基于单片机的智能窗帘的设计和实现 电气工程专业.docx

题 目： 基于单片机的智能窗帘的设计 目录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 1 1.1课题背景及意义 1 1.2 国内外发展现状 1 1.3设计思想及基本功能 2 1.4主要内容及设计安排 2 2 系统总体方案设计 3 2.1 设计要求 3 2.2 方案选择 3 3系统硬件设计 6 3.1整体方案设计 6 3.2最小系统模块 6 3.3液晶显示电路 10 3.4 时钟模块 11 3.5 光控电路 13 4 软件设计 15 4.1 程序语言及软件开发环境 15 4.2 主程序模块的设计 15 5集成调试 20 5.1 调试步骤 20 5.2 实物调试 20 5.3 系统软件及仿真结果 20 6总结 1 鸣谢 2 参考文献 3 摘 要 窗帘在我们的日常生活中作用很大，主要起到遮蔽强光、保护个人隐私的作用。传统的窗帘主要依靠人工来控制升降，操作不方便。近些年来，智能家居概念逐步兴起，催生了一系列智能插座、智能空调等产品。本文主要研究智能窗帘控制系统的设计，它属于智能家居系统的一部分。该控制系统，主要以单片机为控制器，配合光线感应传感器，实现窗帘的自动升降。整个系统通过按键矩阵实现交互控制，相关的交互信息通过液晶显示屏显示出来。本文先是对整体方案作了简要描述，然后详细介绍硬件电路设计，包括单片机控制器、光敏传感器、电机控制电路等，最后介绍了软件实现的思路。整个窗帘控制系统设计简单，操作方便，工作稳定。 关键词：智能窗帘；单片机；光敏器件 Abstract Curtains play an 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 sockets, 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 lifting 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 controller, 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 Device II 1 绪论 1.1课题背景及意义 时代不断进步，人们的生活也在不断地提高，从最初的洞穴草屋，到如今的高楼大厦，不同的时代人们对于居住的场所和环境有着显著的差别，这是人类步向文明社会一个必然的潮流。随着时间的指针指向21世纪的今天，信息化时代的来临使得经济发展迈向了一个新的阶梯，科技的不断创新使得人们慢慢解放了自己的双手，同时，也减少了人们的欢声笑语，使人们不得以更加卖力的工作以寻求更加美好的生活。 在这种工作压力下，人们并不满足于现有的传统家居，因此，利用物联网技术的智能家居慢慢融入人们的生活。智能家居除了拥有传统家居的所有功能外，还可以使信息全方位的交互，兼备网络通信、家电信息、设备自动化，提供一个可以使服务信息管理为一体的舒适、安全、便捷的居住环境。 窗帘是一种常见家居，窗帘的作用也有很多，除了具有遮光的效果外，还具有保护隐私，也起到一定的装饰作用。但传统的窗帘需要手动去控制开合，对于一些普通民房控制起来很容易，但对于一些大型的商用房开合起来就很麻烦，因此，智能窗帘具有很高的期望。目前，智能窗帘的种类有很多，利用语音控制，利用外界光线强弱控制，也可以利用定时器去控制窗帘的自动开合。设计一款价格便宜，功能新颖，并且结合市面上诸多功能的智能窗帘就拥有很大的发展前景。 信息时代的来领使得很多国家对于电子商业投入越来越多的资金，使得许多电子产品面世，这些电子产品大多可以被大众接受认可，智能窗帘在未来很可能就成为了生活的必需品，因此，在不久的将来，或许智能窗帘就成为了中国以至世界的主要产业之一，它的前度不可限量。 1.2 国内外发展现状 对于一些欧美的发达国家来说，信息化时代已经步入中年时期，因此，智能家居发展也较为成熟。在国外，美国是世界上第一个国家成功设计出智能家居产品，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚等较为发达的国家对智能家居提出了自己的看法和意见。美国、新加坡、德国、日本等国外智能窗帘都有广泛的应用[1]。智能家居最早可以追溯到1984年，世界上第一个智能家居的到来，一直到现在，智能家居不团的被更新。在1998年的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，新加坡在面对大众媒体时模拟“未来之家”，展示他们对于未来智能家居的看法，利用先进的技术来实现对整个系统的运作，为未来智能家居的发展做出卓越的贡献。 在大约10年前，第一款电动式窗帘就被引进到国内，但由于当时中国的经济与科技水平都相对较为落后，并没有被大力的推广，但近几年，随着经济的持续发展，人们财富的日益增长，智能窗帘又一次的进入到人们的眼帘。据数据统计，近几年，我国有大批的智能窗帘技术获得了专利，因此，智能窗帘的发展有着无穷的潜力，前景十分明朗。 1.3设计思想及基本功能 智能家居作为信息化时代一个大的社会系统工程，我们要足够的重视，但也不能为了发展盲目的引进国外的技术，在综合应用国外技术的同时，也要开创出属于中国特色的产业链。现在市面上大多是按键式以及遥控式来控制窗帘的开合，相对传统是的窗帘，这两种智能窗帘的优点是显而易见的，但看见优点的同时，我们也应发现他的缺点，按键式开关由于安装位置固定，在特定的时候或许会比较方便，比如安装在床头或者门旁边，当进出门或者上下床是就可以顺手按下，但当我们在客厅厨房就会显得比较麻烦，遥控式虽然可以实现位置多变，但是需要定期更换电池，增加了成本。 本次设计在保留利用按键式控制窗帘开合的基本功能的同时，还加入了可以根据光照强度的大小来开合窗帘以实现全自动控制，但此功能也并非完美，由于光敏器件灵敏度、冬夏不同季节的光照时间以及人们对窗帘开合的时间要求，光控很难达到人们的需求，因此，在此功能的前提下，本次设计还加入了时控，拥有定时功能，真正实现人性化。 1.4主要内容及设计安排 本次设计的只要内容及安排如下： 第一章为开题引言，介绍本次设计内容的背景及发展状况。 第二章为总体方案设计。 第三章为本次设计的硬件选择。 第四章为本次设计的软件选择。 第五章为调试部分。 第六章为总结。 2 系统总体方案设计 2.1 设计要求 本次设计的智能窗帘满足以下性能： 1：能够通过手动控制已达到窗帘开合的目的； 2：利用定时器控制来设定窗帘的开合时间； 3：利用外界光照强度的大小来控制窗帘的开合。 2.2 方案选择 2.2.1 系统方案的确定 单片机诞生至今，以其可靠性高、系统结构简单、使用方便、处理功能强等优点被广泛应用于智能仪器，本次设计同样选取单片机作为控制芯片，型号为STC89C52。为了更好的实现其功能，在此基础上，选取两套方案，分别为： 方案一：利用光敏器件达到智能窗帘的自动控制，如图2-1所示。 方案二：利用温度传感器达到智能窗帘的自动控制，如图2-2所示。 对比方案一与方案二，主要区别在于外部传感器件选取不同，方案一以光敏元件来控制窗帘的开合，误差较小，也方便实用；方案二通过对室内外温度的差异来控制窗帘的开合，针对不同季节误差较大，满足不了人们的需求。因此，我决定选择方案一。 显示模块 光敏器件 电源模块 STC89C52 键盘模块 图2-1 方案一框图 显示模块 温度模块 电源模块 STC89C52 键盘模块 图2-2 方案二框图 2.2.2 时钟模块的选择 方案一：采用SD2068时钟芯片。SD2068是一种具有标准IIC接口的实时时钟芯片，内置年、月、日、星期、时、分、秒共七字节的报警数据寄存器及一字节的报警允许寄存器，可以在较大的范围值校正时钟的偏差。缺点在于编程较为复杂，价格相对较高，在本次设计中实用性相对较小。管脚如图2-3。 图2-3 SD2068时钟芯片管脚图 方案二：采用DS1302时钟芯片。DS1302是美国DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，拥有高性能、低功耗等优点。此外，它还采用三线接口与CPU同步通信，并可以采用突发方式一次性传送多个字节的时钟信号或者RAM数据。作为DS1202的升级产品，它除了拥有其所有功能以外，还增加了主电源/后背电源双电源引脚，在主电源关闭的情况下，可以继续保持时钟的连续运作。DS1302管脚图如图2-4。 图2-4 DS1302时钟芯片管脚 纵观两种方案，最终决定使用DS1302时钟芯片。 2.2.3 电机的选择 方案一：使用直流电机来带动窗帘的开合。直流电机具有很好的启动特性和调速特性，并且转矩也比较大，维修较便宜。但由于直流电机的转速较快，当给出停转信号时，由于惯性作用，很难立即停止，可能会导致窗帘损坏，并且直流电机的价格方面并不便宜多少，还具有碳刷。 方案二：使用步进电机来带动窗帘的开合。步进电机旋转的角度正比于脉冲数，并且当激磁绕组时，电机挺赚的时候具有最大的转矩。同时，每步的精度在3%-5%，而且上一步的误差不会累计到下一步，所以具有较好的位置精度和运动的重复性。另外，由于步进电机的速度较为缓慢，具有优秀的启停和反转响应。从寿命上来讲，由于步进电机没有电刷，因此电机的寿命仅取决于轴承。步进电机的缺点主要在于转速较慢，并且如果控制不当容易产生共振。 综合两中方案的优缺点，本次设计决定使用方案二。 2.2.4 显示方案的选择 方案一：采用点阵式数码管显示。点阵式数码管由一个个发光二极管组成m行n列的阵，通常点越多其像素越高。点阵