1、目录 摘要 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 系统设计的背景及意义 . 2 1.2 设计的基本内容 . 2 1.3 实现的基本功能 . 3 第 2 章 总体电路设计与原 理说明 . 4 2.1 方案介绍 . 4 2.2 总体方案设计 . 5 2.2.1 自动控制窗帘基本功能 . 5 2.2.2 总体结构设计 . 5 第 3 章 硬件分析与设计 . 7 3.1 单片机及相关电路设计 . 7 3.1.1 89C51 单片机概述 . 7 3.1.2 晶振电路 . 8 3.1.3 复位电路 . 8 3.1.4 显示电路 . 9 3.2 光敏传感器电路 . 9 3.3 A/D 转换电路 . 11
2、 3.4 步进电机电路 . 12 . 13 3.5 温度检测电路 . 13 3.6 红外控制电路 . 15 第 4 章 程序分析设计 . 18 4.1 主程序 . 18 4.2 重要子程序设计 . 18 第 5 章 总结 . 19 参考文献 . 21 附录 1 :原理图 . 22 附录 2 :部分子程序 . 23 摘要 自动控制技术是 20 世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是 21 世纪最重要的高技术之一。今天，技术、生产、军事、管理、生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程
3、按照预想进行，或者实现某个预设的目标。随着电子计算机技术和其他高 技术的发展，自动控制技术的水平越来越高，应用越来越广泛，作用越来越重要。尤其是在生产过程的自动化、工厂自动化、机器人技术、综合管理工程、航天工程、军事技术等领域，自动控制技术起到了关键作用。 当然，在智能家居方面，自动控制技术有较好的发展前景。应用自动控制技术，将是家居环境更加智能化，人性化。 针对家居环境采光及避光问题，自动窗帘控制系统将取代手动控制，更加人性化。本文综述了自动窗帘系统的设计与控制系统，介绍了设计制作一个完整的自动窗帘控制系统所需要做的理论分析，以及各环节功能的实现。自动窗帘控制系统核心是采 用单片机 AT89
4、C51 控制，其次采用感光传感器，红外控制电路，温度检测电路等外围电路。整个系统在各模块的配合下实现半自动控制，自动控制等功能。该设计在理论层面上，以程序语言驱动各模块工作，实现了各模块的内在联系，应用层面上采用软件进行原理图设计和仿真。 该自动窗帘系统硬件电路主要由光敏检测电路，红外控制电路，温度检测电路，步进电机驱动电路构成。该设计则主要讨论了自动窗帘系统的设计过程，硬件电路设计，软件调试过程，以及利用软件实现红外线遥控信号的编码及解码方式。通过本系统可以实现通过光照强度实现窗帘开关自动控 制，通过温度检测电路实现窗帘开关自动控制，同时实现红外遥控的半自动控制。 关键词 ： 自动控制 ，自
5、动窗帘，单片机，步进电机 第 1 章 绪论 1.1 系统设计的背景及意义 智能家居以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，尽显便捷将家中的各种设备（如音视频设备、照明设备、窗帘控制、空调控制、网络家电等）通过家庭网络连接到一起。与普通家居相比，不仅具有传统的居住功能，提供安全舒适的家庭生活空间，还能提供全方位的信息交互 功能，优化人们的生活方式。随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的时候，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人
6、们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。 随着技术产业结构的调整，生产工艺的飞速发展，人们的生活水平不断提高，家用电气逐渐普及。高精度、多功能、低功耗是现代科技发展的趋势。在这种趋势下，窗帘的数字化、智能化已经成为现代生产研究的主导设计方向。 单片机在电子产品中的应 用已经越来越广泛，在很多电子产品中也用到了红外控制。结合感光系统和红外遥控系统的智能窗帘系统具有较好的发展前景。 1.2 设计的基本内容 本智能家居自动窗帘控制系统以 STC89S51 单片机为控制核心，由电源模块、光敏感应模块、温度监测模块、红外遥控模块等几个环节组成本系统
7、的主要框架，与此同时可外扩一些其他的控制功能。系统可以实现对外界光线强度的实时监测，从而来控制窗帘的自动开启和关闭，并可对室内的温度进行检测和显示，可由用户随时设定温度阈值，当实际的温度超过或低于设定温度后，通过窗帘的开闭，使室内的光线和温 度达到一个较为理想的条件。为了更体现人性化，本设计通过红外线的发送和接收，可根据用户的意愿实现对窗帘开闭的远距离遥控。 该设计主要分为以下几个章节： （ 1） 绪论：介绍介绍系统设计的背景及意义。 （ 2） 总体方案设计：介绍自动窗帘控制系统总体方案，及总体结构设计。 （ 3） 硬件系统分析：介绍主要硬件系统。 （ 4） 软件分析：介绍软件设计。 （ 5）
8、 总结：对该设计的不足和扩展进行分析。 1.3 实现的基本功能 自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能： （ 1） 光照控制：根据光照强度值，通过感光器采集，自动打开或关闭窗帘。即当早晨光照强度增强到设定值，通过感光 器采集，单片机控制步进电机打开窗帘；当夜晚光照强度减弱到设定值，通过感光器采集，单片机控制步进电机关闭窗帘。 （ 2） 温度控制：通过红外遥控器设定给定温度，通过温度监测系统，检测环境温度，当温度高于或低于给定值时，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。 （ 3） 红外控制：当光照强度未达到设定值，手动操作红外遥控器，由红外接收系统接收信号，单片机控制步进电机打开或关闭窗帘。 第 2
9、章 总体电路设计与原理说明 2.1 方案介绍 方案：基于光照检测及温度检测的自动控制 原理框图如下：温 控 模 块键 盘光 控 模 块红 外 遥 控 模 块蜂 鸣 器L C D 显 示 模 块单 片 机 系 统图 2-1 原理框图 2.2 总体方案设计 自动窗帘控制系统总体方案的设计是基于满足设计要求的前提下，根据理论上的可实现性和硬件电路的经济实用型，进行设计。本设计从人们对系统设计功能的需求出发，综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的整体框架，并且在整体功能实现的基础上，尽可能考虑系统的可扩展性。 2.2.1 自动控制窗帘基本功能 自动窗帘控制系统具有以下几个模块： （ 1） 感光
10、控制模块：本模块首先通过光敏电阻在外界光线强度的变化下阻值的改变，使得输出电压发生变化。变化的电压 信号传送到 PFC8591 八位的 AD/DA 转换芯片，将模拟量转化为数字量，进而输入到单片机处理器。经处理器的运算与处理，控制电机的正反转，达到窗帘开闭的目的。 （ 2） 温度监测模块：模块通过温度传感器 DS18B20 采集室内的温度值，经过单总线的传输方式将采集到的温度信号传送给单片机，并由 LCD 显示器显示当前的温度。其中，温度的阈值可由用户通过红外线来遥控设定。当室内温度超过或低于设定值时，伴随着着电机的正反转。 （ 3） 红外遥控模块：本模块利用 HT6221 芯片组成的遥控器发
11、射红外信号，接收头接收后先解码，并用液晶显示每个按键 对应的用户码值。利用遥控器上的按键，软件中设置可供用户随时控制电机正反转的程序，实现可在任意时刻控制窗帘的打开和关闭。此处，红外遥控另外一个功能是在进入温度设定模式下设置初始的温度值，并可借用红外遥控外扩一些较为实用的家庭简单控制电路，为人们的日常生活带来方便。 2.2.2 总体结构设计 系统设计的总体框图如下： 所 测 温 度 等 于 设 定 温 度A D C 1 0 0NYYYY注 ：z z f l a g 1 z z f l a g 2 正 传 标 志 位f z f l a g 1 f z f l a g 2 ) 反 转 标 志 位开
12、 始初 始 化S E T T = = 1启 动 A Dz z f l a g 1 = 1A D C 1 0 0A D C 1 0 0 & & z z f l a g 1 = = 1z z f l a g 2 = 1f z f l a g 1 = 1A D C 1 0 0 & & f z f l a g 1 = = 1f z f l a g 2 = 1z z f l a g 2 = 1设 定 温 度N u m + +电 机 正 传N u m = 1 0 0 0清 除 标 志 位YYYYYYYf z f l a g 2 = 1N u m + +电 机 反 转N u m = = 1 0 0 0清 除
13、 标 志 位测 温 度显 示 温 度电 机 反 转N图 2-2 总体框图 第 3章 硬件分析与设计 3.1 单片机及相关电路设计 3.1.1 89C51 单片机概述 AT89C51 是一种带 4K 字节 闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。 AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了
14、一种灵活性高且价廉的方案。 主要参数： （ 1） 片内震荡器和时钟电路 （ 2） 4K 字节可编程闪烁存储 器； （ 3） 128*8 位内部 RAM （ 4） 32 可编程 I/O 线 （ 5） 两个 16 位定时器 /计数器 （ 6） 5 个中断源 （ 7） 全静态工作： 0HZ-24MHZ （ 8） 低功耗闲置和掉电模式 3.1.2 晶振电路 图 3-1 单片机内部晶振电路连接图 单片机必须在时钟的驱动下才能进行工作。 MCS-51 系列单片机内部都有一个时钟振荡电路，只需外接晶振源，就能产生一定频率的时钟信号送到单片机的内部的各个单元，决定单片机的工作速度。图 4-3 就是内部时钟工作
15、方式的电路图，这是一种常用的方式。这种方式是外界振荡源，本设计就采用这种外接晶振的方法。电路中的两个电容的作用有两个：一是帮助振荡器起振（ C1 C2 的值大，起振的速度慢 ；反之，速度快。）；二是对振荡器的频率起到微调的作用（ C1 C2的值大，频率略有减少，反之，频率略有提高）。 C1 C2 的值采用 30pF。 3.1.3 复位电路 图 3-2 复位电路 在系统运行的过程中，有时可能对系统需要进行复位，为了避免对硬件系统经常加电和断电造成的损害，设计了手动的复位电路。如图 4-2 所示。这种电路的设计，在系统的运行过程中需要复位时，只需使开关闭合，在 RST 端就会出现一定时间的高电平信号，从而使单片机实现复位。 3.1.4 显示电路 按照电路图链接电路即可，需要说明的是在这个电路图 中， LCD 的第三脚VEE 没有接，这个脚是控制屏幕对比度的。可以将电位器的两端分别接 VCC 和GND，中间端接 LCD 的第三脚。 图 3-3 1602 液晶电路 3.2 光敏传感器电路 光 敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有： 光电管 、 光电
