溫度Td300步進電機出現(xiàn)在上個80時代，他是由電磁鐵組成的旋轉器，其設計原理與現(xiàn)代所使用的步進電動機有很大相似之處，都是用縫隙之間的磁場變化來生成電磁轉矩。在本世紀初，歐洲資本主義進入工業(yè)時代，各種各樣的工業(yè)產品誕生出來，同時也加快步進電動機的技術的發(fā)展，是步進電

48、機成為一個新興的行業(yè)。80年代初，由于計算機技術的飛速發(fā)展與步進電機的有效組合，使步進電機的功能更加多樣化。以前步進電機的控制電路是由集成元件組成的，安裝和整合都很困難，耗費大量的器件，而且安裝是針對性的，一旦控制方案改變就要變換設計電路。步進電機與計算機的組合，更能完美的利用步進電機的優(yōu)勢。3-8是ULN2003驅動步進電機的電路圖。圖3-8 電機驅動電路推拉窗框及窗簾框架構造設計包含推拉窗和窗簾的微動開關設計，其內部包含了兩個部分的驅動機構。其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，微動開關安裝在推拉窗及窗簾的滑桿上，當窗簾或推拉窗移動到預定位置時，觸動微動開關，使

49、單片機復位，此時電機停轉，窗簾或窗戶停到指定位置。圖3-9 推拉窗及窗簾框架圖3.3 執(zhí)行機構的設計電源驅動電路此次設計選擇了一個220-8V的變壓器，得到一個8V的交流電，再通過由4個N4007整流二極管組成的H橋整流電路和一個1000uF/25V的電容來得到一個直流8V電源； 單片機正常工作電壓為5V，因此設計的電源電路主要是提供單片機工作電壓。圖3-10是為單片機提供電壓的電源電路。在這個電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器LM7805，可以輸出5V的直流電壓以供給單片機。三端集成穩(wěn)壓器LM7805，總共有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用LM78LM79系列三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的

50、外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便。圖3-10 電源電路3.3.2片外時鐘電路本電路采用 DS1302 時鐘芯片，DS1302主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通的32768Hz 晶振，兩個電源Vcc1及Vcc2接電源VDD，這樣如果沒有交流電的供電也可以由可充電電池供電，起了掉電保護，防止數(shù)據(jù)丟失。2 腳 X1（晶振引腳）及3腳 X2（晶振引腳）接 32786Hz 的晶振，DS1302 的7腳 CLK（串行時鐘輸入引腳）與單片機的 P1.5 相連，6腳 I/O(數(shù)據(jù)輸入輸出引腳)與單片機的 P

51、1.6 相連，5腳RET（復位引腳）與單片機的P1.7相連。圖3-11片外時鐘電路數(shù)據(jù)A/D轉換器A/D轉換器的作用是進行模數(shù)轉換，把接收到的模擬信號轉換成數(shù)字信號輸出。在選擇A/D轉換時，先要確定A/D轉換的位數(shù)，該設計運用的是A/D轉換器ADC0832，A/D轉換器的位數(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，系統(tǒng)精度涉及的環(huán)節(jié)很多，包括傳感器的變換精度，信號預處理電路精度A/D轉換器以及輸出電路等。本次設計使用A/D轉換器ADC0832。芯片的工作原理正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有

52、效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 “1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，C

53、H1作為負輸入端IN-進行輸入。當2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3 個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將

54、轉換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。圖3-12是A/D轉換器和兩個傳感器的接線圖。圖3-12 A/D接線電路3.3.4傳感器電路 下雨傳感器電路圖如下圖3-13。圖中M相當于濕敏探頭（現(xiàn)實中是用黃銅片代替，設計上找不到相應元件用其他代替），有水滴在傳感器上時使三極管獲得偏置電流達到飽和導通，發(fā)光二極管LED亮燈，進行報警。當濕敏探頭探測到雨水時就會轉換成數(shù)據(jù)電流傳給控制器，然后由控制器對電機進行驅動對推拉窗進行操作。至于濕敏探頭制作的方法?？刹捎?8mm×60mm單面敷銅板一塊。厚度不限。用利刀片在銅箔面上刻出八條寬3mm、間距2mm的銅柵，并引出導線連接電路。圖3-13下雨傳感器電路光敏

55、二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結時，可以使PN結中產生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加，因此可以利用光照強弱來改變電路中的電流。用光敏二極管組成的光敏傳感器如圖3-14。圖3-14 光電傳感器電路光敏二極管選用了TYL系列，它是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的

56、二極管；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏二極管一般用于光的測量、光的控制和光電轉換；根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器，紫外光敏電阻器、紅外光敏電阻器、可見光光敏電阻器；課題選用了可見光光敏二極管。光敏二極管除具靈敏度高，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；傳感器模塊使用了一個10K的滑動變阻器作為電壓調節(jié)平衡器，入射光強，電阻減小，1號端口電壓值變大，窗簾打開；入射光弱，電阻增大，1號端口電壓值變小，窗簾閉合。然后通過一個LM393進行一個比較，確定兩個閾值，使得LM393發(fā)出三種不同的高低電平組合信號，通過A/D轉換器的A端口來實現(xiàn)對窗簾的開合控制；光敏二極管的控制狀態(tài)如下表表3-8 光敏二極管狀態(tài)控制表光照強度光敏二極管電壓v窗簾開合狀態(tài)E<10KLXU>4.0關閉10KLX<E<30KLX1.8<U<4.0保持E>30KLXU<1.8開4軟件設計程序的編寫是該系統(tǒng)重要的部分，如果軟件編寫的科學就能體現(xiàn)出該系統(tǒng)功能的完整性、實用性、經濟性。只有軟件和硬件都正確才能使電路正常工作達到我們想要的效果。本系統(tǒng)的軟件編程部分的編寫主要分為紅外解碼程序、LCD1602 顯示程序、時鐘芯片 DS1302 控制程序、數(shù)據(jù)存儲程序這四大類來闡