基于单片机的自动窗帘设计河南理工.doc

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1、单片机应用与仿真训练设计报告基于单片机的遥控窗帘设计摘要面对高速发展的高科技产业,我们的生活也越来丰富,随着电子技术和自动化技术的普及,人们对生活质量的要求越来越高。单片机的应用正在不断走向深入,由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等优点,因此特别适合与控制有关的系统。这次的设计是基于单片机的遥控窗帘设计,给出了遥控器和接受控制器的硬件设计方案,以流程图方式对本系统的遥控器和接收器的软件设计进行了较为详细的介绍,并制作出了实物模型。该系统的遥控器部分主要由键盘扫描电路、单片机AT89S52及电动机驱动控制电路等组成；窗帘控制部分主要由导轨、窗帘、拉绳和电动机等组成。接

2、收器根据接收到的遥控器编码不同来控制电动机的正转、反转或停止,从而实现窗帘的打开、关闭或停止,并防过卷功能还能够通过LED灯指示运行状态。关键词：单片机 80C51 自动窗帘 C语言目录1、概述21.1选题背景21.2选题目的22、系统总体方案及硬件设计32.1 遥控窗帘的基本设计原理32.2原理框图32.3无线遥控控制32.4手动控制52.5防过卷模块52.6电机控制模块62.7窗帘控制82.8单片机及系统各部分图83、软件设计113.1主程序设计113.2主程序说明：113.3电机停止程序段124、 Proteus软件仿真134.1Protues软件仿真电路图134.2仿真实验结果分析13

3、5、课程设计体会14附1源程序代码15附2系统原理图181、概述1.1选题背景随着社会经济的发展和人们生活水平的改变,宽大窗户的办公和生活建筑越来越多。这种建筑结构美观,采光良好。但是,窗户的高度或者宽度超过4米以后手拉窗帘却比较困难。而现在的放地产商几乎却都没有为用户考虑这个问题,使一些高档住宅反而带来了生活上的不便,解决这个问题的方法是使用窗帘机。窗帘机是专门为高大的窗户设计的窗帘控制装置,根据功能不同可以分为电动、遥控、自动和智能等多种规格。电动窗帘机是通过窗帘机上的控制按键操作窗帘开合的一种最简单的窗帘机,仅仅解决了手动窗帘的问题,可还需要人来近距离操作,电动窗帘使一些超高、超宽窗帘的

4、操作变得比较容易。但是因为这种窗帘技术含量低,基本没有厂家作大规模工业化生产；遥控窗帘机可以远距离操作窗帘的开合,使用更为方便,自动窗帘机具有自动控制功能,可以满足用户各种情况下的使用要求。1.2选题目的1进一步熟悉和掌握单片机的部结构和工作原理,了解单片机应用系统设计的基本方法和步骤2掌握单片机仿真软件Proteus的使用方法；3掌握键盘和显示器在的单片机控制系统中的应用。4掌握撰写课程设计报告的方法。2、系统总体方案及硬件设计2.1 遥控窗帘的基本设计原理基于单片机的遥控窗帘的设计要求如下：1控制窗帘的开关、利用直流电机正反转实现。2防过卷功能。3具有无线遥控和手动按键控制两种功能。4能够

5、指示运行状态。针对设计要求作如下设计,本装置设计以单片机为核心,通过单片机发送相应的信号,利用光耦的隔离作用,保证信号的稳定,利用L298N控制直流电机正反转和停止,来控制窗帘的上升、停止、下降等动作,采用霍尔传感器的磁效应实现最高点、最低点电机自动停止来防止窗帘的过卷,窗帘的操作可通过键盘手动和无线遥控两种方法完成。使用不同颜色的发光二极管对窗帘的运动方向进行显示,使窗帘这种常用的家居用品更具人性化。2.2原理框图图1 系统原理框图2.3无线遥控控制利用315M遥控器发出正转、反转和停止信号,与窗帘相连接的控制电路接收到控制信号后,根据遥控命令来控制电机的运行状态,从而达到远距离对控制窗帘的

6、打开、闭合和停止。对于遥控窗帘来说,遥控器的按键需要一个打开按键和一个闭合按键来控制窗帘的打开和闭合。遥控器的按键还应加一个停止按键,这样我们就不会为使电机运行而一直按着按键不放。这样有两个好处：一是方便用户控制用户在打开或关闭窗帘时不用一直按着按键；二是最大可能地降低遥控器和接收器功耗,这是因为遥控器在按下一次后发送一串数据后就可以立即进入睡眠,对于主机也不用时时检测信号这样就可以更好的降低功耗。无线遥控主要用到315M无线遥控器,下面介绍315M遥控器：数据发射模块的工作频率为315M,采用声表谐振器SAW稳频,频率稳定度极高,当环境温度在2585度之间变化时,频飘仅为3ppm/度。特别适

7、合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体,而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差,即使采用高品质微调电容,温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。发射模块未设编码集成电路,而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口,而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262或者SM5262等编码集成电路配接时,直接将它们的数据输出端第17脚接至数据模块的输入端即可。数据模块具有较宽的工作电压围312V,当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射

8、电压为3V时,空旷地传输距离约2050米,发射功率较小,当电压5V时约100200米,当电压9V时约300500米,当发射电压为12V时,为最佳工作电压,具有较好的发射效果,发射电流约60毫安,空旷地传输距离700800米,发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大,有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大,传输距离比较远,比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线,远距离传输时最好能够竖立起来,因为无线电信号传输时收很多因素的影响,所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少,这点需要开发时注意。数据模块采用ASK方式调制,以降低功耗,当数据信号停止时发射电

9、流降为零,数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合,否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近数据模块的实际工作电压,以获得较高的调制效果。发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘,应离开周围器件5mm以上,以免受分布参数影晌。模块的传输距离与调制信号频率及幅度,发射电压及电池容量,发射天线,接收机的灵敏度,收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约800米,在有障碍的情况下,距离会缩短,由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域,不同的收发环境会有不同的收发距离。2.4手动控制手动控制是系统的必要补充,当遥控器失灵或者接收控制部分的程序紊乱时,可通过手动

10、控制面板上的控制按键控制窗帘的打开和闭合。所以需要设计一个打开按键、一个闭合按键和一个停止键。通过与单片机管脚连接的独立键盘,每次每当按下一个独立键盘,都会向单片机的管脚输送一个低电平。单片机接收到这样一个信号后,通过已有程序的逻辑判断,向下面的执行部分发出相应的控制信号。2.5防过卷模块这个窗帘是通过电机带动从上往下打开,所以这里需要设计两个霍尔传感器,一个设计在窗帘导轨的正上方,用于检测窗帘是否已完全关闭；另一个设计在窗帘槽的最下方,用于检测窗帘是否已完全打开,从而防止由于电机长时间通电而损坏。本装置用到的霍尔传感器的介绍：霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场

11、有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础,是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。由于霍尔元件产生的电势差很小,故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,称之为霍尔传感器。霍尔传感器也称为霍尔集成电路,其外形较小,如图2所示图2 霍尔传感器霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。霍尔传感器的特性：线性型霍尔传感器的特

12、性输出电压与外加磁场强度呈线性关系,如图3所示,可见,在B1B2的磁感应强度围有较好的线性度,磁感应强度超出此围时则呈现饱和状态。图3霍尔传感器输出特性2.6电机控制模块电机控制是通过L298N来控制的。电机的正反转都由L298N的不同输出来控制。L298N的介绍：L298 是 SGS 公司的产品,比较常见的是 15脚 Multiwatt 封装的 L298N,部同样包含4 通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机,或一个两相步进电机。L298N 芯片可以驱动两个二相电机,也可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达 50V,可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；

13、而且电路简单,使用比较方便。L298N可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS,VSS可接 457 V 电压。4脚 VS 接电源电压,VS 电压围 VIH 为2546 V。输出电流可达 25 A,可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机,OUT1,OUT2 和 OUT3,OUT4 之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机。10,12 脚接输入控制电平,控制电机的正反转。EnA接控制使能端,控制电机的停转。表 1 是 L298N 功能逻辑图。In3,In4 的逻辑图与表 1 相同。由表 1 可知

14、 EnA 为低电平时,输入电平对电机控制起作用,当 EnA 为高电平,输入电平为一高一低,电机正或反转。同为低电平电机停止,同为高电平电机刹停。ENAIN1IN3IN2电机运行状况HHL正转HLH反转H同IN2同IN1IN3快速停止LXX停止表1 L298N逻辑功能表图4 L298N控制电机2.7窗帘控制窗帘是由电机来控制的,电机的正、反方向转动和停止,实现了窗帘的拉开、关闭和停止。窗帘是从上往下打开,所以这里设计了两个霍尔传感器用于检测窗帘是否已完全打开或关闭。当窗帘位置超过边缘,则控制窗帘停止。除此之外,窗帘的打开、关闭或停止都会有相应的指示灯来显示。2.8单片机及系统各部分图本装置最重要

15、的元件是AT89S52单片机,它为 ATMEL 所生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flsah存储器。AT89S52主要功能列举如下：1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash2、晶片部具时钟振荡器传统最高工作频率可至 12MHz3、部程序存储器ROM为 8KB4、部数据存储器RAM为 256字节5、32 个可编程I/O 口线6、8 个中断向量源7、三个 16 位定时器/计数器8、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道AT89S52引脚图：图5 AT89S52图6 最小系统设计图图7手动操作键盘：图8 显示电路图9 电机驱动电路3、软件设计3.1主程

16、序设计主程序完成系统初始化,并对采集到的数据进行处理,并发送控制指令。图10 主程序流程图3.2主程序说明：电路由单片机系统最小系统,手动控制,显示,驱动电机电路,无线接收电路,以及过卷模块组成。电源部分可以由下载线提供,也可由USB数据线提供,外加电压5V。电机的控制由手动键盘或者遥控器控制,手动键盘占用P10P12三个I/O资源口,当有按键按下的时候,单片机对采集到的数据进行处理判断,看需要对电动机发送什么样的指令信号。同样的当用遥控器控制时,无线发射模块发送数据,无线接收模块接收到数据后,便对收到的数据进行解码,并对相应位置位,无线接收模块占用P33P35三个I/O资源口,当相应的资源口

17、接收到数据后进行逻辑判断,并做出反应,发送信号。为了防止电动机运行过程中对单片机的影响,用TLP521-4光耦进行信号隔离,对单片机发送来的信号,光耦保持,并将它发送个电机驱动芯片L298N,L298N收到光耦发送来的信号后,根据信号,对电动机发送相应的信号,使其进行正转、反转和停止,并带动窗帘打开,关闭。为了防止窗帘再打开和关闭的时候过卷,用用两个霍尔传感器作为位置检测,当窗帘运动到指定高度是,霍尔传感器便发送信号个单片机,单片机收到信号后便发送信号,控制电机停止3.3电机停止程序段if /遥控停止键或手动停止键或霍尔输出高电平aa=0;dd=1;D7=0;D8=1; /红灯亮D9=0; D

18、6=0; /电机停转 D1=0; D2=0;4、 Proteus软件仿真4.1Protues软件仿真电路图由于部分原件在Protues里面无法仿真,Protues里面对单片机来说,可以不仿真其最小系统电路,所以在此仿真电路中只涉及到,手动操作键盘,灯光显示,电机驱动三个模块。如下图所示：4.2仿真实验结果分析将所编写的程序,生成可执行的文件并加载到Protues仿真软件的单片机中,执行软件程序,在执行过程中能顺利的完成所需执行的任务,正常正传,反转,停车,对应不同的运行方式,不同颜色的的灯光显示,绿色对应正转,红色停止,黄色对应反转。5、课程设计体会我认为,在这次的课程设计中,不仅培养了独立思

19、考、动手操作的能力,在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是,在实验课上,我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的,真的是受益匪浅。实验过程中,我们遇到了很多问题,从起初的一知半解,到最后的完全领悟,然后到熟练应用,每一步都非常的艰难,但是我们很珍惜这次机会。实验过程中,也对团队精神的进行了考察,让我们在合作起来更加默契,在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量,只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。回顾起此课程设计,至今我仍感慨颇多,从理论到实践,在这段日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没

20、有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,但可喜的是最终都得到了解决。 这次课程设计是一个理论与实践结合的过程,让我明白理论知识往往是不够的,只有把所学的理论与实际行动相结合,才会提高自己的综合实际能力和独立思考能力。在设计的过程中我们都会遇到很多的问题,但往往是一个小问题都会导致实验的失败,这就要我们花大量的时间去思索和改正,这是一个很艰辛的过程,但同时也是你收获最大的过程。最

21、后特别感我们的珊老师,先是为我们核对器件的数量,然后查缺补漏,然后非常及时的解决我们实验中出现的问题,才有了这次课程设计的顺利完成。参考文献：1 谭浩强.C程序设计第三版.：清华大学,20052 余发山.王福忠.单片机原理与应用技术第一版.：中国矿业大学.2008附1源程序代码：# include # define uchar unsigned char;# define uint unsigned int;sbitD1=P21; /IN端口定义sbitD2=P22;sbitD3=P10; /按钮端口定义sbitD4=P11;sbitD5=P12;sbitD6=P20; /使能端定义sbitD

22、7=P30; /指示灯端口定义sbitD8=P31;sbitD9=P32;sbitA1=P23; /遥控器端口定义sbitA2=P24;sbitA3=P25;sbitA4=P26; /霍尔传感器端口定义uchar bb,aa,cc,dd,x,y,a,b,c;void delay /延时子程序for0;x-for0;y-;void mainD6=0;D7=0;D8=0;D9=0;whilewhile&/电机正转程序delay;aa=D4;bb=D3;cc=A1;dd=A2;while&D7=1;D8=0;D9=0;D6=1;D1=1;D2=0;if/电机停止程序aa=0;dd=1;D7=0;D8=1;D9=0;D6=0;D1=0;D2=0;while& /电机反转程序delay;bb=D5;aa=D4;cc=A3;dd=A2;while&D7=0;D8=0;D9=1;D6=1;D1=0;D2=1;ifaa=0;dd=1;D7=0;D8=1;D9=0;D6=0;D1=0;D2=0;附2系统原理图：