基于单片机的光控自动窗帘控制系统设计说明书_毕业设计

基于单片机的光控自动窗帘控制系统设计说明书_毕业设计内容摘要：

ALE/PROG 1 PSEN 1 — 8 — 8 — 8 — 8 图 8 AT89C52 单片机引脚图 178。 GND： 接地端。 178。 VCC： 电源端，接 +5V。 178。 XTAL1：接外部晶 体的一个引脚。 CHMOS 单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。 178。 XTAL2：接外部晶体的一个引脚。 HMOS 单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。 178。 RST：①复位信号输入。 ② VCC 掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部 RAM中的数据。 178。 ALE/RPOG：①地址锁存允许。 当单片机访问外部存储器时，该引脚的输出信号 ALE 用于锁存 P0 端口的低 8 位地址。 ALE 输出的频率为时钟振荡频率的 1/6。 ②对 8751 单片机片内 EPROM编程时，编程脉冲由该引脚接入。 178。 PSEN：程序存 储器允许。 输出读外部程序存储器的选通信号。 取指令操作期间， PSEN 的频率为振荡频率的 1/6；但若此期间有访问外部数据存储器的操作时，则有一个机器周期中的 PSEN信号将不出现。 178。 EA/VPP： ① EA=0，单片机只访问外部程序存储器。 对 8031 单片机此引脚必须接地。 EA=1，单片机访问内部程序存储器。 对于内部有程序存储器的 8XX51 单片机，此引脚应接高电平，但若地址值超过 4KB 范围，单片机将自动访问外部程序存储器。 ②在 8751 单片机内 EPROM 编程期 15 间，此引脚接入 21V编程电源 VPP。 178。 ～ : P0 数据 /低八位地址复用总线端口。 具有双重功能：①可以作为输入 /输出口，外接输入 /输出设备。 ②在有外接存储器和 I/O 接口时常作为低 8 位地址 /数据总线，即低 8 位地址与数据线分时使用 P0 口。 此低 8 位地址由 ALE 信号的下跳沿使它锁存到外部地址锁存器中，尔后， P0 口出现数据信息。 178。 ～ ： P1 静态通用端口。 具有单一接口功能， P1 口每一位都能作为可编程的输入或输出口线。 178。 ～ ： P2 高八位地址总线动态端口。 具有双重功能：①作为输入 /输出口使用，外接输入 /输出设备。 ②在有外接存储器和 I/O 接口时，作为系统的地址总线，输出高 8 位地址，与 P0口低 8 位地址一起组成 16 位地址总线。 对于内部无程序存储器的单片机来说， P2 口只作为地址总线使用，而不作为 I/O 接口。 178。 ～ ： P3 双功能静态端口，①可以作为输入 /输出口，外接输入 /输出设备。 ②作为第二功能使用 时，每一位功能定义如表 3 所示 端口引脚 端口引脚 第二功能 RXD(串行输入线 ) TXD(串行输出线 ) INT0（外部中断 0 输入线） INT1（外部中断 1 输入线） T0（定时 器 0 外部计数脉冲输入） T1（定时器 1 外部计数脉冲输入） WR(外部数据存储器写选通信号输出 ) RD(外部数据存储器读选通信号输出 ) 表 3 P3 口第二功能说明 (3)单片机本身的微小电路 16 图 9 单片机的微小系统连线图 上图为单片机的小系统，包含片内振荡电路和复位电路。 片内振荡电路：通常外接一个晶振，两个电容， 电容值取值范围 15~45pf,取值范围晶振值 0~24MHZ。 时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运动与控 制过程都是在统一的时序脉冲驱动下进行的，时钟电路好比人的心脏，如果人的心脏停止工作，则人就没有生命了，同样，如果单片机的时钟电路停止工作，那么单片机也就停止运行了。 复位电路：当振荡器运行时，在此引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平使单片机复位，一般在此引脚与 VSS 之间接一个下拉电阻，与 VCC 引脚之间接一个电容，单片机复位后，从程序存储器的 0000H 单元执行程序，并初始化一些专用寄存器为复位状态值。 本文中单片机复位电路的连接如上图：外接一个 10μf 电容和 10KΩ 电阻，分为上电复位电路和手动 amp。 上电复位电路，本文 用的是手动 amp。 上电复位电路。 执行单元模块设计 驱动电机部分 amp。 amp。 行程开关 （ 1） L298 芯片介绍 L298 为意大利 SGS 半导体公司生产的双全桥步进电机专用驱动芯片 ( Dual FullBridge Driver ) ，内部包含 4 信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同 17 时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机，内含二个 HBridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑准位信号，可驱动 46V、 2A 以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可 直接由单片机的 IO 端口来提供模拟时序信号， L298 之接脚如图 9 所示， OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之间接步进电机； input1~input4 输入控制电位来控制电机的正反转； Enable 则控制电机停转。 本文主要采用 L298 驱动芯片， 通过单片机的 I/O 输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作。 图 10 L298 内部逻辑图 输入引脚与输出引脚的逻辑关系表（ ENB 引脚与 ENA 引脚同）： L298 功能引脚模块 Ｅ NＡ IN1 IN2 运转状态 0 179。 179。 停止 1 1 0 正转 1 0 1 反转 1 1 1 刹停 1 0 0 停止 表 4 L298 功能引脚模块 18 图 11 L298 引脚图 （ 2）芯片（采用 powerso20 封装）引脚说明： +5V： 芯片电压 5V。 功率电源电压 ,此 引脚 与地必须连接 100nF 电容器 VCC：电机电压，最大可接 50V。 逻辑电源电压。 此 引脚 与地必须连接 100nF 电容器 GND：共地接法。 EnA， EnB:接控制使能端 高电平有效， ENA、 ENB 分别为 IN1 和 IN IN3 和 IN4 的使能端。 IN1~ IN4： 输 入控制电平，控制电机的正反转 ,输入端电平和输出端电平是对应的。 OUT1~ OUT4：输出端，接电机。 L298 需要从外部接两个电压，一个是给电机的，另一个给 L298 芯片的。 图 12 双四拍模式波形图 （ 3）位置开关（行程开关） 步进电机正转或反转的位置的末端分别安装行程开关，当窗帘运动到末端位置时会碰到行程开关，使 开关的常开触头闭合，一旦常开触头闭合，电机就停止正转或反转。 当天亮或天暗时，步进电机会反方向运动，开关的障碍物去除，常开触头恢复，由此实现步进电机的末端停止控制，没有碰到常开触头，电机会一直运转，这样也可使窗帘拉到极限位置，很好的保证了室内私密性的性能。 19 位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。 利用机械运动部件的碰撞使其出头动作来实现接通或断开控制电路，达到一定的控制目的， 用以控制其行程、进行终端限位保护。 通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动部件暗特定的位置或行程自动停止 、反向运动、变速运动或自动往返运动等。 在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。 用于控制机械设备的行程及限位保护。 一般限位开关由操作头、触点系统和外壳组成。 在实际生产中，行程开关被安装在预先定好的位置，当安装在机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换，所以说，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切开电路开关，其作用原理与按钮相似。 行程开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。 当 动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。 由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作 本文选用的是直动式行程开关。 直动式行程开关 动作原理同按钮类似，所不同的是：一个是手动，另一个则由运动部件的撞块碰撞。 当外界运动部件上的撞块碰压按钮 使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，其触头自动复位。 1：推杆 2amp。 4：弹簧 3：动断触点 5：动合触点 图 13 直动式位置开关示意 图 步进电机选用 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 本文选用的是 混合式步进 电机， 混合式步进 电机 是混合了永磁式和反应式的优点。 它又分为两相和五相：两相步进角一般为 度 ， 五相步进角一般为 度， 这种步进电机的应用最为广泛。 （ 1） 表 5 步进电机动态指标： 20 步距角精度 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。 用百分比表示：误差 /步距角*100%。 不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时应在 15%以内。 失步 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 称之为失步。 失调角 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 最大空载起动频率 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下 ，能够直接起动的最大频率。 最大空载的运行频率 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 运行矩频特性 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。 如下图所示： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 要使平均电流大，尽可能提 高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。 电机的共振点 步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在 180250pps 之间（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角为 度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。 电机正反转控制 对于四相步进电机来说， 电机绕组通电时序为 ABBCCDDA 时为正转，通电时序为 DACABCAB 时为反转。 （ 2） 步进 电机控制波形（ PWM 信号） 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 、 b、 c 所示： a. 单四拍 b. 双四拍 图 21 （ 3）本文中的步进电机 用 42BYG（ 250）系列 混合式步进电动机 . 表 6 步进电机 规格 驱动方式 恒流斩波驱动 励磁方式 2相励磁 (四 相 四拍运行 ).可正反向旋转 转向 按 ABBCCDDA 顺序通电 额定电流 (单相 ) DC 额定电压 12V 步距角 176。 ， 四拍运行时步距角为 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗称整步） 绝缘等级 B级绝缘 表 7 步进电机 参数 工作条件 环境温度 :24～ 60℃。 相对湿度 : 90％ MAX。 安装位置 :轴水平或垂直安装 绕组直流电阻 (20℃) 30Ω177。 10 ％ 绕组电感 32mH177。 20 ％ 定位转矩 REF 保持转矩 ≥210 (I=) 最大空 载起动频率 ≥2020 pps 最大空载运行频率 ≥3000 pps 温升 (两相同时通以额定电压 12V) ﹤ 80 K； 步距角精度 176。 177。 176。 转动惯量 重量 REF 轴向间隙 ≤ 径向间隙 ≤ 轴伸径向图跳动 ≤ 安装配合面垂直度 ≤ 安装配合面同心度 ≤ 电机定子铁芯与接线端子间冷态绝缘电阻应大于 100MΩ(用 DC500V兆欧表测量 )； 执行单元模块电路连接 （ 1）电机 驱动电路连接 22 本文主要采用 L298， 通过单片机的 I/O 输入改变芯片控制端的电平， 改变绕组脉冲信号的顺序即可 对电机 实现正反转。 L298 的输入引脚与单片机的 ~ 口分别相连， IN1~IN4 引脚从单片机输入控制电平，控制步进电机的正反转， OUT1~OUT4 分别接步进电机的四个相线， ENA、 ENB 接控制使能端控制步进电机的转、停。 当 ENA、 ENB 同时接高电平时 L298 芯片是工作的，即使能端有效，控制 IN1~IN4 引脚电平的频率即可控制步进电机的转速。 芯片的输出引脚分别接 2 个续流二极管，起到保护电路 作用。 芯片的 VCC 和 VSS。