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光感主动窗帘控制系统设计课程设计.doc

  计算机控制技巧 课 程 设 计 后果评定表 设计课题 光感主动窗帘控制系统设计 卒业设计(论文)原创性声明和应用授权说明 原创性声明 自己慎重许诺:所呈交的卒业设计(论文),是我团体在指导教员的指导下停止的研究任务及取得的后果。尽我所知,除文中特别加以标注和申谢的中央外,不包罗其他人或组织曾经颁布发表或宣布过的研究后果,也不包罗我为取得 及其它教导机构的学位或学历而应用过的资料。对本研究供给过协助和做出过贡献的团体或团体,均已在文中作了明确的说明并表现了谢意。 作 者 签 名: 日 期:  指导教员签名: 日 期: 应用授权说明 自己完整了解 大年夜学关于汇集、保管、应用卒业设计(论文)的规矩,即:依照黉舍请求提交卒业设计(论文)的印刷本和电子版本;黉舍有权保管卒业设计(论文)的印刷本和电子版,并供给目次检索与阅览效劳;黉舍可以采取影印、缩印、数字化或其它复制手腕保管论文;在不以赚钱为目标条件下,黉舍可以宣布论文的局部或全部内容。 作者签名: 日 期:  学位论文原创性声明 自己慎重声明:所呈交的论文是自己在导师的指导下自力停止研究所取得的研究后果。除文中特别加以标注援用的内容外,本论文不包罗任何其他团体或团体曾经颁布发表或撰写的后果作品。对本文的研究做出主要贡献的团体和团体,均已在文中以明确方法标明。自己完整看法到本声明的司法结果由自己承当。 作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权应用授权书 本学位论文作者完整了解黉舍有关保管、应用学位论文的规矩,赞成黉舍保管并向国家有关部分或机构送交论文的复印件和电子版,许可论文被查阅和借阅。自己授权 大年夜学可以将本学位论文的全部或局部外容编入有关数据库停止检索,可以采取影印、缩印或扫描等复制手腕保管和汇编本学位论文。 涉密论文按黉舍规矩处理。 作者签名:日期: 年 月 日 导师签名: 日期: 年 月 日 计算机控制技巧 课程设计义务书 师长教师姓名 专业班级 学号 题 目 光感主动窗帘控制系统设计 课题性质 工程设计 课题起源 自拟 指导教员 主要内容 (参数) 应用89C51单片机设计光感主动窗帘控制系统,完成以下功用: 1.可以手动控制窗帘的开与关; 2.可以设按时间来翻开或封闭窗帘; 3.系统能依据亮度的分歧来控制窗帘翻开水平的大年夜小; 4.用户能经过键盘电路设定开关时间,并及时显示在数码管显示器上; 义务请求 (进度) 第1天:熟悉课程设计义务及请求,查阅技巧资料,肯定设计计划。 第2天:依照肯定的计划设计单位电路。请求画出单位电路图,元件及元件参数选摘要有依据,各单位电路的设计要有具体论述。 第3天:画各局部流程图,停止软件设计,编写依次。 第4-5天:撰写课程设计申报。请求内容完整、图标了了、言语流畅、格局规范、计划公道、设计准确。 主要参考 资料 [1] 杨家成.单片机道理与应用及C51依次设计.北京:清华大年夜学出版社,2007 [2] 夏路易 石宗义.Protel 99se电路道理图与电路板设计教程.北京:北京欲望电子出版社,2004 [3] 朱玉玺.计算机控制技巧.北京:电子工业出版社,2010 [4] 邓兴成.单片机道理与实际指导.北京:机械工业出版社,2010 [5] 瞿贵荣.电动窗帘红外遥控电路.家庭电子,2005 [6] 阎石.数字电子技巧基础.北京:初等教导出版社,2009. 审查看法 系(教研室)主任签字: 年 月 日 目 录 1 概述4 1.1 研究配景4 1.2 设计思维及基本功用4 2 整体计划设计5 2.1 计划拔取5 2.2 系统框图8 2.3 整体计划设计8 3 硬件电路设计9 3.1 电源电路设计9 3.2 晶振电路10 3.3 复位电路11 3.4 时钟电路12 3.5 键盘电路14 3.6 显示电路14 3.7 A/D转换电路17 3.8 光敏传感器18 3.9 步进电机20 4 系统软件设计22 4.1 主依次软件设计22 4.2 键盘依次设计23 4.3 按时依次设计25 4.4 步进电机依次设计26 5总结28 参考文献29 附录 系统道理图29 1 概述 1.1 研究配景 随同着信息化时代的到来,人们的生活速度和对生活质量的寻求也在大年夜幅提高。智能化的产品设计在修改听们任务方法与生活习惯的同时,让人们对生活质量的晋升提出了更高的请求,便利、温馨成了人们所寻求的生活方法,在现代家庭生活情况中,居家情况早已不只仅局限在物理空间上,人们更加存眷的是一个平安、便利、温馨的情况。智能化的电子产品和设计将之前的主动运植物体改变成人们可以便利操控的对象,这些产品具有供给全方位的信息交换的功用,不只可以优化人们的生活方法,协助人们公道的安插时间,增强居家情况的平安性,乃至还可认为各类动力费用浪费资金。 在智能化产品中,单片机的应用曾经愈来愈遍及,单片机以它体积小、质量轻、耗电省、牢靠性高、价格高等长处,末尾不时开展,并遍及应用于仪器仪表、家用电器、医疗装备、航天航空范围、工业公用装备的办理及过程控制等范围,在很多的大年夜中型的电气装备和小型的电子产品中也用到了单片机停止控制。 针对人们对智能化的需求和对温馨生活的寻求,窗帘主动控制系统修改了传统窗帘的优势,它可以依据外界光照强度的分歧而主动开闭窗帘,也能够依据人们设定的时间来控制窗帘。该系统应用光敏电阻检测光照强度的变更,而且将光敏检测模块的电阻变更转化为电压变更,然后将电压变更的旌旗灯号送单片机,单片机经过电机驱动模块控制着步进电机的正反转完成窗帘的往返移动。本设计正是把应用AT89C51 单片机的长处和复杂实用性,顺利的完成了对智能控制的请求,而且为智能化的家居装备供给了优胜的基础。另外,对该系统停止扩大,比如可以加上防火,防盗,乃至室内煤气浓度监测等功用,会使该系统更具有实用性,而且也完美了系统。 1.2 设计思维及基本功用 该系统具有通俗的窗帘控制系统的最基本的功用,即经过电动按钮来开闭窗帘,在此基本功用的条件下,本设计依据需求还设计了可以依据光照强度和设按时间主动开闭窗帘的功用,在拔取设计计划和采取元器件方面,该系统本着复杂实用经济的思维,尽可能简化电路设计,用最复杂的电路布线和选用最经济实用的器件来到达设计请求。 光感主动窗帘控制系统具有以下几个基本功用: (1)手动控制:该功用是依据用户的需求经过按键停止窗帘的开关,此功用可使窗帘处于开闭的任何一种形状; (2)主动控制:系统可以经过感光器收集室内光照强度,依据亮度的分歧而主动控制窗帘的翻开水平; (4)时间控制:此功用是依据用户设定的时间在特定的时间点一次性开关窗帘。 2 整体计划设计 2.1 计划拔取 单片机在各类电子产品中的应用曾经愈来愈遍及,很多的电子产品应用单片机所取得的便利掉掉落了人们的好评,针对单片机控制的主动窗帘控制系统的智能化请求,完成其主动控制的计划有两种: 计划(一)系统的传动机构应用直流电机,窗帘只要两个复杂的形状:完整翻开和完整封闭; 计划(二)系统的传动机构应用更准确灵敏的步进电机,使得窗帘从封闭到完整翻开之间有6个分歧的等级。 这二个计划都是基于单片机控制的,光线感应和数码管显示,分歧的设计局部在于传动机构和窗帘的设计方法的拔取上。 计划(一)的窗帘因为只要完整开与完整关两种形状,所以窗帘自身设计不需求太复杂,采取通俗的卷帘便可。封闭时,电机扭转全部放下卷帘;翻开时,电机将卷帘全部卷起。 计划(二)的窗帘从完整封闭到完整翻开按翻开水平有0~5共六个等级,窗帘设计成相似百叶窗的方法,经过步进电机可以准确控制每个叶片的扭转角度,从而控制开关水平的大年夜小。当叶片与窗户面平行时,窗帘完整封闭;当叶片与窗户面垂直时,窗帘完整翻开。 下面图2.1所示是计划(一)的后果图;图2.2是计划(二)的后果图: 图2.1 计划(一)卷帘后果图 图2.2 计划(二)百叶窗式后果图 鉴于计整齐这类卷帘现在市场上曾经开展很好,没有太多继续研究的价值,而且其窗帘控制过于单一,而且不如计划二的百叶窗式的窗帘美不美观。图2.3所示是百叶窗封闭翻开的道理图,图2.4是步进电机驱动百叶窗各叶片的物理截面图,其依据光照强度的大年夜小有分歧水平的翻开,可以更准确的满足用户的需求,所以本设计选择计划二。 图2.3 百叶窗道理图 图2.4 步进电机与百叶窗叶片连接截面图 2.2 系统框图 计划(二)的系统框图如图2.5。 图2.5 系统框图 2.3 整体计划设计 主动窗帘控制系统整体计划设计是基于满足设计请求的条件而且依据实际上的可完成性和硬件上的经济实用性,而停止设计的主要环节。本章从人们对系统功用需求出发,在综合思考各类要素的状况下,设计出主动控制系统的整体构架,而且在基本功用需求的基础上尽能够思考系统的可扩大性。 随同入神信技巧的开展和人平易近生活水平的日趋提高,人们对生活温馨性的寻求愈来愈剧烈,而窗帘在每个家庭生活是必备的,其基本功用是保护住户的隐私和隐瞒阳光等。基于这些感化窗帘的便利性天然也遭到家庭的存眷。但传统的窗帘绝大年夜局部是用手去开关,每天开关不只不省力,而且还能够错过最好光照时间,特别是大年夜窗帘,比拟重,而且长,在开闭时需求费很鼎力量才华开关窗帘,特别不便利;针对这类现象,电动窗帘便由此发生。现有的电动窗帘基本上都可以应用按键控制,主动开封闭窗帘,固然省了力量,然则有些方面的设计照样不够兽性化。对此,本控制系统提出可以依据光照和按时等开关窗帘,具体有以下几大年夜功用: (1)手动控制形状:此功用使主动窗帘控制系统具有手动拉开、封闭的功用,便利用户控制。 (2)亮度主动控制:此功用是依据室内光照强度的大年夜小,来决定百叶窗每个叶片的扭转角度从而控制窗帘翻开的大年夜小水平。 (3)时间主动控制:此功用依据用户需求,设定需求开闭窗帘的时间,经过输入的开启或封闭时间,控制窗帘开关。 光感主动窗帘控制系统设计的整体框图如图2.6所示。 图2.6 电动窗帘控制器结构框图 依据光照来开闭窗帘主要道理是用光敏电阻收集外界的光强度,从光传感器收集的旌旗灯号应用旌旗灯号校订电路缩小,滤波后输入到A/D转换器,因为A/D转换器件的转换需求一按时间,一旦在这段时间内旌旗灯号爆发变更,转换结果将会出现偏向,所以在转换时代要应当采取采样保持电路。传入的旌旗灯号由89C51单片机来控制,而且做出照顾,以完成电机的正转、反转与中断。显示模块是用来显示主动窗帘控制器的各类形状。键盘作为输入装备,经过分歧按键来控制单片机停止各类运转形状。 3 硬件电路设计 3.1 电源电路设计 单片机正常任务电压为5V,因此设计的电源电路主如果供给单片机任务电压。图3.1是为单片机供给电压的电源电路。在这个电路中采取了三端集成稳压器LM7805,可以输入5V的直流电压以供应单片机。 图3.1 电源电路图 3.2 晶振电路 电路中的晶振即石英晶体震动器。因为石英晶体震动用具有十分好的频率动摇性和抗外界搅扰的才华,所以,石英晶体震动器是用来发生基准频率的。经过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时,它还可以发生振荡电流,向单片机收回时钟旌旗灯号。 图3.2是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟发生电路,CPU的一切操作均在时钟脉冲同步下停止。片内振荡器的振荡频率十分接近晶振频率,通俗多在1.2MHz~24MHz之间拔取。C1、C2是反应电容,其值在20pF~100pF之间拔取,典范值为30pF。本电路选用的电容为30pF,晶振频率为12MHz。 振荡周期=; 机械周期 指令周期=。 XTAL1接外部晶体的一个引脚,XTAL2接外晶体的另外一端。在单片机外部,接至上述振荡器的反相缩小器的输入端。采取外部振荡器时,对HMOS单片机,该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交变电场时,它将会发生必然频率的机械变形,而这类机械振动又会发生交变电场,上述物理现象称为压电效应。通俗状况下,不管是机械振动的振幅,照样交变电场的振幅都十分小。然则,当交变电场的频率为某一特定值时,振幅突然增大年夜,发生共振,称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率,也称谐振频率。石英晶振起振后要能在XTAL2线上输入一个3V摆布的正弦波,以便使MCS-51片内的OSC电路按石英晶振相反频率自激振荡。平日,OSC的输入时钟频率fOSC为0.5MHz-16MHz,典范值为12MHz或许11.0592MHz。电容C1和C2可以协助起振,典范值为30pF,疗养它们可以到达微调fOSC的目标。 图3.2 单片机晶振电路图 3.3 复位电路 复位电路的主要功用是使单片机停止初始化,在初始化的过程当中需求在复位引脚上加大年夜于2个机械周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为0000H,然后继续从0000H单位末尾履行依次。在复位电路中供给复位旌旗灯号,等到系统电源动摇后,再撤消复位旌旗灯号。然则为了在复位按键动摇的条件下,电源动摇后还要经必然的延时才撤消复位旌旗灯号,以防在按键过程当中惹起的颤抖而影响复位。图3.3所示的 RC 复位电路可以完成上述基本功用。 图3.3 复位电路图 3.4 时钟电路 DS12887芯片和AT89C5l单片机的接口电路如图3.4所示。 图3.4 时钟电路图 个中DS12887的形式经过选择脚MOT接地来肯定,DS12887的中缀输入端IQR和89C51的外部中缀INT0接口相联 ,R/W 接口与单片机89C51的RD/WR接口相连;而DS12887的AS端口和单片机89C51的AIE端直接相联。DS12887的SQW端与单片机89C51的TO端相连。DS12887的高位地址由端口P2.7来片选,DS12887的高8位地址设定为7FH,低8位由芯片外部各单位的地址来定。 DS12887外部由振荡电路,分频电路,周期中缀/方波选择电路,14字节时钟和控制单位,114字节用户非易掉RAM,十进制/二进制累加器,总线接口电路,电源开关写保护单位和外部锂电池等局部构成。DS12887引脚分派如图所示: Vcc:直流电源+5V电压。当5V电压在正常范围内时,数据可读写;当Vcc低于4.25V,读写被避免,计时功用仍继续;当Vcc降低到3V以下时,RAM和计时器供电被切换到外部锂电池。 MOT(形式选择):MOT引脚接到Vcc时,选择MOTOROLA时序,当接到GND时,选择Intel时序。 SQW(方波旌旗灯号输入):SQW引脚能从及时钟外部15级分频器的13个抽头当选择一个作为输入旌旗灯号,其输入频率可经过对寄存器A编程修改。 AD0-AD7(双向地址/数据复用线):总线接口,可与Motorola微机系列和Intel微机系列接口。 AS(地址选通输入):用于完成旌旗灯号分别,在AD/ALE的降低沿把地址锁入DS12887。 DS(数据选通或读输入):DS/RD引脚有两种操作形式,取决于MOT引脚的电平,当应用Motorola时序时,DS是一正脉冲,出现在总线周期的后段,称为数据选通;在读周期,DS指导DS12887驱动双向总线的时辰;在写周期,DS的后沿使DS12887锁存写数据。选择Intel时序时,DS称作(RD),RD与典范存贮器的许可旌旗灯号(OE)的定义相反。 R/W(读/写输入):R/W引脚也有两种操作形式。选Motorola时序时,R/W是低电平旌旗灯号时,指导以后周期是读或写周期,DS为高电平常,R/W高电平指导读周期,R/W旌旗灯号一低电平旌旗灯号,称为WR。在此形式下,R/W引脚与通用RAM的写许可旌旗灯号(WE)的含义相反。 CS(片选输入):在访问DS12887的总线周期内,片选旌旗灯号必须保持为低。 IRQ(中缀恳求输入):低电平有效,可作微处理的中缀输入。没有中缀的条件满足时,IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入,请求外接上接电阻。 RESET(复位输入):当该脚保持低电平时间大年夜于200ms,保证DS12887有效复位。 3.5 键盘电路 键盘在由单片机控制的窗帘主动控制系统中的主要感化是经过按键向单片机输入指令,个中主要包罗设按时间,控制窗帘的开关等等功用,是人工控制单片机的主要手腕。在窗帘控制系统设计中的键盘采取的是4×4矩阵键盘。这16个按键辨别为:设定键主如果用来设定主动窗帘翻开或许封闭的时间;0-9数字键,其感化主如果用于设按时间;复位键主要应用在依次掉足和误操作的时分使单片机复位,从而从新设定;反转键是使步进电机反转,控制窗帘封闭;正转键是使步进电机正转,从而控制窗帘翻开;中断键可以控制步进电机中断任务,窗帘控制器中断运转;肯定键主如果用于在时间设定完成后确实定输入。 因为按键比拟多,独自设置按键会添加整体设计的复杂性,而且为了增加所占用的端口,可以将按键构成一个矩阵,如图3.5所示。 图3.5 键盘接口电路 3.6 显示电路 显示电路主如果用于显示时间。采取LED数码管停止显示是因为LED数码管具有以下几个长处:(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光,能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光照顾时间极短(.若确认按下20ms,掉掉落有效键值等待弹起 2>.若不是按下20ms直接完毕处理(ret)。 b.若不相反则将标记清零完毕处理(ret)。 (2)若不是首次按下:将键值暂存起来,标记置位完毕处理。 假设无键值,则辨别可否有键值已被确认 (1)如有键已被确认:辨别按键可否首次抬起 a.若首次抬起:辨别抬起延不时间(20ms)可否抵达 1>.若延时到则将标记处理完毕处理。 2>.若延时未到直接完毕处理(ret)。 b.若非首次抬起:直接完毕处理(ret)。 (2)若没有键被确认:直接完毕处理(ret)。 4.3 按时依次设计 按时依次的主要感化是在用户设定的时间后可使单片机收到一个中缀旌旗灯号,从而收回响应的指令,控制窗帘的开关。时钟芯片收回50ms的旌旗灯号给单片机后,计数器末尾任务,计数器记到20,则时间即为1秒,秒单位加1,当秒单位计数到60,分单位加1,此时秒单位清零。事先单位计数到24,时单位清零。图4.3是按时依次流程图。 图4.3 按时依次流程图 4.4 步进电机依次设计 步进电机是操控窗帘开闭的主要履行器件,其设计主如果依照单片机指令和按键指令停止正转或许反转。图4.4是步进电机依次流程图。 图4.4 步进电机依次流程图 步进电机依次设计的主要义务是: (1)辨别扭转标的目标; (2)按依次传送控制脉冲; (3)辨别所请求的控制步数可否传送终了。 关于三相单三拍的设计,其控制方法模型以下: 步 序 控 制 位 任务 形状 控制 模型 P.7 P.6 P.5 P.4 P.3 P.2 C相 P.1 B相 P.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 总之,只需按必然的依次修改 P1.0~P1.2 三位通电的状况,便可控制步进电机依选定的标的目标步进。而关于节奏比拟多的控制依次,平日采取轮回依次停止设计。 5总结 经过一周的资料查找和设计,我已完成了计算机控制的课程设计。本文设计了光感电动窗帘控制器的智能系统,引见了电动窗帘控制器的硬件电路设计到软件设计的一系列步调。本设计采取步进电机作为履行元件,以光敏电阻作为检测元件,89C51单片机作为控制芯片,辅佐键盘和显示,完成了电动窗帘控制器的多项智能项目。 纵不美观全部设计系统,单片机应用了经常使用的AT89C51单片机,从而使全部控制芯片管窥蠡测。熟悉的控制芯片设计起来也是随心所欲。所用芯片复杂实用,增加了开辟和硬件开支。传感器局部应用光敏电阻,可以继续性的检测外界光强变更,经过电桥电路后的旌旗灯号进入比拟器,可以得出一个旌旗灯号,此旌旗灯号经过缩小,A/D转换落伍入单片机,经过单片机的脉冲旌旗灯号进而控制步进电机的运转。本设计的步进电机可以很好的履行单片机的敕令。步进电机为一种数字伺服履行元件,具有结构复杂、运转牢靠、控制便利、控制功用好等长处。使得窗帘的开关越发的准确,动摇。设计的时钟电路合营单片机的按时功用,加上光电传感器的检测光强很好的处理了主动控制这项功用。 同时,因为设计的时间和才华有限,还有很多功用和技巧没有充沛研究,能够存在不公道的中央。其次,显示功用中还没有显示电动窗帘控制器的任务方法。控制器固定,没有蓝牙和红外控制功用。然则,一个完整的课程设计过程,让我控制了单片机系统和电子操作软件等方面的常识,特别是熟悉了用protel画电路道理图和用visio画依次流程图。这使我在入手才华方面有很大年夜的晋升,也给往后更胜利、完美的设计打下坚实的基础。 参考文献 [1] 杨家成.单片机道理与应用及C51依次设计.北京:清华大年夜学出版社,2007 [2] 夏路易 石宗义.Protel 99se电路道理图与电路板设计教程.北京:北京欲望电子出版社,2004 [3] 朱玉玺.计算机控制技巧.北京:电子工业出版社,2010 [4] 邓兴成.单片机道理与实际指导.北京:机械工业出版社,2010 [5] 瞿贵荣.电动窗帘红外遥控电路.家庭电子,2005 [6] 阎石.数字电子技巧基础.北京:初等教导出版社,2009. 附录 系统道理图 1

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