毕业论文基于AT89C52单片机的光感智能窗帘控制系统设计Word文件下载.docx
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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
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,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1MΩ,甚至高达100MΩ,而亮电阻则在几kΩ以下,暗电阻与亮电阻之比在102~106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I/O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、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,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12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、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。
MOTOROLA8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CPU,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2.189C52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。
图2.2窗帘结构示意图
2.2.2步进电机选择
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲:
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。
通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;
同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
目前,比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)等。
步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,因此,步进电动机多和现代的数字控制技术相结合。
但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机;
所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。
步进电机主要应用在数控机床制造领域,由于其不需要A/D转换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。
型
号
峰值堵转
最大空载转数(r/min)
转矩(N.m)
电流(A)
电压(V)
功率(W)
GW
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