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1、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 指导教师： 2016年1月摘要随着生活水平的提高，智能家居越来越被人们关注。智能窗帘也随着科技发展悄然兴起，它不但具备窗帘优雅美观的特点，而且还能提供智能化的服务，使家居生活更加舒适、温馨与贴心。本文设计的是基于单片机控制系统的智能窗帘。它具备光感、红外遥控、温度显示、定时等功能。该窗帘可以根据外界的光亮程度来控制窗帘开启，从而达到调节室内光线，同时还提供按键来控制窗帘的关合。为了方便用户使用，增设定时模块，用户可根据自身的需要对某段时间，设置窗帘的开启程度。当定时结束，窗帘自动
2、切换到光感模式实现对室内光线的控制。同时，还增设温度显示，使用户可以了解温度状况。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 设计的背景和意义11.2 本设计的内容11.3 存在的主要问题21.3.1 光感功能的实现21.3.2 遥控功能的实现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 执行单元模块设计17第4章 系统软件设计234.1 程序流程234.2 程序设
3、计245课程设计体会26参考文献27附录 硬件电路图28第1章 绪论1.1 设计的背景和意义21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。在现代社会，对室内设计而言，窗帘不仅具有遮光作用，更有美化功能，它不仅可以协调居室的色彩搭配，而且能够柔化空间造型的线条，营造温馨惬意的环境。随着高新技术及电子器件的发展，光控、温控及遥控窗帘应运而生，给人们的生活带来了很多方便。单片机控制的自动窗帘控制系统，既能解决每天手动拉开和关上窗帘的
4、不便，又显示出了生活的档次，同时还可以根据光线的明暗来自动控制窗帘的开关，以调节室内的光线，更进一步地满足了人们的享受要求。同时，遥控和定时的组合控制，可以让人们在需要的时段内，方便、快捷使用。自动控制窗帘系统的推广和应用具有重要的现实意义，它改变了人们的生活方式，单片机控制的自动窗帘控制系统具有丰富的智能化功能，为家庭用户营造一个高效、舒适、便利的居住环境，给人们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，单片机控制的自动控制窗帘产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。1.2 本设计的内容主要设计内容：窗帘
5、结构设计、窗帘安装布局的设计、控制系统软件的设计和硬件的选择。窗帘结构设计：在现代的审美观念中，人们往往追求的整体美观，同时窗帘作为整体家居环境的一部分，它的结构和尺寸大小有一定的限制。为了满足人们对美的追求，在设计过程中采用硬度高、质量轻的铝合金材料来制作窗帘的整体框架。窗帘安装布局的设计：窗帘光感模块依靠两个光感模块和三个限位开关来实现。对于不同尺寸的窗帘，可根据实际情况改变限位开关的距离来实现控制。控制系统软件的设计：智能窗帘的智能化体现在其自身光控部分，当人们在室内休息、工作的时候，由于外界光线强度的改变，可能给在室内的人们造成不适，而光控刚好解决了这一缺陷。只要事先设置好光感的强度，
6、程序就可根据这个光线改变而实现窗帘的开合，从而改变室内光线强度，给人们一个舒适、温馨的环境。系统的定时部分可提供任何状态下12个小时的定时功能，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的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变化。1.3 存在的主要问题1.3.1 光感功能的实现光感部分主要可分成光感检测和光感执行两部分。光感检测依靠的是光敏电阻的使用。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的电阻值，称为暗电阻，此时在给定电压下流过的电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该
7、光照下的亮电阻，此时流过的电流。光敏电阻的暗电阻越大，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，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1M,甚至高达100M，而亮电阻则在几k以下，暗电阻与亮电阻之比在102106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。而本设计中在光感电路加入一个滑动电阻，用户可根据当地光线的实际情况来改变光感元件对光线的敏感程度，从而达到完美的控制目的。光感执行部分主要包括一个直流电机和三个限位开关来实现。当光敏电阻判断光线强度改变时，电机按相应方向转动。以光线程度变强为例，电机向窗帘关合的方向运动，当绕绳碰到某一限位开关时，电机停止转动。再进入另
8、一光敏电阻的判断，如果还是超过设定的位置，电机继续以同方向转动，碰到行程开关停止。1.3.2 遥控功能的实现遥控器使用方便，功能多。目前已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等各种家用电器中，且价格便宜，市场上非常容易买到。如果能将遥控器上许多的按键解码出来，用作单片机系统的输入，则解决了常规矩阵键盘线路板过大、布线复杂、占用IO口过多的弊病。而且通过使用遥控器，操作时可实现人与设备的分离，从而更加方便使用。红外线的是一种波长为950nm的光，超出人类的可视光谱范围，因此是不可见的。这也是我们用它来做遥控的原因之一，另一个原因就是红外线很容易人工生成，成本低廉。虽然人眼不能直接看到红外线，但
9、是通过摄像机或者数码相机，我们就能在图片里看到它们。不幸的是我们周围有很多红外源。太阳是最大的红外源，其它的比如灯泡，蜡烛，中央加热系统，甚至是我们的身体都是红外源。事实上，只要是发热的物体，就会发射红外线。所以我们必须采取一些措施来防止我们的控制信号受到干扰，采用调制可以使我们的控制信号免受干扰。通过调制，我们把红外线以特殊的频率发射，然后红外接收设施以相同的频率来接收，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能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习
10、、应用和开发提供了便利条件。单片机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。目前，单片机在民用和工业测 控领域得到最广泛的应用。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的影子，单片机早已深深地溶入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产 上也极大地提高了生产效率和产品质量。 当前国内外单片机的发展现状良好，我们根据单片机技术的先进性和稳定性制订了如下几种方案：方案一：STC单片机STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼
11、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公司推出了了STC89系列单片机，增加了大量的新功能，提高了51的性能，是MCS51家族中的佼佼者。STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与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是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、
12、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，产量已超过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位单片机的683XX系列也有几十个品种。近年来，以PowerPC、Coldfire、M.CORE等为CPU，将DSP未为辅助模块集成的单片机也纷纷推出，目前仍是单片机的首选牌品。MOTOROLA单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。MOTO
13、ROLA8位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出OTP计划以适应单片机发展趋势，在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面都胜过ARM7。方案三：Scenix单片机 Scenix单片机的I/O模块有新意。I/O模块的集成与组合技术是单片机技术不可缺少的重要方面。除传统的I/O功能模块如并行I/O、URT、SPI、I2C、A/D、PWM、PLL、DTMF等，新的I/O模块不断出现，如USB，CAN、J1850，最具代表性的是MOTOROLA32位单片机，它集成了包括各种通信协议在内的I/O模块，而Scenix单片机在I/O模块的处理上引入虚拟I/O的新概念。Scenix采用了RISC结构的CP
14、U，使CPU最高工作频率达50MHz。运算速度接近50MIPS。有了强有力的CPU，各种I/O功能便可以用软件的办法模拟。单片机的封装采用20/28引脚。公司提供各种I/O的库函数，用于实现各种I/O模块的功能。这些用软件完成的模块包括多路UART、多种A/D、PWM、SPI、DTMF、FSK、LCD驱动等，这些都是通常用硬件实现起来也相当复杂的模块。综合比较三个方案，方案一工具好用，DEMO易搞，成本偏低，所以此次选用的是AT89C52单片机。这是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C52
15、 产品指令和引脚完全兼容。同时具有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级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。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，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 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。因此采用在滑线上缚有一或二只永磁体，与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，在封闭的帘杆内腔运行，而吊环全部套在帘杆外周或嵌进下部开的缝内，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，可以电动手拉兼容。
