帶紅外遙控的單片機自動窗簾程序設計資料

ID:22266 · 發表于 2020-12-8 16:09

手動控制：該功能是根據用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態；
自動控制：系統可以根據用戶設定的光照強度值通過感光器采集光照自
動開光窗簾；

定時控制：此功能是根據用戶設定的時間一次性開關窗簾。
可以通過按鍵是上面三種控制模式循環切換。
遙控控制：通過遙控器實現對窗簾的開關。

自動控制技術是20世紀發展最快、影響最大的技術之一。針對家居環境采光及避光問題，自動窗簾控制系統將取代手動控制，更加人性化。本文綜述了自動窗簾系統的設計與控制系統，介紹了設計制作一個完整的自動窗簾控制系統所需要做的理論分析，以及各環節功能的實現。自動窗簾控制系統核心是采用單片機STC89C52控制，其次采用感光檢測電路，時鐘電路，電機控制電路、按鍵電路等外圍電路。整個系統在各模塊的配合下實現半自動控制，自動控制等功能。該設計在理論層面上，以程序驅動各模塊工作，實現了各模塊的內在聯系，應用層面上采用軟件進行原理圖設計和仿真。

該自動窗簾系統硬件電路主要由感光檢測電路，時鐘電路，電機控制電路、按鍵電路等外圍電路構成。該設計則主要討論了自動窗簾系統的設計過程，硬件電路設計，軟件調試過程。通過本系統可以實現通過光照強度實現窗簾開關自動控制、定時控制和手動控制等不同的控制方式。

1.1 系統設計的任務和性能指標

(1)熟悉51單片機集成開發環境，運用C語言編寫工程文件；
            (2)熟練應用所選用單片機的內部結構、資源，以及軟硬件調試設備的基本方法；
            (3)自行構建基于單片機的最小系統，完成相關硬件電路的設計實現；
            (4)理解智能窗簾的原理和掌握實現方法。

1.2 方案選擇和論證
1.2.1 顯示方案的選擇

方案一：采用LED數碼管動態掃描，LED數碼管價格雖適中，對于顯示數字也最合適，而且采用動態掃描法與單片機連接時，占用的單片機口線少。但是由于數碼管動態掃描需要借助74LS164移位寄存器進行移位，該芯片在電路調試時往往會有很多障礙，所以不采用LED數碼管作為顯示。

方案二：采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字、圖形。顯示多樣、清晰可見，對于本設計而言，一個1602的液晶屏即可，價格也還實惠，所以此設計中采用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。

1.2.2 時鐘模塊的選擇

方案一：直接采用單片機定時計數器提供秒信號，使用程序實現年、月、日、星期、時、分、秒計數。采用此種方案雖然可以減少時鐘芯片的使用，節約成本，但是，實現的時間誤差較大、時間算法復雜、無法實現掉電走時。所以不采用此方案。

方案二：采用DS1302時鐘芯片實現時鐘，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。

因此，本設計中采用方案二的DS1302提供時鐘。

1.2.3 電機的選擇

方案一：使用直流電機來作為執行機構，帶動窗簾運動實現開合。此方案的優點是電機轉速能達到很高，從而實現窗簾的快速開合。其缺點是電機速度過高時，給出停轉信號后，由于慣性會繼續轉動，窗簾也隨之繼續運動，可能會對窗簾框架造成損害；速度過低，則可能會出現電機不能克服阻力，因而不能帶動窗簾運動。

方案二：使用步進電機作為來作為執行機構，帶動窗簾運動實現開合。此方案的優點是給出停轉信號后，會立即停轉，不會對窗簾框架造成損害，且其扭矩比直流電機大，便于帶動窗簾運動；其缺點是價格比直流電機稍貴。

綜上所述，選擇方案二作為系統的執行機構，帶動窗簾運動實現窗簾的開合。

2 系統硬件設計
2.1 整體方案設計
2.1.1 系統概述

整個系統以STC89C52單片機為核心器件，配合電阻電容晶振等器件，構成單片機的最小系統。其中包括，顯示設備使用1602液晶，可以同時顯示年、月、日、時、分、控制模式、光照強度等基本信息；時鐘模塊采用DS1302芯片，初始化之后，就會開始運行計算時間，單片機只需進行時間信息的讀取即可；光照檢測電路采用光敏電阻和模數轉換芯片TLC549，將模擬量數字化并顯示出來；窗簾使用步進電機進行代替模擬，同時配有一個LED燈用來指示窗簾當前的開關狀態；本設計可以通過5個按鍵作為操作輸入設備，可以對當前時間進行調整設置和設置窗簾開關時間和光控閾值等；還可以通過遙控器來進行開關窗簾，最后是供電采用常用的USB 5V進行供電。

51hei.png (7.78 KB, 下載次數: 67)

下載附件

2020-12-8 16:23 上傳

2.1.2 系統框圖

圖2-1 系統框圖

2.1.3 原理圖

圖2-2 原理圖

2.2最小系統模塊
2.2.1 STC89C52簡介

STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的STC89C52單片機可為您提供許多較復雜系統控制應用場合，如圖2-3所示。

圖2-3 STC89C52引腳圖

2.2.2 最小系統電路

STC89C52的最小系統如圖2-4所示，整個最小系統由三個部分組成，晶振電路部分、復位電路部分、電源電路等三個部分組成。由于STC89C52的P0口是漏極開路輸出，因此在P0口接了一個10K的排阻R1，使得P0口可以作為普通的I/O口使用，本設計用P0口來做液晶的數據口。

振電路包括2個30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。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。

圖2-4 最小系統

2.3 液晶顯示電路

本系統顯示采用了工業字符型液晶模塊1602，可顯示2行16個字符，能方便顯示英文字母大小寫、阿拉伯數字、常用符號等。通過自定義還可顯示簡單的漢字。

液晶模塊的電路的連接圖如圖2-5所示，第1腳和第2腳分別接到了電路的GND和VCC，這2個腳是液晶工作的電源輸入腳。第3腳通過一個10K的電位器連接到地端，可通過調節該電位器來調節液晶的對比度。第4腳是液晶的寄存器控制腳，接到了單片機的P13腳上。第5腳是液晶的讀寫控制腳，接到了單片機的P14腳上。第6腳是液晶的使能腳，接到了單片機的P15腳上。第7腳到第14

圖2-5 液晶模塊連接圖

腳是液晶的數據/地址8位總線，接到了單片機的P0口上。最后第15腳和第16腳是液晶的背光電源腳，直接連接系統VCC和GND。

2.4 時鐘模塊

本文介紹的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.0V～

5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采

圖2-6 DS1302模塊電路圖用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。

DS1302模塊的電路圖如圖2-6所示，第1腳和第4腳分別接到了電路的VCC和GND，這2個腳是芯片工作的電源輸入腳。第8腳接了一個3V的紐扣電池作為時鐘芯片的后備電池，可以保證斷掉主電源后時鐘繼續行走。第2和第3腳接了一個32.768K的晶振給芯片提供時鐘脈沖，最后，第5、6、7依次連接到單片機的IO口，進行數據的傳輸。

2.5 光照強度采集電路

光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。

TLC549是 TI公司生產的一種低價位、高性能的8位 A/D轉換器，采用了CMOS工藝，它以8位開關電容逐次逼近的方法實現 A/D轉換，其轉換速度小于 17us，最大

圖2-7 光照強度采集電路轉換速率為 40000HZ，4MHZ典型內部系統時鐘，電源為 3V至 6V。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構成各種廉價的測控應用系統。

本設計的智能窗簾有光控自動開關的功能，因此必須采集環境中的光照強度，以便進行光照強度的計算和窗簾開關的控制。光照強度采集使用的方案是光敏電阻，由于光敏電阻采集到的是光照強度的模擬量，因此使用ADC0832將光照模擬量轉為數字量再傳給單片機進行處理。該模塊的電路圖如圖2-7所示。

2.6 電機驅動模塊

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。

由于單片機IO口直接輸出的電流非常弱，沒辦法直接驅動步進電機進行轉

圖2-8 電機驅動電路動，因此需要在單片機和步進電機之間加多一個TI公司生產的高耐壓、大電流達林頓陣列芯片ULN2003作為電機的驅動芯片。ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點,適應于各類要求高速大功率驅動的系統。電機驅動電路如圖2-8所示。

2.7 按鍵輸入模塊

鍵盤是人與單片機打交道的主要設備。消除在按鍵過程中產生的“毛刺”現象。這里采用最常用的方法，即延時重復掃描法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續時間短，約為幾ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間后再判斷此電平是否保持原狀態,如果是則為有效按鍵，否則無效。

本設計中由于采用的按鍵數量較少，只有5

圖2-10 按鍵電路個按鍵，分別是“模式切換”、“設置時間”、“設置閾值”、“減”、“加”，故采用了獨立鍵盤的方式，按鍵的連接圖2-10所示。

2.8遙控模塊

遙控器用法：手動模式下按遙控器左右按鍵可以開關窗簾

遙控器參數：

1.尺寸：86*40*6.0mm
2.遙控距離: 8米以上 (紅外接收頭本身質量,中間有無障礙物等因素會影響到遙控距離)
3.發射管紅外波長：940Nm4.晶振: 振蕩頻率455KHz, 紅外載波頻率: 38KHz
5.面貼材料:0.125mmPET,有效壽命2萬次

圖2-11 遙控模塊

3 軟件設計
3.1 總體程序流程圖設計

本系統的軟件流程圖如圖3-1所示，最開始先進行液晶和時鐘芯片的初始化，然后就進入了一個循環處理的過程。包括先讀取時鐘芯片的日期時間數據，然后在1602液晶上面顯示出來，接著讀取光照強度并顯示。再往下就是按鍵掃描，如果檢測到有按鍵按下去了，則根據不同的按鍵進行不同的任務處理。然后根據不同的模式，進行不同的窗簾開關控制。如果是手動模式的話，則根據開窗簾鍵和關窗簾鍵對窗簾進行開關控制；如果是定時模式的話，則根據設置的開啟時間和關閉時間對窗簾進行控制，而如果是光控模式的話，則判斷當前光照是否高于設置的控制閾值，是的話則關閉窗簾，相反則開啟窗簾。至此完成一次循環的過程。

3.2 1602液晶程序設計
液晶開始顯示之前，必須先確定一個位置，表示要在哪個地方顯示，比如第1行第5列的位置。在完成坐標定位之后就可以開始顯示內容了。液晶在顯示的時候，是一位一位完成的。每次顯示一串字符或一個數字的時候，只需在最開始的時候完成一次定位，之后每顯示完一個字符，液晶會自動跳到下一個位置的，無需每個字符都定位一次。
圖3-2液晶顯示流程圖
3.3讀出DS1302的時間信息
液晶上面的時間會不斷的走時刷新，就是靠單片機不斷去讀取時鐘芯片DS1302的時間信息并發到液晶顯示更新的。讀取時鐘芯片的時間信息主要流程是，寫入年份寄存器地址0x8D,接著就讀取的年份的數據。然后用同樣的方式，依次寫入寄存器地址0x89、0x87、0x8B、0x85、0x83、0x81,分別讀取到月份、日期、星期、小時、分鐘、秒鐘。讀取的流程圖如圖3-3所示.

4 系統測試與分析

4.1 仿真圖

說明：仿真實現了手動、定時和自動三種模式，遙控沒有實現，但實物是有遙控模式的。光照強度大小是通過改變滑動變阻器的阻值來模擬的，窗簾的開和關是通過步進電機正轉、反轉模擬的。步進電機的工作方式為四相單四拍，本次模擬的窗簾是對開的，當開的時候，左側電機正轉，右側電機反轉。當關閉窗簾時，左側電機反轉，右側電機正轉。而且在窗簾打開的時候，P3.1口的燈會亮，關閉的時候，P3.1口的燈會滅。

首次運行時，1602第一排顯示現在的時間，第二排顯示模式手動和當前光照值。電機的角度為0°，光照值閾值設置為40。