基于單片機(jī)的多功能智能窗簾

1、-工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案工程申請(qǐng)書(shū)工程名稱(chēng)：基于單片機(jī)的多功能智能窗簾系統(tǒng)申請(qǐng)級(jí)別：國(guó)家級(jí)國(guó)家級(jí)、校級(jí)、院系級(jí)執(zhí)行時(shí)間： 2021 年 6月至 2021 年6月負(fù)責(zé)人：闖*：1090110304聯(lián)系：電子：mitujiu.院系及專(zhuān)業(yè)：電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化測(cè)試與控制系測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師：宇職稱(chēng)：教授聯(lián)系：電子：.院系及專(zhuān)業(yè)：電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化測(cè)試與控制系測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)工業(yè)大學(xué)教務(wù)處制表填表日期： 2021年 6月 6日工程名稱(chēng)：基于單片機(jī)原理的多功能智能窗簾系統(tǒng)申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)： 9510元一、課題組成員：包括工程負(fù)責(zé)人、按順序性別所在院年級(jí)*號(hào)

2、本人簽字闖男電氣學(xué)院二年級(jí)10901103045鄶士超男電氣學(xué)院二年級(jí)1090110305*廣亮男電氣學(xué)院二年級(jí)1090110412*二、指導(dǎo)教師意見(jiàn)：這些同學(xué)品學(xué)兼優(yōu)，有較強(qiáng)的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)科學(xué)研究、科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐有濃厚的興趣，具備從事科學(xué)研究的根本素質(zhì)和能力。并且他們的工程難度適中，具有可實(shí)施性，這將會(huì)磨練他們的意志品質(zhì)，使他們進(jìn)一步走近科研，感受科研的魅力。相信在完成了這個(gè)科技創(chuàng)新之后，他們的能力將會(huì)得到很大幅度的提升。簽名：年月日三、院系專(zhuān)家組意見(jiàn)：組長(zhǎng)簽名：蓋章年月日四、學(xué)校專(zhuān)家組意見(jiàn)：批準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)：元組長(zhǎng)簽名：蓋章年月日. z-五、立項(xiàng)報(bào)告1、工程簡(jiǎn)介300-500字左

3、右隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速開(kāi)展，人們對(duì)室設(shè)計(jì)智能化的要求也越來(lái)越高。方便與享受的智能窗簾對(duì)于現(xiàn)代快節(jié)奏的人們生活來(lái)說(shuō)，是適應(yīng)現(xiàn)代化辦公和生活環(huán)境的需要，是人們生活水平提高的一個(gè)標(biāo)志。對(duì)于室的窗簾而言，它不僅要具有遮光作用和美化功能，更要具有方便智能的使用功能。本工程主要是以HT46RU232為核心控制的智能多功能窗簾系統(tǒng)。它主要的功能有時(shí)間顯示；紅外遠(yuǎn)程控制窗簾的下降程度；根據(jù)光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)窗簾以使屋到達(dá)舒適愜意的環(huán)境；還可以進(jìn)展定時(shí)開(kāi)閉窗簾；以及防盜報(bào)警功能等。從市場(chǎng)開(kāi)展的角度和產(chǎn)品的優(yōu)越性來(lái)分析，以HT46RU232為核心控制的智能多功能窗簾系統(tǒng)有足夠的潛力競(jìng)爭(zhēng)窗簾市場(chǎng)，有很大的研發(fā)價(jià)值以及性價(jià)

4、比。功能具體如下：根本功能：可以機(jī)械控制窗簾的開(kāi)合與開(kāi)合程度。特色功能：1) 時(shí)鐘顯示功能將時(shí)鐘集成到智能窗簾系統(tǒng)中，節(jié)省了室空間同時(shí)方便了用戶對(duì)窗簾的定時(shí)控制，藍(lán)屏的液晶美觀大方，富有現(xiàn)代氣息。2) 遠(yuǎn)程遙控功能用戶可以通過(guò)遙控器對(duì)窗簾的開(kāi)合程度進(jìn)展控制，防止了手動(dòng)拉動(dòng)窗簾的麻煩。3) 光控調(diào)節(jié)功能當(dāng)用戶無(wú)暇顧及窗簾的開(kāi)合程度時(shí)可以翻開(kāi)光控調(diào)節(jié)功能，單片時(shí)機(jī)自動(dòng)獲取信息調(diào)節(jié)室光照強(qiáng)度，使室一直處于舒適的光照環(huán)境。4) 定時(shí)控制功能本功能中用戶可以預(yù)先設(shè)定窗簾的開(kāi)啟或者關(guān)閉時(shí)間，即使用戶不在也可以控制室照明情況，讓用戶一進(jìn)家門(mén)就可以感受到愉悅的光照。5) 防盜報(bào)警功能本功能能在有人從窗戶進(jìn)入室

5、時(shí)，進(jìn)展報(bào)警提示，當(dāng)功能關(guān)閉時(shí)，室有人在窗戶附近，不會(huì)誤報(bào)，使家居防盜簡(jiǎn)單輕松，極大程度的方便了現(xiàn)代的生活。2、申請(qǐng)理由包括自身具備的知識(shí)條件、自己的特長(zhǎng)、興趣等課題組組長(zhǎng)闖同學(xué)現(xiàn)為哈工大電氣學(xué)院優(yōu)普科技創(chuàng)新基地成員。我從小喜愛(ài)動(dòng)手動(dòng)腦，制作能力強(qiáng)，勇于創(chuàng)新，喜愛(ài)電子制作。在高中時(shí)，根本完成了對(duì)51單片機(jī)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，并對(duì)電氣制作材料定制有一定的根底。多年的制作經(jīng)歷是我對(duì)一個(gè)工程的難度與可行性有較深的認(rèn)識(shí)，在我看來(lái)，我們應(yīng)從此次科技創(chuàng)新活動(dòng)中學(xué)到更多的知識(shí)，拿出作品，在實(shí)踐中掌握更多知識(shí)，提高自己的各方面能力，而不是一味的求新，停留在想的階段。HT46RU232的應(yīng)用使我主動(dòng)去學(xué)習(xí)相關(guān)電路與應(yīng)

6、用，各類(lèi)自動(dòng)化控制性能指標(biāo)。更重要的是通過(guò)這個(gè)工程能提高我的工科分析能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)能力。在學(xué)習(xí)方面，我有充分的精力，飽滿的熱情和很強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力。在技術(shù)方面，我已有一定的根底，相信在未來(lái)的學(xué)習(xí)當(dāng)中，此次科技創(chuàng)新在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，一定使我如魚(yú)得水如虎添翼。鄶士超同學(xué)喜歡電子制作，能夠利用業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)有關(guān)電子方面的知識(shí)，特別是參加哈工大電氣學(xué)院優(yōu)普科技創(chuàng)新基地之后對(duì)學(xué)習(xí)電子方面知識(shí)的熱情更高了，同時(shí)有了學(xué)長(zhǎng)的指導(dǎo)，使我的學(xué)習(xí)系統(tǒng)化了，大大提高了我學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的進(jìn)度，而且我系統(tǒng)學(xué)習(xí)了單片機(jī)方面的相關(guān)知識(shí)，并對(duì)HT46RU232單片機(jī)有一定的了解，相信在未來(lái)的學(xué)習(xí)中，我一定可以熟練的使用HT46RU2

7、32單片機(jī)進(jìn)展研究與開(kāi)發(fā)，特別的是在高中時(shí)，我已經(jīng)有了一定的PCB制圖根底并有一定的硬件根底，對(duì)于功放、放大、調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓的處理，我十分有信心，相信在指導(dǎo)教師的幫助下，我一定會(huì)持之以恒永不放棄。廣亮同學(xué)在高中時(shí)曾參加科技創(chuàng)新活動(dòng)，有著較為深刻的認(rèn)識(shí)和組織協(xié)調(diào)能力。我對(duì)51系列單片機(jī)比較熟悉，并使用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了很多自動(dòng)化控制的小制作，而且我在焊接，硬件布局方面有很多經(jīng)歷，我還具備一定的編程根底。相信此次大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案一定會(huì)使我更有信心，更具有熱情的學(xué)習(xí)電子知識(shí)，為祖國(guó)的繁榮興盛奉獻(xiàn)一份力量。3、立項(xiàng)背景研究現(xiàn)狀、趨勢(shì)、研究意義等，參考文獻(xiàn)和其他有關(guān)背景材料目前市場(chǎng)的窗簾大多為手動(dòng)，給大家

8、的生活帶了較大不便，同時(shí)市場(chǎng)上出售的自動(dòng)窗簾比較昂貴，因此設(shè)計(jì)一種本錢(qián)較低的、功能人性化的自動(dòng)智能窗簾已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)。智能窗簾能提供舒適平安高品位且宜人的家庭生活空間，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的平安性，為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金，提供一個(gè)平安、方便、舒適的居家環(huán)境。隨著社會(huì)信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日益嚴(yán)密。信息化社會(huì)在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會(huì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。人們對(duì)家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個(gè)平安、方便、舒適的居家環(huán)境。隨著電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整，生產(chǎn)工藝

9、的飛速開(kāi)展，人們生活水平的不斷提高，家用電器逐漸普及，市場(chǎng)對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需求也越來(lái)越大。高精度、多功能、低功耗，是現(xiàn)代科技開(kāi)展的趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下，窗簾的數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計(jì)方向。參考文獻(xiàn)1 恢先,黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用.:國(guó)防科技大學(xué),2003.2 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用.:清華大學(xué),1999.3 友德,等.單片機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).:復(fù)旦大學(xué),2000.4 朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).:航空航天大學(xué),1996.5 閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底.:高等教育,1998.6 玉宏,向鳳紅.自動(dòng)控制原理.:大學(xué),2003.7 幫文.新編傳感器實(shí)用寶典.:機(jī)械工業(yè),200

10、5.8 啊奇.Visual Basic教程.清華大學(xué),2007.9 杜文潔.電路根底.科學(xué),2007.10 俞志根.傳感器與檢測(cè)技術(shù).科學(xué),2007.11 王法輪.單片機(jī)原理及應(yīng)用.科學(xué),2007.12 于安紅.簡(jiǎn)明電子元器件手冊(cè).交通大學(xué),2005.4、工程方案我組設(shè)計(jì)的多功能智能窗簾具有四種功能：1時(shí)鐘顯示功能將時(shí)鐘集成到智能窗簾系統(tǒng)中，節(jié)省了室空間同時(shí)方便了用戶對(duì)窗簾的定時(shí)控制，藍(lán)屏的液晶美觀大方，富有現(xiàn)代氣息。2光強(qiáng)控制功能根據(jù)光強(qiáng)自動(dòng)控制窗簾升降，自動(dòng)調(diào)節(jié)出全升，全降，半升半降等狀態(tài)，以適應(yīng)不同光強(qiáng)。3定時(shí)功能根據(jù)主人需要到達(dá)在*個(gè)時(shí)間升降窗簾。4遙控功能在主人在居室時(shí)可由主人人工控

11、制窗簾升降。5報(bào)警功能在有入侵者從窗口侵入時(shí)觸發(fā)報(bào)警器，并記錄。我們的總體設(shè)計(jì)方案如圖1：光控裝置 H橋控制直流電機(jī)模塊定時(shí)裝置單片機(jī)遙控裝置報(bào)警器報(bào)警裝置圖1 原理構(gòu)造框圖1光強(qiáng)控制裝置電路如圖：圖2：光強(qiáng)控制裝置電路圖首先通過(guò)一個(gè)變壓裝置供電，我們可以選擇類(lèi)似手機(jī)充電器的插頭將室220伏交流電轉(zhuǎn)化為直流作為裝置的輸入信號(hào)。我們根據(jù)資料可以設(shè)定三個(gè)光強(qiáng)，使光強(qiáng)在強(qiáng)于最大值或低于最小值對(duì)應(yīng)夜晚的情況時(shí)窗簾下降全降，在次強(qiáng)值和最強(qiáng)值之間時(shí)窗簾半升半降，其余時(shí)刻升起。利用光敏電阻特性我們不難將這三個(gè)光強(qiáng)值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的四個(gè)電壓值。將最強(qiáng)值和最弱值對(duì)應(yīng)的電壓作為比較器1的參考電壓，其余一值對(duì)應(yīng)的電壓作

12、為比較器2的參考電壓。將圖中的光敏電阻置于室外采光，光強(qiáng)變化時(shí)導(dǎo)致輸入大放大器的電壓發(fā)生變化。由于入射光越強(qiáng)，光敏電阻阻值越小，知光強(qiáng)大小的比較可用電壓大小比較來(lái)衡量。通過(guò)簡(jiǎn)單前期含光敏電阻電路可以使輸入電壓隨光強(qiáng)增大而增大。這時(shí)，當(dāng)輸入電壓值實(shí)時(shí)光強(qiáng)的反響在比較器1的兩參考值之外時(shí)輸出高電平，其余此路輸出低電平。而當(dāng)輸入電壓小于比較器2參考值時(shí)此路輸出高電平，在大于參考值時(shí)輸出低電平。設(shè)比較器1輸出為，比較器2輸出為，將這兩路輸出分別接到單片機(jī)的兩路輸入管腳，設(shè)其代號(hào)1,2。當(dāng)管腳1輸入高電平時(shí)定義為狀態(tài)a；當(dāng)管腳1輸入為低電平而管腳2輸入為高電平時(shí)為狀態(tài)b；當(dāng)管腳1輸入為低電平且管腳2輸入

13、為高電平時(shí)定義為狀態(tài)c。狀態(tài)a對(duì)應(yīng)窗簾全降的狀態(tài)，狀態(tài)b對(duì)應(yīng)窗簾半升半降狀態(tài)，狀態(tài)c對(duì)應(yīng)窗簾全升狀態(tài)。我們可以利用abc三種狀態(tài)切換時(shí)電機(jī)應(yīng)有的不同轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)程序，控制輸出，以到達(dá)使電機(jī)按相應(yīng)方向相應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，控制窗簾按指定方式升降的目的。2定時(shí)裝置：計(jì)時(shí)裝置原理如圖：圖2 計(jì)時(shí)裝置原理圖我們選用液晶屏構(gòu)成計(jì)時(shí)顯示裝置，并做一個(gè)計(jì)時(shí)模塊，使這六個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘。在調(diào)整時(shí)間至實(shí)時(shí)后，這六個(gè)數(shù)碼管便可看成是電子鐘表，有計(jì)時(shí)的作用。另外，我們另選12個(gè)數(shù)碼管構(gòu)成定時(shí)裝置。將數(shù)碼管接成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，把按鍵做成開(kāi)關(guān)接到人輕松夠到的地方。這樣主人可以通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)按鍵完成定時(shí)。并且，我們將定時(shí)裝置結(jié)果反

14、響到單片機(jī)，利用程序完成恰當(dāng)?shù)妮敵觯刂齐姍C(jī)完成降下窗簾動(dòng)作。3遙控裝置：筆者設(shè)計(jì)的這款紅外遙控器，不僅能設(shè)置控制對(duì)象的給定值或控制參數(shù)，并通過(guò)紅外線發(fā)送給對(duì)象，而且能接收并顯示對(duì)象通過(guò)紅外線反響回的實(shí)際值，這是它不同于普通紅外遙控器的地方。因此，實(shí)際應(yīng)用中，紅外遙控器和控制對(duì)象上都裝有紅外發(fā)送電路和紅外接收電路。紅外遙控器的硬件局部主要包括五個(gè)模塊：電源模塊、鍵盤(pán)模塊、液晶模塊、紅外發(fā)送模塊和紅外接收模塊。由于MSP430、紅外發(fā)送模塊和紅外接收模塊都可采用3V電源，所以電源模塊采用兩節(jié)1.5V電池供電即可。鍵盤(pán)模塊采用4×4行列掃描式鍵盤(pán)。液晶模塊由MSP430F413直接驅(qū)動(dòng)。

15、因?yàn)榘l(fā)光二極管的發(fā)光距離與其發(fā)射功率成正比，為了提高發(fā)光二極管的發(fā)光距離，必須提高它的發(fā)射功率，也就是使紅外發(fā)光二極管工作于脈沖狀態(tài)?？梢杂脙煞N方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是用硬件方法，即設(shè)計(jì)脈沖電路來(lái)產(chǎn)生占空比盡量小的脈沖載波信號(hào)；另一種就是用軟件來(lái)控制MSP430F413的輸出端P2.1，讓其輸出即為占空比較小的脈沖信號(hào)。這里利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。即在需要輸出高電平的時(shí)候，讓程序定時(shí)把P2.1口輸出狀態(tài)反向，其中定時(shí)時(shí)間是由指令數(shù)和指令周期來(lái)決定的，每條指令的指令執(zhí)行周期是固定的，所以如果想讓反向頻率高一些，則讓指令執(zhí)行的少一些，反之就讓指令多一些?？梢?jiàn)輸出信號(hào)占空比可以由定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定，這樣就

16、可以在高電平時(shí)輸出占空比盡量小的脈沖信號(hào)。因?yàn)榻邮疹^對(duì)38KHz的光信號(hào)轉(zhuǎn)換能力比較強(qiáng)，所以把高電平的頻率設(shè)置為38KHz。在需要輸出低電平的時(shí)候，控制P2.1口一直為低就可以了。紅外發(fā)光二極管發(fā)射波形如圖3所示。先發(fā)一段前導(dǎo)碼，以檢驗(yàn)這組碼是否為想要的碼。前導(dǎo)碼由一個(gè)9ms的高電平和一個(gè)4ms的低電平組成。然后再發(fā)32位數(shù)據(jù)代碼，其中高電平為0.5ms，低電平為0.5ms的一個(gè)周期為代碼“0”；高電平為0.5ms，低電平為1.5ms的一個(gè)周期為代碼“1”。為了提高發(fā)射功率，實(shí)際工作時(shí)，發(fā)光二極管的高電平用38kHz的載波信號(hào)載波，低電平則一直為低。先發(fā)出前導(dǎo)碼，然后再按發(fā)出的是0或1來(lái)發(fā)出不

17、同的數(shù)據(jù)碼，每發(fā)送完一位，就讓碼長(zhǎng)計(jì)數(shù)器num加1，直到num加到32時(shí)，發(fā)送停頓。4報(bào)警裝置：我們?cè)诖绑w兩端分別安裝兩紅外對(duì)管，這兩個(gè)都是1管靠外，2管靠里。設(shè)計(jì)電路，當(dāng)1管比2管先出現(xiàn)遮擋時(shí)，反響給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，使之引發(fā)報(bào)警器報(bào)警，并在其單獨(dú)的計(jì)數(shù)器上加1顯示。由于市面上紅外對(duì)管大都無(wú)法在強(qiáng)光條件下應(yīng)用，因此我們的報(bào)警系統(tǒng)限于夜晚入侵報(bào)警。5H橋控制直流電機(jī)模塊： H橋電路如以下圖所示：圖3 H橋控制電路其原理是：當(dāng)左上角和右下角晶體管基極接高電平而左下角及右上角晶體管接低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)右上角和左下角晶體管基極接高電平而右下角及左上角晶體管接低電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。由此電機(jī)可以完成把窗

18、簾卷起和放下的動(dòng)作。我們把左上角和右下角晶體管基極接在單片機(jī)的一個(gè)管腳上，記為管腳3；把右上角和左下角晶體管基極接在另一個(gè)管腳上，記為管腳4。在單片機(jī)輸入程序得到與命令窗簾升降的鼓勵(lì)時(shí)，我們便可以通過(guò)程序使管腳3和4輸出相應(yīng)的上下電平，這樣我們完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制。6優(yōu)先化說(shuō)明由于集成在單片機(jī)上，對(duì)于光強(qiáng)控制裝置，定時(shí)裝置及遙控裝置在編程時(shí)需要考慮優(yōu)先性問(wèn)題。根據(jù)用戶一般使用習(xí)慣，編程時(shí)遙控裝置作為最優(yōu)先級(jí)，定時(shí)裝置次之，光強(qiáng)控制裝置最后。這樣用戶可優(yōu)先通過(guò)遙控器進(jìn)展控制，而且在定時(shí)后即便光強(qiáng)變化床來(lái)能在固定時(shí)間也會(huì)處在預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)下，最終到達(dá)智能化控制的目的。5、特色與創(chuàng)新本工程充分利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)窗簾的智能化控制，在單片機(jī)的使用上實(shí)現(xiàn)了一定程度的創(chuàng)新，在智能化思想上有一定的特色，本工程最大的創(chuàng)新點(diǎn)就是窗簾智能化的高度集成，使家居窗簾的使用豐富多彩，功能多樣，這是以往類(lèi)似產(chǎn)品所不具備的，而且實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高，操作方便，制作簡(jiǎn)單。6、進(jìn)度安排 2021年6月至2021年9月：利用暑假的空閑時(shí)間進(jìn)展有關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，課題分析討論，劃分各個(gè)功能模塊，安排分工，細(xì)化各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)方法 2021年9月至2021年3月：購(gòu)置相關(guān)元器件，