《单片机应用与仿真训练》设计报告基于单片机的遥控窗帘课程设计Word文档下载推荐.docx
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3.2仿真结果14
4课程设计体会15
参考文献16
附1源程序代码17
附2系统原理图20
1概述
1.1单片机发展应用背景
当今,计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃,微型计算机的应用已渗透到生产、生活的各个方面。
其中单片机问世不久,然而体积小、廉价、功能强,其销售额每年近80%的速度增长。
它的性能不断提高,适用范围越来越宽,在计算机应用领域已占有日益重要的地位。
近几年来,随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高,城市建设步伐的加快,一栋栋居民楼、写字楼、宾馆拔地而起。
进入寻常百姓的家用电器品种与数量愈来愈多,这些家用电器有的能减轻人们的家务、有的能丰富人们的文娱生活,有的则能提高人们的生活质量……
为了进一步满足人们高水准生活的需要,家用电器产品性能也在不断的更新挽代,从始初的晶体管、到电子管;
由模拟到数字;
由分立元件到集成电路;
从普通向高性能、多功能型;
由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。
与此同时,窗帘作为装修业不可缺少的一部分,也日益火爆起来,目前,常用的窗帘轨道都是钢丝绳手拉式或滑轮式,只有一部分高收入的家庭采用是电动遥控轨道。
但价格相当昂贵,不能普及。
所以设计的目标就是实现功能全、造价省。
能够进入大众生活。
一款使用微电脑管理的、红外遥控器控制的多功能窗帘,控制器符合当今的发展趋势。
该窗帘控制器采用AT89S52单片机的最小系统设计,控制一个直流电动机控制窗帘的拉开和关闭。
1.2基于单片机的遥控窗帘设计的基本要求
采用两人一组进行设计,共同协作完成设计:
(1)首先按设计题目要求制订方案。
(2)设计出硬件原理图。
(3)焊接电路。
(4)对设计的硬件、软件调试,直至正确地实现系统功能。
设计系统的功能目标:
1)控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现。
2)防过卷功能。
3)具有无线遥控和手动按键控制两种功能。
4)能够指示运行状态。
我们的设计目标是以以上设计为基础,尽量设计出实用美观的硬件电路,以及智能化、人性化的程序。
使我们的设计总体上更贴近于实际应用,综合性能和工艺造价符合实际应用的要求。
1.3智能遥控窗帘的构架框图
以AT89S51为控制器,程序采用C语言编程。
用单片机通过光耦TLP521-4控制芯片L298N的使能端ENABLEA和输入端IN1、IN2,达到控制电机正转、反转、停止的目的。
而且,光耦采用砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管,输入的电信号驱动发光二极管(LED),使之发出一定波长的光,被光探测器接收而产生光电流,再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换,从而起到输入、输出、隔离的作用。
无线遥控是由PT2262/PT2272编码解码芯片组成的无线发送接收模块,通过PT2272接收输出端D0、D1、D2、D3输出信号控制单片机,再利用单片机控制L298N来控制直流电机。
系统分为遥控模块、驱动模块、霍尔传感器测量模块、按键控制四个大的模块,他们的关系如下图所示:
2.系统总体方案及硬件设计
2.1自动窗帘总体设计方案
本设计是基于单片机的遥控窗帘,采用8位的AT89S52单片机做控制器,程序采用C语言编程。
2.2按键控制模块
对应于硬件电路,从上到下。
按键分别为K1表示按键作为外部中断0的触发脉冲、K2表示外部中断1的触发脉冲和K3表示P10按键停止。
作为一个独立的模块,按键能实现执行电机正转、反转、停止的功能。
其中,按键K1(外部中断0的触发脉冲)按下后,程序执行外部中断0的中断服务程序。
按键K2(外部中断1的触发脉冲)按下后,程序执行外部中断1的中断服务程序。
按键K3(对应于P10口)按下后,电机即停止正转或者反转,也即停止窗帘的移动。
2、3无线遥控模块
无线遥控模块采用PT2262/PT2272编码解码芯片做成的无线发送接受模块。
编码芯片PT2262发出的编码信号由:
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHz的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡,所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号,从而对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100%的调幅。
PT2262/PT2272特点:
(a)、CMOS工艺制造,低功耗
(b)、外部元器件少
(c)、RC振荡电阻
(d)、工作电压范围宽:
2。
6-15v
(e)、数据最多可达6位
(f)、地址码最多可达531441种
在通常使用中,一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1~8脚为地址设定脚,有三种状态可供选择:
悬空、接正电源、接地三种状态,3的8次方为6561,所以地址编码不重复度为6561组,只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同,才能配对使用,遥控模块的生产厂家为了便于生产管理,出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空,这样用户可以很方便选择各种编码状态,用户如果想改变地址编码,只要将PT2262和PT2272的1~8脚设置相同即可,例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空,那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源,其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时,接收机对应的D1~D4端输出约4V互锁高电平控制信号,同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大,便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。
使用过程中,我们将GND端接地,Vss接+5V电源,D0、D1、D2、D3分别引到单片机的引脚上,VT不用悬空。
当遥控发送模块按下按键A时,可以用万用表测得D0对应的引脚由低电平翻转为高电平。
同样地,当遥控发送模块按下按键B时,可以用万用表测得D1对应的引脚由低电平翻转为高电平。
当遥控发送模块按下按键C时,可以用万用表测得D2对应的引脚由低电平翻转为高电平。
当遥控发送模块按下按键D时,可以用万用表测得D3对应的引脚由低电平翻转为高电平。
我们可以根据电平的变化,来控制相关模块。
2.4驱动模块
恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298是SGS公司的产品,比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N,内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。
L298N芯片可以驱动两个二相电机,也可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;
可以直接用单片机的IO口提供信号;
而且电路简单,使用比较方便。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接4.5~7V电压。
4脚VS接电源电压,VS电压范围VIH为+2.5~46V。
输出电流可达2.5A,可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机。
5,7,10,12脚接输入控制电平,控制电机的正反转。
EnA,EnB接控制使能端,控制电机的停转。
表1是L298N功能逻辑图。
(1)虚线框图1控制电机正反转,U1A,U2A是比较器,VI来自炉体压强传感器的电压。
当VI>VRBF1时,U1A输出高电平,U2A输出高电平经反相器变为低电平,电机正转。
同理VI<VRBF1时,电机反转。
电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量,从而改变炉体压强。
(2)虚线框图2中,U3A,U4A两个比较器组成双限比较器,当VB<VI<VA时输出低电平,当VI>VA,VI<VB时输出高电平。
VA,VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限,即反应炉体压强控制范围。
根据工艺要求,我们可自行规定VA,VB的值,只要炉体压强在VA,VB所确定范围之间电机停转(注意VB<VRBF1<VA,如果不在这个范围内,系统不稳定)。
(3)虚线框图3是一个长延时电路。
U5A是一个比较器,Rs1是采样电阻,VRBF2是电机过流电压。
Rs1上电压大于VREF2,电机过流,U5A输出低电平。
由上面可知,框图1控制电机正反转,框图2控制炉体压强的纹波大小。
当炉体压强太小或太大时,电动机转到两端固定位置停止,根据直流电机稳态运行方程[3]:
U=CeФN+RaIa
其中:
Ф为电机每极磁通量;
Ce为电动势常数;
N为电机转数;
Ia为电枢电流;
Ra电枢回路电阻。
电机转数N为0,电机的电流急剧增加,时间过长将会使电机烧坏。
但电机起动时,电机中线圈中的电流也急剧变大,因此我们必须把这两种状态分开。
长延时电路可把这两种状态区分出来。
长延时电路工作原理:
当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后,脉冲触发555的2脚,电路置位,3脚输出高电平,由于放电端7脚开路,C1,R5及U6A组成积分器开始积分,电容C1上的充电电压线性上升,延时运放积分常数为100R5C1。
当C1上充电电压,即6脚电压超过2/3VCC,555电路复位,输出低电平。
电机启动时间一般小于0.8s,C1充电时间一般为0.8~1s。
U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或,如果U5A输出低电平大于C1充电时间,U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。
如果U5A的输出电平小于C1充电时间,6脚不动作电机的正常启动。
长延时电路吸收电机启动过流电压波形,从而使电机正常启动。
下图是其引脚图:
1、15脚是输出电流反馈引脚,其它与L293相同。
在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。
上图是其与51单片机连接的电路图。
应用时,我们将Vss和Vs引脚都接+5V。
用ENA选择使用第一组输入IN1、IN2。
GND和SENSEA和SENSEB接地。
IN1、IN2从光耦的发射极引出。
Output1和Output2受IN1和IN2的控制,做输出端控制直流电机正转、反转、停止。
2.5霍尔传感器测量模块
根据霍尔效应制成的霍尔传感器不仅可以用于磁场的测量,大量的还是以磁场为工作媒体,将物体的多种运动参量转变为电压输出,因而在自动控制、各种物理量的测量中得到了大量的应用。
集成霍尔传感器主要由霍尔片和放大器组成,根据不同应用的需要,有的还加温度补偿电路、稳压电源或施密特触发器及开关电路等,加了不同附加器件后其应用和特性各不相同。
集成霍尔传感器的特点是:
体积小、频响宽、动态特性好、对外围电路要求简单、使用寿命长及价格低廉。
器件输出电压与器件所在位置的磁场强度成线性关系。
如SS95A系列和MLX90215系列,运用此类器件时,只要选取适当的小磁钢,就可将与小磁钢一起运动的物体的位置、位移、速度、角度等信息以电信号的形式传感出来,达到了自动测量与控制的目的。
当霍尔器件所在位置的磁场尚未达到工作点之前,器件以高电平输出,当磁场增强到工作点(Bop)时,霍尔片输出的电压UH经差分放大器放大后,送至施密特触发器,使之翻转导通,从而使门电路输出端由高电平变为低电平,称此为“开”状态。
反之,当磁场减小到释放点(Brp)时,门电路输出端截止,则由低电平变为高电平,称为“关”状态。
常见的霍尔开关有UGN3109、A44E和US5881。
由于该传感器只对一定强度的磁场起作用,抗干扰能力强,因而应用广泛。
当磁场超过工作点时,其输出导通为低电平,而当磁场变小乃至完全撤消后,其输出状态保持不变,必须施加一个反向磁场,才能达到释放点,输出截止转为高电平,可见具有锁存记忆功能。
常见的集成霍尔锁存器有UGN3075和US1881。
US1881有两种封装形式:
当磁钢从霍尔传感器的前面重复消磁、励磁的过程中,其OUT端会输出一个电平变化信号,作为计数器T0的外部脉冲。
整个系统也就是根据霍尔传感器和磁钢一起用产生外部脉冲,使得T0计数的这个特性来实现窗帘的防过卷功能的。
是整个设计的关键点之一,使用它可以实现窗帘的智能化。
3.Proteus软件仿真
3.1驱动模块的仿真
仿真程序
#include<
reg51.h>
#defineuintunsignedint
sbitP10=P1^0;
sbitP14=P1^4;
sbitP15=P1^5;
sbitAK=P0^0;
sbitBK=P0^1;
sbitCK=P0^2;
sbitP11=P1^1;
sbitIN1=P2^0;
sbitIN2=P2^1;
voidMotor_zheng()
{
IN1=1;
IN2=0;
}
voidMotor_fan()
IN1=0;
IN2=1;
voidMotor_ting()
voiddelay(uintz)
uintx,y;
for(x=z;
x>
0;
x--)
for(y=110;
y>
y--);
}
voidkey()
if(P14==0)
{
delay(10);
while(!
P14);
Motor_zheng();
}
if(P15==0)
P15);
Motor_fan();
if(P10==0)
P10);
Motor_ting();
voidmain(void)
EA=1;
EX0=1;
while
(1)//PWM周期100,高电平100-PWM_T,低电平PWM_T,低电平工作
{
delay
(2);
key();
if((AK==1|P14==0)&
&
(P10==1&
CK==0&
P11==1))
{
Motor_zheng();
delay
(2);
}
if((BK==1|P15==0)&
Motor_fan();
}
if((P10==0)||(CK==1)||(P11==0))
Motor_ting();
delay
(2);
3.2仿真结果
按键K2,电机正转,按键K3,电机反转,按键K1,电机停止。
4.课程设计体会
通过这次单片机课程设计,我们真的是受益匪浅,动手能力和合作能力都得到了一定的培养,要感谢领导和老师们为我们提供的这次宝贵的实践机。
在这次设计过程中,第一次接触实物,硬件的设计跟焊接都要我们自己动手,软件的编程也要我们不断的调试,最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了,很高兴它能按着设计的思想和要求运行起来。
当然,这其中也有很多的问题。
第一,不够细心比如由于粗心大意焊错了线,由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。
第二,是在学习态度上,这次课程设计是对我们的学习态度的一次检验。
对于这次单片机综合课程设计,我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员,要求具备的首要素质绝对应该是严谨。
我们这次设计所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。
第三,在做人上,我认识到,无论做什么事情,只要你足够坚强,有足够的毅力和决心,有足够的挑战困难的勇气,就没有什么办不到的。
本次课程设计虽然取得了一定的收获,但是在很多方面还是有待于进一步改进和完善的。
遥控器C键不灵敏,必须靠近接收模块的天线,才能接受到信号。
本次设计没有光控电路,如果再加上一个光控电路,在光线较暗的时候能自动开窗帘,二而在光线较强的时候能够自动关窗帘,那这个设计将会更加完善。
通过这次单片机课程设计,我们加深了对单片机理论的理解,将理论很好的应用到实际当中去。
参考文献
[1]、单片机原理与应用技术。
中国矿业大学出版社作者:
余发山王福忠
[2]、21IC电子网。
[3]、单片机----PIC学习网。
[4]、XX搜索。
[5]、单片机学习网。
[6]彭伟单片机C语言程序设计实训100例.2009
[7]康华光.电子技术基础—模拟部分2005
[8]丁元杰.单片微机原理及应用,2003年7月.
[9]徐福成,赵会成.电子制作,2004年合订本上,自己动手搭建单片机学习开发系统.2008
[10]李光飞,楼然苗,胡佳文等.单片机课程设计实例指导.北京航空航天大学出版社.2004
附1源程序代码
Motor_tin
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