基于單片機的智能光控窗簾設(shè)計

1、2015 屆課程論文 基于單片機的智能光控窗簾設(shè)計 題題 目目 基于單片機的智能光控窗簾設(shè)計 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號號 所屬學(xué)院所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè) 通信工程 班班 級級 通信 15-1 授課教師授課教師 教師職稱教師職稱 副教授 目錄目錄 1 1 引言引言.3 研究目的和意義 .3 2 2 課題的研究內(nèi)容課題的研究內(nèi)容.4 2.1 技術(shù)方案的選擇 .4 3 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理.5 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).5 3.2 工作原理.5 4 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.5 4.1 整體設(shè)計模塊 .5 4.1.1 單片機的復(fù)位、時鐘電路.5 4.1.2 光信號的模擬

2、與判斷.6 4.1.3 開關(guān)控制電路.7 4.1.4 指示燈電路.8 4.1.5 控制電動機正反轉(zhuǎn)電路.8 4.2 系統(tǒng)整體電路 .8 5 5 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.9 5.2 程序流程圖 .9 6 6 系統(tǒng)的不足和改進系統(tǒng)的不足和改進.13 6.1 系統(tǒng)的不足 .13 6.2 系統(tǒng)的改進.13 7.7.心得體會心得體會.13 參考文獻參考文獻.14 附錄附錄.15 基于單片機的智能光控開關(guān)設(shè)計 摘要 隨著社會的不斷進步，人們在智能化控制上的逐步認識和接受，并從多方面開始 關(guān)注，尤其在生活方面做出了很多的努力。光照對人民生活是很重要的，人們可以根 據(jù)光照的強弱選擇對窗簾的開關(guān)。它不僅適用于人們生活

3、的住宅區(qū)，而且適用于工廠、 辦公室、教學(xué)樓等公共場所。因此智能開關(guān)，在現(xiàn)代化的生活中，將起到重要的作用。 為了能根據(jù)室外環(huán)境亮度實現(xiàn)窗簾自動拉合的設(shè)計需求，一種簡單的通過光照強 度來控制窗簾的開關(guān)的開閉合，從而達到開關(guān)的自動斷開、閉合功能，其具有很強的 適用性。提出了一種基于單片機控制的光控窗簾設(shè)計方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè) 計。該系統(tǒng)的硬件部分主要利用光敏傳感器產(chǎn)生的信號作為單片機輸入信號，軟件部 分采用 C 語言進行編程，能夠完成智能光控窗簾的自動拉合。同時，考慮到用戶習(xí)慣 和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控 制方式。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有設(shè)計成

4、本低、可靠性高的特點，達到了設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：單片機 光敏傳感器 直流電動機 C 語言 智能光控窗簾 1 引言 隨著生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適度的要求也越來越高，具有裝飾、 遮光并能進行自動開合的智能光控窗簾成為了現(xiàn)代家居生活的新寵。為了能根據(jù)室外 環(huán)境亮度實現(xiàn)窗簾自動拉合的設(shè)計需求，本文提出了一種基于單片機控制的光控窗簾 設(shè)計方案。 研究目的和意義 研究目的：通過這次的課題研究希望使自己在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進一步了解它 的發(fā)明原理，將平時所學(xué)習(xí)的理論知識和技能運用到實際生活當(dāng)中，這對提高自己的 動手能力、創(chuàng)新意識，以及鍛煉我們的思維活動是一個很大的幫助。同時，通過這次 的研究希

5、望提高自己對社會普通科學(xué)知識的了解；增強自身的只是見解和設(shè)計論文的 方法。 研究意義：用光控制開關(guān)代替一般的開關(guān)，只有在光照達到一定強度時，才能使 直流發(fā)動機開始工作，使得電路導(dǎo)通，而且發(fā)動機延遲一段時間就會自動斷開，因此 節(jié)電效率很高，全自動智能控制，接線簡單，安裝方便，是公共場所照明開關(guān)的理想 選擇。 2 課題的研究內(nèi)容 運用單片機可以設(shè)計出智能型的光控開關(guān)，電路設(shè)計好后，運用軟件編程來實現(xiàn) 其功能，靈活方便，修改簡單，在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。 2.1 技術(shù)方案的選擇 目前的聲控開關(guān)大多都是應(yīng)用模擬電子技術(shù)進行設(shè)計，分立元件多，不可靠，而 且許多聲控開關(guān)的平均使用壽命不長，主

6、要是因為電路作頻繁的開關(guān)，啟動電流非常 大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過載而損壞。如果在設(shè)計中采用開關(guān)電壓過零保護技術(shù)， 可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時的電流過載，大 大地延長了開關(guān)的使用壽命，并且可以起到保護燈泡的作用。 如今單片機技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，未來的發(fā)展方向趨向于運用單片機可以設(shè)計出智 能型的聲控開關(guān)，電路設(shè)計好后，運用軟件編程來實現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡單。 在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。 首先單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處 理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中

7、斷系統(tǒng)、 定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 單片機的特點： （1） 種類多，型號全； （2） 提高性能，擴大容量，性能價格比高； （3） 增加控制功能，向真正意義上的“單片”機發(fā)展； （4） 低消耗； （5） C 語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機互交環(huán)境。 單片機的優(yōu)點： （1） 使用壽命長； （2） 運行速度越來越快； （3） 低噪聲和高可靠性技術(shù)； （4） OTP 與掩膜。 綜上所述，單片機的特點和優(yōu)點符合制作智能聲光控開關(guān)的條件，并且具有準(zhǔn)確 性和節(jié)能性。 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

8、3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本設(shè)計由單片機、傳感器和直流電動機組成，以 AT89C51 單片機芯片為核心，運 用光敏傳感器技術(shù)，將室外環(huán)境亮度作為單片機的控制信號，實現(xiàn)窗簾的自動拉合。 同時,考慮到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時可任 意選擇自動或手動控制方式。當(dāng)選擇自動控制模式時，單片機將室外環(huán)境光線亮度作 為輸入信號，單片機控制程序根據(jù)光敏傳感器所產(chǎn)生的電流信號的強弱自動調(diào)節(jié)直流 電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾的自動拉合;當(dāng)選擇手動控制模式時，單片機將手動控制 開關(guān)作為輸入信號，單片機控制程序根據(jù)開關(guān)信號控制電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)窗簾 的手動拉合。 3.2 工作原理 模擬光信

9、號的采集，可以通過軟件來調(diào)節(jié)對光照的強度。單片機軟件實施對光度 的判斷，決定窗簾的打開和閉合；由于個人或是其他原因用戶可以選擇手動開關(guān)窗簾。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由傳感器、單片機、直流電動機三大部分組成，如圖1所示。 光信號/手動89C51 單片機直流電機 圖1 系統(tǒng)工作原理圖 4.1 整體設(shè)計模塊 4.1.1 單片機的復(fù)位、時鐘電路 （1）單片機再開機時需要復(fù)位，以便使 CPU 及其他功能部件處于一個確定的初 始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機應(yīng)用程序必須以此作為設(shè)計的前提。 （2）單片機執(zhí)行指令的過程可分為取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個步驟，每個 步驟又由許多微操作，這些

10、微操作必須在一個統(tǒng)一的時鐘控制下才能按照正確的順序 執(zhí)行。如圖 2： 圖 2 4.1.2 光信號的模擬與判斷 當(dāng)光敏電阻收到光照的時候，電阻減小，運放同向輸入端為低電平，端口 1 輸出 為低電平；當(dāng)光照較弱時，電阻增加，運放同向輸入端為高電平，端口 1 輸出為高電 平。光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機能 夠識別的電流，然后由運放輸出端傳輸放大后的信號。然后經(jīng)過一個非門，形成相反 的電壓，分別傳輸給 P2.2 與 P2.3 口。 圖 3 4.1.3 開關(guān)控制電路 如果 k7 斷開，系統(tǒng)將執(zhí)行光控控制，k3、4 是控制光信號的輸入；k5、k6 分別是 對正轉(zhuǎn)、反

11、轉(zhuǎn)的反向控制。當(dāng) k7 閉合賣系統(tǒng)執(zhí)行手動控制， ，k1、k2 是對窗簾拉開、 閉合的控制。 圖 4 4.1.4 指示燈電路 當(dāng)電動機正傳時，led1 燈亮，當(dāng)電動機反轉(zhuǎn)時，led2 燈亮。 圖 5 4.1.5 控制電動機正反轉(zhuǎn)電路 由電動機與 PNP 和 NPN 三極管控制，當(dāng) p1.0 口低電平，控制電動機正傳，當(dāng) p1.1 低電平，電動機反轉(zhuǎn)。 圖 6 4.2 系統(tǒng)整體電路 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.

12、5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C1 22pF GND

13、X1 CRYSTAL R1 10kVCC VCC R2 10k R3 10k R4 1k R5 1k R6 1k Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN Q4 PNP Q5 NPN Q6 PNP Q7 NPN R7 1k Q8 NPN GND GND D1 LED-BIBY D2 LED-BIBY C2 22pF C3 10uF 3 2 1 84 U2:A LM393 12 LDR1 TORCH_LDR R8 10k R9 10k RV1 25K 2 3 1 U3:A 74HC02 SW1 SW-DPST-MOM 圖 7 5 軟件設(shè)計 5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)智能光控、手動控制

14、兩大功能，采用 C 語言進行編程，可實現(xiàn)用戶 在使用窗簾時任意選擇自動或手動控制方式4-5。 5.2 程序流程圖 光控窗簾程序流程圖如圖3所示。 開始 控制方式選擇 手動？ Y 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 判斷按鈕 N 判斷按鈕 判斷光照 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 停止 結(jié)束 圖 8 5.3 程序設(shè)計 (1)光控程序 當(dāng)天亮?xí)r，有陽光射進屋內(nèi)，傳感器感應(yīng)到光信號，此時電機正轉(zhuǎn)，窗簾開始打開，當(dāng)碰到開限 位開關(guān)時，電機停止轉(zhuǎn)動;當(dāng)天黑時，傳感器接收到信號，電機反轉(zhuǎn)，窗簾閉合，當(dāng)碰到關(guān)限位開 關(guān)時，電機停止轉(zhuǎn)動。具體程序如下： #include #include #define uchar unsigned char #defin

15、e uint unsigned int sbit K3=P2.2; /光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器 sbit K5=P2.4; /開限位 sbit K6=P2.5; /關(guān)限位 sbit LED1=P0.0; /正轉(zhuǎn)指示燈 sbit LED2=P0.1; /反轉(zhuǎn)指示燈 sbit MA=P1.0; sbit MB=P1.1; void main(void) LED1=1;LED2=1; while(1) if(K7=0) sd(); if (K3=0LED2=1;MA=0;MB=1; LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; if (K4=0LED2=0;MA=1;MB=0; LED1

16、=1;LED2=1;MA=1;MB=1; (2)手動程序 當(dāng)陰天或者晚上用戶要打開窗簾時，只需將控制方式選擇按鈕 P2.6 按下，就可以實現(xiàn)手動控制窗 簾的開合。程序如下： #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit K1=P2.0; /手動正轉(zhuǎn) sbit K2=P2.1; /手動反轉(zhuǎn) sbit K7=P2.6; /控制方式選擇按鈕 sbit LED1=P0.0; /正轉(zhuǎn)指示燈 sbit LED2=P0.1; /反轉(zhuǎn)指示燈 sbit MA=P1.0; sbit MB=P1.1; voi

17、d delay(uint z); /聲明子函數(shù) void delay(uint z) /延時子程序延時約 z 毫秒 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); int main(void) LED1=1;LED2=1; while(1) if(K7=0) sd(); if (K3=0LED2=1;MA=0;MB=1; while (K3=0LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; while (K3=0LED2=0;MA=1;MB=0; while (K3=0LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; if (K4=0 LED2=0; M

18、A=1;MB=0; while (K4=0 LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; while (K4=0LED2=1;MA=0;MB=1; while (K4=0 LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; 6 系統(tǒng)的不足和改進 6.1 系統(tǒng)的不足 系統(tǒng)的靈敏度不是很高，在模式運行下，有一定的延遲。 6.2 系統(tǒng)的改進 系統(tǒng)根據(jù)光強來判斷斷開還是閉合開關(guān)，而每個開關(guān)所控制電機轉(zhuǎn)動的時間不同 從而解決了窗簾大開的程度的自動化。在系統(tǒng)的外部增加一個收集天氣、溫度的采集 點，根據(jù)濕度、溫度、風(fēng)速、浮塵度等等，進行判決，自動幫助系統(tǒng)選擇模式。進而 實現(xiàn)了系統(tǒng)全智能化。 7.心得體會

19、通過對本次課程的課程設(shè)計，使自己深刻的認識到自己的很多不足之處，在實際 動手操作能力的不足，在進行程序編程時，自己需要，認真審題，看懂題目的要求！ 對于軟件編程不益太簡單或者太難。做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力！ 根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)課程條件，找到適合的 方案，找到需要的元器件及工具，準(zhǔn)備課程。 根據(jù)課程設(shè)計的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ) 上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序和增加額外的功能程序。然后再進行程序調(diào)試和 相應(yīng)的修改，以達到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。 還要根據(jù)課程的實際情況，添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的去

20、抖 （采用延遲） 。 程序要盡量做到由各個子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出 錯的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔，更明白易懂。 該課程設(shè)計的程序可以參考 MCS-51 系列單片機，也可自己根據(jù)自己熟悉的方法來編 程如單片機 C 語言。 在設(shè)計控制開關(guān)時，注意 2 個中斷的打開和關(guān)閉的先后順序，否則就會出錯。 這次的單片機課程設(shè)計重點是理論與實際的相結(jié)合。該設(shè)計從頭到尾都要自己參與， 熟悉了對整個設(shè)計的過程，更系統(tǒng)的鍛煉了自己。 雖然這次的設(shè)計到最后并沒有做出非常準(zhǔn)確的結(jié)果，但是基本達到了設(shè)計的要求， 最重要的是，在本次設(shè)計過程中我學(xué)到了很多平時沒有學(xué)到的或者說是很欠缺的

21、東西， 在一定程度上也提升了自己的能力,受益匪淺。 參考文獻 1 張鑫.單片機原理及應(yīng)用（第 2 版）M.北京:電子工業(yè)出版社,2010. 2 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)（第 3 版）M.北京:清華大學(xué)出版社,2010. 3 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與實踐教程M.北京:清華大學(xué)出版社, 2010. 4 張義和.例說 51 單片機（C 語言版）M.北京:人民郵電出版社,2008. 5 黃英.單片機工程應(yīng)用技術(shù)M.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2011 . 附錄 系統(tǒng)程序： #include #include #define uchar unsigned char #define uin

22、t unsigned int sbit K1=P20; /手動正轉(zhuǎn) sbit K2=P21; /手動反轉(zhuǎn) sbit K7=P26; /控制方式選擇按鈕 sbit LED1=P00; /正轉(zhuǎn)指示燈 sbit LED2=P01; /反轉(zhuǎn)指示燈 sbit MA=P10; sbit MB=P11; sbit K3=P22; sbit K4=P23; /光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器 sbit K5=P24; /開限位 sbit K6=P25; /關(guān)限位 void delay(uint z); /聲明子函數(shù) void delay(uint z) /延時子程序延時約 z 毫秒 uint x,y; for

23、(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void sd() /子程序 while(1) if(K7=1) return; if (K1=0LED2=1;MA=0;MB=1; /delay(10000); LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; /不轉(zhuǎn) if (K2=0LED2=0;MA=1;MB=0; /delay(10000); LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; int main(void) LED1=1;LED2=1; while(1) if(K7=0) sd(); if (K3=0LED2=1;MA=0;MB=1; while (K3=0LE

24、D1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; while (K3=0LED2=0;MA=1;MB=0; while (K3=0LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; if (K4=0 LED2=0; MA=1;MB=0; while (K4=0 LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; while (K4=0LED2=1;MA=0;MB=1; while (K4=0 LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1; 系統(tǒng)正轉(zhuǎn) XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD

25、2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C1 22pF GND X1 CRYSTAL R1 10kVCC VCC R2 10k R3 10k R4 1k R5 1k R6 1k Q1 NPN Q2 NPN Q3 NPN Q4 PNP Q5