智能窗帘控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

智能窗帘控制系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

源 电 路 复 位 电 路 晶 振 电 路 图 硬件设计图 窗帘结构安装及电机选择 窗帘结构安装 家居窗帘不仅要美观，而且得低噪音，高稳定性。 因此采用在滑线上缚有一或二只永磁体，与之相对应有一或二只吊环是磁性材料制成，滑线上缚有永磁体，在封闭的帘杆内腔运行，而吊环全部套在帘杆外周或嵌进下部开的缝内，永磁体用磁力透过帘杆牵引吊环，这种新型电动窗帘滑线不外露，不会蒙尘和缠绕，可以电动手拉兼容。 图 窗帘结构示意图 毕 业 设 计 说 明 书 7 电机选择 表 直流电机参数 本设计采用的是 12V的来直流电机驱动，计算转数与扭矩如下： 按上表参数计算电机在 9V下的扭矩， N=最大空载转数（运行电压247。 峰值电压） =63（ 9247。 12） =M=峰值堵转扭矩（运行电压247。 峰值电压） = (9247。 12)= 在 9V的状态下，电机产生 的扭矩足以带动绕绳的转动。 图 GW31ZY63 直流电机图 型号 峰 值堵转 最 大 空载 转 数（ r/min） 转矩（ ） 电流（ A） 电 压 （ V） 功率（ W） GW31ZY63 12 18 63 毕 业 设 计 说 明 书 8 第 3章 控制系统电路设计 根据上述设计方案，完成的硬件设计电路包括：屏幕显示电路，电机驱动电路，红外接收电路，光感采集电路，温度采集电路， 3 3 的矩阵按键电路，蜂鸣器电路和定位开关电路。 最小系统电路设计 最小系统包括单片机电源接入，复位按键与晶振电路。 单片机工作时，是一条一条地从 ROM 中取指令，然后一步一步地执行。 单片机访问一次存储器的 时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。 机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。 复位电路对单片机系统意义非凡，单片机在启动时都需要复位，以使 CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。 89 系列单片机的复位信号是从 RST 引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。 当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果 RST 引脚上有一个高电平并维持 2 个机器周期 (24 个振荡周期 )以上，则 CPU就可以响应并将系统复位。 最小电路如图 所示。 图 最小系统图 毕 业 设 计 说 明 书 9 端口分配 89C52 芯片同时具有 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 合理安排端口如表 表 端口分配图 单片机端口 外围电路 , 屏幕显示模块 电机驱动模块 光感模块 ， 3 3 矩阵按键模块 ， 定位开关模块 红外线 温度模块 蜂鸣器 屏幕显示模块 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。 屏幕上主要显示定时时间和时时温度。 定时模块的时间显示小时和分钟，采用倒计时模式。 液晶模块电路图如图 图 液晶模块图 毕 业 设 计 说 明 书 10 电机驱动模块 本次设计采用的是 12V直流电机提供动力， 所以设计使用 3 个继电器组合成电机控制模块控制。 1 号继电器打开时，电动机正转： 1 号、 2 号、 3 号三个继电器同时打开时，电动机反转： 1 号、 2 号、 3 号三个继电器同时关闭，电机停止转动。 电机驱动电路如下图 图 电机驱动模块图 光感模块 光感模块采用光敏电阻和滑动变组组合，通过改变滑动变阻组值的大小可以改变光感模块对光线的感应敏感度。 本设计采用两个光感模块，这样用户就可以设定两个光线值，当 1 号光感模块检测到光线强度达到设定值时， LED 灯点亮，同时反馈主毕 业 设 计 说 明 书 11 电路产生窗帘关合的动作。 当光线强度再次加强 ，达到 2 号模块设定值，模块再次反馈给主电路产生关合窗帘的动作。 光线减弱则相反。 光感模块电路如图 图 光感模块图 3 3 按键模块 本设计需要按键较多，为了减少端口的使用，所以采用了 3X3 的矩阵键盘设计。 键盘功能如下： 1 号键：定时模式开启，温度显示关闭，光感模式关闭。 2 号键：每按一下，分钟加一。 3 号键：每按一下，小时加以。 4 号键：定时模式关闭，温度显示开启，光控模式开启。 5 号键：定时时间清零。 6 号键：定时时间分钟部分显示 30. 7 号键：电动机停止转动。 8 号键：电动机正转 ，窗帘开启。 9 号键：电动机反转，窗帘闭合。 3 3 键盘模块电路如图 毕 业 设 计 说 明 书 12 图 3 3 按键模块图 红外模块 为了方便用户使用，本设计还提供红外线遥控功能，采用的 VS1838 红外接头。 其中的九个按键和 3 3 的矩阵按键功能相同。 红外模块电路图如图 图 红外模块图 温度显示模块 为了时刻提醒用户注意温度变化，本设计特别增加了温度显示模块。 采用 18B20单线数字式温度计，时时检测室内温度，液晶屏幕上 同步显示。 温度模块电路如图 毕 业 设 计 说 明 书 13 图 温度模块图 蜂鸣器 为了提醒用户定时结束，使用蜂鸣器发出警报音，同时在使用红外遥控解码时，蜂鸣器发出嘀的一声，提醒用户解码成功。 本设计采用的是无缘蜂鸣器。 蜂鸣器电路图如图 图 蜂鸣器模块图 毕 业 设 计 说 明 书 14 第 4章 系统软件设计 主程序设计 此次程序设计包括，温度、时间显示，键盘和红外遥 控设计，光感模式设计。 当单片机上电，程序完成初始化，调用温度、时间显示程序，调用光感子程序并开启，同时键盘和红外被按检测开启。 当有按键被按下，执行按键相对应程序。 系统软件设计如下图 初 始 化 时 钟 电 路 ， 液 晶 屏红 外 和 矩 阵 键 盘 检 测定 时 模 式 开 启开 始温 度 模 式 开 启光 感 模 式 开 启返 回N光 感 模 式 结 束 ， 温 度 显 示 关 闭Y定 时 结 束 和 定 时 暂停 判 断返 回N光 感 模 式 开 启 ， 温 度 显 示 开 启Y返 回 图 主程序流程图 光感程序设计 利用硬件滑动变阻器设定光敏电阻的光感值，使用三个行程快关控制电机的停毕 业 设 计 说 明 书 15 止，同时为了更好的控制电机转动引入了多个虚拟开关。 设定光感 2 号的光感值高于1 号。 当光线达到 1 号设定值时，电动机正转，窗帘逐步闭合，同时碰到行程开关停止。 当光线达到光感 2 号光感值时，电动机再次正转，窗帘全部闭 合。 反之，窗帘开启。 流程图如下： 光 感 模 式 开 启光 控 开 关 G 1 和 虚拟 开 关 K 6 检 测电 机 反 转 ，窗 帘 关 闭Y行 程 开关 K 2返 回N电 机 停 止 ， 窗 帘 半 开 ， 虚 拟 开关 K 6 ， K 9 关 闭 ， K 7 ， K 8 开 启YG 2 光 控开 关光 控 开关 G 1返 回Y电 机 正 转 ，窗 帘 开 启N行 程 开关 K 1返 回N电 机 停 止 ， 虚 拟 开关 K 7 关 闭 ， K 6 开 启Y返 回N电 机 反 转 ，窗 帘 关 闭Y行 程 开关 K 3返 回N电 机 关 闭 ， 窗 帘 全 关 状 态虚 拟 开 关 K 8 关 闭 ， K 9 开 启Y返 回N光 控 开关 G 2返 回Y电 机 正 转 ，窗 帘 开 启N 图 光感模式流程图 毕 业 设 计 说 明 书 16 电机驱动模块设计 本次电机驱动模块采用的是三个继电器控制电机的正反转，编号为 1 号， 2 号，3 号。 当三个继电器同时关闭时，直流电机停止转动；当 1 号继电器开启， 2 号 、 3号继电器关闭，直流电机正转；当三个继电器同时开启时，直流电机反转。 电机驱动模块流程图如下： 电机模式继电器J1继电器J2继电器J3电机正转NYN电机停止NNN电机反转YYY 图 电机驱动流程图 定时模块设计 为了方便用户使用，特别增加了定时模块。 待键盘或者遥控按键时间设定以后，开启定时功能键，温度显示隐藏，光感功能暂停，利用遥控或者 键盘设置窗帘开合状态。 在定时过程中，用户可随时改变窗帘开启的大小，也可在定时未结束时暂停定时功能重新开启光感模块。 等到定时时间结束，温度显示，光感功能自动开启。 毕 业 设 计 说 明 书 17 定时模块键盘，遥控按键输入检测时间和窗帘状态的设定定时按键开启返回N温度显示隐藏，光感模块停止，时间倒计时开启Y定时取消按键开启温度显示，光感模块开启Y时间清零按键开启返回N时间清零Y倒计时时间结束N返回N蜂鸣器发声提醒，时间清零，温度显示，光感模块开启Y返回返回 图 定时模块流程图 倒计时程序设计 为了使用户知道定时时间，本设计采用倒计时模式显示定时时间。 秒表累计到60，分钟减一；当分钟为 0 时，判断小时是否为 0；小时为 0，倒计时结束；小时不为 0，分钟变为 60，小时减一。 倒计时程序流程图如下： 毕 业 设 计 说 明 书 18 倒计时模块秒叠加到60秒清零，分钟部分时间减一Y分钟是否为0 返回N时钟是否为0Y分钟显示为60，时钟减一N定时结束Y返回返回N 图 倒计时流程图 温度模块设计 根据 DS18B20 的通讯协议，主机控制 DS18B20 完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 复位要求主 CPU将数据线下拉 500 微秒，然后释放， DS18B20 收到信号后等待 16～ 60 微秒左右，后发出 60～240 微秒的存在低脉冲，主 CPU收到此信号表示复位成功。 温度模块流程图如下 : 毕 业 设 计 说 明 书 19 温度模块复位延时复位成功N写ROM命令OCH（跳过ROM匹配）Y写ROM命令4H（启动温度转换）复位延时复位成功N写ROM命令0CH写ROM命令0BEH(发读温度命令)度RAM中0,1字节返回 图 温度流程图 外部中断子程序 红外线外部中断，采用万能遥控 器和 VS1608 红外接受。 9 个按键实现矩阵键盘对应的功能。 红外线中断流程图： 毕 业 设 计 说 明 书 20 红外中断从端口读一位读取完成保存数据N检验正确Y复位，清空数据N检验完成YN执行代码程序Y置位结束标志中断结束 图 红外中断流程图 定时中断程序主要功能是对窗帘定时使用，单片机通过定时器单片机输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出经 12 分频后得到的，所以定时器也可看作是对计算机机器周期的计数器，本次采用的是 的晶振，故每接收一个输入脉冲的时间约为 s，设定脉冲溢出的个数来确定 1S 的时间值。 定时中断程序流程图如下： 毕 业 设 计 说 明 书 21 定时中断方波溢出数值设置方波计数方波到达设定值中断出口，溢出1S。