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    光电系统智能窗帘控制课程设计

    时间：2021-04-28 00:09:45 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：光电 窗帘 课程设计

    　大学 光 电 系统 课 程 设 计 （基于单片机的智能窗帘控制系统）

    　设计课题：________________________ 姓

    　名：

    　：________________________ 学

    　院：

    　：________________________ 专

    　业：

    　：________________________ 指导教师：

    　：________________________

    　20___ 年 ___ 月___ 日

    　摘

    　要 随着社会的进步和科技的发展，智能家居系列产品正慢慢进入人们的生活，智能窗帘逐渐走入人们的视野。然而，目前传统的窗帘多为手动式，而自动窗帘大多只能实现对光线的检测。针对这些问题，设计了一款智能窗帘，具有实用性强、灵敏度高、价格相对低和方便快捷的特点。本文综述了自动窗帘控制系统的设计与制作过程，介绍了设计制作一个完整的窗帘控制系统需要做的理论分析以及其制作过程。自动窗帘控制系统核心采用的是单片机 STC 89C52，其次利用了光照传感器、键盘显示接口电路以及信号调理电路等外围电路，整个系统在各模块的配合下可实现半自动控制、自动控制、定时控制等功能。该设计在理论层面上，用程序语言驱动各模块工作，实现系统的内在联系，在应用层面上则采用 Protel 软件进行原理图设计。

    　自动窗帘控制系统的构成主要由单片机最小系统、蜂鸣器报警模块、电源模块、按键模块、LCD1602 液晶显示模块、步进电机驱动模块、DS1302 时钟模块、光照检测模块和温度检测模块组成。重点讨论了窗帘自动控制系统的设计过程、硬件选用和软件调试等问题，通过本系统根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗帘的开闭处于任何一种状态；可实现利用光照强度以及设置时间来控制窗帘自动开闭。具有温度测量和报警功能。

    　关键词：单片机 STC89C52；智能窗帘；光敏电阻

    　目

    　录 第一章

    　前言

    　........................................................... 1 1.1 课题来源 .......................................... 1 1.2

    　课题目的 ......................................... 2 1.3

    　智能窗帘的国内外现状 ............................. 2 第二章

    　设计方案及论证

    　............................................. 3 2.1 设计思想及基本功能 ................................ 3 2.2 电路设计及其方案论证 .............................. 3 第三章

    　主要元器件选择

    　............................................. 7 3.1 STC89C52 单片机 ................................... 7 3.2 光敏电阻 .......................................... 7 3.3 时钟芯片 DS1302 .................................... 8 3.4 温度传感器 DS18B20 ................................. 9 3.5 液晶显示器 LCD1602 ................................. 9 3.6 步进电机 .......................................... 9 3.7 蜂鸣报警器 ....................................... 10 第四章

    　程序分析设计................................. 11 4.1 主要程序设计 ..................................... 11 4.2 主要功能子程序设计 ............................... 12 第五章

    　心得体会..................................... 21

    　参考文献............................................. 17 附录................................................. 18 附录一 protel 电路图 ................................. 18 附录二 PCB 板 ........................................ 19 附录三 控制电路图 .................................... 20 附录四 程序清单 ...................................... 21

    　第一章

    　前言 1.1 课题来源 伴随着信息化时代的到来，人们的生活速度以及对生活质量的追求也在大幅提高。电子产品智能化速度的加快，也使人们的工作、生活和通讯的关系日益紧密。智能化的产品设计在改变人们工作方式与生活习惯的同时，让人们对生活质量的提升提出了更高的要求，方便、舒适成了人们所追求的生活方式，在现代家庭生活环境中，居家环境早已不仅仅局限在物理空间上，人们更为关注的是一个安全、方便、舒适的环境。智能化的电子产品以及设计将以前的被动静止物体转变为人们能够方便操控的工具，这些产品具有提供全方位的信息交换的功能，不仅能够优化人们的生活方式，帮助人们合理的安排时间，增强居家环境的安全性，甚至还可以为各种能源费用节约资金。

    　在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛，单片机以它体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器仪表、家用电器、医疗设备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制等领域，在很多的大中型的电气设备以及小型的电子产品中也用到了单片机进行控制。

    　针对人们对智能化的需求以及对舒适生活的追求，窗帘自动控制系统改变了传统窗帘的劣势，它可以根据外界光照强度的不同而

    　自动开闭窗帘，也可以根据人们设定的时间来控制窗帘。该系统利用光敏电阻检测光照强度的变化，并且将光敏检测模块的电阻变化转化为电压变化，然后将电压变化的信号送单片机，单片机通过电机驱动模块控制着步进电机的正反转实现窗帘的来回移动。本设计正是把利用 STC89C52 单片机的优点以及简单实用性，顺利的完成了对智能控制的要求，并且为智能化的家居设备提供了良好的基础。此外，对该系统进行扩展，比如可以加上防火，防盗，甚至室内煤气浓度监测等功能，会使该系统更具有实用性，而且也完善了系统。

    　1.2

    　课题目的

    　 设计一个不仅能实现手动和光线来控制窗帘的开合，而且还能实现语音、温湿度来控制窗帘的开合的系统，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。

    　1.3

    　智能窗帘的国内外现状 21 世纪是信息化的时代，知识与科技成为时代的潮流，在它们的推动下，智能化也因此得到了很大的发展，其作用在社会生活中日益得到彰显。智能控制系统主要利用计算机技术、网络通信技术、综合布线技术等现代化技术的有机结合而发挥作用。在通信技术、计算机技术、网络技术、智能控制技术的迅猛发展潮流下，家庭生活实现了现代化与智能化，居家环境也变得更加舒适与安全。

    　智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元，而该系统采用的主控器件 STC89C52，正是运算与控制单元的集合体。系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由单片机扩展的外围电路以及各种实现单片机系统控制功能的接口电路组成；软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。本设计中介绍了自动窗帘控制系统的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。同时，系统在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控制系统的功能进行扩展。

    　第二章

    　设计方案及 论证 2.1 设计思想及基本功能 该系统具有一般的窗帘控制系统的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭窗帘，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。

    　自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能：

    　（1）手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗帘的开闭处于任何一种状态； （2）光照自动控制：系统可以根据用户设定的光照强度值通过感光器采集光照自动开光窗帘； （3）时间控制：此功能是根据用户设定的时间一次性开关窗帘，并显示当前温度。

    　（4）温度报警系统：可以自行设置温度报警温度。

    　（5）时间显示及闹钟系统：可以自行设置闹钟时间。

    　（6）手动自动控制按键随时切换。

    　2.2 电路设计及其方案论证

    　2.2.1 单片机芯片设计与论证

    　方案一:

    　采用 FTC10F04 单片机，还带有非易失性 Flash 程序存储器。它是一种高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KB Flash ROM，可以擦除 1000 次以上，数据保存10 年。

    　方案二: 采用可编程逻辑器件 CPLD 作为控制器。CPLD 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO 资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。

    　方案三: 采用传统的 STC89C52RC 作为电机的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。STC89C52 单片机具有功能强大的位操作指令，I/O 口均

    　可按位寻址，程序空间多达 8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 STC89C52 单片机价格非常低廉。

    　由于本系统对 CPU 运算速度要求很高，需要执行很复杂的运算，方案三成本比较低，适合做设计，方案一运算速度高，性能好，所以这两种方案都有可取之处。选用方案三作为主方案，方案一作为备用方案。

    　2.2.2 按键控制模块设计与论证

    　方案—：

    　 采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，优点是当按键较多时可降低占用单片机的 I/O 口数目，缺点为电路复杂且会加大编程难度。

    　方案二：

    　 采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根 I/O 接口线,每个I/O 口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。缺点为当按键较多时占用单片机的 I/O 口数目较多，优点为电路设计简单，且编程相对比较容易。

    　综合考虑两种方案及题目要求，考虑到焊接问题，故采用第二种方案。

    　2.2.3 时钟模块设计与论证

    　方案一：直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实

    　现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的时间误差较大。

    　方案二：采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是一种高性能的时钟芯片，可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位的 RAM 作为数据暂存区，工作电压 2.5V～5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300nA. 由于 DS1302 时钟芯片计数时间精度高，而且具有闰年补偿功能等优点，故采用方案二。

    　2.2.4 温度采集模块设计与论证

    　方案一：采用 PT100 作为测温电路的温度传感器。PT100 传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温的，具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。但使用起来比较复杂。

    　方案二：采用数字温度芯片 DS18B20 测量实际温度，输出信号全数字化。便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在 0—100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度。DS18B20 的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS18B20 和微控制器 STC89C52 构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大。采用 51 单片机控制，软件编程的自由度

    　大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制，而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多 DS18B20 控制工作，还可以与 PC 机通信上传数据，另外 STC89C52 在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

    　因为用 DS18B20 温度芯片，采用单总线访问，降低成本、降低制作难度且可节省单片机资源，故采用方案二。

    　2.2.5 显示模块模块设计与论证 方案一：采用静态显示方法，静态显示模块的硬件制作较复杂及功耗大，要用到多个移位寄存器，但不占用端口，只需两根串口线输出。

    　方案二：采用动态显示方法，动态显示模块的硬件制作简单，段扫描和位扫描各占用一个端口，总需占用单片机 14 个端口，采用间断扫描法功耗小、硬件成本低及整个硬件系统体积相对减小。

    　方案三:采用 LCD 的方法,具有硬件制作简单可直接与单片机接口,显示内容多,功耗小,成本低等优点,LCM1602 可显示 32 个字符,采用 LCD 的缺点是亮度不够。

    　比较以上三种方案：方案一硬件复杂体积大、功耗大；方案二硬件简单、功耗小；方案三硬件简单，显示内容多,功耗小,成本低等。本系统设计要求达到功耗小、体积小、成本低，显示信息多等要求，权衡三种方案，选择方案三。

    　2.2.6 系统总体结构设计

    　随着人民生活水平的不断提高，人们对家庭生活舒适性的需求越来越强烈，窗帘作为每个家庭生活中最必须的家居用品之一，自然也需要满足人民更舒适性的需求。窗帘最基本的作用无非是保护业主的个人隐私以及遮阳挡尘等功能，但传统的窗帘您必须手动去开关，每天早开晚关也是挺麻烦的，特别是别墅或复式房的大窗帘，比较长，而且重，用时需要很大的力才能开关窗帘，特别不方便；于是电动窗帘应运而生。现有的电动窗帘都可以自动开关闭窗帘，到了时间自动控制窗帘的开关，可以根据光的但是他们也有些缺点。窗帘控制器的自动开关如何让窗帘能够开关自如，停机的时间是否到位。

    　自动窗帘控制系统总体方案设计是基于满足设计要求的前...

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