基于51單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 . . . 項(xiàng)目編號(hào)_201111 _江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃結(jié)題報(bào)告項(xiàng)目名稱基于51單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 晶所學(xué)專業(yè)電氣工程與其自動(dòng)化所在學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院(手機(jī))電子信箱diamond-heart .項(xiàng)目起止年月2011/11-2012/05第一指導(dǎo)教師肖 永 松專業(yè)技術(shù)職務(wù)工 程 師(手機(jī))電子信箱結(jié)題日期2012年5月15 / 16江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收表學(xué)院名稱：物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 填寫日期： 2012 年 5 月項(xiàng)目名稱智能窗簾控制系統(tǒng)項(xiàng)目編號(hào)項(xiàng)目組成員學(xué)號(hào)承擔(dān)工作量（）本人簽字備注負(fù)責(zé)人晶070109010820成員1

2、蔡楷倜070110010120成員2佳斌070110022520成員3方新茂070110020420成員4喬勇070410051320指導(dǎo)教師年齡職稱聯(lián)系（手機(jī)）指導(dǎo)教師1肖永松29工程師指導(dǎo)教師2一、 研究成果簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)的主要由核心芯片STC89C51、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片PCF89C51、時(shí)鐘芯片DS1302、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003幾部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)來(lái)達(dá)到控制窗簾開合狀態(tài)的功能。窗簾開合狀態(tài)分為五檔，窗簾當(dāng)前所處檔位和當(dāng)前時(shí)間均可以在液晶上顯示出來(lái)。當(dāng)前時(shí)間可以通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置。手動(dòng)控制模式下可以通過(guò)按鍵選擇窗簾預(yù)期的檔位。自動(dòng)模式需設(shè)定預(yù)設(shè)時(shí)間（默

3、認(rèn)為7:00-18:00），在預(yù)設(shè)時(shí)間窗簾可處于光控狀態(tài)，當(dāng)光信號(hào)轉(zhuǎn)換來(lái)的數(shù)字信號(hào)超過(guò)80時(shí)窗簾拉合，低于20時(shí)完全打開。二、 成果特色與創(chuàng)新點(diǎn)：1. 光敏模塊用來(lái)采集光信號(hào)，并抓換為電信號(hào)，靈敏度很高。模擬信號(hào)的輸出值大，不需要放大電路，提高了信號(hào)的精確度2. 控制： STC89C51對(duì)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行讀取，并根據(jù)所讀取數(shù)據(jù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。3. 顯示：1602液晶顯示器采用串行輸入，相比于數(shù)碼管顯示更加節(jié)省I/O口。且顯示信息量更大，效率更高。4. 時(shí)間設(shè)置：紐扣電池可以在方口USB不供電時(shí)繼續(xù)供電，時(shí)鐘電路保持運(yùn)行，確保當(dāng)前時(shí)間的準(zhǔn)確性。5.

4、 電機(jī)：采用步進(jìn)電機(jī)比直流電機(jī)更加容易控制轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，靈活可靠。三、成果形式與數(shù)量：文獻(xiàn)綜述 1 份； 專利 個(gè)；調(diào)研報(bào)告份； 軟件件；設(shè)計(jì)作品 份； 圖紙1套；實(shí)驗(yàn)記錄份； 論文篇；制作實(shí)物 1 件： 課件件；心得體會(huì) 1 份； 其它。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃基于AT89C51單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)成 果 精 粹江 南 大 學(xué)二一二年五月簡(jiǎn)介隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的發(fā)展，智能家居的理念也漸漸滲透到我們的生活中，受此啟發(fā)，我們想嘗試著做一個(gè)智能窗簾的控制系統(tǒng)，希望可以通過(guò)光強(qiáng)和時(shí)間來(lái)控制窗簾的開合。恰好我們都進(jìn)行了電路、模電數(shù)電的學(xué)習(xí)，也曾初步接觸了單片機(jī)，我們想通過(guò)設(shè)計(jì)這個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)加深我們對(duì)所學(xué)容

5、的理解和掌握，更加熟悉使用protel等專業(yè)軟件。計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：在自動(dòng)模式下，在設(shè)定的時(shí)間，如早成6點(diǎn)至晚上8點(diǎn)，晚上8點(diǎn)至早晨6點(diǎn)，時(shí)間控制，可以避免室開燈造成窗簾自動(dòng)拉開。通過(guò)光強(qiáng)控制，在設(shè)定光照強(qiáng)度圍，窗簾拉開，超過(guò)設(shè)定強(qiáng)度，如夏日中午，為避免房間被光直射造成溫度過(guò)高，窗簾關(guān)閉。在手動(dòng)模式下，通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)整窗簾的開合狀態(tài)。最終設(shè)計(jì)使用STC89C51單片機(jī)，STC89C51有512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，是AT89C51的兩倍，并且?guī)в?K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間，可以斷電后保存資料，可以直接使用串口下載，而AT89C51需要專用下載器?？刂葡到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的采集、

6、轉(zhuǎn)換、傳輸，并根據(jù)單片機(jī)接收到的信號(hào)，結(jié)合時(shí)鐘電路的信號(hào)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的打開與拉合控制。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)硬件進(jìn)行了模塊化分析，以STC89C51作為主控芯片，光信號(hào)采集使用光敏模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換主要使用PCF8591芯片，顯示模塊采用1602液晶顯示器，時(shí)鐘電路采用DS1302芯片，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要使用ULN2003?？刂破髟O(shè)計(jì)：構(gòu)成模塊主要功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)：處理信號(hào)并控制電機(jī)運(yùn)行。AD轉(zhuǎn)換：將光敏模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。光敏模塊：采集光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。液晶模塊：用于顯示時(shí)間與控制模式。時(shí)鐘電路：配合外部晶體實(shí)現(xiàn)振蕩，為單片機(jī)提供運(yùn)行時(shí)

7、鐘。按鍵：設(shè)置時(shí)間與選擇模式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)：為步進(jìn)電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。復(fù)位：進(jìn)行復(fù)位。電源：為系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行供電。圖1 模塊功能圖硬件設(shè)計(jì)l 單片機(jī)控制模塊圖2 單片機(jī)控制模塊電路原理圖：STC89C51芯片 共40引腳，18腳是通用I/O接口（p1.0p1.7），9腳rst復(fù)位鍵，10、11腳RXD串口輸入、TXD串口輸出，1219腳:p3接口 (12,13腳 INT0中斷0、INT1中斷1，14,15:計(jì)數(shù)脈沖T0 T1 16,17:WR寫控制RD讀控制輸出端) ,18,19腳:晶振諧振器，20腳接地線，2128 p2接口高8位地址總線29: psen 片外rom選通端，單片機(jī)對(duì)片外rom

8、操作時(shí) 29腳(psen)輸出低電平30:ALE/PROG 地址鎖存器31:EA rom取指令控制器，電源+5V。本系統(tǒng)采用P0口與P10、P11、P12控制液晶顯示，P13-P17口控制按鍵、P30、P31、P34口控制DS1302、P35、P36口控制PCF8591，P20-P23口控制ULN2003。l 光敏模塊： 功能：采集光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。說(shuō)明：VCC 外接3.3V-5V電壓（可以直接與5v單片機(jī)和3.3v單片機(jī)相連）GND 外接GND DO 小板數(shù)字量輸出接口（0和1）AO 小板模擬量輸出接口圖3 光敏模塊電路圖本系統(tǒng)使用AO端作為AD轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號(hào)輸入。l 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

9、：圖 4 AD轉(zhuǎn)換模塊電路原理圖功能：將光敏模塊輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，本系統(tǒng)采用第三通道（AIN3）說(shuō)明：因?yàn)镾TC89C51芯片沒(méi)有AD轉(zhuǎn)換模塊，故而采用PCF8591T芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)AD與DA轉(zhuǎn)換功能的，它有4路模擬輸入，1路模擬輸出，一個(gè)I2C-BUS接口，3個(gè)給硬件地址編程的腳。通過(guò)I2C總線與處理器通信，其價(jià)格低廉，接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其引腳定義如下：AIN0AIN3：模擬輸入（A/D 轉(zhuǎn)換）。 AOUT：模擬輸出（D/A轉(zhuǎn)換）。 A0-A2：硬件設(shè)備地址。 GND：電源負(fù)極地。 VREF：參考電壓輸入。 EXT:振蕩器輸入時(shí)，部/外

10、部的切換開關(guān)。 OSC: 振蕩器輸入/輸出。 SCL: I2C BUS 時(shí)鐘輸入。 SDA:I2C BUS 數(shù)據(jù)輸入/輸出。 AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地。 l 液晶顯示模塊： 功能：用于顯示時(shí)間與控制模式說(shuō)明：此液晶為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行） 圖6 液晶電路原理圖 圖5 液晶實(shí)物圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中: 第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器

11、選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。 第1516腳：空腳l 按鍵模塊：用于設(shè)置時(shí)間與選擇模式圖7 按鍵電路原理圖說(shuō)明：P1.3：右P1.4：中P1.5：下P1.6：左P1.7：上l 時(shí)鐘電路圖8 時(shí)鐘電路原理圖說(shuō)明：低功耗時(shí)鐘芯片DS1302可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒

12、進(jìn)行計(jì)時(shí)DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信,僅需用到三個(gè)口線：1 RES（復(fù)位)；2 I/O（數(shù)據(jù)線)；3 SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信。l 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)圖9 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路說(shuō)明：電機(jī)選用28BYJ-48型步進(jìn)電機(jī)，電壓5V，五線四相圖10 步進(jìn)電機(jī)原理圖表1 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相序相順序ABCD01100101102001131001相順序從0到1稱為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過(guò)18度，01234則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過(guò)72度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，而進(jìn)行相反的通電順

13、序如4321將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)樗孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過(guò)高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。l 電源模塊：為系統(tǒng)供電圖11 電源模塊原理圖l 復(fù)位模塊圖12 復(fù)位電路原理圖軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)流程圖：圖13 軟件流程圖實(shí)物展示圖14 PCB板正面圖15 PCB板背面項(xiàng)目心得通過(guò)這次歷時(shí)半年的項(xiàng)目，我們都收獲頗多。在所學(xué)專業(yè)知識(shí)上，我們都有了更深的理解和認(rèn)識(shí)，能夠把課本的知識(shí)同實(shí)際應(yīng)用對(duì)應(yīng)起來(lái)，學(xué)習(xí)的過(guò)程就充滿了趣味，不那么枯燥。在最初的基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備的過(guò)程中，我們翻閱了大量的資料，看視頻教程，練習(xí)使用p

14、rotel等軟件，對(duì)進(jìn)行項(xiàng)目所需要的只是做了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這個(gè)過(guò)程中有許多的不解和困惑，大家相互交流，總結(jié)自己學(xué)習(xí)的收獲，感覺(jué)很充實(shí)。半年的過(guò)程中，遇到過(guò)各種各樣的難題，但是大家齊心協(xié)力，相互配合，雖然不是每次都能夠順利解決問(wèn)題，有的時(shí)候會(huì)因?yàn)闄z查電路或程序的錯(cuò)誤而花費(fèi)大量的時(shí)間，但是我們能夠從解決問(wèn)題的過(guò)程中相互學(xué)習(xí)，彼此之間的合作也使得我們的進(jìn)展不會(huì)停滯不前。每一次一起解決掉某個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，獲得一定成就的時(shí)候我們都很受鼓舞。在分工與合作中的交流也很重要，每個(gè)人的思路和想法都讓我們從不同的角度去思考。這次的項(xiàng)目合作讓我們都受益匪淺。我們都非常高興能夠參加這次項(xiàng)目，這會(huì)是我們大學(xué)學(xué)習(xí)中非常有趣也很有收獲的經(jīng)歷。附： proteus仿真圖表1 硬件模塊元件清單模塊元件型號(hào)數(shù)量AD轉(zhuǎn)換PCF8591