智能电动窗帘的设计

创新设计与实训设计说明书题目:智能电动窗帘设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：评语：设计成绩：指导教师：创新设计与实训任务书学院（系）选题教师姓名专业专业技术职务实训题目智能电动窗帘设计课题简介本设计要求基于单片机实现电动窗帘的智能控制，要求实现功能：1.根据光线强度自动来实现窗帘的打开与关闭。2.还可实现按键控制功能，可以通过按键将窗帘拉开或关闭，此时不受光线的控制。通过本次创新设计使得学生巩固所学的理论与技能，提高学生的实践能力和应用能力，初步掌握实际的工程设计方法，设计步骤，为将来的学习与毕业设计打下坚实的基础。报告要求（包括应具备的条件、图表等）设计要求：1.了解单片机工作原理，提出控制方案，要求经济可靠。2.熟悉protel或其它画图软件，完成硬件电路设计。3.选择元器件，搭建硬件电路。4.完成软件与硬件设计并加以调试。5.按照要求撰写创新设计与实训设计说明书。课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难一般易√√参考资料[1]胡汉才．单片机电路及其接口技术[M]．清华大学出版社，2004．[2]谭浩强.C程序设计（第四版）清华大学出版社，2010.[3]刘印春．传感器原理.北京国防科技大学出版社，2006[4]瞿贵荣．电动窗帘红外遥控电路.家庭电子，2005目录1设计背景....................................................................................................................12设计目的与要求.........................................................................................................12.1设计目的.........................................................................................................12.2设计要求.........................................................................................................13设计方案....................................................................................................................23.1系统原理框图.................................................................................................23.2电源模块设计.................................................................................................33.3复位电路.........................................................................................................33.4晶振电路.........................................................................................................43.5光敏电阻AD转换电路....................................................................................43.6电机驱动电路.................................................................................................63.7窗帘位置检测电路.........................................................................................63.8按键控制电路.................................................................................................84程序设计框图.............................................................................................................9总结..........................................................................................................................10参考文献................................................................................................................11程序..............................................................................................................................................1211设计背景随着人民生活水平的不断提高，人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈，窗帘作为每个家庭生活中最必须的家居用品之一，自然也需要满足人民更舒适性的需求。窗帘最基本的作用无非是保护业主的个人隐私以及遮阳挡尘等功能，但传统的窗帘您必须手动去开关，每天早开晚关也是挺麻烦的，特别是别墅或复式房的大窗帘，比较长，而且重，用时需要很大的力才能开关窗帘，特别不方便；于是智能电动窗帘应运而生。51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和MCU进行连接，再经过MCU进行数据处理，实现实时测控。而此时采用单片机来实现智能家居控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计系统正是把利用AT89C51单片机的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了手动和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。2设计目的与要求2.1设计目的智能电动可以根据外界光照强度的变化实现窗帘的张开与关闭，即早上拉开窗帘，晚上关闭窗帘，也可以认为操控窗帘，给人营造温馨与舒适的环境。通过本次创新设计使得学生巩固所学的理论与技能，提高学生的实践能力和应用能力，初步掌握实际的工程设计方法，设计步骤，为将来的学习与毕业设计打下坚实的基础。2.2设计要求（1）手动控制：实现按键控制功能，可以通过按键将窗帘拉开或关闭此时不受光线的控制。（2）光线强度自动控制：窗帘的关闭和开启通过光线强度自动完成窗帘的开启或关闭操作控制，“天黑关闭，天亮打开”可以智能管理。23设计方案3.1系统原理框图电源主控制器按键控制传感器驱动模块执行机构图3.1系统原理框图3.2电源模块设计78L05是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合.象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器.其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况.当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候,其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少.78L05是“78”系列稳压集成电路，用在输出5V的电源上并起稳压作用。也就是说，你从78L05的输入端输入一个比5V高的电压，然后78L05经过稳压作用，就输出5V的电压。本智能电动窗帘设计采用的是7.2v电压，7.2v的电压是由220v电压经过变压器整流得到的，经过稳压模块78L05转换后得到5v的电压。3330pFC6Cap132VVGNDINOUTU478L05330pFC7Cap33uFC5CapPol1D5Diode1N4001VCC5VGND33uFC4CapPol1VCC7.2V图3.2电源电路3.3复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。本设计采用的控制器是STC89C51单片机，其复位电路如下图所示：330R6Res210KR7Res2S1SW-PB10uFC1CapGNDVCC5VRST图3.3复位电路43.4晶振电路理论上来说，振荡频率越高表示单片机运行速度越快，但同时对存储器的速度和印刷电路板的要求也就越高。如同木桶原理。同时单片机性能的好坏，不仅与CPU运算速度有关，而且与存储器的速度、外设速度等都有很大关系。因此一般选用6~12MHZ。并联谐振电路对电容的值没有严格要求，但会影响振荡器的稳定、振荡器频率高低、起振快速性等。所以一般C1、C2选值20~100pF，在60~70pF时振荡器有较高的频率稳定性。陶瓷封装电容可以进一步提高温度稳定性。STC89C51单片机工作需提供一个时序，因此，本次智能窗帘的设计采用的是11.0592MHz的晶振，给51单片机提供工作时序，其电路图如下图所示：12Y111.0592MHz30pFC2Cap30pFC3CapXTAL2XTAL1GND图3.4晶振电路3.5光敏电阻AD转换电路光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些材料在特定波长的光照射下，产生载流子参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。5设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。AD转换离不开采样保持电路，采样保持电路也叫取样保持电路，它的定义是指将一个电压信号从模拟转换成数字信号时需要保持稳定性直到完成转换工作。在采样电压快速变化时，需要用到具有FET开关的采样与保持电路。PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。PCF8591器件上输入输出的地