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1、信息与控制工程学院硬件课程设计说明书智能窗帘控制系统的设计学生学号： 09580136 学生姓名： 崔虎 专业班级： 电气 0901 指导教师： 于军 职 称： 副教授 起止日期： 2012.3.52012.3.24 吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology信息与控制工程学院硬件课程设计说明书课程设计任务书一、设计题目：智能窗帘控制系统的设计二、设计目的：1掌握STC89C52单片机最小系统及接口电路的设计；2熟练掌握单片机的编程方法；3掌握利用Keil进行软件仿真编程及程序下载的方法。三、设计任务及要求：设计并实现智能窗帘的控制系统。该系统的基
2、本功能有：1具有室内温度的测量及显示功能；2具有根据光的强弱控制窗帘的位置。；四、设计时间及进度安排：设计时间共三周（2012.03.052012.03.23）,具体安排如下表：周安排设 计 内 容设计时间第一周设计单片机最小系统和外围电路的原理图，学习单片机开发工具Keil的使用，绘制设计电路原理图。2012.03.052012.03.09第二周按照原理图焊接电路板，学习单片机对各模块的编程驱动方法以及掌握利用Keil进行编程，学习对单片各模块功能程序的调试和整合。2012.03.122012.03.16第三周硬件下载并调试程序实现智能窗帘控制系统的基本功能。完成并提交硬件设计作品及硬件课程
3、设计说明书，课程设计答辩。2012.03.192012.03.23五、指导教师评语及学生成绩指导教师评语:年 月 日成绩指导教师(签字):- I -目 录课程设计任务书I第1章 课程设计的目的1第2章 总体电路设计及其原理说明22.1 方案选取22.2总体方案设计22.2.1系统基本功能22.2.2系统总体结构设计2第3章 单片机基础43.1 89C52单片机概述43.2 晶振电路53.3 复位电路6第4章 硬件电路设计84.1电源电路84.2直流电机电路94.3 光照强度检测电路104.4 LCD1602显示电路12第5章 系统软件设计145.1 KELL开发平台145.1.1 KELL软件
4、简介145.1.2 KELL软件的使用方法14结 论16参考文献17附录一：系统原理图18附录二：智能窗帘控制系统程序19- 11 -第1章 课程设计的目的课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。1进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；2培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；3培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。第2章 总体电路设计
5、及其原理说明2.1 方案选取单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制系统的智能化要求，要求其能够实现如下两种功能： 功能（一）基于温度检测以及温度显示功能功能（二）基于光照强度器件的自动控制功能这二种功能都是基于单片机控制的，采用直流电机控制以及液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。本次课程设计采用温度采集和光照检测元件，通过光照强度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响。2.2总体方案设计自动窗帘控制系统总体方案设计是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，而进行
6、设计的重要环节。本章从人们对系统功能需求出发，在综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的总体构架，并且在基本功能需求的基础上尽可能考虑系统的可扩展性。2.2.1系统基本功能 伴随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，人们对生活舒适性的追求越来越强烈，而窗帘在每个家庭生活是必备的，其基本功能是保护住户的隐私以及遮蔽阳光等。基于这些作用窗帘的便利性自然也受到家庭的关注。但传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关不仅不省力，而且还可能错过最佳光照时间，尤其是大窗帘，比较重，而且长，在开闭时需要费很大力气才能开关窗帘，特别不方便；针对这种现象，电动窗帘便由此产生。现有的电动窗帘基本上都可以利
7、用按键控制，自动开关闭窗帘，虽然省了力气，但是有些方面的设计还是不够人性化。对此，本控制系统提出可以根据光照以及定时等开关窗帘，此功能是利用设定的光照强度自动完成窗帘的打开或者关闭，真正实现黑天关闭，白天打开的功能。2.2.2系统总体结构设计自动窗帘控制系统设计的总体框图如图2-2所示。 图2-2 智能窗帘控制原理图根据光照来开闭窗帘主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度，从光传感器上采集的信号经过滤波后输入到A/D转换器，由于A/D转换器件的转换需要一定时间，一旦在这段时间内信号发生变化，转换结果将会出现偏差，所以在转换期间要应该采用采样保持电路。传入的信号由89C52单片机来控制，并且做出响
8、应，以实现电机的正转、反转与停止。显示模块是用来显示自动窗帘控制器的各种状态。第3章 单片机基础3.1 89C52单片机概述STC89C52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。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外 STC89X52
9、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。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。 STC89C52RC单片机: 8K字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 内带4K字节EEPROM存储空间; 可直接使用串口下载； AT89S52单片机: 8K字节程序存储空间； 256字节数据存储空间； 没有内带EEPROM存储空间; 其引脚图如图3-1所示图3-1 STC 89C52 引脚图3.2 晶振电路电路中
10、的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。图3-2是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。振荡周期XTAL1接外部晶体的一个引脚，XTAL2接外晶体的另一端。在单
11、片机内部，接至上振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC的输出时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz，典型值为
12、12MHz或者11.0592MHz。电容C1和C2可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调fOSC的目的。 其电路如图3-2所示：图3-2 单片机晶振电路图3.3 复位电路复位是单片机的初始化操作，只需要给89C52的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使89C52复位。复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST脚为高电平，使89C52摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动。图3-3是复位电路图。 图3-3 单片机复位
13、电路图第4章 硬件电路设计4.1电源电路三端集成稳压器LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。用LM78LM79系列三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。其内部结构图如图4-1所示。图4-1 LM7805内部示意图单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图3-1是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机。其电路如图4-2所示：图4-2 电源电路图4.2直流电机电路直流电机是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。
14、当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个方向转动步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。本实验中，L293D采用16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；
