红外感应自动窗帘控制器报告

课程设计（论文）课程名称：ARM嵌入式系统题目：自动窗帘控制器设计院（系）：电气与控制工程学院1目录第1章ARM嵌入式系统概述............................................................21.1嵌入式系统...................................................................21.2嵌入式系统的特点.............................................................2第2章步进电机原理简介.............................................................22.1步进电机.....................................................................22.1.1步进电机原理...........................................................22.1.2步进电机的一些基本参数.................................................32.1.328BYJ48步进电机及其电气特性............................................3第3章控制系统的总体设计...........................................................43.1自动窗帘控制器设计要求：.....................................................43.2总体设计思路.................................................................33.3系统硬件设计.................................................................33.3.1EasyARM2131开发板功能.................................................43.3.2ULN003A驱动芯片.......................................................43.3.312864液晶显示........................................................53.3.4电机驱动模块..........................................................63.3.5显示模块...............................................................73.4总设计电路图.................................................................73.5软件设计.....................................................................83.5.1程序流程：............................................................9结论................................................................................9心得体会...........................................................................10参考文献：.........................................................................13设计程序：.........................................................................142第1章ARM嵌入式系统概述1.1嵌入式系统嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展史上的里程碑。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯片的技术发展道路。由于嵌入式系统的诞生，现代计算机领域出现了通用计算机与嵌入式计算机两大分支。1.2嵌入式系统的特点(1)由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内核较之传统的操作系统要小得多。(2)嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。(3)嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能的设计及实现过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固化存储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性。(4)嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行；(5)嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。由于嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。第2章步进电机原理简介2.1步进电机在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越重要了。2.1.1步进电机原理3步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR)、永磁式步进电机(PM)，混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图a、b、c所示：a.单四拍b.双四拍c八拍2.1.2步进电机的一些基本参数电机固有步距角:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0。90/1。80(表示半步工作时为0。90、整步工作时为1。80)，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。步进电机的相数:是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0。90/1。80、三相的为0。750/1。50、五相的为0。360/0。720。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。2.1.328BYJ48步进电机及其电气特性4步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）下图为本设计所用到的28BYJ48步进电机28BYJ48电气性能：1.额定电压：12VDC另有电压：5V、6V、24V2.相数：43.减速比：1/64另有减速比：1/16、1/324.步距角：5.625°/645.驱动方式：4相8拍6.直流电阻：200Ω±7%(25℃)7.空载牵入频率：≥600Hz8.空载牵出频率：≥1000Hz9.牵入转矩：≥34.3mN.m(120Hz)10.自定位转矩：≥34.3mN.m11.绝缘电阻：＞10MΩ(500V)12.绝缘介电强度：600VAC/1mA/1S13.绝缘等级：A14.温升：＜50K(120Hz)15.噪音：＜40dB(120Hz)16.重量：大约40g17.未注公差按：GB1804-m18.转向：CCW第3章控制系统的总体设计3.1自动窗帘控制器设计要求：1）用protel画出最小系统及外围扩展电路2）显示部分可用12864或者数码管，最好用上位机（VB或labvIEW界面）3）驱动部分用三极管搭接H桥驱动，或uln2003驱动34）要求小组成员分工明确3.2总体设计思路1）本次设计采用EasyARM2131ARM芯片为主控制芯片，由ULN2003A为驱动芯片控制步进电机转动；并通过MG12864点阵图形液晶图形模块显示步进电机转动模式。系统硬件总体设计框图如图所示系统原理结构框图3.3系统硬件设计本设计共用到的功能器件有，EasyARM2131开发板、ULN2003A驱动芯片、MG12864液晶显示屏、四相五线式步进电机、按键开关等器件。红外感应模块EasyARMLPC2131最小系统12864液晶显示ULN2003A驱动芯片四相五线步进电机43.3.1EasyARM2131开发板功能EasyARM2131开发板是广州周立功公司设计的EasyARM系列开发套件之一，采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、单电源供电、LQFP64封装的LPC2131，具有JTAG仿真调试、ISP编程等功能。如下图所示为2131功能框图。EasyARM2131开发板功能框图可进行GPIO的控制实验，如LED闪烁控制、键盘输入、蜂鸣器控制、模拟SPI等；也可进行外部中断实验，学习向量中断控制器(VIC)；定时器控制实验，如定时控制LED、按键捕获输入、匹配比较输出等；使用RS232转换电路，完成UART通讯实验等。3.3.2ULN003A驱动芯片ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN是集成达林管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来5驱动继电器。它是双列16脚封装，NPN晶体管矩阵，最大驱动电压为50V，电流为500MA，输入电压为５Ｖ，适用于TTLCOMS，由达林顿管组成驱动电路。下图为ULN2003A的管脚功能图。ULN2003A管脚图ULN2003高压大电流达林顿晶体管阵列芯片，吸收电流可达500mA，输出耐压50V，具有很强的驱动能力。内部具有7组达林顿管电路，可以驱动7路负载。IN为输入端可由单片机引