智能窗帘控制装置-毕业设计论文.doc

1、I 南京信息职业技术学院 毕业设计论文 作者 学号 系部 电子信息学院 专业 计算机控制技术 题目 智能窗帘控制装置 指导教师 评阅教师 完成时间： 年 月 日 毕业设计 (论文 )中文摘要 II 智能窗帘控制装置 摘要 ： 随着现代社会的高速发展，人们对室内设计智能化的要求也越来越高。方便与享受的智能窗帘对于现代快节奏的人们生活来说，是适应现代化办公和生活环境的需要，是人们生活水平提高的一个标志。对于室内的窗帘而言，它不仅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。 本文综述了 智能窗帘控制装置 系统的设 计与制作过程，介绍了设计制作一个完整的窗帘控制系统需要做的理论分析以及其制作

2、过程。 智能窗帘控制装置 系统核心采用的是 单片机 AT89C51， 其次利用了光照传感器、键盘显示接口电路以及信号调理电路等外围电路， 它主要的功能有时间显示 , 定时控制 开闭窗帘，还可以根据光强度自动调节窗帘以使屋内达到舒适惬意的环境。 整个系统在理论层面上，用程序语言驱动各模块工作，实现系统的内在联系，在应用层面上则采用 Protel 软件进行原理图设计。 智能窗帘控制装置系统 的构成主要由光照传感电路、系统主控模块电路、电源转换电路、电机控制电路 、键盘以及显示电路等组成， 重点讨论了窗帘自动控制系统的设计过程、硬件选用和软件调试等问题，通过本系统 可实现利用光照强度以及设置时间来控

3、制窗帘自动开闭。 关键词 ： 单片机 智能窗帘 定时 步进电机 III 毕业设计 (论文 )外文摘要 Title : Smart curtain control 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

4、to adapt to the needs of the modern office and living environment, is a sign 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 syste

5、m design and production process, design a complete curtain control systems 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 c

6、onditioning circuit peripheral circuits, it is mainly the function of time 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 theoretica

7、l level, each module driven programming language, the intrinsic link of the 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 ci

8、rcuits, motor control circuit, keyboard and display circuit focused on the 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

9、close automatically. keywords: MCU Smart Curtains Timing Stepper Motor IV 目录 第 1章 绪论 . 5 1.1 研究背景及意义 . 5 1.2 基本内容安排 . 6 1.3 设计思想及基本功能 . 7 第 2章 总体电路设计及其原理说明 . 7 2.1 系统基本功能 . 7 2.2 系统总体结构设计 . 8 第 3章 硬件分析与设计 . 9 3.1 电源电路设计 . 9 3.1.1 单片机 电源电路设计 . 9 3.1.2 步进电机 电源电路设计 . 11 3.2 89C51 单片机及相关电路 . 12 3.2.1 晶振

10、电路 . 13 3.2.2 复位电路 . 14 3.2.3 时钟电路 . 14 3.2.4 键盘电路 . 16 3.2.5 显示电路 . 17 3.2.6 AD转换电路 . 19 3.2.7 光敏传感器 . 21 3.2.8 步进电机 . 22 3.2.9 信号校正电路 . 24 3.3 窗帘框架构造设计 . 25 3.3.1 电动机选择 . 25 第 4章 程序分析与设计 . 27 4.1 主程序设计 . 27 4.2 主要子程序设计 . 28 4.2.1 键盘程序设计 . 28 4.2.2 定时程序设计 . 30 4.2.3 步进电机程序设计 . 31 结论 . 32 致谢 . 33 参考

11、文献 . 34 附录 一 智能窗帘原理图 . 35 附录二 程序清单 . 36 5 第 1 章 绪论 1.1 研究目的和意义 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。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。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。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活

12、方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的 安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元， 在设计本系统时 采用的主控器件 AT89C51，正是运算与控制单元的集合体。 本 窗帘控制 系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而 大大提高系统的可利用性。此次系

13、统设计系统正是利用 AT89C51 单片机的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。 正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器 的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化，这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。 6

14、智能窗帘控制装置 系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由单片机扩展的外围电路以及各种实现单片机系统控制功能的接口电路组成；软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。 本设计中介绍了智能窗帘控制装置系统的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。同时，系统在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控 制系统的功能进行扩展。 1.2 基本内容安排 该设计通过分析电动窗帘的现状和人们对自动窗帘控制系统的功能的需求，从而对自动窗帘控制器进行总体的设计。系统的总体设计采用以步进电机作为单片机控制元

15、件，执行窗帘开闭的主要任务；以光敏电阻作为检测元件，以提供单片机外界光照的变化； 89C51单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的运行，此外，辅助以键盘和显示电路，在各个电路模块的配合下最终实现了自动窗帘控制系统的智能化要求。 自动窗帘控制系统设计过程主要分为以 下几个章节： （ 1）绪论： 介绍设计目标国内外的发展现状和研 究意义目的，设计的基本内容和本文的章节安排。 （ 2）总体设计方案： 给出了智能窗帘控制装置的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。 （ 3）硬件设计：选用 89C51单片机为核心的各种电路设计，包括复位电路，电源电路，时钟电路，步进电机控制电路，键盘 /显示电路等一系

16、列相关电路。 （ 4）软件设计：介绍各个功能模块的的设计流程以及设计思路。 （ 5）总结：针对设计中的不足进行再思考以及提出自动窗帘控制系统功能的扩展。 7 1.3 设计思想及基本功能 该系统具有一般的窗帘控制系统的最基本的功能，即通过电动 按钮来开闭窗帘，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。 自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能： （ 1）手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以

17、使窗帘的开闭处于任何一种状态； （ 2）自动控制：用户可以通过按键一次性开闭窗帘； （ 3）环境亮度控制：窗帘的关闭和开启通过环境亮度自动完成窗帘的开启或关闭操 作控制， “ 天黑关闭，天亮打开 ” 具有智能管理，不产生误动作。 （ 4）时间自动控制：根据设置输入的开启或关闭时间，来控制窗帘的关闭和打开。 窗帘的正转、反转和停止功能可由单片机输出电平来控制步进电机的运转以实现。环境亮度的控制通过光敏二极管和运放组成的电路来控制单片机输出电平继而控制电机的正转和反转。时间自动控制可以由定时器来控制。 第 2 章 总体电路设计及其原理说明 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

18、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8 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，具体 有以下几大功能： （ 1）手动控制状态：此功能使自动窗帘控制系统具有手动拉

19、开、关闭 和停止功能。（ 2）半自动控制状态：此功能是在要打开或者关闭窗帘的时候，通过 “ 开 ” 或 “ 关 ” 按键，窗帘在电机的带动下可以自动开闭。（ 3）亮度自动控制：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。（ 4）时间自动控制：此功能根据用户需要，设定需要开闭窗帘的时间，通过输入的开启或关闭时间，控制窗帘开关。 2.2 系统总体结构设计 硬件设计的好坏决定整个方案的成功与否，所以在硬件设计时，在实现功能的情况下电路设计越简单越好，这样才能保证这个系统的稳定运行。下图是 智能窗帘控制装置 设计 的总体框图如图 2.2.1 所示。 图 2.

20、2.1 电动窗帘控制器结构框图 本智能窗帘控制装置以 89C51为主控芯片，通过其灵活的输入 /输出口设置，由光电传感器 检测 外界的光强，经过信号调理电路的放大，滤波调理后输入到 A/D转换器， A/D转换器件完成一个转换过程需要一定时间，如果在这段时间内信号的幅度发生变化，转换结果将会受到影响，所以其间要用到采样保持电路。转换后的信号由单片机控制器，来实现电机的运行与停止。显示模块主要用来显示智能 窗帘控制装置 的各种状态信息 。 键盘模块主要 作用是通过按键向单片机输入指令，其中主要包括设定时间，控制步进电机转动方向，从而控制 窗帘的 开与关。 光敏传感 信号校正 A/D 转换 89C5

21、1 显示模块 键盘模块 步进电机 9 第 3 章 硬件分析与设计 3.1 电源电路设计 3.1.1 单片机电源 电路 单片机工作需要使用 5V 电压，因此需要给单片机设计电源电路。图 3.1.1是单片机的电源电路。它采用 LM2576 开关稳压集成电路将电动机电源 +12V 直流电压转变为 +5V 的直流电压为单片机供电。 图 3.1.1 单片机电源电路 LM2576 中文资料 LM2576 系列开关稳压集成电路的主要特性如下： 最大输出电流： 3A; 最高 输入电压： LM2576 为 40V， LM2576HV 为 60V; 输出电压： 3.3V、 5V、 12V、 15V 和 ADJ(可

22、调 )等可选 ; 震荡 频率： 52kHz; 转换效率： 75% 88%(不同电压输出时的效率不同 ); 控制方式： PWM; 工作温度范围： -40 +125 工作模式：低功耗 /正常两种模式可外部控制 ; 工作模式控制： TTL 电平兼容 ; 所需外部元件：仅四个 (不可调 )或六个 (可调 ); 器件保护：热关断及电流限制 ; 10 LM2576 的内部框图如图 3.1.2 所示，该框图的引脚定义对应于五脚 TO-220 封装形式。 图 3.1.2 LM2576 内部包含 52kHz 振荡器、 1.23V 基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不

23、同的输出电压， 通常将比较器的负端接基准电压 (1.23V)，正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中 R1=1k (可调 -ADJ 时开路 )， R2 分别为 1.7 k(3.3V)、 3.1 k (5V)、 8.84 k (12V)、 11.3 k (15V)和 0(-ADJ)，上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需 使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值 1.23V 进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。 由图 3.1.1 及 LM2576 系列开关稳压集成电路的特性可以看出，以 LM2576 为核心的开关稳压电源完全可以取代三端稳压器件构成的 MCU 稳压电源。 LM2576 系列开关稳压集成电路 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 更 可靠、 更 方便。 外形图