自动窗帘控制系统

摘要一．电路组成（1）光敏电路模块由光敏和一个合适的电阻分压，然后进行采样并采用单片机技术控制单片机正反转！（2）电机驱动模块直流电机和步进电机的区别：直流电机控制方法简单但不精准，步进电机精准（3）电源电路模块二．程序设计(略)三．系统功能描述（1）光敏检测部分（2）电机驱动部分摘要本系统以51单片机为核心器件。其主要模块有单片机控制系统，光敏检测模块，电机驱动模块，电源模块。利用光敏二极管检测光照强度的变化，利用光敏检测模块将电阻变化转化为电压变化，并将电压变化的信号送单片机，单片机通过电机驱动模块控制着电机的正反转实现窗帘的来回移动，并辅以温度检测模块来检测室温，构成一个多功能自动窗帘控制系统。其中,光敏控制模块由光敏二极管和NE555定时器构成，电机驱动模块采用DS2003实现电机的驱动，电源模块实现给整个系统供+5V的电源。经过程序编制，制作电路板和调试，基本达到了我们所期望的系统功能。关键词：单片机（51）、光敏二极管、NE555、DS2003、稳压7805一．电路组成（1）光敏检测模块1）光敏二极管的构成及原理：与普通半导体二极管一样，在硅片上生长了一层SiO2保护层，它把PN结的边缘保护起来，从而提高了管子的稳定性，减少了暗电流。光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性，因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1*10-8--1X10-9A(称为暗电流)，此时相当于光敏二极管截止;当有光照射时，PN结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对O这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。在芯片CA3140中，由光敏二极管经一个电阻为10千欧的电阻连到引脚2，电源经1兆欧的电阻连道引脚3，经引脚6输出连到NE555定时器的引脚2端。2）555定时器的构成和原理555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。555内部结构及其电路符号在芯片NE555定时器中，通过引脚3、引脚6、引脚7输出高低电平接到单片机，由单片机控制。（2）电机驱动模块DS2003是著名的SGS公司的产品，比较常见的是16脚MULTIWATT封装的DS2003，内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，VSS电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，但经过我们的实验，Vs电压应该比VSS电压高，否则有时会出现失控现象。下表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。该芯片的核心是H桥电路，H桥式电机驱动电路主要包括4个三极管。通过对角线上的一对三极管的导通情况，电流会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。电机顺时针转动：电机逆时针转动：本系统通过光敏检测模块将光信号转化为电平信号输入单片机，单片机通过程序控制实现两个I/O端口在特定时间段向DS2003的IN1,IN2输出高低电平，进而实现对电机的控制。（4）电源模块由于我们在整个电路系统中用到+5V的电压，所以我们用三端稳压块lm7805芯片来制作+5V的电源模块。电路原理图如下：7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压恰好为+5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，我们所用的是lm7805,下面我们简单的介绍一下它的3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。7805引脚图其中引脚1接整流器输出的正电压，引脚2为公共地(也就是负极)，引脚3就是我们需要的+5V输出电压了。我们考虑到实际的应用环境及用户的接受认可程度，我们用下面的固定式三端稳压器输出电压可调电路来实现+5V的输出。但是在我们制作的过程中用直流+9V来代替输入端的整流器输入。上图中R1用220Ω，R2用680Ω的这个是用来调节输出电压的。输出电压公式Uo≈Uxx(1+R2/R1)，此稳压电路可在5～12V稳压范围内实现输出电压连续可调节。此三端集成稳压集成电路lm7805最大输入电压为35V，输入输出差需保持2V以上，这样该电路中因为稳压器的直流输入电压是正14V，故该稳压电路的最大输出电压为正12V。此电路的精度一般可达到0.04以上，用lm7805就能满足一般需求了.二．程序设计程序流程为：利用单片机的PB0做光敏检测模块的输入口,PC为LCD控制端，PA为LCD数据端，PB2-PB5做电机驱动模块的输出口。当清晨是阳光较强，此时光敏二极管呈现低电阻，相当于接入单片机为低电平，可以通过程序在PB0口输出控制步进电机正转，来关闭窗帘。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S1被接通，使PB2变为低电平，单片机输出停止，电动机M停转。当傍晚时光线比较弱，此时光敏电阻呈现高电阻，相当于接入单片机为高电平，可以通过程序在PB0口输出负相脉冲控制步进电机反转，来打开窗帘。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S2被接通，使PB2变为低电平，单片机输出停止，电动机M停转。程序流程图如下图所示：三．系统方案根据我们的课题要求，设计由光敏检测，电机驱动，电源模块等几大部分构成。（1）光敏检测方案利用光敏二极管检测光照强度的变化，利用模拟电路将电阻变化转化为电压变化，将微小的电压变化用CA3140转化为单片机可以识别的高低电平。（2）电机驱动方案我们采用DS2003芯片。DS2003是著名的SGS公司的产品，比较常见的是15脚MULTIWATT封装的DS2003，内部包含4通道逻辑驱动电路,可驱动额定电压4.5V到36V不等的电机。（4）显示方案开始单片机处理光敏检测温度检测显示部分电机正转电机反转电机停止采用二极管指示当前系统的工作模式为打开或关闭，使得系统可以达到方便操作。系统总体框图如图1所示：四．项目的特色与创新之处（1）将外部环境的光线变化作为控制电机自动调节窗帘开闭的信号，实现了窗帘的控制自动化。（2）将各种现代家居所必需的防煤气泄漏功能集中到我们的多功能电动窗帘控制系统中，提高了产品的性价比，扩大了窗帘的使用场所（如厨房，餐厅等）。如果可以的话，还可以加上防火，防盗等功能，这样更加完善我们的控制系统。（3）利用单片机技术,通过C语言编制程序控制电机从而控制窗帘的状态，同时将防煤气泄漏传感信号送给单片机处理，真正实现了对窗帘的自动控制。（4）将传感器检测技术，单片机应用及计算机语言编程技术，电子设计技电动机驱动光敏检测模块温度检测模块MCU显示用户术等充分结合。内容包括硬件系统的设计和软件系统的开发，有利于培养学生的创新能力和动手能力，实现了将所学知识运用于实际生活中。