自動(dòng)控制屬于電子及信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，并且在現(xiàn)代家居中有著較好的目前發(fā)展前景。目前，家庭居住環(huán)境的采光及避光問(wèn)題主要采用的是手動(dòng)開(kāi)閉窗簾，手動(dòng)開(kāi)閉不僅費(fèi)力而且很多方面不夠人性化，可能對(duì)用戶造成一定的困擾，窗簾控制系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題。本文綜述了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，介紹了設(shè)計(jì)制作一個(gè)完整的窗簾控制系統(tǒng)需要做的理論分析以及其制作過(guò)程。自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)核心采用的是單片機(jī)AT89S52，其次利用了光照傳感器、鍵盤顯示接口電路以及信號(hào)調(diào)理電路等外圍電路，整個(gè)系統(tǒng)在各模塊的配合下可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制、自動(dòng)控制、定時(shí)控制等功能。該設(shè)計(jì)在理論層面上，用程序語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)各模塊工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，在應(yīng)用層面上則采用Protel軟件進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)。

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要由光照傳感電路、系統(tǒng)主控模塊電路、電源轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)控制電路、鍵盤以及顯示電路等組成，重點(diǎn)討論了窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程、硬件選用和軟件調(diào)試等問(wèn)題，通過(guò)本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用光照強(qiáng)度以及設(shè)置時(shí)間來(lái)控制窗簾自動(dòng)開(kāi)閉。

前  言              1

第1章 緒論              2

1.1 課題研究背景及意義              2

1.2 基本內(nèi)容安排              2

1.3 設(shè)計(jì)思想及基本功能              3

第2章 總體電路設(shè)計(jì)及其原理說(shuō)明              4

2.1 方案選取              4

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)              5

    2.2.1系統(tǒng)基本功能              5

    2.2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)              6

第3章 硬件分析與設(shè)計(jì)              7

3.1電源電路設(shè)計(jì)              7

3.2 89C52單片機(jī)及相關(guān)電路              8

3.2.189C52單片機(jī)概述              8

3.2.2晶振電路              8

3.2.3復(fù)位電路              9

3.2.4時(shí)鐘電路              10

3.2.5鍵盤電路              12

3.2.6 顯示電路              13

3.2.7 A\D轉(zhuǎn)換電路              15

3.2.8光敏傳感器              17

3.2.9 步進(jìn)電機(jī)              18

3.2.10信號(hào)校正電路              19

第4章 程序分析與設(shè)計(jì)              21

4.1 主程序設(shè)計(jì)              21

4.2 主要子程序設(shè)計(jì)              22

    4.2.1 鍵盤程序設(shè)計(jì)              22

    4.2.2定時(shí)程序設(shè)計(jì)              24

4.2.3步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)              25

總結(jié)              26

致謝              27

參考文獻(xiàn)              28

附錄一              29

附錄二              30

伴隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，人們的生活速度以及對(duì)生活質(zhì)量的追求也在大幅提高。電子產(chǎn)品智能化速度的加快，也使人們的工作、生活和通訊的關(guān)系日益緊密。智能化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在改變?nèi)藗児ぷ鞣绞脚c生活習(xí)慣的同時(shí)，讓人們對(duì)生活質(zhì)量的提升提出了更高的要求，方便、舒適成了人們所追求的生活方式，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個(gè)安全、方便、舒適的環(huán)境。智能化的電子產(chǎn)品以及設(shè)計(jì)將以前的被動(dòng)靜止物體轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兡軌蚍奖悴倏氐墓ぞ撸�這些產(chǎn)品具有提供全方位的信息交換的功能，不僅能夠優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們合理的安排時(shí)間，增強(qiáng)居家環(huán)境的安全性，甚至還可以為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。

在智能化產(chǎn)品中，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，單片機(jī)以它體積小、質(zhì)量輕、耗電省、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)始不斷發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、航天航空領(lǐng)域、工業(yè)專用設(shè)備的管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，在很多的大中型的電氣設(shè)備以及小型的電子產(chǎn)品中也用到了單片機(jī)進(jìn)行控制。

針對(duì)人們對(duì)智能化的需求以及對(duì)舒適生活的追求，窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)窗簾的劣勢(shì)，它可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度的不同而自動(dòng)開(kāi)閉窗簾，也可以根據(jù)人們?cè)O(shè)定的時(shí)間來(lái)控制窗簾。該系統(tǒng)利用光敏電阻檢測(cè)光照強(qiáng)度的變化，并且將光敏檢測(cè)模塊的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，然后將電壓變化的信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制著步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)窗簾的來(lái)回移動(dòng)。本設(shè)計(jì)正是把利用AT89C52 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及簡(jiǎn)單實(shí)用性，順利的完成了對(duì)智能控制的要求，并且為智能化的家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。此外，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，比如可以加上防火，防盜，甚至室內(nèi)煤氣濃度監(jiān)測(cè)等功能，會(huì)使該系統(tǒng)更具有實(shí)用性，而且也完善了系統(tǒng)。

21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，知識(shí)與科技成為時(shí)代的潮流，在它們的推動(dòng)下，智能化也因此得到了很大的發(fā)展，其作用在社會(huì)生活中日益得到彰顯。智能控制系統(tǒng)主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合而發(fā)揮作用。在通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)的迅猛發(fā)展潮流下，家庭生活實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化與智能化，居家環(huán)境也變得更加舒適與安全。智能化控制的工作原理自然離不開(kāi)運(yùn)算和控制單元，而該系統(tǒng)采用的主控器件AT89C52，正是運(yùn)算與控制單元的集合體。系統(tǒng)的整體主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由單片機(jī)擴(kuò)展的外圍電路以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種程序組成。本設(shè)計(jì)中介紹了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成以及軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，以盡最大可能滿足不同人對(duì)窗簾開(kāi)閉的不同需求。同時(shí)，系統(tǒng)在針對(duì)人們一般需求的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)外，還提出多種解決方案，在考慮到經(jīng)濟(jì)性和簡(jiǎn)便性的前提下，可以供日后對(duì)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行擴(kuò)展。

該設(shè)計(jì)通過(guò)分析電動(dòng)窗簾的現(xiàn)狀和人們對(duì)自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的功能的需求，從而對(duì)自動(dòng)窗簾控制器進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用以步進(jìn)電機(jī)作為單片機(jī)控制元件，執(zhí)行窗簾開(kāi)閉的主要任務(wù)；以光敏電阻作為檢測(cè)元件，以提供單片機(jī)外界光照的變化；89C52單片機(jī)作為主控制芯片，控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，此外，輔助以鍵盤和顯示電路，在各個(gè)電路模塊的配合下最終實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求。

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程主要分為一下幾個(gè)章節(jié)：

（1）緒論：介紹目前國(guó)內(nèi)外電動(dòng)窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀和研究的目的和意義。

（2）總體設(shè)計(jì)方案：概括自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的的總體設(shè)計(jì)方案選取以及硬件設(shè)計(jì)的總況。

（3）硬件設(shè)計(jì)：采用89C52單片機(jī)作為控制核心，并且輔助以外圍電路，其中包括電源電路，定時(shí)電路，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關(guān)電路。

（4）軟件設(shè)計(jì)：介紹各個(gè)功能模塊的的設(shè)計(jì)流程以及設(shè)計(jì)思路。

（5）總結(jié)：針對(duì)設(shè)計(jì)中的不足進(jìn)行再思考以及提出自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。

該系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)的最基本的功能，即通過(guò)電動(dòng)按鈕來(lái)開(kāi)閉窗簾，在此基本功能的前提下，本設(shè)計(jì)根據(jù)需求還設(shè)計(jì)了可以根據(jù)光照強(qiáng)度和設(shè)定時(shí)間自動(dòng)開(kāi)閉窗簾的功能，在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單實(shí)用經(jīng)濟(jì)的思想，盡量簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，用最簡(jiǎn)單的電路布線和選用最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的器件來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)基本功能：

（1）手動(dòng)控制：該功能是根據(jù)用戶的需求通過(guò)按鍵進(jìn)行窗簾的開(kāi)關(guān)，此功能可以使窗簾的開(kāi)閉處于任何一種狀態(tài)；

（2）光照自動(dòng)控制：系統(tǒng)可以根據(jù)用戶設(shè)定的光照強(qiáng)度值通過(guò)感光器采集光照自動(dòng)開(kāi)光窗簾；

（3）時(shí)間控制：此功能是根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間一次性開(kāi)關(guān)窗簾，并顯示當(dāng)前溫度。

（4）溫度報(bào)警系統(tǒng)：可以自行設(shè)置溫度報(bào)警溫度。

（5）時(shí)間顯示及鬧鐘系統(tǒng)：可以自行設(shè)置鬧鐘時(shí)間。

（6）手動(dòng)自動(dòng)控制按鍵隨時(shí)切換。

第2章 總體電路設(shè)計(jì)及其原理說(shuō)明

    單片機(jī)在各種電子產(chǎn)品中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，很多的電子產(chǎn)品利用單片機(jī)所取得的便利性得到了人們的好評(píng)，針對(duì)單片機(jī)控制的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的智能化要求，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制的方案有兩種：

    方案（一）基于溫度檢測(cè)以及聲控檢測(cè)器件的自動(dòng)控制

    方案（二）基于光照強(qiáng)度器件的自動(dòng)控制

    這二個(gè)方案都是基于單片機(jī)控制的，采用步進(jìn)電機(jī)控制以及液晶顯示，不同的設(shè)計(jì)部分在于檢測(cè)器件的選取上。

方案（一）的系統(tǒng)框圖如圖2.1：

             圖2.1   方案（一）的原理框圖

方案（二）的系統(tǒng)框圖如圖2.2。

                      圖2.2   方案（二）的原理框圖

    方案（一）與方案（二）的區(qū)別主要在于檢測(cè)器件的應(yīng)用，方案（一）采用溫度采集和聲音檢測(cè)元件，通過(guò)設(shè)定的溫度來(lái)控制窗簾的開(kāi)閉，以減少光照對(duì)室內(nèi)的溫度影響，利用聲音控制雖然方便性有所提高，但是其誤差較大。方案（二）采用的時(shí)鐘模塊實(shí)用性更強(qiáng)。綜合考慮以上因素，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案（二）。

2.2總體方案設(shè)計(jì)

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)是基于滿足設(shè)計(jì)要求的前提并且根據(jù)理論上的可實(shí)現(xiàn)性和硬件上的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，而進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。本章從人們對(duì)系統(tǒng)功能需求出發(fā)，在綜合考慮各種因素的情況下，設(shè)計(jì)出自動(dòng)控制系統(tǒng)的總體構(gòu)架，并且在基本功能需求的基礎(chǔ)上盡可能考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)家庭生活舒適性的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，窗簾作為每個(gè)家庭生活中最必須的家居用品之一，自然也需要滿足人民更舒適性的需求。窗簾最基本的作用無(wú)非是保護(hù)業(yè)主的個(gè)人隱私以及遮陽(yáng)擋塵等功能，但傳統(tǒng)的窗簾您必須手動(dòng)去開(kāi)關(guān)，每天早開(kāi)晚關(guān)也是挺麻煩的，特別是別墅或復(fù)式房的大窗簾，比較長(zhǎng)，而且重，用時(shí)需要很大的力才能開(kāi)關(guān)窗簾，特別不方便；于是電動(dòng)窗簾應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)有的電動(dòng)窗簾都可以自動(dòng)開(kāi)關(guān)閉窗簾，到了時(shí)間自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)光的但是他們也有些缺點(diǎn)。窗簾控制器的自動(dòng)開(kāi)關(guān)如何讓窗簾能夠開(kāi)關(guān)自如，停機(jī)的時(shí)間是否到位。

電動(dòng)窗簾主要有以下幾大功能：（1）手動(dòng)控制：該功能使電動(dòng)窗簾具有手動(dòng)正傳、手動(dòng)反轉(zhuǎn) 和手動(dòng)停止的功能。而且增加了工作狀態(tài)指示，電機(jī)工作在正傳、反轉(zhuǎn)和停止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，發(fā)光二極管管均有不同工作狀態(tài)指示。（2）自動(dòng)控制：根據(jù)光照強(qiáng)弱來(lái)控制窗簾的打開(kāi)與關(guān)閉。（3）時(shí)間控制 “天黑關(guān)閉，天亮打開(kāi)”具有智能管理，不產(chǎn)生誤動(dòng)作。窗簾的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止功能可由單片機(jī)輸出電平來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)。環(huán)境亮度的控制通過(guò)光敏電阻和運(yùn)放組成的電路來(lái)控制單片機(jī)輸出電平繼而控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。時(shí)間自動(dòng)控制可以由定時(shí)器來(lái)控制

自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2.3所示。

圖2.3  電動(dòng)窗簾控制器結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)光照來(lái)開(kāi)閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強(qiáng)度，從光傳感器采集的信號(hào)利用信號(hào)校正電路放大，濾波后輸入單片機(jī)。傳入的信號(hào)由89C52單片機(jī)來(lái)控制，并且做出響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止。顯示模塊是用來(lái)顯示自動(dòng)窗簾控制器的各種狀態(tài)。鍵盤作為輸入設(shè)備，通過(guò)不同按鍵來(lái)控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

AT89S52的塑封圖如圖3.1所示，它為DIP40雙列直插塑料封裝。AT89S52作

為系統(tǒng)的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件進(jìn)入正常工作狀態(tài)。因此，下面對(duì)AT89S52進(jìn)行必要的說(shuō)明，AT89S52的管腳如圖3.2所示。

圖3.1  AT89C52封裝圖                      圖3.2  AT89s52引腳圖

單片機(jī)電路在本系統(tǒng)中作為主控芯片首先對(duì)外部電路采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)PWM信號(hào)給L297，然后通過(guò)L298驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)按鍵掃描實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)控制。

用DS1302時(shí)鐘芯片，DS18B20溫度傳感器，以及1602液晶，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、溫度的顯示。以及鬧鐘、溫度報(bào)警等功能。

（1）VCC：40腳，供電電壓，一般接+5V電壓。

（2）GND：20腳，接工作地。

（3）P0口：1～8腳，P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。

當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上電阻。但是P0口在程序校驗(yàn)作為輸出指令字節(jié)時(shí)，需要外部加上拉電阻，一般上拉電阻選4.7K～10K為宜。本設(shè)計(jì)中用5.1K的排阻對(duì)P0口進(jìn)行上拉電平。

（4）P1口：32～39腳，P1口是一個(gè)內(nèi)部具有上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個(gè)TTL門電流。P1端口寫(xiě)入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為作輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。

（5）P2口：20～27腳，P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。

（6）P3口：10～17腳，P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。

（7）RESET：9腳，復(fù)位輸入端。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

（8）：30腳，當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于系統(tǒng)校驗(yàn)。

（9）PSEN：29腳，外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。

（10）：31腳，訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，讀取外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)端為高電平時(shí)，則讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，設(shè)計(jì)中一般接高電平。

（11）XTAL1：19腳，振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。如采用外部時(shí)鐘源時(shí)，XTAL1為輸入端。

（12）XTAL2：18腳，振蕩器反相放大器的輸出端。如采用外部時(shí)鐘源時(shí)，XTAL2應(yīng)懸空不接。

電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過(guò)基準(zhǔn)頻率來(lái)控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。

圖3.3是單片機(jī)的晶振電路。片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz～24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在20pF～100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。

振蕩周期＝；

                      機(jī)器周期

                      指令周期T＝。

XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無(wú)論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時(shí)鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。

圖3.3  單片機(jī)晶振電路圖

復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過(guò)程中需要在復(fù)位引腳RST上加大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖3.4所示的RST 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。

圖3.4  復(fù)位電路圖

DS1302芯片的接口電路如圖3.5所示。

                         圖3.5  時(shí)鐘電路圖

本設(shè)計(jì)使用的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路芯片DS1302，時(shí)鐘芯片在本系統(tǒng)中除了起到時(shí)間的顯示外，還在時(shí)間控制中起到重要作用，所以是必不可少的。

其引腳如圖3.14所示。VCC1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC2兩者中的較大者供電；當(dāng)VCC2大于VCC1＋0.2V時(shí)，VCC2給DS1302供電；當(dāng)VCC2小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。是復(fù)位/片選線，通過(guò)把輸 入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。                       

3.14 DS1302引腳圖

輸入有兩種功能。首先，接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)在Vcc≥2.5V之前，必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK始終是輸入端。本設(shè)計(jì)入端。本設(shè)計(jì)連接圖如圖3.15所示，其中C1和C2起微調(diào)晶振的作用。

采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20,與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比, 他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量, 并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線( 單線接口) 讀寫(xiě), 溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線, 總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電, 而無(wú)需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單,可靠性更高，成本更低。測(cè)量溫度范圍為～55℃～+125℃。C，在一10℃～+85℃。C范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS1822的精度較差為±2℃。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。其引腳分布如圖2-4所示

圖2-4 DS18B20引腳圖

引腳功能如下:

NC(1 、2 、6 、7 、8腳) :空引腳,懸空不使用。

VDD(3腳):可選電源腳,電源電壓范圍3～5.5V。

DQ(4腳):數(shù)據(jù)輸入/輸出腳,漏極開(kāi)路,常態(tài)下高電平。

                                                                3.2.5鍵盤電路

鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。本設(shè)計(jì)中的鍵盤采用獨(dú)立鍵盤式。SW1為調(diào)整時(shí)間以及溫度、鬧鐘的進(jìn)入、退出按鍵。SW2為選擇調(diào)整時(shí)間、調(diào)整鬧鐘、調(diào)整溫度報(bào)警上限。SW3為 加1鍵。SW4為 減1 鍵。SW5為窗簾自動(dòng)、手動(dòng)控制切換。SW6為手動(dòng)控制時(shí)打開(kāi)與關(guān)閉的控制。

如圖3.6所示。

                         圖3.6 鍵盤接口電路

獲取鍵盤信息的方法有2種，我們經(jīng)常用到的是掃描法。在掃描法中，所有的行線固定為輸出端口，并依次輸出低電平；所有列線固定為輸入端口，用來(lái)檢測(cè)按鍵狀態(tài)。當(dāng)全部按鍵均松開(kāi)時(shí)，從列線上檢測(cè)不到行線輸出的低電平。當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，只有在對(duì)應(yīng)的行線輸出低電平時(shí)才能在對(duì)應(yīng)的列線端口檢測(cè)到低電平。按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。一般消除抖動(dòng)采用軟件方法來(lái)解決，將在軟件部分介紹這點(diǎn)。

3.2.6 顯示電路

液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各種小系統(tǒng)中得到了更廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中使用的液晶顯示模塊是LCD1602。圖3.3所示為本設(shè)計(jì)LCD1602的連接圖。

                      圖3.3 LCD1602連接圖

LCD1602是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器模塊，它顯示的容量為2行16個(gè)字。其實(shí)物如圖3.4和圖3.5所示，它的顯示內(nèi)容豐富、體積小、美觀和易于控制都是本設(shè)計(jì)選擇作為顯示模塊的原因。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3.6所示。

圖3.4 LCD1602正面圖

圖3.5  LCD1602反面圖

圖3.6  LCD1602引腳結(jié)構(gòu)圖

窗簾自動(dòng)控制系統(tǒng)的光控功能是可以根據(jù)光照的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)控制窗簾的開(kāi)閉的，因此需要用到光照傳感元器件，在本設(shè)計(jì)中采用了光敏電阻。

光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫，多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)，太陽(yáng)能庭院燈，草坪燈，驗(yàn)鈔機(jī)，石英鐘，音樂(lè)杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開(kāi)關(guān)，路燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)以及各種光控玩具，光控?zé)麸棧瑹艟叩裙庾詣?dòng)開(kāi)關(guān)控制領(lǐng)域。

應(yīng)用光控原理工作，天亮窗簾自動(dòng)打開(kāi)，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉。由運(yùn)放組成比較電路，同向輸入端有兩個(gè)電阻分壓得到一個(gè)電壓值，作為基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而反相輸入端用一個(gè)光敏電阻對(duì)外部環(huán)境的光線進(jìn)行采集，利用光敏電阻暗時(shí)電阻大，亮?xí)r電阻小的特點(diǎn)，來(lái)確定反向輸入端的電壓值。再兩者進(jìn)行比較，比較后的信號(hào)再送入單片機(jī)AT89S52的P1^3口，從而通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動(dòng)打開(kāi)，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉這一自動(dòng)控制功能。

。

光敏電阻連接如圖3.11所示。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。下圖為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行原理框圖。

     在步進(jìn)電機(jī)控制電路中，步進(jìn)控制器的作用是把輸入脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。在實(shí)際應(yīng)用中由軟件代替步進(jìn)控制器，其優(yōu)點(diǎn)是使線路簡(jiǎn)化，降低成本，可靠性提高。在窗簾控制系統(tǒng)中選用了型號(hào)為130HZ308-450的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是力矩大，精度高，其步進(jìn)角度是1.2°。步進(jìn)電機(jī)電路與單片機(jī)的連接如圖3.12。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要有幾部分組成，其中包括顯示子程序，按鍵子程序，定時(shí)時(shí)鐘程序，步進(jìn)電機(jī)控制程序等。本章介紹了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的主程序以及各主要部分功能程序的設(shè)計(jì)過(guò)程，程序代碼詳見(jiàn)附錄。

主程序構(gòu)成無(wú)限循環(huán)，主要完成單片機(jī)初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描，電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。

主程序的流程圖如圖4.1所示。

啟動(dòng)主程序，先關(guān)中斷并且設(shè)置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯示內(nèi)容；然后執(zhí)行按鍵查詢，執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果是設(shè)定鍵，則設(shè)定時(shí)間，開(kāi)始計(jì)時(shí)；到時(shí)間后步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始相應(yīng)的工作，工作完成后停機(jī)。如果是電機(jī)控制鍵，則也執(zhí)行相應(yīng)的工作。如果都不是，則是復(fù)位鍵，采取復(fù)位操作。

步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：

★ 判斷旋轉(zhuǎn)方向；

★ 按順序傳送控制脈沖；

★ 判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。

圖4.2.1 步進(jìn)電機(jī)工作流程圖

顯示程序開(kāi)始后，起始地址60H發(fā)送到R0，01H發(fā)送至顯示位代碼R2，再將位代碼發(fā)送到單片機(jī)A口，，單片機(jī)取顯示數(shù)據(jù)查表轉(zhuǎn)換成顯示代碼發(fā)送至單片機(jī)B口，延時(shí)2ms，指針R0加1，然后判斷6顯示是否完成。如果完成則返回，沒(méi)完成則位代碼R2左移一位，繼續(xù)顯示查表，一直到6位顯示完成后返回。

顯示子程序流程圖如圖4.2.2所示。

圖4.2.2 顯示部分流程圖

按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開(kāi)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或者重復(fù)執(zhí)行。現(xiàn)在用軟件延時(shí)的方法來(lái)避開(kāi)抖動(dòng)階段。在判斷是否有鍵閉合后都延時(shí)5ms，按下鍵后再延時(shí)12ms就可以避免鍵盤的抖動(dòng)。然后鍵碼分析，執(zhí)行相應(yīng)的模塊，顯示后返回。

鍵盤子程序如圖4.2.3所示。

圖4.2.3  鍵盤程序流程圖

定時(shí)的主要功能是在設(shè)定時(shí)間單片機(jī)能夠得到中斷信號(hào)，從而控制窗簾的開(kāi)關(guān)。時(shí)鐘發(fā)出50ms的信號(hào)給單片機(jī)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到20，則過(guò)了1秒，秒單元數(shù)值加1，當(dāng)秒單元到達(dá)60，分單元數(shù)值加1，秒單元清零。當(dāng)時(shí)單元到達(dá)24，時(shí)單元清零。標(biāo)志1天時(shí)間計(jì)滿，把他們的值放到存儲(chǔ)單元的指定單元。圖4.2.4是定時(shí)功能流程圖。

4.2.6 DS18B20測(cè)溫流程圖

圖2-5 測(cè)溫流程圖

    本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)。在總體方案設(shè)計(jì)中以光敏電阻作為傳送信號(hào)的傳感器，用步進(jìn)電機(jī)作為信號(hào)輸出的執(zhí)行元件，89C52單片機(jī)作為主要的控制元器件，并且應(yīng)用了按鍵以及和顯示電路。應(yīng)用89C52單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)減少了硬件的復(fù)雜性，光敏電阻接收外界光照信號(hào)，經(jīng)過(guò)A\D轉(zhuǎn)換后，傳送給單片機(jī)一個(gè)電信號(hào)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理后，控制步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作，以控制窗簾的開(kāi)閉。在實(shí)現(xiàn)一般應(yīng)用的基礎(chǔ)上，又添加了定時(shí)元器件電路，使窗簾的自動(dòng)化性能得到進(jìn)一步提升。光敏電阻的良好感光性以及步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便的優(yōu)點(diǎn)使窗簾控制開(kāi)關(guān)更加穩(wěn)定。

本次設(shè)計(jì)的整個(gè)研究與設(shè)計(jì)過(guò)程包括選題、設(shè)計(jì)以及完善等。首先，在選題方面查閱了很多與項(xiàng)目有關(guān)的資料和課題并且制定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃，然后將這些方案落實(shí)到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中。其次，在制定的方案基礎(chǔ)上運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)硬件以及軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。最后，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)一步修繕，以求達(dá)到最佳設(shè)計(jì)結(jié)果。雖然設(shè)計(jì)內(nèi)容完成了基本的功能，但是其中還是存在一定欠缺，比如在設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到窗簾工作方式的顯示以及沒(méi)有添加類似紅外遙控的設(shè)計(jì)等。

    此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)之外也讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和全面地掌握了單片機(jī)相關(guān)技術(shù)，從本次設(shè)計(jì)中我更加深刻地認(rèn)識(shí)到理念來(lái)源于實(shí)際的含義。在和同學(xué)以及老師的就相關(guān)問(wèn)題的互相討論交流中，我認(rèn)識(shí)到自己的很多不足，但在這些不足中我又學(xué)到了很多知識(shí)，使我的綜合應(yīng)用能力有了很大提高。

經(jīng)過(guò)這么長(zhǎng)時(shí)間的忙碌，設(shè)計(jì)和文檔已經(jīng)接近尾聲。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于經(jīng)驗(yàn)的缺乏以及知識(shí)的局限性，難免有許多考慮不周全的地方，在選題，設(shè)計(jì)等方面，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，沒(méi)有同學(xué)們的支持和幫助，單獨(dú)完成這個(gè)設(shè)計(jì)，其中還是有一定難度的。在文檔完稿之際，我想借此機(jī)會(huì)對(duì)在完成設(shè)計(jì)期間關(guān)心、幫助、支持和鼓勵(lì)過(guò)我的老師、同學(xué)以及朋友們致以最誠(chéng)摯的謝意和最衷心的祝福！

首先我要感謝的是我的導(dǎo)師老師，在完成整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，老師給我提供了很大的幫助，在選題、設(shè)計(jì)以及修改文檔的各個(gè)環(huán)節(jié)里老師給我指出了很多錯(cuò)誤，提出了很多寶貴意見(jiàn)，對(duì)于設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題也是耐心的回答和指導(dǎo)，讓我能夠順利的完成設(shè)計(jì)。在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。

其次要感謝的是所有在大學(xué)四年中教育指導(dǎo)過(guò)我的所有老師，你們傳授給我的專業(yè)知識(shí)是我完成本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是日后踏入工作崗位的重要基石，對(duì)于老師們一絲不茍，兢兢業(yè)業(yè)的精神表示衷心的感謝。

最后我還要向所有關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友和同學(xué)們表示真摯的謝意！感謝你們對(duì)我的關(guān)心、關(guān)注和支持。

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2018-5-26 02:03 上傳

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