基于单片机的光控自动窗帘控制系统设计说明书

方案书计算机控制技术课程设计说明书光感自动窗帘控制系统学生姓名：xx学号：学院：专业：电气工程及其自动化指导教师：xx年1月方案书摘要随着生活水平的提高，智能家居越来越被人们关注。智能窗帘也随着科技发展悄然兴起，它不但具备窗帘优雅美观的特点，而且还能提供智能化的服务，使家居生活更加舒适、温馨与贴心。本文设计的是基于单片机控制系统的智能窗帘。它具备光感、红外遥控、温度显示、定时等功能。该窗帘可以根据外界的光亮程度来控制窗帘开启，从而达到调节室内光线，同时还提供按键来控制窗帘的关合。为了方便用户使用，增设定时模块，用户可根据自身的需要对某段时间，设置窗帘的开启程度。当定时结束，窗帘自动切换到光感模式实现对室内光线的控制。同时，还增设温度显示，使用户可以了解温度状况。关键词：智能窗帘：红外遥控；光感控制；单片机方案书目录第1章绪论.........................................................11.1设计的背景和意义................................................11.2本设计的内容....................................................11.3存在的主要问题..................................................21.3.1光感功能的实现................................................21.3.2遥控功能的实现................................................2第2章总体方案设计.................................................42.1主控制系统CPU..................................................42.2窗帘结构安装及电机选择..........................................62.2.1窗帘结构安装..................................................62.2.2步进电机选择..................................................62.3硬件总体方案....................................................72.3.1方案设计说明..................................................82.3.2方案选择说明..................................................83.1光电传感器信号采集模块设计.....................................103.3执行单元模块设计...............................................16第4章系统软件设计................................................214.1程序流程.......................................................214.2程序设计.......................................................225课程设计体会.....................................................24参考文献...........................................................25附录硬件电路图....................................................26方案书第1章绪论1.1设计的背景和意义21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。在现代社会，对室内设计而言，窗帘不仅具有遮光作用，更有美化功能，它不仅可以协调居室的色彩搭配，而且能够柔化空间造型的线条，营造温馨惬意的环境。随着高新技术及电子器件的发展，光控、温控及遥控窗帘应运而生，给人们的生活带来了很多方便。单片机控制的自动窗帘控制系统，既能解决每天手动拉开和关上窗帘的不便，又显示出了生活的档次，同时还可以根据光线的明暗来自动控制窗帘的开关，以调节室内的光线，更进一步地满足了人们的享受要求。同时，遥控和定时的组合控制，可以让人们在需要的时段内，方便、快捷使用。自动控制窗帘系统的推广和应用具有重要的现实意义，它改变了人们的生活方式，单片机控制的自动窗帘控制系统具有丰富的智能化功能，为家庭用户营造一个高效、舒适、便利的居住环境，给人们日常生活带来了极大地方便。自动控制窗帘系统又牵扯一大批产业，单片机控制的自动控制窗帘产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。1.2本设计的内容主要设计内容：窗帘结构设计、窗帘安装布局的设计、控制系统软件的设计和硬件的选择。窗帘结构设计：在现代的审美观念中，人们往往追求的整体美观，同时窗帘作为整体家居环境的一部分，它的结构和尺寸大小有一定的限制。为了满足人们对美的追求，在设计过程中采用硬度高、质量轻的铝合金材料来制作窗帘的整体框架。窗帘安装布局的设计：窗帘光感模块依靠两个光感模块和三个限位开关来实现。对于不同尺寸的窗帘，可根据实际情况改变限位开关的距离来实现控制。方案书控制系统软件的设计：智能窗帘的智能化体现在其自身光控部分，当人们在室内休息、工作的时候，由于外界光线强度的改变，可能给在室内的人们造成不适，而光控刚好解决了这一缺陷。只要事先设置好光感的强度，程序就可根据这个光线改变而实现窗帘的开合，从而改变室内光线强度，给人们一个舒适、温馨的环境。系统的定时部分可提供任何状态下12个小时的定时功能，在定时结束后，系统自动恢复到光感模式，同时用户也可在未到时间的情况下重新开启光感模式。本系统还可提供温度时时检测，时刻提醒用户注意温度变化。1.3存在的主要问题1.3.1光感功能的实现光感部分主要可分成光感检测和光感执行两部分。光感检测依靠的是光敏电阻的使用。光敏电阻可分成暗电流和亮电流两部分。暗电流：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻，此时在给定电压下流过的电流。亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻，此时流过的电流。光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小则性能越好。也就是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越高。实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，可见光敏电阻的灵敏度很高。而本设计中在光感电路加入一个滑动电阻，用户可根据当地光线的实际情况来改变光感元件对光线的敏感程度，从而达到完美的控制目的。光感执行部分主要包括一个直流电机和三个限位开关来实现。当光敏电阻判断光线强度改变时，电机按相应方向转动。以光线程度变强为例，电机向窗帘关合的方向运动，当绕绳碰到某一限位开关时，电机停止转动。再进入另一光敏电阻的判断，如果还是超过设定的位置，电机继续以同方向转动，碰到行程开关停止。1.3.2遥控功能的实现遥控器使用方便，功能多。目前已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等各种家用电器中，且价格便宜，市场上非常容易买到。如果能将遥控器上许多的按键解码出来，用作单片机系统的输入，则解决了常规矩阵键盘线路板过大、布线方案书复杂、占用I／O口过多的弊病。而且通过使用遥控器，操作时可实现人与设备的分离，从而更加方便使用。红外线的是一种波长为950nm的光，超出人类的可视光谱范围，因此是不可见的。这也是我们用它来做遥控的原因之一，另一个原因就是红外线很容易人工生成，成本低廉。虽然人眼不能直接看到红外线，但是通过摄像机或者数码相机，我们就能在图片里看到它们。不幸的是我们周围有很多红外源。太阳是最大的红外源，其它的比如灯泡，蜡烛，中央加热系统，甚至是我们的身体都是红外源。事实上，只要是发热的物体，就会发射红外线。所以我们必须采取一些措施来防止我们的控制信号受到干扰，采用调制可以使我们的控制信号免受干扰。通过调制，我们把红外线以特殊的频率发射，然后红外接收设施以相同的频率来接收，从而避免干扰。方案书第2章总体方案设计2.1主控制系统CPU单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。目前，单片机在民用和工业测控领域得到最广泛的应用。彩电，冰箱，空调，录像机，VCD，遥控器，游戏机，电饭煲等无处不见单片机的影子，单片机早已深深地溶入我们每个人的生活之中。单片机能大大地提高这些产品的智能性，易用性及节能性等主要性能指标，给我们的生活带来舒适和方便的同时，在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。当前国内外单片机的发展现状良好，我们根据单片机技术的先进性和稳定性制订了如下几种方案：方案一：STC单片机STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强.其中，STC公司推出了了STC89系列单片机，增加了大量的新功能，提高了51的性能，是MCS51家族中的佼佼者。STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速(最高时钟频率90MHz)，低功耗，在系统/在应用可编程(ISP，IAP),不占用户资源。方案二：MOTOROLA单片机MOTOROLA是世界上最大的单片机厂商。品种全、选择余地大、新产品多是其特点，在8位机方面有68HC05和生级产品68HC08，68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20亿片。8位增强型单片机68HC11也有30多个品种，年产量在1亿片以上。生级产品有68HC12。16位机68HC16也有十多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。近年来，以PowerPC、Coldfire、M.CORE方案书等为CPU，将DSP未为辅助模块集成的单片机也纷纷推出，目前仍是单片机的首选牌品。MOTOROLA单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适合用于工控领域及恶劣的环境。MOTOROLA8位单片机过去的策略是以掩膜为主，最近推出OTP计划以适应单片机发展趋势，在32位机上，M.CORE在性能和功耗方面都胜过ARM7。方案三：Scenix单片机Scenix单片机的I/O模块有新意。I/O模块的集成与组合技术是单片机技术不可缺少的重要方面。除传统的I/O功能模块如并行I/O、URT、SPI、I2C、A/D、PWM、PLL、DTMF等，新的I/O模块不断出现，如USB，CAN、J1850，最具代表性的是MOTOROLA32位单片机，它集成了包括各种通信协议在内的I/O模块，而Scenix单片机在I/O模块的处理上引入虚拟I/O的新概念。Scenix采用了RISC结构的CPU，使CPU最高工作频率达5