毕业论文-基于AT89C52单片机的光感智能窗帘控制系统设计.docx
《毕业论文-基于AT89C52单片机的光感智能窗帘控制系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业论文-基于AT89C52单片机的光感智能窗帘控制系统设计.docx(33页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、计算机控制技术课程设计说明书基于AT89C52单片机的光感智能窗帘控制系统设计学生姓名: 学号: 学 院: 专 业: 电气工程及其自动化 指导教师: 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
2、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;单片机目 录第1章 绪论11.1 设计的背景和意义11.2 本设计的内容11.3 存在的主要问题21.3.1 光感功能的实现21.3.2 遥控功能的实现2第2章 总体方案设计42.1 主控制系统CPU42.2 窗帘结构安装及电机选择62.2.1 窗帘结构安装62.2.2 步进电机选择62.3 硬件总体方案72.3.1方案设计说明82.3.2方案选择说明83.1 光电传感器信号采集模块设计103.3 执行单元模块设计17第4章 系统软件设计234.1 程
3、序流程234.2 程序设计245课程设计体会26参考文献27附录 硬件电路图28I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
4、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
5、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。
6、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
7、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1M,甚至高达100M,而亮电阻则在几k以下,暗电阻与亮电阻之比在102106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
8、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IO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
9、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
10、、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
11、强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快812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
12、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
13、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。Sceni
14、x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
15、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2.1 89C52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,
16、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
17、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)GW31ZY-63 7.5 1.5 12 18
18、63表2.3 直流电机参数本设计采用的是12V的来直流电机驱动,计算转数与扭矩如下:按上表参数计算电机在9V下的扭矩,N=最大空载转数(运行电压峰值电压)=63(912)=47.25r/minM=峰值堵转扭矩(运行电压峰值电压)=7.5(912)=5.625N.m 在9V的状态下,电机产生5.625的扭矩足以带动绕绳的转动。 2.3 硬件总体方案硬件设计的好坏决定整个方案的成功与否,所以在硬件设计时,在实现功能的情况下电路设计越简单越好,这样才能保证这个系统的稳定运行。本文采用单片机AT89C52作为系统的核心控制器件,通过光电传感器采集数据(数字信号),经单片机根据接收到的信号来控制步进电机
19、的转动方向及步数,并根据光线变化自动调整窗帘的开度。2.3.1方案设计说明考虑到自动窗帘的成本和巨大的市场空间,本文提出一种方案,应用光控原理工作,光亮在一定程度窗帘自动打开,光线变暗窗帘自动关闭,实现光控电动自动窗帘的设计,成本低,环保且方便使用。实现框图如图2.4所示:光敏电阻采集光强电路单片机 驱动电机芯片步进电机正反转控制窗帘开闭图2.4 本设计实现的方框图该系统具有抗干扰能力强、结构简单、性能稳定,成本低廉,利于推广等特点,能够满足智能家居需求,具有良好的市场应用前景.2.3.2方案选择说明论文设计的核心控制器选用的是AT89C52单片机,光线采集选用光电传感器ULN3330。它输出
20、单片机能读入数字信号,然后由L293D驱动芯片驱动步进电机转动,调节其转动角度。电机选用比较容易进行角度调节的步进电机,单片机与步进电机之间的连接采用L293D驱动器,它是一种两相和四相步进电机专用驱动芯片。2.3.3 硬件方案选择说明硬件电路绘图平台为PROTEL软件, 所用元器件在其上绘出,例如AT89C52微控制器、电机驱动芯片L293D、42BYG系列步进电机、电阻、电容、按键、肖特基二极管、转换开关等。逻辑框图如图2.5所示。图2.5 系统硬件电路设计光检测模块 选用集成光电传感器ULN3330,当器件顶部受到大于50 Lx4的光照时就输出高电平,负载上没有电流;当光照不足45 Lx
21、时,器件就输出低电平,负载上有电流通过。单片机模块选用MCS-51单片机系列,AT89C52单片机。步进电机的驱动模块选用步进电机专用驱动芯片L293D,采用L293D,通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平,即可以对电机进行正、反转、停止的操作。 步进电机选用步进电机的步距角选用1.8度/步(四相电机)。2.4 软件方案设计说明(主控程序流程图)软件开发平台为Keil软件,用C语言编写具体的程序代码。主控程序流程图如图2.6所示。图2.6 主控程序流程图第3章 硬件电路设计3.1 光电传感器信号采集模块设计3.1.1 光电传感器ULN3330介绍光电传感器按输出信号有开关型和模拟型, 开
22、关型用于转速测量、 模拟开关、 位置开关等;模拟型用于光电式位移计、 光电比色计等。 光电检测必须具备光源、 被测物和光电元件。ULN3330是美国摩托罗拉公司生产的集成光电传感器。 它是一种新颖的光电开关, 将光敏二极管、 低电平放大器、 电平探测器、 输出功率驱动器和稳压电路等五部分都集成在了一块11.8(mmmm)的硅片上, 形成一种具有驱动能力的光敏功率器件。 该器件可用于众多使用光敏器件的场合, 使光敏器件的应用变得更简单、 可靠。光敏二极管的光敏区域约为1.11.1(mmmm),峰值波长为880 nm。 当ULN3330受到光照时,会产生微安数量级的光电流。低电平放大器是一种低噪声
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业论文 基于 AT89C52 单片机 智能 窗帘 控制系统 设计
链接地址:https://www.31doc.com/p-3941198.html