毕业设计论文智能遥控窗帘的设计管理资料.docx
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毕业设计论文智能遥控窗帘的设计管理资料
渤海大学本科毕业论文
智能遥控窗帘的设计
TheDesignofIntelligentRemoteControlCurtain
学院(系):
渤海大学工学院
专业:
电子信息工程
学号:
10060191
学生姓名:
入学年度:
2010年
指导教师:
完成日期:
2014年5月13日
渤海大学
BohaiUniversity
摘要
随着电子技术的飞速发展和自动化技术的创新,人们在满足了物质水平的基础上对生活质量的要求也越发重视。
拿窗帘的更新换代来说,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;从普通型向高性能、多功能型;由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。
智能遥控窗帘的设计采用窗帘自动控制系统,根据各种条件手动或自动控制窗帘的开度。
采用AT89C51单片机控制系统,利用P3口的特殊功能与P1口的空闲模式和掉电模式,根据其不同控制模式,实现半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换控制窗帘机。
本论文系统的介绍了电动窗帘控制器的硬件电路设计到软件设计的一系列步骤。
本设计采用步进电机作为执行元件,以光敏电阻作为传感元件的传感器作为检测元件,89C51单片机作为控制芯片,辅助键盘和显示,实现了电动窗帘控制系统。
所用芯片简单实用,减少了开发过程和硬件开销。
传感器部分使用光敏电阻,可以持续性的检测外界光强变化,采集到的光信号通过电桥电路后进入比较器,得到一个输出信号,此信号经过放大,A/D转换后进入单片机,通过单片机的脉冲信号进而控制步进电机的运行。
通过实验验证本设计的步进电机可以很好的执行单片机的命令。
设计的时钟电路配合单片机的定时功能,加上光电传感器的检测光强很好的解决了自动控制功能。
关键词:
无线遥控;液晶显示;直流电机
TheDesignofIntelligentRemoteControlCurtain
Abstract
Withtherapiddevelopmentofelectronictechnologyandautomationtechnologyinnovationtomeetthepeopleonthebasisofmateriallevelofqualityoflifedemandsmoreattention.Takecurtainreplacement,thetransistorstartsfromthebeginningofthetube;fromanalogtodigital;fromdiscretecomponentstointegratedcircuits;fromtheordinarytypeofhigh-performance,multi-functional;infraredremotecontroltomanuallycontroltheintelligentdevelopment.Intelligentdesignusesaremotecontrolcurtainautomaticcontrolsystem,theopeningofthecurtainmanuallyorautomaticallycontrolledaccordingtovariouscriteria.ThisdesignmadeuseoftheSCM(SingleChipMicyoco)controllingsystemofAT89C51,thespecialfunctionatP3,theidlenessmodeandlose-electricmodeatP1.Basedonthedifferentcontrollingmode,werealizetocontrolthecurtainmachinebymutualtransformationofsemiautomaticandautomaticcontrollingandinfraredremoter.Thisdesignismadeupofinfraredremotecircuit,systematiccontrollingmode,electricalsourcetransformation,protectivecircuit,etc.Itcanreachtheachievementofautomaticallyrisingandfallingofthecurtain.
Inthispaper,thedesignedsystemintroducestheelectriccurtaincontrollerhardwarecircuitdesigntosoftwaredesignoftheseriesofsteps.Thisdesignadoptssteppermotorsasactuators,photosensitiveresistanceasasensingcomponentofsensorasthedetectingelement,89c51microcontrollerasthecontrolchip,theauxiliarykeyboardanddisplay,electriccurtaincontrollerisrealized.Chipusedinsimpleandpractical,reducedthedevelopmentandhardwareoverhead.Sensorpartusingphotosensitiveresistance,coulddetecttheoutsidelightintensitychange,sustainedbyAbridgecircuitofsignalintothecomparator,cangetAsignal,thesignalafteramplification,A/Dconvertedintothesinglechipmicrocomputer,Apulsesignalbysinglechipmicrocomputertocontroltheoperationofsteppermotor.Throughtheexperimenttoverifythedesignofsteppermotorcanbeverygoodtoobeytheordersofthesinglechipmicrocomputer.DesignofclockcircuitwithtimingfunctionofMCU,andphotoelectricsensortodetectlightintensityisverygoodtosolvetheautomaticcontrolfunction.
Keywords:
WirelessRemoteControl;LCD;DCmotor
1引言
当今社会伴随着经济的迅猛发展和人们生活方式的改变,透过窗户看世界的观念吸引了大批的支持者。
城市里不难发现宽大窗户的办公楼,生活建筑层出不穷,这种结构美观,采光良好的建筑得到了人们喜爱的同时,也引发了一个问题的出现窗户的高度或者宽度超过4米以上就会加大手拉窗帘的难度。
而各大楼盘的房地产开发商们显然是忽略了这一问题的所在,给部分高档住宅小区的业主们的生活上带来了不便。
而解决这个问题的方法就是使用窗帘机。
窗帘机是一种为比较大的窗户设计的窗帘控制装置,可以根据不同的类别分为电动、遥控、自动和智能等。
首先说说电动窗帘机,它是以窗帘机上的按钮来打开和关闭窗帘的一种最简单的窗帘机。
它的出现只解决了手拉窗帘的问题,还是需要人近距离操作才能完成。
不可否认电动窗帘机的出现使一些超高、超宽窗帘的操作变得比以前更容易,但因为电动窗帘机技术含量比较低,导致大规模工业化生产的厂家较少。
相比之下遥控窗帘机使用更为方便,可以远距离操控窗帘的开合。
而自动窗帘机因为具有自动控制的功能,能够使窗帘在天亮的时候自动打开,在天黑的时候自动关闭,使用更加的方便。
但目前还没有在市面上见到此类产品的出现。
智能窗帘机是具有手动、遥控和自动功能的窗帘控制装置,它的出现既满足了用户对不同情况下的窗帘使用要求,又带来了一次新的技术革新。
窗帘机由于功能的不同在价格上也有着一定的影响,用户可以根据自己的要求选择最合适的进行购买。
高级公寓和私人别墅在最近这几年都用上了遥控电动窗帘。
随着科技的发展,近几年又出现了直线电机这门新技术,以它自身的技术特点迅速改变人们对传统事物的看法。
电动窗帘的技术革新——磁驱直线电动窗帘机。
磁力驱动直线电动窗帘和传统的旋转电机的产品的差异是它放弃了很多复杂的机械传动,减少了大量的易损件。
更紧凑的设计,结构更合理,更漂亮的外观,更好的可靠性,安全性更高,寿命更长[1]。
磁驱电动窗帘机的优势在于磁浮(驱)原理生产的运行机构,所以在电机运行时无噪音,重量轻,速度快;这是传统产品所无法相比的,同时既可手控也可遥控,与手拉式窗帘机及传统电动窗帘机的易掉线、易卡位、易损坏等相比较,其优点是不言而喻的,未来将成为高档住宅,酒店,智能楼宇,多媒体中心,私人别墅等首选自动化窗饰[2]。
本系统采用89C51作为主控器件,单片机应用系统由硬件和软件组成。
硬件由
单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成;软件由单片机实现。
本设计通过分析遥控窗帘的发展和现状来规划遥控窗帘的智能功能,从而对遥控窗帘控制器进行设计。
采用步进电机作为执行元件,以光敏电阻作为传感元件的传感器作为检测元件,89C51单片机作为控制芯片,辅助键盘和显示,最终实现了遥控窗帘控制器的多项智能项目。
主要章节分为:
(一)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。
(二)总体设计方案:
给出了遥控窗帘控制器的总体方案设想和设计结构规划。
(三)硬件设计:
选择89C51单片机作为电路设计的核心,包括电源电路,复位电路,时钟电路,步进电机控制电路,键盘显示电路和一系列相关电路。
(四)软件设计:
主要介绍了各项功能的设计流程。
(五)总结与展望。
2总体方案设计
智能遥控窗帘总体方案设计是确定能够满足设计要求的总体方案的环节。
本章从系统功能需求出发,规划并确定了系统的总体结构,并在此基础上考虑了系统的可扩展性及可实现性。
控制器
窗帘每天不停开关也特别麻烦,尤其是大型别墅或复式房的窗帘,比较长而沉重,需要费很大的劲才能开关窗帘,非常不方便;于是电动窗帘应运而生。
现有的电动窗帘都可以自动开关闭窗帘,到了时间自动控制窗帘的开关,可以根据光的强弱自动控制窗帘,但是他们也有些缺点。
例如窗帘控制器的自动开关如何让窗帘能够开关自如,停机的时间是否到位[3]。
智能遥控窗帘主要有以下几大功能:
(一)手动控制:
该功能使智能遥控窗帘具有手动正转、手动反转和手动停止的功能。
而且增加了工作状态指示,电机工作在各种状态的时候,数码管均有不同工作状态指示;
(二)半自动手动控制;(三) 环境亮度控制;(四) 时间自动控制。
系统总体结构规划
。
电动窗帘控制器结构框图
由光电传感器来探测外界的光强,从传感器出来的信号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。
显示部件用来显示电动窗帘控制器的各种状态信息。
键盘是主要的输入设备,控制单片机的各种参量。
3系统硬件设计
总体硬件电路图包括单片机外围电路、A/D转换电路,检测电路、信号调理电路、步进电机控制电路、键盘/显示接口电路等模块。
单片机外围电路提供各模块所需的5V电源和时钟模块;信号检测后的是模拟信号,经过调理放大进入A/D转换后输出数字信号给单片机。
单片机的P2口控制步进电机的运行从而控制窗帘的升降。
显示和键盘让人机交换变得更容易。
以上各模块组成了电动窗帘控制器的总体电路。
89C51单片机及相关电路
89C51是INTEL公司的MCS-51系列单片机的基本产品,它采用INTEL公司的CHMOS的技术制造的高性能8位单片机,属于MCS-51的标准HCMOS产品。
它结合了高速和高密度的HMOS和低功耗技术的CHMOS,继承并扩展了MCS-48单片机架构和指令集。
STC89C51可以代替AT89C51,功能更强,速度更快,寿命更长,价格更低。
外型:
40个引脚,双列直插DIP-40。
STC89C51可以完成ISP在线编程功能,而AT89C51则不能。
将AT89C51中的程序直接烧录到STC89C51中后,STC89C51就可以代替AT89C51直接工作(一般都不需要做任何改动即可正常工作)。
STC推出的系列51单片机芯片是全面兼容其它51单片机的,而51单片机是主流大军,每所大学,网站,业余训练都是以51单片机入门教材。
STC89C51内部有EEPROM,可以在程序中修改,断电不丢失。
还增加了两级中断优先级等等。
电路中的晶振采用的是石英晶体震荡器。
由于石英晶体震荡器具良好的频率稳定性,并能够防干扰,所以石英晶体震荡器用于产生基准频率的。
电路中的频率准确性由基准频率来控制。
同时,它还可以产生振荡电流,向单片机发出时钟信号[3]。
。
电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为22PF左右,该电容的大小会影响振荡电路频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。
~12MHz。
单片机晶振电路图
复位是单片机的初始化操作,只需要给89C51的复位引脚RST加上大于2个机器周期(即24个时钟振荡周期)的高电平就可以使89C51复位。
复位时,单片机初始化为0000H,从0000H单元开始执行程序。
。
复位电路图
本设计需要窗帘在给定的时间自动开和关,所以需要用到定时器,而为了保证单片机与外界时钟一致,要用到一个实时时钟电路。
这里使用DS12887实时时钟芯片来完成这项功能[4]。
时钟电路图
。
模式选择脚MOT接地,DS12887时钟芯片的AS端口和89C51单片机的AIE端直接相联;而DS、R/W读写控制线与单片机的RD/WR控制线制线相连[5]。
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。
。
外接220V转化输出+5V的直流电压供电,5V模拟电与数字电要隔离。
[6]。
电源电路图
步进电机
步进电机是一种数字伺服执行机构,具有结构简单,运行可靠,易于控制,良好的控制性能,因此被广泛应用于数控机床,机器人,自动化等领域。
为了实现一个简单的运动控制步进电机,一般用单片机作为控制系统的微处理器,通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置控制。
单片机在本次试验中对步进电机的控制从而达到对转角和位移的控制的方法。
本次设计采用两个型号为130HZ308-450的三相反应式步进电机对旋转角度和位移进行控制[7]。
步进电机控制系统主要由脉冲分配器,功率驱动电路,步进电机几部分构成的。
:
步进电机控制系统方框图
步进电机控制系统电路图
,是步进电机控制系统的电路图。
单片机输出步进脉冲之后,从脉冲分配电路按事先的顺序,来控制各相的通断。
脉冲分配的工作是由软件来完成,不仅使线路简化,降低成本,并可以根据需要,灵活地改变步进电机的控制方案[8]。
步进电机的电源驱动电路在一个大的脉冲电流状态下工作,采用光电耦合器隔离,以避免步进电机与单片机功率回路的干扰,防止强功率的干扰信号进如主控制系统中。
另外,如果在驱动器电路发生故障时,也不致于让电压串入单片机并使其损坏。
本设计采用的是恒频脉宽调制细分驱动电路,。
恒频脉宽调制细分驱动电路
键盘/显示接口电路
键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据,传送命令等功能,是人工干预单片机的主要手段。
本设计中的键盘采用4×4矩阵键盘。
16个键分别为:
0-9一共10个数字键,用于时间设定输入;设定键,设定自动窗帘开和关的时间;复位键,在程序出错或者有误操作的时候;正转键,使步进电机正转,窗帘打开;反转键,使步进电机反转,窗帘关闭;停止键,步进电机停止运转;确定键,时间设定完成后确定输入[9]。
由于按键比较多,加上减少所占用的端口,可以将按键组成一个矩阵,。
键盘接口电路
获取键盘信息的方法有2种,我们经常用到的是扫描法。
在扫描法中,所有的行线固定为输出端口,并依次输出低电平;所有列线固定为输入端口,用来检测按键状态。
当全部按键均松开时,从列线上检测不到行线输出的低电平。
当某个按键按下时,只有在对应的行线输出低电平时才能在对应的列线端口检测到低电平。
按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动,这时触点的逻辑电平是不稳定的,如果不
妥善处理,将会引起按键命令的错误执行或重复执行。
一般消除抖动采用软件方法来解决,将在软件部分介绍这点。
显示部分则主要显示时间,用于设置时间。
采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。
每位数码管由7个笔画加上小数点共8个发光二极管组成;有共阴极和共阳极两种类型,公共端用来进行位控制,笔画端用来进行字符控制;数码管显示有静态显示和动态显示两种方法[10]。
在数码管显示中,有2个技术问题需要解决,这就是整数高位和闪烁显示问题。
虽然某些新型LED驱动芯片本身具有闪烁控制和熄灭控制功能,但通过合理的软件设计,采用廉价芯片组成的驱动电路同样可以实现整数高位灭零和闪烁显示功能,达到降低系统硬件成本的目的。
本设计采用的就是4位LED数码管的串行驱动电路来达到显示时间和消除闪烁显示的目的。
驱动器采用74LS164,。
。
显示电路
传感器
1)光敏传感器
电动窗帘要根据光照的情况而自动开关窗帘,因而需要使用到光电传感器。
这里使用光敏电阻里的可见光敏电阻。
可见光敏感电阻器主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯,路灯等照明系统,自动给水,自动停水,自动保护装置和机械的“位置检测器”,照相机的自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等。
这里选用Ф3系列的GL3526,[11]。
GL3526光敏电阻器
应用光控原理工作,天亮的时候自动打开窗帘,天黑的时候自动关闭窗帘。
由运算放大器组成比较器电路,同向的输入端有两个电阻分压得到一个电压值,以这个电压值作为基准电压进行比较,同时反向的输入端用一个光敏电阻对外部环境的光线进行采集,利用光敏电阻暗时电阻大,亮时电阻小的特点,来确定反向输入端的电压值。
然后两者比较,该比较信号传送到单片机89C2051的P0口后,由此通过单片机控制电机的正反转。
来实现天亮窗帘自动打开,天黑窗帘自动关闭这个自动控制功能[12]。
2)DS18B20温度传感器
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片上,从而增强抗干扰能力。
其一个工作循环可分为两个部分,即温度的测量及数据处理。
。
DS18B20温度传感器
信号调理电路
放大滤波电路
在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中,很多情况下需要一个放大电路实现A/D转换器的要求。
滤波器是一种具有频率选择功能的电路,具有滤除噪声和分离不同信号的功能。
传感器过来的信号经常带有各种各样的干扰,因此要采用滤波电路来去除干扰。
综合考虑,设计采用低通滤波器[13]。
本设计采用将放大滤波功能结合的电路,。
放大滤波电路
A/D转换
A/D转换的作用是进行模数转换,把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。
在选择A/D转换时,先要确定A/D转换的位数,该设计运用的是8位A/D转换器ADC0809,A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关,系统精度涉及的环节很多,包括传感器的变换精度,信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。
本次设计使用8位A/D转换器ADC0809。
。
ADC0809与单片机的接口电路
经过A/D转换得到的数字模拟量,数据应被发送到单片机进行处理。
数据串的关键在于如何确定A/D转换完成。
因为只有确定数据的转换完成后,才进行传送。
为此可采用以下三种方式:
1)定时传送方式:
对于一种A时子程序。
经过A/D转换开始后,就调动这个子程序,延迟时间一到,转换肯定已完成。
然后,就可以传输数据,从A/D转换来说,转换时间是已知的和固定的。
例如ADC0809的转换时间为128us,相当于6MHZ的MCS-51单片机共60个机器周期[14]。
2)查询方式
A/D转换芯片表明有转换完成的状态信号,例如ADC0809的E端,因此可以通过查询方式用软件测试EOC的状态,即可知道转换是否完成,若完成,则进行数据传送。
3)中断方式
中断方式ADC0809与8031的中断方式接口电路只需将0809的EOC端经过一非门连接到8031的INTl端即可。
采用中断方式可大大节省CPU的时间,当转换结束时,EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求,单片机响应中断请求,由外部中断1的中断服务程序读A/D结果,并启动0809的下一次转换,外部中断1采用
边沿触发方式。
设计中用单片机启动ADC0809,延时超过130us,就可以读取到正确的A/D转换结果。
4系统软件设计
系统软件设计主要包括显示子程序,键盘子程序,时钟程序,步进电机控制程序设计及部分构成。
本章节系统的介绍了电动窗帘的主程序和各主要功能子程序的设计流程,具体的程序代码见附录。
主程序软件设计
主程序构成无限循环,主要完成单片机初始化,关中断,菜单显示内容初始化,按键扫描,电机运行,计时等功能。
。
主程序流程图
启动主程序,先关中断并且设置堆栈,接着初始化寄存器,初始化显示内容;然后执行按键查询,执行相应的操作。
如果是设定键,则设定时间,开始计时;到时间后步进电机开始相应的工作,工作完成后停机。
如果是电机控制键,则也执行相应的工作。
如果都不是,则是复位键,采取复位操作。
主要功能子程序设计
步进电机程序设计
步进电机程序设计的主要任务是:
★判断旋转方向;
★按顺序传送控制脉冲;
★判断要求的控制步数是否传送完毕。
步进电机工作流程图
显示程序
显示程序开始后,起始地址60H发送到R0,01H发送至显示位代码R2,再将位代码发送到单片机A口,单片机取显示数据查表转换成显示代码发送至单片机B口,延时2ms,指针R0加1,然后判断6显示是否完成。
如果完成则返回,没完成则位代码R2左移一位,继续显示查表,一直到6位显示完成后返回。
。
显示部分流程图
键盘程序设计
按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动,这时触点的逻辑电平是不稳定的,如不妥善处理,将会引起按键命令的错误执行或者重复执行。
现在用软件延时的方法来避开抖动阶段。
在判断是否有键闭合后都延时5ms,按下键后再延时12ms就可以避免键盘的抖动。
然后键码分析,执行相应的模块,显示后返回。
。
键盘程序流程图
定时程序设计
定时的主要功能是在
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