1、 本科生课程设计（论文）摘 要本文旨在设计一个家用窗帘自动开关控制器。当外界光照度高于某一参考值时窗帘自动打开，低于该参考值是窗帘自动关闭。通过本学期对单片机的学习，利用单片机为控制器，设计单片机控制系统，最终实现控制功能。本设计具有一定的的推广价值，能更加方便人们的生活起居。本系统先确定了设计方案，再分别通过硬件设计和软件设计来完善方案。在设计中用到了 89C51 单片机作为控制器，执行机构为步进电机，使用光敏电阻作为传感器。系统在天气不稳定等外界干扰下会有可能影响其稳定性。关键词：家用窗帘；89C51 单片机；步进电机；光敏电阻本科生课程设计（论文）目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章
2、课程设计的方案 .22.1 概述 .22.2 系统组成总体结构 .2第 3 章 硬件设计 .43.1 系统控制器单片机的选择 .43.2 检测电路的设计 .53.3 电机驱动电路的设计 .73.4 显示电路的设计 .83.5 时钟电路设计 .9第 4 章 软件设计 .104.1 A/D 转换子程序设计 .104.2 电机驱动程序设计 .134.3 时钟电路程序设计 .15第 5 章 系统分析 .18第 6 章 课程设计总结 .19参考文献 .22本科生课程设计（论文）第 1 章 绪论随着经济社会的快速发展，人们的生活节奏也越来越快，高效、方便、节能也越来越引起人们的重视。特别是随着电子技术产业
3、向集成化、智能化转变以后，人们对居家生活的各方面都要求方便干净，而且美观。同时，也为人们的生活环境以及智能家居的实现提供了依据，为此，研究与设计智能窗帘控制系统具有深远的现实意义。本设计介绍了一种自动窗帘的控制系统，自动窗帘的控制系统包括电路控制部分和机械传动部分，电路控制部分光信号获取及转换为电信号，利用电信号实现控制，以及各种控制状态的自动转换，机械部分由限位开关和继电器控制电机正反转。因此，我选择的设计制作就是在我所学知识的基础之上，把简单的居家生活中的窗帘用光感应控制实现，使生活方便的同时也把所学知识更好的运用在生活中，真正做到学以致用。目前，国内外的家用窗帘自动控制技术已经很成熟，有
4、多家的生产厂商。本设计是对在校所学理论知识的一次实践应用，同时一定程度上填补了市场上自动控制窗帘的空白；采用目前广泛使用的模块化设计理念，成品具有体积小、可靠性高、易于安装检测维修等传统人为控制电动窗帘不可比拟的优点；该作品设计简单实用，能自动控制，一经安装，无需人工管理。此外，本设计产品成本低廉，适用性广，能在各种窗口场合使用，对不便人工作业的场合效果尤为显著，具有很大的市场推广空间和经济效益前景。但值得注意的是，就目前国内的社会发展水平和国人的消费水准来说，与其说本设计是一种生活必需品，倒不如说是一种家庭装饰品，其推广过程中可能遇到一些暂时性的困难。就目前而言，所设计产品虽适用范围广阔，但
5、与当今普通手动窗帘相比造价要高，只适于部分场合的使用，其市场前景可能会随着社会的发展越来越好。其主要意义在于达到了学以致用的目的；同时，具有一定的现实意义，经改进完善后能进行生产，投入使用。所以，国内外对该课题的研究并没有广泛开展。本科生课程设计（论文）2单片机 AD 转换光敏电阻LED 显示步进电机时钟电路驱动电路第 2 章 课程设计的方案2.1 概述本次设计主要是综合运用所学知识，设计出家用窗帘自动开关控制器，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。应用场合: 应用于家用窗帘，家用窗帘
6、有一个光敏电阻作为光线传感器，通过外界光线和光纤传感器的设定值作比较，决定窗帘是打开还是关闭。控制器由 12V 蓄电池供电。系统功能介绍: 该系统使用 AT89C51 单片机作为核心，外围电路由时钟芯片、光敏电阻等构成。用 PCF8591 作为 A/D 转换从而实现光控。2.2 系统组成总体结构该系统使用 AT89C51 单片机作为核心，通过使用光敏电阻作为光线传感器，PCF8591 作为 A/D 转换实现光控。时钟芯片采用 DS1302，用于实现钟控功能，同时集成 DS18B20 用于显示环境温度。设计驱动电路控制步进电机，使用 JL-48E500 / 520 是供电源为 5V 的 4 相
7、5 线的步进电机。用两个 LED 灯显示窗帘的打开和关闭状态。整个电路使用了 5V 电源供电。本科生课程设计（论文）3图 2.1 系统总体结构框图 对于电机如何停止的问题，本设计在窗帘滑杆上安装了微动开关，一旦窗帘拉动到指定位置就会触碰微动开关，从而送给单片机一个低脉冲，单片机在接收到低脉冲后，则认为窗帘已完全拉开或关闭，调用程序实现电机的停止转动；当接收到光控信号时，单片机调用相应的程序，驱动光敏二极管检测环境亮度，根据检测结果，实现窗帘的拉开或关闭。在设计过程中有可能遇到的一些典型的问题，但采取了相应的措施：(1) 电机驱动问题。电机的驱动电压为 5 V，但是经过三极管的降压后，电机驱动能
8、力明显下降，为了增大电机驱动能力，在控制部分与电机执行部分加了光耦隔离，将两部分隔离开来，外接 12 V 电压，以增大电机的驱动能力。(2) 电机停机问题。单独靠程序来实现电机的停机，对时间控制的要求非常高，且不易实现。如果通过继电器来实现停机也可以，但由于继电器响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高，故采用了微动开关，通过送单片机低脉冲来实现电机停机，实时性也很好。本科生课程设计（论文）4第 3 章 硬件设计3.1 系统控制器单片机的选择自单片机诞生以来的 40 年中，单片机已有 70 多个系列，500 多个机种，如今单片机厂商众多，生产的单片机产品性能各异，种类繁多。以 Inte
9、r(美国英特尔)公司的 MCS-51 系列产品为例，其一般可以分为普通型和增强型。他们的结构基本相同，其主要的差别在于存储器的不同，如 89C51 是以 FlashROM 为存储器。为了符合系统的要求，本课程设计选用 89C51 作为微机控制核心。其特点如下：面向控制的 8 位 CPU；一个片内震荡器和时钟产生电路，振荡频率为 024MHz；片内 4kbFlashROM 程序存储器；128B 的片内数据存储器；可寻址64KB 的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；2 个 16 位定时/计数器；4 个并行 I/O 口，共 32 条可单独编程的 I/O 线；5 个中断源和 2 个中断优先级；一
10、个全双工的异步串行口等。图 3.1 AT89C51 实物图本科生课程设计（论文）5图 3.2 AT89C51 引脚图3.2 检测电路的设计PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS 数据获取器件。PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1 个串行 IC 总线接口。PCF8591的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 IC 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 IC 总线以串行的方式进行传输。PCF8591 的功能包括多路
11、模拟输入、内置跟踪保持、8-bit 模数转换和 8-bit 数模转换。PCF8591 的最大转化速率由 IC 总线的最大速率决定。PCF8591 特性：单独供电；PCF8591 的操作电压范围 2.5V-6V ；低待机电流 ；通过 IC 总线串行输入/输出 ；PCF8591 通过 3 个硬件地址引脚寻址 ；PCF8591 的采样率由 IC 总线速率决定 ；4 个模拟输入可编程为单端型或差分输入 ；自动增量频道选择 ；PCF8591 的模拟电压范围从 VSS 到 VDD ；PCF8591 内置跟踪保持电路；8-bit 逐次逼近 A/D 转换器。本科生课程设计（论文）6图 3.3 PCF8591
12、引脚图传感器采用光敏电阻，A/D 采用 PCF8591 该硬件电路设计简单，便于调试如图光敏电阻测量到的电压值送 PCF8591 通道 1，SCL 与 SDA 分别是时钟总线与数据总线接单片机的 P2.0 与 P2.1，如 图 3.4 所示为检测电路电路图：图 3.4 检测电路电路图光敏电阻选用 GM5539 用一个稳定的电源通过光敏管,根据它所能通过的电流来决定光线的强弱值,比如说你给出一个稳定的 10mA 电源,光敏管的最大值是1000X,当输出为 10mA 时,那就是证明采集的光线为 1000X 以上,如果输出为 5mA时采光就为 500X,此为模拟方式来读取光敏管所采集的光线,只要电源
13、稳定,它的准确性也会很高。本科生课程设计（论文）7图 3.5 光敏电阻实物图3.3 电机驱动电路的设计JL-48E500 / 520 是供电源为 12V 的 4 相 5 线的步进电机，而且是减速步进电机，减速比为 30:1，步进角为 5.625*30 度。如果需要旋转一圈，那么需360*30/5.625 的脉冲信号，该步进电机的耗电流为 200mA 左右。图 3.6 步进电机实物图用 ULN2003 驱动，驱动端口为 P1.0（A）,P1.1(B),P1.2(C),P1.3(C)。正转次序: AB 组BC 组-CD 组-DA 组 (即一个脉冲,正转 5.625 度)；反转次序：AB 组 -AD 组-CD 组-CB 组(即一个脉冲,正转 5.625 度)。本科生课程设计（论文）8图 3.7 步进电机驱动电路图3.4 显示电路的设计本系统要求用 2 个 LED 灯显示当前窗帘开关状态。图 3.8 LED 灯实物图两个 LED 灯采用共阳极接法，在阳极端接入+5V 电源，每一路显示灯串入电阻，阴极端分别连接单片机的 P1.0 口和 P1.1 口。当两个端口中的一个为低电平时，与其对应的 LED 灯点亮。如前文所述，在窗帘滑杆上安装了微动开关，一旦窗帘拉动到指定位置就会触碰微动开关，从而送给单片机一个低脉冲，单片机在接收到低脉冲后，从而使相应的指示灯点亮。
