基于單片機(jī)的智能窗簾的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

1、題 目： 基于單片機(jī)的智能窗簾的設(shè)計(jì)目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3設(shè)計(jì)思想及基本功能21.4主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)安排22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 方案選擇33系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1整體方案設(shè)計(jì)63.2最小系統(tǒng)模塊63.3液晶顯示電路103.4 時(shí)鐘模塊113.5 光控電路134 軟件設(shè)計(jì)154.1 程序語言及軟件開發(fā)環(huán)境154.2 主程序模塊的設(shè)計(jì)155集成調(diào)試205.1 調(diào)試步驟205.2 實(shí)物調(diào)試205.3 系統(tǒng)軟件及仿真結(jié)果206總結(jié)1鳴謝2參考文獻(xiàn)3摘 要窗簾在我們的日常生活中作用很大，主要起到遮蔽強(qiáng)光、保護(hù)個(gè)

2、人隱私的作用。傳統(tǒng)的窗簾主要依靠人工來控制升降，操作不方便。近些年來，智能家居概念逐步興起，催生了一系列智能插座、智能空調(diào)等產(chǎn)品。本文主要研究智能窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它屬于智能家居系統(tǒng)的一部分。該控制系統(tǒng)，主要以單片機(jī)為控制器，配合光線感應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)升降。整個(gè)系統(tǒng)通過按鍵矩陣實(shí)現(xiàn)交互控制，相關(guān)的交互信息通過液晶顯示屏顯示出來。本文先是對(duì)整體方案作了簡(jiǎn)要描述，然后詳細(xì)介紹硬件電路設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)控制器、光敏傳感器、電機(jī)控制電路等，最后介紹了軟件實(shí)現(xiàn)的思路。整個(gè)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作方便，工作穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：智能窗簾；單片機(jī)；光敏器件AbstractCurtains play an

3、important role in our daily life, mainly to shield the strong light and protect personal privacy. The traditional curtain mainly relies on manual control to lift, which is inconvenient to operate. In recent years, the concept of smart home has gradually risen, giving birth to a series of smart socke

4、ts, smart air conditioning and other products. This paper mainly studies the design of intelligent curtain control system, which belongs to a part of smart home system. This control system mainly takes single chip computer as the controller and cooperates with light sensor to realize the automatic l

5、ifting of curtain. The whole system achieves interactive control by key matrix, and the related interactive information is displayed by LCD screen. This paper first gives a brief description of the overall scheme, then introduces the hardware circuit design in detail, including single-chip controlle

6、r, photosensitive sensor, motor control circuit, and finally introduces the idea of software implementation. The curtain control system is simple in design, convenient in operation and stable in operation.Key words: Intelligent Curtain; MCU; Photosensitive DeviceII1 緒論1.1課題背景及意義 時(shí)代不斷進(jìn)步，人們的生活也在不斷地提高，

7、從最初的洞穴草屋，到如今的高樓大廈，不同的時(shí)代人們對(duì)于居住的場(chǎng)所和環(huán)境有著顯著的差別，這是人類步向文明社會(huì)一個(gè)必然的潮流。隨著時(shí)間的指針指向21世紀(jì)的今天，信息化時(shí)代的來臨使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展邁向了一個(gè)新的階梯，科技的不斷創(chuàng)新使得人們慢慢解放了自己的雙手，同時(shí)，也減少了人們的歡聲笑語，使人們不得以更加賣力的工作以尋求更加美好的生活。在這種工作壓力下，人們并不滿足于現(xiàn)有的傳統(tǒng)家居，因此，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居慢慢融入人們的生活。智能家居除了擁有傳統(tǒng)家居的所有功能外，還可以使信息全方位的交互，兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)通信、家電信息、設(shè)備自動(dòng)化，提供一個(gè)可以使服務(wù)信息管理為一體的舒適、安全、便捷的居住環(huán)境。窗簾是一種常見

8、家居，窗簾的作用也有很多，除了具有遮光的效果外，還具有保護(hù)隱私，也起到一定的裝飾作用。但傳統(tǒng)的窗簾需要手動(dòng)去控制開合，對(duì)于一些普通民房控制起來很容易，但對(duì)于一些大型的商用房開合起來就很麻煩，因此，智能窗簾具有很高的期望。目前，智能窗簾的種類有很多，利用語音控制，利用外界光線強(qiáng)弱控制，也可以利用定時(shí)器去控制窗簾的自動(dòng)開合。設(shè)計(jì)一款價(jià)格便宜，功能新穎，并且結(jié)合市面上諸多功能的智能窗簾就擁有很大的發(fā)展前景。信息時(shí)代的來領(lǐng)使得很多國(guó)家對(duì)于電子商業(yè)投入越來越多的資金，使得許多電子產(chǎn)品面世，這些電子產(chǎn)品大多可以被大眾接受認(rèn)可，智能窗簾在未來很可能就成為了生活的必需品，因此，在不久的將來，或許智能窗簾就成為

9、了中國(guó)以至世界的主要產(chǎn)業(yè)之一，它的前度不可限量。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 對(duì)于一些歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家來說，信息化時(shí)代已經(jīng)步入中年時(shí)期，因此，智能家居發(fā)展也較為成熟。在國(guó)外，美國(guó)是世界上第一個(gè)國(guó)家成功設(shè)計(jì)出智能家居產(chǎn)品，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞等較為發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)智能家居提出了自己的看法和意見。美國(guó)、新加坡、德國(guó)、日本等國(guó)外智能窗簾都有廣泛的應(yīng)用1。智能家居最早可以追溯到1984年，世界上第一個(gè)智能家居的到來，一直到現(xiàn)在，智能家居不團(tuán)的被更新。在1998年的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)”上，新加坡在面對(duì)大眾媒體時(shí)模擬“未來之家”，展示他們對(duì)于未來智能家居的看法，利用先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)

10、系統(tǒng)的運(yùn)作，為未來智能家居的發(fā)展做出卓越的貢獻(xiàn)。在大約10年前，第一款電動(dòng)式窗簾就被引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，但由于當(dāng)時(shí)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)與科技水平都相對(duì)較為落后，并沒有被大力的推廣，但近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們財(cái)富的日益增長(zhǎng)，智能窗簾又一次的進(jìn)入到人們的眼簾。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年，我國(guó)有大批的智能窗簾技術(shù)獲得了專利，因此，智能窗簾的發(fā)展有著無窮的潛力，前景十分明朗。1.3設(shè)計(jì)思想及基本功能智能家居作為信息化時(shí)代一個(gè)大的社會(huì)系統(tǒng)工程，我們要足夠的重視，但也不能為了發(fā)展盲目的引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)，在綜合應(yīng)用國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，也要開創(chuàng)出屬于中國(guó)特色的產(chǎn)業(yè)鏈?，F(xiàn)在市面上大多是按鍵式以及遙控式來控制窗簾的開合，相對(duì)傳統(tǒng)是的窗簾

11、，這兩種智能窗簾的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，但看見優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，我們也應(yīng)發(fā)現(xiàn)他的缺點(diǎn)，按鍵式開關(guān)由于安裝位置固定，在特定的時(shí)候或許會(huì)比較方便，比如安裝在床頭或者門旁邊，當(dāng)進(jìn)出門或者上下床是就可以順手按下，但當(dāng)我們?cè)诳蛷d廚房就會(huì)顯得比較麻煩，遙控式雖然可以實(shí)現(xiàn)位置多變，但是需要定期更換電池，增加了成本。本次設(shè)計(jì)在保留利用按鍵式控制窗簾開合的基本功能的同時(shí)，還加入了可以根據(jù)光照強(qiáng)度的大小來開合窗簾以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，但此功能也并非完美，由于光敏器件靈敏度、冬夏不同季節(jié)的光照時(shí)間以及人們對(duì)窗簾開合的時(shí)間要求，光控很難達(dá)到人們的需求，因此，在此功能的前提下，本次設(shè)計(jì)還加入了時(shí)控，擁有定時(shí)功能，真正實(shí)現(xiàn)人性化。1.

12、4主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)安排本次設(shè)計(jì)的只要內(nèi)容及安排如下：第一章為開題引言，介紹本次設(shè)計(jì)內(nèi)容的背景及發(fā)展?fàn)顩r。第二章為總體方案設(shè)計(jì)。第三章為本次設(shè)計(jì)的硬件選擇。第四章為本次設(shè)計(jì)的軟件選擇。第五章為調(diào)試部分。第六章為總結(jié)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)的智能窗簾滿足以下性能：1：能夠通過手動(dòng)控制已達(dá)到窗簾開合的目的；2：利用定時(shí)器控制來設(shè)定窗簾的開合時(shí)間；3：利用外界光照強(qiáng)度的大小來控制窗簾的開合。2.2 方案選擇2.2.1 系統(tǒng)方案的確定單片機(jī)誕生至今，以其可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、處理功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于智能儀器，本次設(shè)計(jì)同樣選取單片機(jī)作為控制芯片，型號(hào)為STC89C52。

13、為了更好的實(shí)現(xiàn)其功能，在此基礎(chǔ)上，選取兩套方案，分別為：方案一：利用光敏器件達(dá)到智能窗簾的自動(dòng)控制，如圖2-1所示。方案二：利用溫度傳感器達(dá)到智能窗簾的自動(dòng)控制，如圖2-2所示。對(duì)比方案一與方案二，主要區(qū)別在于外部傳感器件選取不同，方案一以光敏元件來控制窗簾的開合，誤差較小，也方便實(shí)用；方案二通過對(duì)室內(nèi)外溫度的差異來控制窗簾的開合，針對(duì)不同季節(jié)誤差較大，滿足不了人們的需求。因此，我決定選擇方案一。顯示模塊光敏器件電源模塊STC89C52鍵盤模塊圖2-1 方案一框圖顯示模塊溫度模塊電源模塊STC89C52鍵盤模塊圖2-2 方案二框圖2.2.2 時(shí)鐘模塊的選擇方案一：采用SD2068時(shí)鐘芯片。SD

14、2068是一種具有標(biāo)準(zhǔn)IIC接口的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)置年、月、日、星期、時(shí)、分、秒共七字節(jié)的報(bào)警數(shù)據(jù)寄存器及一字節(jié)的報(bào)警允許寄存器，可以在較大的范圍值校正時(shí)鐘的偏差。缺點(diǎn)在于編程較為復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)較高，在本次設(shè)計(jì)中實(shí)用性相對(duì)較小。管腳如圖2-3。圖2-3 SD2068時(shí)鐘芯片管腳圖方案二：采用DS1302時(shí)鐘芯片。DS1302是美國(guó)DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，擁有高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。此外，它還采用三線接口與CPU同步通信，并可以采用突發(fā)方式一次性傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或者RAM數(shù)據(jù)。作為DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，它除了擁有其所有功

15、能以外，還增加了主電源/后背電源雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，可以繼續(xù)保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)作。DS1302管腳圖如圖2-4。圖2-4 DS1302時(shí)鐘芯片管腳縱觀兩種方案，最終決定使用DS1302時(shí)鐘芯片。2.2.3 電機(jī)的選擇方案一：使用直流電機(jī)來帶動(dòng)窗簾的開合。直流電機(jī)具有很好的啟動(dòng)特性和調(diào)速特性，并且轉(zhuǎn)矩也比較大，維修較便宜。但由于直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速較快，當(dāng)給出停轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，由于慣性作用，很難立即停止，可能會(huì)導(dǎo)致窗簾損壞，并且直流電機(jī)的價(jià)格方面并不便宜多少，還具有碳刷。方案二：使用步進(jìn)電機(jī)來帶動(dòng)窗簾的開合。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)，并且當(dāng)激磁繞組時(shí)，電機(jī)挺賺的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩。同時(shí)，每

16、步的精度在3%-5%，而且上一步的誤差不會(huì)累計(jì)到下一步，所以具有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性。另外，由于步進(jìn)電機(jī)的速度較為緩慢，具有優(yōu)秀的啟停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)。從壽命上來講，由于步進(jìn)電機(jī)沒有電刷，因此電機(jī)的壽命僅取決于軸承。步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)主要在于轉(zhuǎn)速較慢，并且如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振。綜合兩中方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)決定使用方案二。2.2.4 顯示方案的選擇方案一：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示。點(diǎn)陣式數(shù)碼管由一個(gè)個(gè)發(fā)光二極管組成m行n列的陣，通常點(diǎn)越多其像素越高。點(diǎn)陣式數(shù)碼管一般應(yīng)用于顯示大型字體，用于本次設(shè)計(jì)有點(diǎn)浪費(fèi)。方案二：采用LCD液晶顯示器顯示。LCD液晶顯示器是由兩片平行的玻璃當(dāng)中防止液態(tài)的晶體，中

17、間有很多垂直和水平的細(xì)小電線，通過通電來控制桿狀水晶分子的方向，將光線折射出來以達(dá)到產(chǎn)生畫面的目的。LCD具有很多的優(yōu)點(diǎn)：省點(diǎn)，機(jī)身薄，無輻射，畫面較柔和不傷眼等。方案三：采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件。它的優(yōu)點(diǎn)主要是節(jié)能，并且可以工作在高速狀態(tài)。但是它的顯色性很差，成本也較高，并不是很劃算。綜上，最終決定采用方案二。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)由單片機(jī)配合一些電容電阻以及晶振構(gòu)成。其余各模塊圍繞此系統(tǒng)展開，顯示模塊采用LCD液晶顯示器，同時(shí)也可以顯示該系統(tǒng)目前的狀態(tài)屬性，包括時(shí)間、光照強(qiáng)度、模式等基本信息；時(shí)鐘模塊采用DS1

18、302時(shí)鐘芯片，在斷電的情況下，也可以保持時(shí)鐘的連續(xù)動(dòng)作；光敏模塊采用光敏電阻和魔術(shù)轉(zhuǎn)換芯片，將模擬量數(shù)字化并顯示出來；窗簾的開合則采用步進(jìn)電機(jī)來控制，開合的狀態(tài)則采用LED燈的狀態(tài)來表示。對(duì)于個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)需求則采用按鍵模塊來控制，可以用來選擇模式以及手動(dòng)控制窗簾的開合。1602液晶模塊單 片 機(jī)最小系統(tǒng)鍵盤模塊鍵盤模塊步進(jìn)電機(jī)模塊鍵盤模塊鍵盤模塊指示燈模塊3.1 系統(tǒng)框圖3.2最小系統(tǒng)模塊3.2.1 STC89C52單片機(jī)（1）簡(jiǎn)介STC89C52單片機(jī)是STC公司研發(fā)的一種具有8k字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，兼并低功耗、高性能CMOS8位微控制器。STC89C52在經(jīng)典的MCS-51內(nèi)

19、核的基礎(chǔ)上做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。（2） 功能特性8k字節(jié)Flash512字節(jié)RAM3位I/O 口線內(nèi)置4KB EEPROMMAX810復(fù)位電路3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作

20、頻率35MHz，6T/12T可選。（3） 引腳圖 其管腳圖如圖3-2所示。程序狀態(tài)字PSW、存儲(chǔ)器RAM和ROM、累加器、并行I/O接口P0P3、地址指示DPTR、寄存器B、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等這些功能部件由內(nèi)部總線連接在一起，組成單片機(jī)2。 圖3-2 STC89C52引腳圖各引腳的功能為：VCC:接電源VSS:接地P1.0-P1.7:8位準(zhǔn)雙向I/O口。負(fù)載能力為3個(gè)LSTTS門；RST:復(fù)位端。高電平有效，寬度在24個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上，是單片機(jī)復(fù)位；RXD:串行口輸入端；TXD:串行口輸出端；INT0:外部中斷0輸入端；INT1:外部中斷1輸出端；T0:定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外

21、部輸入端；T1:定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端；WR:片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號(hào)輸出端；RD:片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號(hào)輸出端；XTAL2:接外部晶體振蕩器的一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸出端；XTAL1:接外部晶體振蕩器的另一端。片內(nèi)是一個(gè)振蕩電路反相放大器的輸入端；ALE/PROG:地址鎖存信號(hào)端。訪問片外存貯器時(shí)，ALE作低八位地址的鎖存控制信號(hào)。平時(shí)不訪問片外存貯器時(shí)，該端以六分之一的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8個(gè)LSTTL門。該引腳有復(fù)用功能，為片內(nèi)程序存貯器編程的編程脈沖輸入。其中，STC89C52單片機(jī)設(shè)有4個(gè)雙向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一組I

22、/O口線都可以獨(dú)立地用作輸入或輸出口，其中：P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻

23、的原因，將輸出電流(IIL)。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。3.2.2 最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)能夠使單片機(jī)維持正常工作，一般由單片機(jī)、程序存

24、儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。（1） 復(fù)位電路 復(fù)位電路主要任務(wù)是為系統(tǒng)提供初始化設(shè)定，以保證系統(tǒng)電路能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，所以復(fù)位電路是整個(gè)系統(tǒng)必不可少的3。圖3-3為最簡(jiǎn)單的一種復(fù)位電路-上電復(fù)位。RST為9引腳主要有著復(fù)位的功能，能與外部形成一個(gè)復(fù)位電路4。當(dāng)系統(tǒng)突然上電時(shí)，電容兩端的電壓不會(huì)瞬間改變，使得復(fù)位端出于高電平狀態(tài)，之后，電容通過電阻充電，隨后，RST變?yōu)榈碗娖剑?dāng)電容的充放電時(shí)間常數(shù)RC足夠大，能保證在RST端得到超過兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)完成復(fù)位操作。圖3-3 上點(diǎn)復(fù)位（2） 時(shí)鐘電路 圖3-4為時(shí)鐘電路電路圖，該電路用于產(chǎn)生單片機(jī)的基本時(shí)鐘信號(hào)。 圖3-4 時(shí)鐘電

25、路（3） 最小系統(tǒng)電路圖STC89C52的最小系統(tǒng)由晶振電路部分、復(fù)位電路部分、電源電路等三個(gè)部分組成。晶振電路的作用是給內(nèi)部時(shí)鐘一個(gè)固有的頻率，當(dāng)其頻率上升時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度也會(huì)加快。在通常情況下，一般只需要一個(gè)晶振就可以是系統(tǒng)的各個(gè)部分保持同步。電容的作用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33pF。復(fù)位電路由10uF的極性電容C1和10K的電阻R3構(gòu)成。STC89C52單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳RESET為單片機(jī)提供初始化，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，該腳處于高電平，持續(xù)的時(shí)間有電路RC決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RESET腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值

26、就可以保證可靠的復(fù)位。電源電路采用5V USB直接供電，可將USB插入電腦，手機(jī)，移動(dòng)電源燈相關(guān)設(shè)備直接對(duì)其供電。圖3-5 最小系統(tǒng)電路圖3.3液晶顯示電路3.3.1 LCD1602簡(jiǎn)介L(zhǎng)CD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，即可以顯示出圖形。芯片的工作電壓為4.5V-5.5V，電流為2.0mA，顯示的電容為16*2個(gè)字符5。3.3.2 引腳功能LCD 1602 引腳如圖3-6所示。圖3-6 LCD1602管腳圖1：接地；2：電源正極； 3：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整的端口，對(duì)比度的

27、強(qiáng)弱由接電源的不同決定，對(duì)比度的調(diào)整可以通過一個(gè)10k的電位器； 4：RS是寄存器選擇，高水平的數(shù)據(jù)寄存器，低選擇指令寄存器；5：RW為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作；6：使能端E，當(dāng)E端由1至0時(shí)，液晶模塊中的命令開始被運(yùn)行； 7-14：D0-D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，主要用于和單片機(jī)的P0口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞6；15：背光源正極；16：背光源負(fù)極。由于液晶顯示在本次設(shè)計(jì)中用途有限且可有可無，不做過多說明。3.4 時(shí)鐘模塊3.4.1 DS1302簡(jiǎn)介DS1302是由美國(guó)DALLAS公司推出的能計(jì)算秒鐘、分鐘、小時(shí)、日期、月份、星期、年份等實(shí)時(shí)信息7,具有涓細(xì)電流充電能力的低

28、功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。DS1302具有低功耗，高性能，引腳少，體積小等優(yōu)點(diǎn)8，當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)，也可以正常運(yùn)行。我們可以用單片機(jī)往DS1302里面寫入時(shí)間進(jìn)行時(shí)間設(shè)置，也可以用單片機(jī)從DS1302中讀取時(shí)間，讀出來的時(shí)間也可以放在液晶上顯示。這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)一塊電子表的功能了。3.4.2 引腳介紹DS1302時(shí)鐘芯片引腳如圖3-7所示。圖3-7 DS1302時(shí)鐘芯片管腳圖Vcc2：主電源；Vcc1：后備電源；X1,X2：32.768KHz晶振管腳；SCLK：串行時(shí)鐘；I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；GND：接地；RST：復(fù)位線。3.4.3 工作原理DS1302每次在讀寫程序前都需要先進(jìn)行初始化，將SCL

29、K端先置 “0”，然后把 RST端置“1”，最后在給予SCLK脈沖。DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器以BCD碼形式存放日歷、時(shí)鐘，其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字如圖3-8所示。READWRITEBIT 7BIT6BIT 5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0RANGE81h80hCH10 SecondsSeconds00-5983h82h10 MinutesMinutes00-5985h84h12/24010HourHour1-12/0-23AM/PM87h86h0010 DATEDATE1-3189h88h00010 MonthMonth1-128Bh8Ah00000DAY1-

30、78Dh8Ch10 YEARYEAR11-998Fh8EhWP0000000-91h90hTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS-圖3-8 DS1302 寄存器圖圖3-9為DS1302的控制字，控制字位7必須置“1”，若為“0”，則不能對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)。對(duì)于位6，對(duì)程序進(jìn)行讀寫時(shí)RAM=1，對(duì)時(shí)間進(jìn)行讀寫時(shí)CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進(jìn)行讀操作時(shí)，該位為“1”；進(jìn)行寫操作時(shí)，該位為“0”。 7 6 5 4 3 2 1 01RAMA4A3A2A1A1RDCKWR圖3-9 DS1302 控制字3.5 光控電路3.5.1 光敏電阻概述光敏電阻，是一種特殊的電

31、阻，簡(jiǎn)稱光電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的光敏電阻器強(qiáng)弱而改變的電阻器。為了能夠吸收更多的光能，光敏電阻器大部分都設(shè)計(jì)為薄片式，它有一個(gè)很重要的特點(diǎn)是他的阻值大小會(huì)隨著周圍光的強(qiáng)度發(fā)生變化，光照強(qiáng)度越大，阻值越小，光照強(qiáng)度越小，阻值越大，阻值大小與光照強(qiáng)度成反比的關(guān)系。光敏電阻具有體積小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。因此光敏電阻被用于很多光電控制系統(tǒng)，如路燈，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器等方面9。3.5.2 工作原理光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。制作光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等。光敏電阻的結(jié)構(gòu)為在一玻璃底板上涂有半導(dǎo)體物質(zhì)，兩端裝有金屬

32、電極，利用導(dǎo)線連上金屬電極將光敏電阻連接到電路中。在黑暗的環(huán)境中，它的阻值會(huì)很高;當(dāng)其受到光照時(shí)，由于價(jià)帶中的電子吸收了光子能量以至于成為自由電子，產(chǎn)生空穴，電阻率由于電子-空穴對(duì)的出現(xiàn)而變小，光生電子空穴對(duì)越多，阻值就越低。當(dāng)電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。當(dāng)入射光消失時(shí)，電子-空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也會(huì)逐漸恢復(fù)至原值，電流也逐漸減小。3.5.3 光照強(qiáng)度采集電路為了利用光照強(qiáng)度來控制窗簾的開關(guān)，因此，需要對(duì)外界光照強(qiáng)度進(jìn)行采集并將光照模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字模擬量在傳送給單片機(jī)處理。模塊電路圖如圖3-10所示。 圖3-10 光照采集電路4 軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序語言及軟件開發(fā)

33、環(huán)境本次設(shè)計(jì)語言主要以C語言為主，C語言是1978年由美國(guó)電話電報(bào)公司(AT&T)貝爾實(shí)驗(yàn)室正式發(fā)表，一直被廣泛應(yīng)用至今。C語言是一門通用計(jì)算機(jī)編程語言，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是能夠提供用戶以一種簡(jiǎn)易的方式編譯、處理較低級(jí)存儲(chǔ)器并產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及對(duì)運(yùn)行環(huán)境較為簡(jiǎn)單的編程語言。C語言的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語言，并且C語言還具有很強(qiáng)的繪圖能力，可移植性，數(shù)據(jù)處理能力方面也優(yōu)先于其他語言，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。另外，本次設(shè)計(jì)應(yīng)用到的軟件主要為Keil C51，Keil C51是美國(guó)Keil Software

34、公司(ARM公司之一)出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它簡(jiǎn)化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，從C源代碼產(chǎn)生就可以重定位的目標(biāo)模塊，作為一個(gè)集成開發(fā)軟件，它能夠?qū)㈨?xiàng)目管理、程序調(diào)試、源代碼編輯等組合在一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中。一般在使用C語言作為編程語言時(shí)，Keil便是是首選的開發(fā)軟件，即使有時(shí)不使用C語言，它強(qiáng)大的仿真工具也會(huì)得到人們的青睞。4.2 主程序模塊的設(shè)計(jì)4.2.1 總體程序流程圖由于需要系統(tǒng)先進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，因此，首先需要對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化處理。當(dāng)啟動(dòng)程序時(shí)，首先等待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定，先進(jìn)行LCD顯示器的初始化，在對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行初始化，這樣可以在液晶顯示屏上顯示時(shí)間，光照強(qiáng)

35、度等信息，在根據(jù)用戶需求進(jìn)行手動(dòng)與自動(dòng)操作，進(jìn)行不同模式的窗簾控制。主流程圖如圖4-1所示：4開始液晶初始化時(shí)鐘芯片初始化讀取時(shí)間信息并顯示讀取光照強(qiáng)度并顯示按鍵掃描并處理定時(shí)模式光控模式手動(dòng)模式光線高于設(shè)置的閾值則開啟窗簾，否則關(guān)閉窗簾根據(jù)設(shè)置的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間來控制窗簾按鍵4按下則關(guān)閉窗簾，按鍵5按下則開啟窗簾延時(shí)結(jié)束圖4-1主程序流程圖4.2.2 步進(jìn)電機(jī)模塊流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制窗簾的升降，因此，主要分為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)流程圖如圖4-2所示：開始否否否是是是停止停止旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)Num2<400逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Num1<400順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)？等待指令設(shè)定旋轉(zhuǎn)位數(shù)圖4

36、-2步進(jìn)電機(jī)流程圖4.2.3 LCD顯示設(shè)計(jì)流程圖對(duì)于液晶顯示屏的設(shè)計(jì)，首先需要?jiǎng)澐智宄辛形恢?，以便于?shù)字可以很好的顯示在對(duì)應(yīng)的位置，在顯示數(shù)字時(shí)，首先需要確立一個(gè)起始位，接著后面的數(shù)字就會(huì)跟隨在首位之后一個(gè)個(gè)顯示出來，這樣，就不需要再每一個(gè)定位點(diǎn)確立目標(biāo)顯示。液晶顯示設(shè)計(jì)流程如圖4-3所示：開始定位行列坐標(biāo)顯示一個(gè)字符否數(shù)據(jù)顯 示完？是結(jié)束圖4-3液晶顯示流程圖4.2.4定時(shí)控制模塊設(shè)計(jì)本模塊主要對(duì)定時(shí)模塊設(shè)定時(shí)間來控制窗簾的開合，同時(shí)帶有實(shí)時(shí)時(shí)間刷新。定時(shí)控制流程圖如圖4-4所示，讀取時(shí)間信息如圖4-5所示。開始否是電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)K？設(shè)定時(shí)間初始化電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)窗簾打開 窗簾關(guān)閉圖4-4

37、定時(shí)控制流程圖開始讀取年份信息讀取月份信息讀取日期信息讀取星期信息讀取小時(shí)信息讀取分鐘信息讀取秒鐘信息結(jié)束圖4-5讀取時(shí)間信息流程圖4.2.5 光強(qiáng)控制模塊 由于本次設(shè)計(jì)擁有利用光感電阻來控制窗簾的開合，因此，需要收集利用外界光照強(qiáng)度，來控制窗簾的開合。流程圖如圖4-6所示。 開始初始化感應(yīng)外界光照強(qiáng)度傳遞數(shù)據(jù)是否超出指定數(shù)值？ 電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)窗簾關(guān)閉窗簾打開 圖4-6光強(qiáng)操作控制流程圖光強(qiáng)模塊主要是利用光感電阻對(duì)外界的光照強(qiáng)度進(jìn)行收集，再將信息傳遞個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的閾值進(jìn)行對(duì)比來決定電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而控制窗簾的開合。5集成調(diào)試5.1 調(diào)試步驟進(jìn)行有效的調(diào)試是必不可少

38、的，它不僅保證了整個(gè)設(shè)計(jì)的安全性還保證了設(shè)計(jì)的可靠性10。因此，按照相關(guān)規(guī)則及要求對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行調(diào)試是很重要的一個(gè)步驟，防止由于一個(gè)不正當(dāng)?shù)牟僮骰蛘呷我庖粋€(gè)部位出現(xiàn)差錯(cuò)導(dǎo)致本次設(shè)計(jì)的失敗。具體調(diào)試步驟如下：1在正式通電前，需要再一次將電路圖與實(shí)際電路對(duì)比，是否存在接錯(cuò)或者漏接的情況，連接無誤后，檢查各個(gè)模塊是否都處于接通的狀態(tài)。2在各模塊接通無誤的情況下，觀察各線路是否存在短路，斷路情況。3根據(jù)自己的硬件電路設(shè)計(jì)圖以及原件自己的產(chǎn)品規(guī)格圖，對(duì)原件的電容、蜂鳴器、電阻的型號(hào)、極性、規(guī)格等的原則或鏈接的方法是否正確1。之后檢查各個(gè)子模塊的安裝位置以及線路布置是否處于一個(gè)合理的位置，是否存在電路間

39、的沖突。4利用萬能表查看各級(jí)電路的電流和電壓是否處于一個(gè)正常狀態(tài)。5對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，觀察參數(shù)值設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)于光照參數(shù)或定時(shí)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理的地方可以進(jìn)行參數(shù)修改。5.2 實(shí)物調(diào)試當(dāng)電路各模塊處于正常狀態(tài)時(shí)，就可進(jìn)行實(shí)物調(diào)試。首先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試時(shí)，可利用按鍵模塊對(duì)應(yīng)的按鍵對(duì)窗簾進(jìn)行開合，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向是否與設(shè)計(jì)的一致。然后對(duì)定時(shí)模塊進(jìn)行測(cè)試，在接通電源后，選擇定時(shí)模式，設(shè)置一個(gè)較短的時(shí)間，當(dāng)?shù)竭_(dá)指定時(shí)間時(shí)，觀察電機(jī)旋轉(zhuǎn)情況。最后進(jìn)行光感模塊測(cè)試，首先切換至光照模式，設(shè)置一個(gè)與周圍環(huán)境差不多的閾值，用手遮擋屏幕，觀察電機(jī)旋轉(zhuǎn)情況。如果測(cè)試都無異常，則符合本次的設(shè)計(jì)。5.3 系統(tǒng)軟件及仿真

40、結(jié)果5.3.1 Proteus軟件概述Proteus軟件是由英國(guó)Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺(tái)軟件，ARES是一種高級(jí)的布線編輯軟件，它集成了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)11。5.3.2仿真圖展示系統(tǒng)未上電的仿真圖如圖5-1：圖5-1 未上電仿真圖手動(dòng)模式如圖5-2：圖5-2 手動(dòng)模式仿真圖定時(shí)模式如圖5-3：圖5-3 定時(shí)模式仿真圖光感模式如圖5-4：圖5-4光感模式仿真圖 5.3.3 實(shí)物展示實(shí)物圖如圖5-5所示：圖5-5 實(shí)物圖按鍵說明：按鍵 1：切換模式（在手動(dòng)模式、定時(shí)模式、光控模式循環(huán)切換）。按鍵 2：進(jìn)入當(dāng)前時(shí)間的設(shè)置。按鍵 3：進(jìn)入定時(shí)時(shí)間和光控閾值大小的設(shè)置。按鍵 4：減（手動(dòng)關(guān)閉窗簾）。按鍵 5：加（手動(dòng)開啟窗簾）。6總結(jié)經(jīng)過近三個(gè)月的努力，終于完成了本次基于單片機(jī)的智能窗簾的設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)題目相對(duì)于其他設(shè)計(jì)來說顯得很老，但通過這段時(shí)間在網(wǎng)上看到的大量資料，結(jié)合自己的理解，能夠從設(shè)計(jì)、選材、論證、編程一直到最后的調(diào)試成功，也足以讓我在本次的設(shè)計(jì)中受益匪淺。理論與實(shí)際畢竟有些差