智能窗帘控制装置_毕业设计论文(编辑修改稿)

智能窗帘控制装置_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

息，字节 0 为秒，字节 2为分，字节 4为时，字节 6为星期，字节 7为日，字节 8 为月，字节 9为年，字节 0AH0DH 用作控制和状态寄存器，剩下的 114 字节为用户 RAM，所有的这 128字节都是掉电非易失性的。 图 时钟电路图 DS12887时钟芯片和 AT89C5l单片微机的接口电路如图。 模式选择脚 MOT接地， DS12887时钟芯片的 AS端口和 89C51单片机的 AIE端直接相联；而 DS、R／ W 读写控制线与单片机的 RD/WR控制线制线相连； DS12887的高位地址由 89C51单片机的 P2． 7端口来片选，则 DS12887的高 8位地址定为 7FH，而其低 8位则由芯16 片内部各单元的地址来决定 (00H3FH)； DS12887的中断输出端 IQR和 89C51的外部中断 INT0端相联，给单片机提供中断信号； DS12887的 SQW端与 89C5I的 TO端相连。 键盘电路 键盘在由单片机控制的窗帘自动控制系统中的主要作用是通过按键向单片机输入指令，其中主要包括设定时间，控制窗帘的开关等等功能，是人工控制单片机的主要手段。 在窗帘控制系统设计中的键盘采用的是 44 矩阵键盘。 这 16个按键分别为：设定键主要是用来设定自动窗帘打开或者关闭的时间； 09数字键，其作用主要是用于设定时间；复位键主要应用在程 序出错以及误操作的时候使单片机复位，从而重新设定；反转键是使步进电机反转，控制窗帘关闭；正转键是使步进电机正转，从而控制窗帘打开；停止键可以控制步进电机停止工作，窗帘控制器停止运行；确定键主要是用于在时间设定完成后的确定输入。 由于按键比较多，单独设置按键会增加总体设计的复杂性，而且为了减少所占用的端口，可以将按键组成一个矩阵，如图 所示。 图 键盘接口电路 显示电路 显示电路主要是用于显示时间。 采用 LED 数码管进行显示 是因为 LED 数码管具有以下几个优点： (1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 CMOS、 ITL17 电路兼容。 (2)发光响应时间极短 () ，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。 数码管有共阴极和共阳极两种类型，其公共端主要进行位控制，笔画端则是进行字符控制，数码管有静态显示和动态显示两种方法 ，说明如下： （ 1）静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 口 进行驱动，或者使用如 BCD 码二 — 十进位器进行驱动。 静 态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O口 多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 5 8＝ 40 根 I/O 口 来驱动，要知道一个 89C51 单片机可用的 I/O 口 才32个。 故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。 （ 2）动态显示驱动： 数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O线控制，当单片机输出字形码时，所 有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通 COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管 的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通 过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使 各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位 数码管的点亮时间为1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是 一样的， 但 能够节省大量的I/O口 ，而且功耗更低。 本设计采用的是 4位 LED 数码管的串行驱动电路来达到显示的目的。 驱动器采用 74LS164，由单片机 89C51 的 和 来控制 LED 数码管的显示。 显示电路图如。 18 图 显示电路 74LS164 是 8 位串行输入，并行输出的移位寄存器。 其引脚及各个引脚的作用如下图 ： 图 74LS164 引脚及说明 符号 引脚 说明 DSA 1 数据输入 DSB 2 数据输入 Q0~Q3 3~6 输出 GND 7 地 (0 V) CP 8 时钟输入（低电平到高电平边沿触发） /MR 9 中央复位输入（低电平有效） Q4~Q7 10~13 输出 VCC 14 正电源 19 A\D 转换电路 A/D 转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。 在选择 A/D 转换时，先要确定 A/D转换精度、转换速度以及转换位数等， A/D转换的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，在自定窗帘控制系统中采用了 8位 A/D 转换器 ADC0809。 ADC0809是美国国家半导体公司生产的 CMOS工艺 8通道， 8位逐次逼近式 A/D转换器。 8 路模拟信号的分时采集，片内有 8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为 100μs 左右。 ADC0809 的 主要特性 有 ： （ 1） 8 路输入通道， 8 位 A/D转换器，即分辨率为 8位。 （ 2）具有转换起停控制端。 （ 3） 转换时间为 100μs( 时钟为 640kHz时 )， 130μs （时钟为 500kHz 时） （ 4）模 拟输入电压范围 0～＋ 5V，不需零点和满刻度校准。 （ 5）工作温度范围为 40～＋ 85 摄氏 度 （ 6） 低功耗，约 15mW。 ADC0809 芯片为 28引脚 的 双列直插式封装 ，其 信号引脚的功能说明 如下 ： IN7～ IN0： 模拟量输入通道。 ALE：地址锁存允许信号。 对应 ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址状态送入地址锁存器中。 START：转换启动信号。 START 上升沿时，复位 ADC0809； START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D转换；在 A/D 转换期间， START 应保持低电平。 A、 B、 C：地址线（通道端口选择线）， A为低地址， C 为高地址，引脚图中为 ADDA， ADDB 和 ADDC。 CLK：时钟信号。 ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。 通常使用频率为 500KHz 的时钟信号。 20 EOC：转换结束信号。 EOC=0，正在进行转换； EOC=1，转换结束。 使用中该状态信号即可作为查 询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 D7～ D0：数据输出线。 为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。 D0 为最低位， D7为最高。 OE：输出允许信号。 用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE=0，输出数据线呈高阻； OE=1，输出转换得到的数据。 Vcc： +5V 电源。 Vref：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。 其典型值为 +5V。 多路开关可选通 8个模拟通道，允许 8 路模拟量分时输入，共用一个 A/D转换器进行转换，这 是一种经济的多路数据采集方法。 地址锁存与译码电路完成对 A、 B、 C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。 表 为通道选择表。 表 通道选择表 ADC0809 与单片机 89C51 的连接示意图如图 所示，其中 74LS373为锁存器，当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。 当 OE 为高电平时， O0O7 呈高阻态，即不驱动总线， 也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。 21 图 ADC0809与单片机连接示意图 光敏传感器 窗帘自动控制系统的光控功能是可以根据光照的强弱来自动控制窗帘的开闭的，因此需要用到光照传感元器件，在本设计中采用了光敏电阻。 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。 这些制作材料具有在特定 波长 的光照射下，其阻值迅速减小的特性。 这是由于光照产生的载流子都参与导电，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。 光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣 环境 下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于 照相机 ， 太阳能庭院灯 ， 草坪灯 ， 验钞机 ，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控 玩具 ，光控灯饰，灯具等光自动 开关 控制领域。 光敏控制电路是由运算放大器组成比较电路，在运算放大器同相输入端用两个电阻分压，得到的电压值作为基准电压，在反相输入端则用光敏电阻对光进行采集，由于光敏电阻具有根据光照强度阻值变化的特点，可以得到反向输入端的电压值。 然后将得到的两组电压值进行比较，比较后的信号经过 A/D 转换送入单片机 89C51 的 P1 接口，单片机处理后输出命令控制电机正转或者反转，以实现通过光照控制窗帘的开关功能。 本设计采用了型号为 GL3526 的光敏电 阻。 光敏电阻与单 片机的连接如图 所示。 22 图 光敏传感器 步进电机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。 步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。 正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数 ； 做连续步进运动时 ， 其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。 下图为步进电机运行原理图。 图 在步进电机控制电路中，步进控制器的作用是把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。 在实际应用中由软件代替步进控制器，其优点是使线路简化，降低成本，可靠性提高。 在窗帘控制系统中选用了型号为 24BYJ48 12VDC 1/16 的四相反应式步进电机， 该步进电机有 5根引线，排列次序如下： 1： 红色、2： 橙色、 3： 黄色、 4： 粉色、 5：蓝色。 采用 51 驱动 ULN2020 的方法进行驱动， 其优点是力矩大，精度高，其步距角是 176。 步进电机电路与单片机的连接控制 指令 脉冲控制单元 反馈与保护 功率驱动电路单元 步进电机 23 如图。 图 步进电机电路与单片机的连接 自动窗帘控制系统的驱动器可以选用大功率复合管，也可以是专门的驱动器，比如光电隔离器，采用光电隔离器一是可以抗干扰，二是起到电隔离的作用。 这样可以避免单片机与步进电机功率回路的共地干扰，防止强功率的干扰信号影响主控部分。 另外，一旦驱动电路出现故障，也可以隔离较大的电压，不致串入单片机而使其损坏。 步进电机的驱动电路也有很多种，最为常见的是单电压驱动，双电压驱动以及细分驱动等。 信号校正电路 在模拟信号采集过程中，难免会碰到采集信号过于 微弱，难以接收到，此时必须采用一个信号放大电路对信号进行一定倍数的放大才能满足 A/D 转换器对输入信号电平的要求，并且放大器还不能产生干扰信号，因此必须选择一种符合要求的放大器。 此外，进行信号采集时，采集到的信号不仅是有用的信号，还有很多干扰信号，应该选用具有频率选择作用的滤波器，这样可以比较有效地滤除噪声和分离各种不同信号 ,在本设计中采用了低通滤波器。 积分运算电路具有低通特性，而通带放大倍数取决于电阻组成的负反馈网络，故在积分运算电路中电容上并联一个电阻，得到反相输入一阶低通滤波电路，24 该电路具有放大和滤波 功能，如图。 图 放大滤波电路 窗帘框架构造设计 窗帘框架构造设计包括窗帘微动开关连接电路设计和窗帘架的制作与设计。 本设计中的微动开关通过电容、电阻组成的复位电路与单片机的复位引脚相连，微动开关安装在窗帘滑杆上，当窗帘移动到预定位置时，触动微动开关，使单片机复位，此时电机停转，窗帘停到指定位置。 如图 所示。 图 窗帘框架构 电机选择 本设计选用型号为： 24BYJ48 12VDC 1/16 的直流电动机， 其优点是力矩大，精度高，大大增加了 本设计的可利用性。 如图。 25 图 24BYJ48 12VDC 1/16直流电机 性能参数： :12VDC :4 相 :1/16 :176。 /16 :4 相 8 拍 :120Ω177。 7%(20℃) :≥500Hz :≥800Hz (20。