基于單片機(jī)的光控自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)說(shuō)明明書(shū)書(shū) 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目: : 基于單片機(jī)的光控自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（專(zhuān)升本）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（專(zhuān)升本）10011001 班班 目錄1.1. 背景意義背景意義 .31.11.1 光控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的背景、意義光控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的背景、意義.31.21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .42.2.方案論述方案論述 .82.12.1 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明方案設(shè)計(jì)說(shuō)明 .82.22.2 方案選擇說(shuō)明方案選擇說(shuō)明 .83.3.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) .103 3. .1 1 光光電電傳傳感感器器信信 號(hào)號(hào)采采集集模模塊塊

2、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .103 3. .2 2 單單片片機(jī)機(jī)信信號(hào)號(hào)處處理理模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .143 3. .3 3 執(zhí)執(zhí)行行單單元元模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .184.4.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) .244 4. .1 1 程程序序流流程程 .244 4. .2 2 程程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .255.5. 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) .27protelprotel 總電路圖總電路圖&protues&protues 仿真圖仿真圖.286 6結(jié)論結(jié)論 .307.7. 致謝致謝 .30參考資料參考資料 .311.1. 背景意義背景意義1.11.1 光控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的背景、意義光控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的背景、意義隨著生活的提高，時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)居

3、住空間、周?chē)h(huán)境有了更高的要求，這是社會(huì)的必然潮流。單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾系統(tǒng)，既能解決每天手拉開(kāi)和關(guān)上窗簾的不便，又顯示出了生活的便捷和檔次，對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)而言，窗簾不僅具有遮光作用，更有美化功能，它不僅可以協(xié)調(diào)居室的色彩搭配，而且能夠柔化空間造型的線條，營(yíng)造溫馨愜意的環(huán)境1，同時(shí)還可以根據(jù)光線的明暗來(lái)自動(dòng)控制窗簾開(kāi)光，以調(diào)節(jié)室內(nèi)光線，更進(jìn)一步地滿足了人們的享受要求，隨著高新技術(shù)及電子器件的發(fā)展，光控、溫控及遙控窗簾應(yīng)運(yùn)而生，給人們的生活帶來(lái)了很多方便。同時(shí)，也為人們的生活環(huán)境以及智能家居的實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)，為此，研究與設(shè)計(jì)智能窗簾控制系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義2 ，所以產(chǎn)品如能形成大規(guī)模生產(chǎn)，必能很快

4、普及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，另外，除了廣大市民住宅使用外，該遙控窗簾器還可廣泛用于別墅、公寓、賓館、飯店、歌舞廳、寫(xiě)字樓、銀行、歌劇院、會(huì)議廳、學(xué)校、醫(yī)院等各種公用場(chǎng)所，因此該產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)前景。光感自動(dòng)窗簾系統(tǒng)在我國(guó)還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應(yīng)用自動(dòng)窗簾系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。其一，改變?nèi)藗兊纳罘绞?。單片機(jī)控制的光感自動(dòng)窗簾系統(tǒng)具有豐富的智能化功能，為家庭用戶營(yíng)造一個(gè)環(huán)保、高效、便利、舒適的居住環(huán)境。單片機(jī)控制的光感自動(dòng)窗簾用三個(gè)按鈕和環(huán)境光控制窗簾的開(kāi)和關(guān)，解決人們手動(dòng)開(kāi)關(guān)窗簾問(wèn)題，給人們?nèi)丈仙顜?lái)極大的方便。這些都將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的生活方式，并提高了人們的生活質(zhì)量。

5、其二，開(kāi)拓一個(gè)嶄新的市場(chǎng)。遙控自動(dòng)窗簾系統(tǒng)牽動(dòng)了許多的行業(yè)，它將不僅僅是目前的 it 系統(tǒng)集成商或建筑弱電工程總包商的市場(chǎng)，而且是專(zhuān)業(yè)公司和智能化裝飾公司的市場(chǎng)。其三、牽動(dòng)一大批產(chǎn)業(yè)。單片機(jī)控制的遙控自動(dòng)窗簾產(chǎn)品面向家庭用戶，其應(yīng)用市場(chǎng)是龐大的，發(fā)展前景也是廣闊的，必將吸引大批有遠(yuǎn)見(jiàn)的各類(lèi)企業(yè)介入，從而牽動(dòng)一大批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這里最先受益的應(yīng)該是房地產(chǎn)業(yè)，單片機(jī)控制的遙控自動(dòng)窗簾不僅是一個(gè)很好的概念與“賣(mài)點(diǎn)” ，同時(shí)也是直接提升住宅檔次的一個(gè)條件，這將會(huì)給房地產(chǎn)商帶來(lái)新的利潤(rùn)空間。在家居集成化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)下，家居集成也成為一種潮流，許多更專(zhuān)業(yè)的、美觀的、智能化的家居集成產(chǎn)品相繼出現(xiàn)?，F(xiàn)在很多廠

6、家生產(chǎn)的自動(dòng)窗簾（含門(mén)簾）控制系統(tǒng)，都是由主機(jī)（以微電腦芯片為核心組成的智能控制中心） 、各種傳感器（紅外線傳感器、風(fēng)雨信號(hào)傳感器等、溫度傳感器、煙霧傳感器等） 、各種報(bào)警終端（警燈、警笛、電話報(bào)警器、接警指揮中心等） 、遙控器以及一系列機(jī)械傳動(dòng)裝置組成的一種具有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技產(chǎn)品。本文講述了用單片機(jī)結(jié)合軟件來(lái)采集光強(qiáng)并控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)從而控制窗簾開(kāi)、閉。1.21.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 光電傳感器通過(guò)光電傳感器采集數(shù)據(jù)(光強(qiáng)度)，反映出光信號(hào)變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等特點(diǎn)，且可測(cè)參數(shù)多，傳感器

7、的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。本設(shè)計(jì)通過(guò)檢測(cè)光線的強(qiáng)弱，并根據(jù)光線的強(qiáng)弱自動(dòng)將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的功能，極大地方便了人們的日常生活，并在生活中得到了廣泛的應(yīng)用。光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管,為純電阻元件,其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)。無(wú)光照時(shí),光敏電阻值(暗電阻)很大,電路中電流(暗電流)很小,當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí),它的阻值(亮電阻)急劇減小,電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好,此時(shí)光敏電阻的靈敏度高。它在光線的作用下其阻值往往小。在黑暗的環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，光敏電阻阻值下降。光照愈

8、強(qiáng)，阻值越低。入射光消失后，光敏電阻的阻值逐漸恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。一般暗電流越大、亮電阻越小,光敏電阻的靈敏度越高。光敏電阻的暗電阻的阻值一般在 m 數(shù)量級(jí),亮電阻在幾千歐以下。暗電阻與亮電阻之比一般在 102106 之間。在一定照度下,流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻的伏安特性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi),其 i-u 曲線為直線5。光敏電阻的光照特性用于描述光照強(qiáng)度和光電流 i 之間的關(guān)系,絕大多數(shù)光敏電阻光照特性曲線是非線性的。光敏電阻對(duì)入射光的光譜

9、具有選擇作用,即光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的入射光有不同的靈敏度6。光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱(chēng)為光敏電阻的光譜特性,亦稱(chēng)光譜響應(yīng)。光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化,不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)(ms 數(shù)量級(jí)),因而它們的頻率特性也就各不相同。1.2.2 單片機(jī)單片機(jī)又稱(chēng)單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件?？梢哉f(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)

10、稱(chēng) pc 機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類(lèi)計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類(lèi)頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的功效，常在產(chǎn)品名稱(chēng)前冠以形容詞“智能型” ，如智能型洗衣機(jī)等。目前，單片機(jī)在民用和工業(yè)測(cè) 控領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用。彩電，冰箱，空調(diào)，錄像機(jī)，vc

11、d，遙 控器，游戲機(jī)，電飯煲等無(wú)處不見(jiàn)單片機(jī)的影子，單片機(jī)早已深深 地溶入我們每個(gè)人的生活之中。 單片機(jī)能大大地提高這些產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標(biāo)，給我們的生活帶來(lái)舒適和方便的同時(shí)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 單片機(jī)按用途大體上可分為兩大類(lèi)： 1-通用型單片機(jī) 2-專(zhuān)用型單片機(jī)，專(zhuān)用型單片機(jī)是指用途比較專(zhuān)一，出廠時(shí)程序已經(jīng)一次性固化好， 不能再修改的單片機(jī)。例如電子表里的單片機(jī)就是其中的一種。 其生產(chǎn)成本很低。通用型單片機(jī)的用途很廣泛，使用不同的接口電路及編制不同的應(yīng)用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機(jī)器設(shè)備和整套生產(chǎn)線都可用單片機(jī)來(lái)實(shí)

12、現(xiàn)自動(dòng)化控制。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀良好，技術(shù)比較先進(jìn)和穩(wěn)定的有以下十幾種：1.motorola 單片機(jī): motorola 是世界上最大的單片機(jī)廠商,品種全,選擇余地大,新產(chǎn)品多,在 8 位機(jī)方面有 68hc05和升級(jí)產(chǎn)品 68hc08,68hc05 有 30 多個(gè)系列 200 多個(gè)品種,產(chǎn)量超過(guò) 20 億片. 16 位單片機(jī)68hc16 也有十多個(gè)品種.32 位單片機(jī) 683xx 系列也有幾十個(gè)品種。2.microchip 單片機(jī): microchip 單片機(jī)是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī).他的主要產(chǎn)品是 16c 系列 8 位單片機(jī),cpu采用 risc 結(jié)構(gòu),僅 33 條指令,運(yùn)行速度快

13、,且以低價(jià)位著稱(chēng)。 3.scenix 單片機(jī): scenix 單片機(jī)的 i/o 模塊最有創(chuàng)意.i/o 模塊的集成與組合技術(shù)是單片機(jī)技術(shù)不可缺少的重要方面. scenix 單片機(jī)在 i/o 模塊的處理上引入了虛擬 i/o 的概念. scenix 單片機(jī)采用了 risc 結(jié)構(gòu)的 cpu,使 cpu 最高工作頻率達(dá) 50mhz.運(yùn)算速度接近 50mips. 4.nec 單片機(jī): nec 單片機(jī)自成體系,以 8 位機(jī) 78k 系列產(chǎn)量最高,也有 16 位,32 位單片機(jī).16 位單片機(jī)采用內(nèi)部倍頻技術(shù),以降低外時(shí)鐘頻率. 5.東芝單片機(jī): 東芝單片機(jī)從 4 位到 64 位,門(mén)類(lèi)齊全.4 位機(jī)在家電領(lǐng)域

14、仍有較大市場(chǎng).8 位機(jī)主要有 870 系列,90 系列等.該類(lèi)單片機(jī)允許使用慢模式,cpu 內(nèi)部多組寄存器的使用,使得中斷響應(yīng)與處理更加快捷. 6.富士通單片機(jī): 富士通也有 8 位,16 位和 32 位單片機(jī),但是 8 位機(jī)使用的是 16 位的 cpu 內(nèi)核.也就是說(shuō) 8 位機(jī)與 16 位機(jī)指令相同,使得開(kāi)發(fā)比較容易.8 位機(jī)有名是 mb8900 系列,16 位機(jī)有 mb90 系列. 7.epson 單片機(jī): epson 公司以擅長(zhǎng)制造液晶顯示器著稱(chēng),故 epson 單片機(jī)主要為該公司生產(chǎn)的 lcd 配套.其單片機(jī)的 lcd 驅(qū)動(dòng)做的特別好.在低電壓,低功耗方面也很有特色. 8.8051 單

15、片機(jī) 最早有 intel 公司推出 8051/31 類(lèi)單片機(jī),也是世界上使用量最大的幾種單片機(jī)之一.目前,8051 類(lèi)單片機(jī)主要有 philips,三星,華幫等公司接手.這些公司在保持與 8051 單片機(jī)兼容基礎(chǔ)改善了 8051 的許多特點(diǎn).提高了速度,降低了時(shí)鐘頻率,放寬了電源電壓的動(dòng)態(tài)范圍,降低了產(chǎn)品價(jià)格. 9.zilog 單片機(jī): z8 單片機(jī)是該公司的產(chǎn)品,采用多累加器結(jié)構(gòu),有較強(qiáng)中斷處理能力.產(chǎn)品為 otp 型,z8 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)工具可以說(shuō)是物美價(jià)廉. 10.atmel 單片機(jī): atmel 公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存儲(chǔ)器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體制造公司，atmel

16、公司的單片機(jī)在自動(dòng)化工業(yè)控制宇航設(shè)備儀器儀表和各種消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用前景.另外 atmal 的增強(qiáng)型 51 系列單片機(jī)目前在市場(chǎng)上仍然十分流行,其中 at89s51十分活躍. 11.ti 公司的 msp430 系列單片機(jī): msp430 系列單片機(jī)是由 ti 公司開(kāi)發(fā)的 16 位單片機(jī)。其突出特點(diǎn)是超低功耗，非常適合于各種功率要求低的場(chǎng)合。典型應(yīng)用是流量計(jì)、智能儀表、醫(yī)療設(shè)備和保安系統(tǒng)等方面。由于其較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用已日趨廣泛。 12.ns 單片機(jī): cop8 單片機(jī)是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品,該公司以生產(chǎn)先進(jìn)的模擬電路著稱(chēng),能生產(chǎn)高水平的數(shù)字模擬混合電路.cop8 單片機(jī)內(nèi)部集成

17、了 16 位 a/d。 13.stc 單片機(jī): stc 單片機(jī)完全兼容 51 單片機(jī),并有其獨(dú)到之處,其抗干擾性強(qiáng),加密性強(qiáng),超低功耗,可以遠(yuǎn)程升級(jí),內(nèi)部有 max810 專(zhuān)用復(fù)位電路,價(jià)格也較便宜。14.三星單片機(jī): 三星單片機(jī)有 ks51 和 ks57 系列 4 位單片機(jī),ks86 和 ks88 系列 8 位單片機(jī),ks17 系列 16 位單片機(jī)和 ks32 系列 32 位單片機(jī)。15.凌陽(yáng)單片機(jī): 中國(guó)臺(tái)灣凌陽(yáng)科技股份有限公司致力于 8 位和 16 位機(jī)的開(kāi)發(fā).。在系列芯片中相同的片內(nèi)硬件功能模塊具有相同的資源特點(diǎn)；不同型號(hào)的芯片只是對(duì)片內(nèi)資源進(jìn)行刪減.其最大的特點(diǎn)就是超強(qiáng)抗干擾。16.

18、華幫單片機(jī): 華幫單片機(jī)屬于 8051 類(lèi)單片機(jī),它們的 w78 系列與標(biāo)準(zhǔn)的 8051 兼容,w77 系列為增強(qiáng)型 51,對(duì)8051 的時(shí)序做了改進(jìn).同樣時(shí)鐘下速度快了不少. 17. sst 單片機(jī): 美國(guó) sst 公司推出的 sst89 系列單片機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的 51 系列單片機(jī)，它與 8052 系列單片機(jī)兼容.提供系統(tǒng)在線編程(isp 功能).內(nèi)部 flash 擦寫(xiě)次數(shù) 1 萬(wàn)次以上,程序保存時(shí)間可達(dá) 100年.1.2.3 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角

19、位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 目前，比較常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（vr） 、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（pm） 、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（hb）等。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式，因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。但步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在控制精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)；所以主要應(yīng)用在精度要求不是特別高的場(chǎng)合。步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域，由于其不需要 a/d 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以一直被認(rèn)為是最理想的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行元件。此外

20、，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也存在許多缺陷；由于步進(jìn)電機(jī)存在空載啟動(dòng)頻率，所以步進(jìn)電機(jī)可以低速正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度時(shí)就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有尖銳的嘯叫聲；不同廠家的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器精度可能差別很大，細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制；并且，步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有較大的振動(dòng)和噪聲。贊同2.2.方案論述方案論述本文采用單片機(jī) at89c52 作為系統(tǒng)的核心控制器件，通過(guò)光電傳感器采集數(shù)據(jù)（數(shù)字信號(hào)） ，經(jīng)單片機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及步數(shù)，并根據(jù)光線變化自動(dòng)調(diào)整窗簾的開(kāi)度。2.12.1 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明方案設(shè)計(jì)說(shuō)明考慮到自動(dòng)窗簾的成本和巨大的市場(chǎng)空間，本文提出一種方案，應(yīng)用光控原理工作，光亮在一定程度窗簾自動(dòng)打開(kāi)，光線

21、變暗窗簾自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)光控電動(dòng)自動(dòng)窗簾的設(shè)計(jì)，成本低，環(huán)保且方便使用。實(shí)現(xiàn)框圖如圖 1 所示：光敏電阻采集光強(qiáng)電路單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制窗簾開(kāi)閉圖 1：本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方框圖該系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定,成本低廉,利于推廣等特點(diǎn),能夠滿足智能家居需求,具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用前景.2.22.2 方案選擇說(shuō)明方案選擇說(shuō)明論文設(shè)計(jì)的核心控制器選用的是 at89c52 單片機(jī)，光線采集選用光電傳感器 uln3330。它輸出單片機(jī)能讀入數(shù)字信號(hào)，然后由 l298 驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。電機(jī)選用比較容易進(jìn)行角度調(diào)節(jié)的步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的連接采用 l29

22、8 驅(qū)動(dòng)器，它是一種兩相和四相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。2.2.1 硬件方案選擇說(shuō)明硬件電路繪圖平臺(tái)為 protel 軟件， 所用元器件在其上繪出，例如 at89c52 微控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 l298、42byg 系列步進(jìn)電機(jī)、電阻、電容、按鍵、肖特基二極管、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。邏輯框圖如圖 2 所示。光電傳感器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器單片機(jī)圖 2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)光檢測(cè)模塊 1選用集成光電傳感器 uln3330，當(dāng)器件頂部受到大于 50 lx4的光照時(shí)就輸出高電平，負(fù)載上沒(méi)有電流；當(dāng)光照不足 45 lx 時(shí)，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過(guò)。單片機(jī)模塊 2選用 mcs-51 單片機(jī)系列，at89c52

23、 單片機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊 3選用步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片 l298,采用 l298，通過(guò)單片機(jī)的 i/o 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)、停止的操作。 步進(jìn)電機(jī)選用 4步進(jìn)電機(jī)的步距角選用 1.8 度/步（四相電機(jī)） 。2.2.2 軟件方案設(shè)計(jì)說(shuō)明（主控程序流程圖）軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 keil 軟件，用 c 語(yǔ)言編寫(xiě)具體的程序代碼。主控程序流程圖如圖 3 所示。開(kāi)始數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)高電壓？正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)到達(dá)頂部？是否是到達(dá)底部？停止是否否光敏傳感器uln3330圖 3：主控程序流程圖3.3.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)3 3. .1 1 光光電電傳傳感感器器信信號(hào)號(hào)采采集集模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.

24、3.1 光電傳感器 uln3330 介紹光電傳感器按輸出信號(hào)有開(kāi)關(guān)型和模擬型， 開(kāi)關(guān)型用于轉(zhuǎn)速測(cè)量、 模擬開(kāi)關(guān)、 位置開(kāi)關(guān)等；模擬型用于光電式位移計(jì)、 光電比色計(jì)等。 光電檢測(cè)必須具備光源、 被測(cè)物和光電元件。uln3330 是美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的集成光電傳感器。 它是一種新穎的光電開(kāi)關(guān)， 將光敏二極管、 低電平放大器、 電平探測(cè)器、 輸出功率驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓電路等五部分都集成在了一塊 11.8(mmmm)的硅片上， 形成一種具有驅(qū)動(dòng)能力的光敏功率器件。 該器件可用于眾多使用光敏器件的場(chǎng)合， 使光敏器件的應(yīng)用變得更簡(jiǎn)單、 可靠。uln3330 的內(nèi)電路框圖如圖 4 所示。光敏二極管的光敏區(qū)域約為

25、 1.11.1(mmmm)，峰值波長(zhǎng)為 880 nm。 當(dāng)它受到光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微安數(shù)量級(jí)的光電流。低電平放大器是一種低噪聲小電流放大器，能對(duì)微安級(jí)的光電流進(jìn)行放大、電平位移，最后輸出可供電平探測(cè)器進(jìn)行鑒別的電平。 電平探測(cè)器是由施密特電路構(gòu)成的，它具有約 20的“滯后”特性。 輸出功率驅(qū)動(dòng)器是 npn 中功率晶體管，最大可通過(guò) 100 ma 的電流，可以直接驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。 穩(wěn)壓電路可確保當(dāng)電壓在 415 v 范圍內(nèi)變化時(shí)電路也能穩(wěn)定地工作。uln3330 接上電源與負(fù)載后， 不需要其他元件就能工作。當(dāng)器件頂部受到大于 50 lx 的光照時(shí)， 就輸出高電平，負(fù)載上沒(méi)有電流；當(dāng)光照不足 45 lx

26、 時(shí)，器件就輸出低電平，負(fù)載上有電流通過(guò)。uln3330 各引腳說(shuō)明腳 uss-接地端1腳 out put-輸出端2腳 udd-+12v 電源輸入端3圖 4 uln3330 內(nèi)部電路原理圖表 1 uln3330 電參數(shù)3.1.2 傳感器信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)由于光電傳感器 uln3330 直接輸出數(shù)字信號(hào)，因而與單片機(jī)連接電路之間無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。uln3330 控制電路基本思路： 表 2 光照強(qiáng)度與窗簾狀態(tài)關(guān)系下面兩圖即為光電傳感器 uln3330 模塊電路連接圖：左圖：1光電傳感器的輸出端output 接單片機(jī)的 p3.0 口，輸出端的高低電平就送到單片機(jī)的口， 2電源端接+12v 的直流電壓，

27、vss 端接地。當(dāng)外界逐漸變亮，光電傳感器件頂部受到大于 50 lx 的光照時(shí)，就輸出高電平，經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動(dòng)電路 l298 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾打開(kāi)，當(dāng)光電傳感器件頂部光照不足 45 lx 時(shí)，光電光照強(qiáng)度output 輸出端窗簾開(kāi)合狀態(tài)e50lx高電平 1打開(kāi)e45lx低電平 0關(guān)上傳感器件就輸出低電平。經(jīng)單片機(jī)后由驅(qū)動(dòng)電路 l298 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合。右圖：2用開(kāi)關(guān)模擬光電傳感器，開(kāi)關(guān)一端接單片機(jī)的 p3.0 口，另一端為接地端，單片機(jī)上電后其端口為高電平，因而當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，p3.0 口即為高電平，窗簾打開(kāi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)接地，p3.0 口為低電平，窗簾閉合。下圖即為光電

28、傳感器 uln3330 的電路連接圖： 圖 5 uln3330 與單片機(jī)的連線圖 圖 6 protues 中連線圖說(shuō)明：要用 protues 軟件仿真，因其中器件庫(kù)中沒(méi)有光敏這塊，用開(kāi)關(guān)替代，左圖為光電傳感器在單片機(jī)上的連接圖，右圖為用開(kāi)關(guān)代替光電傳感器在與單片機(jī)的連接圖。3 3. .2 2 單單片片機(jī)機(jī)信信號(hào)號(hào)處處理理模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.2.1 mcs-51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)全稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)，顧名思義，它指的是一種單硅片上集成的微型計(jì)算機(jī)主要功能部件的集成芯片。單片機(jī)的出現(xiàn)要?dú)w功與大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，就組織和功能而言，它如一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，內(nèi)部集成了中央處理器，隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、

29、只讀程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入輸出（i/o）接口電路和串行通信接口等主要功能部件。這里的 51 單片機(jī)指的是intel 公司的 mcs-51 系列單片機(jī)，屬于這一系列的單片機(jī)芯片有許多種，如8051/8052、8031/8032、8752/8751 等，他們的基本組成、基本性能、指令系統(tǒng)都是相同的。（1）mcs-51 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)是在一塊芯片中繼承了 cpu、ram、rom、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多功能 i/o 接口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱(chēng) mcu。51 系列單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：1 個(gè) 8 為 cpu。1 個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。4kb rom 程序存儲(chǔ)

30、器。128b ram 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器?？蓪ぶ?64kb 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 64kb 外部程序存儲(chǔ)器的控制電路。32 條可編程的 i/o 線（4 個(gè) 8 位并行 i/o 接口） 。2 個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。1 個(gè)可編程全雙工串行接口。5 個(gè)中斷源、2 個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。51 系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 7 所示，各個(gè)功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。程序存儲(chǔ)器部分用 rom 代替即為 8051/8052；用 eprom 代替即為 8751/8752；若去掉 rom 即為8031/8032；用 flash eprom 代替即為 89c51/89s52。 基準(zhǔn)頻率源基準(zhǔn)頻率源 脈沖技術(shù)輸入脈沖技術(shù)輸

31、入 振蕩器及定時(shí)電路4kb/8kb程序存儲(chǔ)器128b/256b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器cpu64kb總線擴(kuò)展控制可編程i/o接口可編程串行接口外部中斷外部中斷 控制控制 并行并行 i/oi/o 接口接口 串行輸入串行輸入 串行輸出串行輸出 圖 7 mcs-51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖（2）引腳功能有總線擴(kuò)展的 51 單片機(jī)有 44 個(gè)引腳的方形封裝形式和 40 個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式，本文用 40 個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式， 40 個(gè)引腳封裝的引腳圖如圖 8，各引腳的功能說(shuō)明如下。at89c52 的引腳: a t89c52單片機(jī)單片機(jī) 40 腳腳哥哥 g nd 2 xtal1,

32、 xtal2 2reset 1ea/vpp 1ale/prog 1psen 1p0.0p0.7 8p1.0p1.7 8 p2.0p2.7 8p3.0p3.7 8 圖 8 at89c52 單片機(jī)引腳圖gnd：接地端。vcc：電源端，接+5v。xtal1：接外部晶體的一個(gè)引腳。chmos 單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)由此引腳接入。xtal2：接外部晶體的一個(gè)引腳。hmos 單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，外部時(shí)鐘信號(hào)由此引腳接入。rst：復(fù)位信號(hào)輸入。vcc 掉電后，此引腳可接備用電源，低功耗條件下保持內(nèi)部ram 中的數(shù)據(jù)。ale/rpog：地址鎖存允許。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳的輸出

33、信號(hào) ale 用于鎖存 p0 端口的低 8 位地址。ale 輸出的頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6。對(duì) 8751 單片機(jī)片內(nèi)eprom 編程時(shí)，編程脈沖由該引腳接入。psen：程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。取指令操作期間，psen 的頻率為振蕩頻率的 1/6；但若此期間有訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作時(shí)，則有一個(gè)機(jī)器周期中的psen 信號(hào)將不出現(xiàn)。ea/vpp： ea=0，單片機(jī)只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì) 8031 單片機(jī)此引腳必須接地。ea=1，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于內(nèi)部有程序存儲(chǔ)器的 8xx51 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接高電平，但若地址值超過(guò) 4kb 范圍，單片機(jī)將自動(dòng)訪問(wèn)外部程序

34、存儲(chǔ)器。在 8751 單片機(jī)內(nèi)eprom 編程期間，此引腳接入 21v 編程電源 vpp。p0.0p0.7: p0 數(shù)據(jù)/低八位地址復(fù)用總線端口。具有雙重功能：可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。在有外接存儲(chǔ)器和 i/o 接口時(shí)常作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)總線，即低 8 位地址與數(shù)據(jù)線分時(shí)使用 p0 口。此低 8 位地址由 ale 信號(hào)的下跳沿使它鎖存到外部地址鎖存器中，爾后，p0 口出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息。p1.0p1.7：p1 靜態(tài)通用端口。具有單一接口功能，p1 口每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。p2.0p2.7：p2 高八位地址總線動(dòng)態(tài)端口。具有雙重功能：作為輸入/輸出口使用，外接輸入

35、/輸出設(shè)備。在有外接存儲(chǔ)器和 i/o 接口時(shí)，作為系統(tǒng)的地址總線，輸出高 8 位地址，與 p0 口低 8 位地址一起組成 16 位地址總線。對(duì)于內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，p2 口只作為地址總線使用，而不作為 i/o 接口。p3.0p3.7：p3 雙功能靜態(tài)端口，可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。作為第二功能使用時(shí)，每一位功能定義如表 3 所示端口引腳端口引腳第二功能p3.0rxd(串行輸入線)p3.1txd(串行輸出線)p3.2int0（外部中斷 0 輸入線）p3.3int1（外部中斷 1 輸入線）p3.4t0（定時(shí)器 0 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入）p3.5t1（定時(shí)器 1 外部計(jì)數(shù)脈沖輸

36、入）p3.6wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出)p3.7rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出) 表 3 p3 口第二功能說(shuō)明(3)單片機(jī)本身的微小電路圖 9 單片機(jī)的微小系統(tǒng)連線圖上圖為單片機(jī)的小系統(tǒng)，包含片內(nèi)振蕩電路和復(fù)位電路。片內(nèi)振蕩電路：通常外接一個(gè)晶振，兩個(gè)電容， 電容值取值范圍 1545pf,取值范圍晶振值 024mhz。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)序脈沖，單片機(jī)所有運(yùn)動(dòng)與控制過(guò)程都是在統(tǒng)一的時(shí)序脈沖驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的，時(shí)鐘電路好比人的心臟，如果人的心臟停止工作，則人就沒(méi)有生命了，同樣，如果單片機(jī)的時(shí)鐘電路停止工作，那么單片機(jī)也就停止運(yùn)行了。復(fù)位電路：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)2 個(gè)機(jī)器周期以

37、上的高電平使單片機(jī)復(fù)位，一般在此引腳與 vss 之間接一個(gè)下拉電阻，與 vcc 引腳之間接一個(gè)電容，單片機(jī)復(fù)位后，從程序存儲(chǔ)器的 0000h 單元執(zhí)行程序，并初始化一些專(zhuān)用寄存器為復(fù)位狀態(tài)值。本文中單片機(jī)復(fù)位電路的連接如上圖：外接一個(gè)10f 電容和 10k 電阻，分為上電復(fù)位電路和手動(dòng) &上電復(fù)位電路，本文用的是手動(dòng) &上電復(fù)位電路。3 3. .3 3 執(zhí)執(zhí)行行單單元元模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)3.3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分&行程開(kāi)關(guān)（1）l298 芯片介紹l298 為意大利 sgs 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片 ( dual full-bridge driver ) ，內(nèi)部包含 4 信道邏輯驅(qū)

38、動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)二相或 1 個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) h-bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) ttl 邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46v、2a 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的io 端口來(lái)提供模擬時(shí)序信號(hào)， l298 之接腳如圖 9 所示， outl、out2 和 out3、out4 之間接步進(jìn)電機(jī)； input1input4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)； enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 本文主要采用 l298 驅(qū)動(dòng)芯片， 通過(guò)單片機(jī)的 i/o 輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正

39、反轉(zhuǎn)，停止的操作。 圖 10 l298 內(nèi)部邏輯圖輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系表（ enb 引腳與 ena 引腳同）：l298 功能引腳模塊nin1in2運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)0停止110正轉(zhuǎn)101反轉(zhuǎn)111剎停100停止表 4 l298 功能引腳模塊圖 11 l298 引腳圖（2）芯片（采用 powerso20 封裝）引腳說(shuō)明：+5v：芯片電壓 5v。功率電源電壓,此引腳與地必須連接 100nf 電容器vcc：電機(jī)電壓，最大可接 50v。邏輯電源電壓。 此引腳與地必須連接 100nf 電容器gnd：共地接法。ena，enb:接控制使能端高電平有效，ena、enb 分別為 in1 和 in2、in3 和 i

40、n4 的使能端。in1 in4：輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),輸入端電平和輸出端電平是對(duì)應(yīng)的。out1 out4：輸出端，接電機(jī)。l298 需要從外部接兩個(gè)電壓，一個(gè)是給電機(jī)的，另一個(gè)給 l298 芯片的。圖 12 雙四拍模式波形圖（3）位置開(kāi)關(guān)（行程開(kāi)關(guān)）步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的位置的末端分別安裝行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)窗簾運(yùn)動(dòng)到末端位置時(shí)會(huì)碰到行程開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸頭閉合，一旦常開(kāi)觸頭閉合，電機(jī)就停止正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)天亮或天暗時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)反方向運(yùn)動(dòng)，開(kāi)關(guān)的障礙物去除，常開(kāi)觸頭恢復(fù)，由此實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的末端停止控制，沒(méi)有碰到常開(kāi)觸頭，電機(jī)會(huì)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣也可使窗簾拉到極限位置，很好的保證了室內(nèi)私密性的性能

41、。位置開(kāi)關(guān)（又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其出頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或斷開(kāi)控制電路，達(dá)到一定的控制目的，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。通常，這類(lèi)開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)部件暗特定的位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。在電氣控制系統(tǒng)中，位置開(kāi)關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測(cè)。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。一般限位開(kāi)關(guān)由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。在實(shí)際生產(chǎn)中，行程開(kāi)關(guān)被安裝在預(yù)先定好的位置，當(dāng)安裝在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換，所以說(shuō)，行程開(kāi)關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)

42、動(dòng)部件的行程位置而切開(kāi)電路開(kāi)關(guān)，其作用原理與按鈕相似。行程開(kāi)關(guān)可以安裝在相對(duì)靜止的物體（如固定架、門(mén)框等，簡(jiǎn)稱(chēng)靜物）上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車(chē)、門(mén)等，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)物）上。當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開(kāi)關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_(kāi)的接點(diǎn)閉合。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作本文選用的是直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)。直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作原理同按鈕類(lèi)似，所不同的是：一個(gè)是手動(dòng)，另一個(gè)則由運(yùn)動(dòng)部件的撞塊碰撞。當(dāng)外界運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊碰壓按鈕使其觸頭動(dòng)作，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件離開(kāi)后，在彈簧作用下，其觸頭自動(dòng)復(fù)位。1：推桿2&4：彈簧3：動(dòng)斷觸點(diǎn)5：動(dòng)合觸點(diǎn)圖 13 直動(dòng)式位置開(kāi)關(guān)示意圖3.3.2 步進(jìn)電機(jī)選用步進(jìn)

43、電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 本文選用的是 混合式步進(jìn) 電機(jī)，混合式步進(jìn)電機(jī)是混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8 度，五相步進(jìn)角一般為 0.72 度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 。（1）表 5 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：步距角精度步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。失步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)

44、轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱(chēng)之為失步。失調(diào)角轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。最大空載起動(dòng)頻率電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。最大空載的運(yùn)行頻率電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運(yùn)行矩頻特性電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱(chēng)為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示： 其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)

45、行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。電機(jī)的共振點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps 之間（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角為 0.9 度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)， 電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?ab-bc-cd-da 時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?da-c

46、a-bc-ab 時(shí)為反轉(zhuǎn)。（2）步進(jìn)電機(jī)控制波形（步進(jìn)電機(jī)控制波形（pwm信號(hào)）單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖 11.a、b、c所示：a. 單四拍 b. 雙四拍 c.八拍圖 11.步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖（3）本文中的步進(jìn)電機(jī)用 42byg（250）系列混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī). 表 6 步進(jìn)電機(jī)規(guī)格驅(qū)動(dòng)方式恒流斬波驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁方式2 相勵(lì)磁(四相四拍運(yùn)行).可正反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向按ab-bc-cd-da順序通電額定電流(單相)0.4a dc額定電壓12v步距角1.8，四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 =360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱(chēng)整步）絕緣等級(jí)b 級(jí)絕緣表 7 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)工作條件環(huán)境

47、溫度:-2460;相對(duì)濕度: 90max;安裝位置:軸水平或垂直安裝繞組直流電阻(20)3010繞組電感32mh20定位轉(zhuǎn)矩11.8mn.m ref保持轉(zhuǎn)矩210mn.m(i=0.4a)最大空載起動(dòng)頻率2000pps最大空載運(yùn)行頻率3000pps溫升(兩相同時(shí)通以額定電壓 12v)80 k；步距角精度1.80.09轉(zhuǎn)動(dòng)慣量38g.cm2重量0.20kg ref軸向間隙0.08mm徑向間隙0.02mm軸伸徑向圖跳動(dòng)0.025mm安裝配合面垂直度0.03mm安裝配合面同心度0.05mm電機(jī)定子鐵芯與接線端子間冷態(tài)絕緣電阻應(yīng)大于 100m(用 dc500v 兆歐表測(cè)量)；3.3.3 執(zhí)行單元模塊電路

48、連接（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接本文主要采用 l298，通過(guò)單片機(jī)的 i/o 輸入改變芯片控制端的電平，改變繞組脈沖信號(hào)的順序即可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。l298 的輸入引腳與單片機(jī)的 p1.0p1.3 口分別相連，in1in4 引腳從單片機(jī)輸入控制電平，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，out1out4 分別接步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)相線，ena、 enb 接控制使能端控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)、停。當(dāng) ena、 enb 同時(shí)接高電平時(shí) l298 芯片是工作的，即使能端有效，控制 in1in4 引腳電平的頻率即可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。芯片的輸出引腳分別接 2 個(gè)續(xù)流二極管，起到保護(hù)電路作用。芯片的 vcc 和 vss 引腳與地必須連接

49、100nf 電容器，圖中 0.1f 和100f 電容并聯(lián)即為 100nf。對(duì)本自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還必須滿足用戶想要窗簾停的某一位置停下來(lái)的需求，為此設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)停止開(kāi)關(guān)，為簡(jiǎn)化程序，更加利用 l298 芯片本身的功能，本文采用了一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)sw1，開(kāi)關(guān)一端接使能端 ena、 enb，另兩端一段接+5v 的電源，為芯片使能端提供高電平，另外一端接地，限制使能端的使用，當(dāng)開(kāi)關(guān)接到地時(shí)，兩個(gè)使能端接地，l298 芯片不再起作用，電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，由此達(dá)到停止的目的。電機(jī)控制窗簾的兩個(gè)極限位置-窗簾的兩端，要能使電機(jī)停下來(lái)，這一問(wèn)題的解決有兩種方案，一種是計(jì)算步進(jìn)電機(jī)在窗簾開(kāi)合長(zhǎng)度中所要轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)步

50、進(jìn)電機(jī)本身的步長(zhǎng)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，寫(xiě)入程序里進(jìn)行控制，還有一種是利用行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)窗簾走到極限位置時(shí)會(huì)碰到行程開(kāi)關(guān)，使行程開(kāi)關(guān)閉合，這里的行程開(kāi)關(guān)是接地和使能端的，開(kāi)關(guān)閉合就是關(guān)閉使能端，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，分析比較這兩種方案，認(rèn)為后一種較為簡(jiǎn)便且使居室的嚴(yán)密性得到保證，因?yàn)槭芟抻诓竭M(jìn)電機(jī)本身的精確度和丟步失步現(xiàn)象，電機(jī)難免不會(huì)在某一時(shí)刻出現(xiàn)丟步，是窗簾在還沒(méi)完全拉合的狀態(tài)下停止。行程開(kāi)關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)極限位置停止：天亮?xí)r，光敏傳感器接受到高電平，依程序所設(shè)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾以某一速度被慢慢拉開(kāi)，走到極限位置時(shí)，窗簾碰到右端的行程開(kāi)關(guān) sw3，開(kāi)關(guān)閉合使能端關(guān)閉，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)天暗時(shí)，

51、光敏傳感器輸出低電平，電機(jī)要逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了，窗簾打開(kāi)，障礙物去除，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使能端打開(kāi)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，同樣電機(jī)反轉(zhuǎn)碰到左邊的行程開(kāi)關(guān) sw4 時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，使能端關(guān)閉，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。鑒于上述考慮，我的設(shè)計(jì)電路圖如下所示：圖 12 l298 控制電機(jī)電路 圖 13 行程開(kāi)關(guān)電路部分4 4 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)4 4. .1 1 程程序序流流程程51 單片機(jī)的開(kāi)發(fā)除了需要硬件的支持外，同樣離不開(kāi)軟件。cpu 真正可執(zhí)行的是機(jī)器碼，用匯編語(yǔ)言或 c 語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序必須轉(zhuǎn)為機(jī)器碼才能被執(zhí)行，轉(zhuǎn)化方法有手動(dòng)匯編和機(jī)器匯編兩種，前者已很少使用，機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼的編譯方法。這種匯

52、編軟件稱(chēng)為編譯器， keil 是目前最流行的 51 單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件， keil提供了一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 uvision,它包括編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理、和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。這樣，在開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的過(guò)程中，編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各個(gè)階段都集中在一個(gè)環(huán)境中。先用編譯器編寫(xiě)程序、接著調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯，連接之后即可直接運(yùn)行。這樣免去了過(guò)去先用編譯器進(jìn)行編譯，再退出編輯狀態(tài)進(jìn)行編譯，調(diào)試后又要調(diào)用編譯器的反復(fù)過(guò)程。因此可以縮短開(kāi)發(fā)周期。因此我所選用的 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 keil 軟件，用 c 語(yǔ)言編寫(xiě)具體的程序代碼。主控程序流程圖如圖 14 所示。開(kāi)始數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)高電壓？正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)

53、到達(dá)頂部？是否是到達(dá)底部？停止是否否光敏傳感器uln3330圖 14：主控程序流程圖4 4. .2 2 程程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code ffw=0 xfc,0 xf6,0 xf3,0 xf9 ; /2 相勵(lì)磁正轉(zhuǎn)表uchar code rev=0 xf9,0 xf3,0 xf6,0 xfc ; /2 相勵(lì)磁反轉(zhuǎn)表sbit k1=p30; /定義 k1 開(kāi)關(guān)uint m=1;void delay(uint x) /延時(shí)函數(shù) uchar i; while(x-) /i=x

54、即延時(shí)約 x 毫秒 for(i=0;i60;i+);/*以下是步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù) */void setp_motor_ffw(uchar n) uchar i,j; for(i=0;i5*n;i+) /轉(zhuǎn) n 圈 for(j=0;j4;j+) p1=ffwj; /取正轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)delay(250); /轉(zhuǎn)一個(gè)角度停留的時(shí)間 ,可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /*以下是步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù) */void setp_motor_rev(uchar n) uchar i,j; for(i=0;i5*n;i+) /轉(zhuǎn) n 圈 for(j=0;j4;j+) /if(k2=0) break;p1=revj; /取反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)delay(2

55、50); /轉(zhuǎn)一個(gè)角度停留的時(shí)間 ,可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /* 主程序 */void main()while(m-)/電機(jī)轉(zhuǎn) m 圈 if(k1=1)/k1 送入高電平 delay(10); if(k1=1) setp_motor_ffw(3);/調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù) else/k1 送入低電平 delay(10); setp_motor_rev(3); /調(diào)用電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù) 5.5. 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活追求，各式各樣的窗簾出現(xiàn)。窗簾不僅具有遮擋作用 ,還具有美觀性，給大家?guī)?lái)美的視覺(jué)享受。人們對(duì)居室的舒適度和自動(dòng)化程度要求越開(kāi)越高，為了滿足生活的需要，通過(guò)以往的人為的通過(guò)拉動(dòng)使窗簾開(kāi)

56、與閉則就比較費(fèi)事，也易損壞。因此，設(shè)計(jì)一種能夠控制居室窗簾的檢測(cè)自動(dòng)控制裝置，能夠在夜間關(guān)閉，白天打開(kāi)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 本文設(shè)計(jì)通過(guò)光電傳感器采集數(shù)據(jù) (光強(qiáng)度)，反映出光信號(hào)變化，然后將光電元件光數(shù)字信號(hào)輸送到單片機(jī)中。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等特點(diǎn)，且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣。該設(shè)計(jì)通過(guò)檢測(cè)光線的強(qiáng)弱，并根據(jù)光線的強(qiáng)弱自動(dòng)將窗簾打開(kāi)和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制的功能，極大地方便了人們的日常生活，并在生活中得到了廣泛的應(yīng)用。 protel 總電路圖總電路圖&protues 仿真圖仿真圖 圖 15 基于單片機(jī)的室內(nèi)光線自動(dòng)控制系統(tǒng)總體原理圖上圖是我的設(shè)計(jì)完整原理圖

57、，本文主要光敏傳感器 uln3330，它是一個(gè)開(kāi)關(guān)型的光電傳感器，直接輸出數(shù)字信號(hào)，output 端根據(jù)外部光照度的變化輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)-高電平或低電平，uln3330 的其他相應(yīng)引腳分別接地或電源，然后把 output 端接單片機(jī)的 p3.0 端口。單片機(jī)本身包括復(fù)位電路和振蕩電路，片內(nèi)振蕩電路：通常外接一個(gè)晶振，兩個(gè)電容， 電容值取值范圍 1545pf,取值范圍晶振值 024mhz；復(fù)位電路：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平使單片機(jī)復(fù)位，一般在此引腳與 vss 之間接一個(gè)下拉電阻，與vcc 引腳之間接一個(gè)電容；驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)芯片采用 l298，通過(guò)單片機(jī)的 i/o

58、 輸入改變芯片控制端的電平，改變繞組脈沖信號(hào)的順序即可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。l298 的輸入引腳與單片機(jī)的 p1.0p1.3 口分別相連，in1in4 引腳從單片機(jī)輸入控制電平，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，out1out4 分別接步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)相線，ena、 enb 接控制使能端控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)、停。當(dāng) ena、 enb 同時(shí)接高電平時(shí)l298 芯片是工作的，即使能端有效，控制 in1in4 引腳電平的頻率即可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。芯片的輸出引腳分別接 2 個(gè)續(xù)流二極管，起到保護(hù)電路作用。芯片的 vcc 和 vss 引腳與地必須連接 100nf 電容器，圖中 0.1f 和 100f 電容并聯(lián)即為 100nf。對(duì)本自