51单片机的智能窗帘控制系统设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能窗帘 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择 3
（二） C51单片机介绍 4
（三） 光敏传感器概述 6
（四） 步进电机概述 7
（五） 步进电机驱动器概述 8
（六） LCD1602液晶显示器概述 9
三、 硬件系统设计 11
（一） 硬件系统总体描述 11
（二） C51单片机最小系统设计 11
（三） 光敏传感器电路设计 12
（四） 窗帘驱动电路设计 13
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 14
（六） 按键电路设计 14
四、 软件系统设计 16
（一） 主程序流程设计 16
（二） 光敏传感器工作流程设计 17
（三） 窗帘驱动工作流程图设计 17
（四） LCD1602显示流程设计 18
五、 仿真系统设计 20
（一） 系统仿真 20
（二） 仿真现象图 20
总结 24
参考文献 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
致谢 34
引言
智能窗帘
近年来随着科技水平和电子技术的迅猛发展，人们的生活质量得到了不断的提升。人们对家居生活质量的关注度也在不断加强，由此许多功能各异的智能家居、智能家装进入了人们的家居生活之中，其中最具代表性的有智能空调、智能电视以及智能洗衣机等。本文要介绍的是一种称为智能窗帘的设计，目前市面上的智能窗帘多种多样，功能也大不相同，最具代表性的有通过手机蓝牙或者GSM模块控制的智能窗帘，由于嵌入了蓝牙模块或者GSM模块，用户可以通过手机发送射频数据的方式来控制窗帘的工作。这些功能多样的智能窗帘的实现得益于单片机的功能强大，在单片机技术和传感器技术得到了普及之后，过去许多笨重并且昂贵的智
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
中，其中最具代表性的有智能空调、智能电视以及智能洗衣机等。本文要介绍的是一种称为智能窗帘的设计，目前市面上的智能窗帘多种多样，功能也大不相同，最具代表性的有通过手机蓝牙或者GSM模块控制的智能窗帘，由于嵌入了蓝牙模块或者GSM模块，用户可以通过手机发送射频数据的方式来控制窗帘的工作。这些功能多样的智能窗帘的实现得益于单片机的功能强大，在单片机技术和传感器技术得到了普及之后，过去许多笨重并且昂贵的智能仪器都得到了微型化和低成本化，使得其进入了很多家庭的生活之中，本文提出了一种采用低成本8位单片机作为主控核心的智能家居——智能窗帘。智能家居这个概念出现地非常早，但是真正的进入到人们的视野却是最近的事，这主要得益于单片机技术以及各种通信技术的发展，智能家居不仅仅是以舒适性为目的，更引入了以前人们所不知的智能特点，比如能够根据室外光照强度自动启闭窗帘、具有根据温度或者感应传感器而自动调节风速或者转向的智能风扇，还有基于GSM模块、能够通过手机来管理家庭电器的控制系统等。智能家居的范畴包括家庭中常用的音频设备、电视、照明、空调以及窗帘等，以舒适性以及高效性为最终目的，满足了经济飞速发展后人们对于高质量生活的追求。本文提出的智能窗帘程控制过程相对简单，但是已经完全将人力活动解放出来，从对光照的判断到对窗帘的启闭，全过程都由相应芯片完成，在某种程度上具有很长远的意义，这就是智能家居。人们经过长期对家居活动的观察和感知，总结出了很多需要引入智能化的地方，本文就主要对这种智能家居进行设计，从而解决人们对于智能家居的需求，也丰富了智能家居的种类。
国内外研究现状
国内外对于智能家居的研究目前处于一种火热的状态，因为它的实用价值非常的高，一旦设计出了更高性能、更低成本的智能家居，就能够迅速进入市场，淘汰相对落后的产品，从而滋生出了一大批生产研发智能家居的企业。英国牛津大学的一个研究小组目前采用了ARM处理器作为主控核心，嵌入了以太网控制器，人脸识别以及语音识别系统等智能处理模块，将智能窗帘的控制通过表情以及语言或者网络就能实现。而国内对于智能窗帘的研究也取得了相当大的成果，设计人员在智能窗帘控制系统中，增加了功能各异的传感器，比如湿度传感器、声音传感器等，从而使得控制系统的功能更加强大。
本文主要内容
本文主要从实际出发，本着对智能窗帘具有智能化、操作方便简单以及能够实现自动控制为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的智能窗帘控制系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司退出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
一、 引言 1
（一） 智能窗帘 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心的选择 3
（二） C51单片机介绍 4
（三） 光敏传感器概述 6
（四） 步进电机概述 7
（五） 步进电机驱动器概述 8
（六） LCD1602液晶显示器概述 9
三、 硬件系统设计 11
（一） 硬件系统总体描述 11
（二） C51单片机最小系统设计 11
（三） 光敏传感器电路设计 12
（四） 窗帘驱动电路设计 13
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 14
（六） 按键电路设计 14
四、 软件系统设计 16
（一） 主程序流程设计 16
（二） 光敏传感器工作流程设计 17
（三） 窗帘驱动工作流程图设计 17
（四） LCD1602显示流程设计 18
五、 仿真系统设计 20
（一） 系统仿真 20
（二） 仿真现象图 20
总结 24
参考文献 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
致谢 34
引言
智能窗帘
近年来随着科技水平和电子技术的迅猛发展，人们的生活质量得到了不断的提升。人们对家居生活质量的关注度也在不断加强，由此许多功能各异的智能家居、智能家装进入了人们的家居生活之中，其中最具代表性的有智能空调、智能电视以及智能洗衣机等。本文要介绍的是一种称为智能窗帘的设计，目前市面上的智能窗帘多种多样，功能也大不相同，最具代表性的有通过手机蓝牙或者GSM模块控制的智能窗帘，由于嵌入了蓝牙模块或者GSM模块，用户可以通过手机发送射频数据的方式来控制窗帘的工作。这些功能多样的智能窗帘的实现得益于单片机的功能强大，在单片机技术和传感器技术得到了普及之后，过去许多笨重并且昂贵的智
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
中，其中最具代表性的有智能空调、智能电视以及智能洗衣机等。本文要介绍的是一种称为智能窗帘的设计，目前市面上的智能窗帘多种多样，功能也大不相同，最具代表性的有通过手机蓝牙或者GSM模块控制的智能窗帘，由于嵌入了蓝牙模块或者GSM模块，用户可以通过手机发送射频数据的方式来控制窗帘的工作。这些功能多样的智能窗帘的实现得益于单片机的功能强大，在单片机技术和传感器技术得到了普及之后，过去许多笨重并且昂贵的智能仪器都得到了微型化和低成本化，使得其进入了很多家庭的生活之中，本文提出了一种采用低成本8位单片机作为主控核心的智能家居——智能窗帘。智能家居这个概念出现地非常早，但是真正的进入到人们的视野却是最近的事，这主要得益于单片机技术以及各种通信技术的发展，智能家居不仅仅是以舒适性为目的，更引入了以前人们所不知的智能特点，比如能够根据室外光照强度自动启闭窗帘、具有根据温度或者感应传感器而自动调节风速或者转向的智能风扇，还有基于GSM模块、能够通过手机来管理家庭电器的控制系统等。智能家居的范畴包括家庭中常用的音频设备、电视、照明、空调以及窗帘等，以舒适性以及高效性为最终目的，满足了经济飞速发展后人们对于高质量生活的追求。本文提出的智能窗帘程控制过程相对简单，但是已经完全将人力活动解放出来，从对光照的判断到对窗帘的启闭，全过程都由相应芯片完成，在某种程度上具有很长远的意义，这就是智能家居。人们经过长期对家居活动的观察和感知，总结出了很多需要引入智能化的地方，本文就主要对这种智能家居进行设计，从而解决人们对于智能家居的需求，也丰富了智能家居的种类。
国内外研究现状
国内外对于智能家居的研究目前处于一种火热的状态，因为它的实用价值非常的高，一旦设计出了更高性能、更低成本的智能家居，就能够迅速进入市场，淘汰相对落后的产品，从而滋生出了一大批生产研发智能家居的企业。英国牛津大学的一个研究小组目前采用了ARM处理器作为主控核心，嵌入了以太网控制器，人脸识别以及语音识别系统等智能处理模块，将智能窗帘的控制通过表情以及语言或者网络就能实现。而国内对于智能窗帘的研究也取得了相当大的成果，设计人员在智能窗帘控制系统中，增加了功能各异的传感器，比如湿度传感器、声音传感器等，从而使得控制系统的功能更加强大。
本文主要内容
本文主要从实际出发，本着对智能窗帘具有智能化、操作方便简单以及能够实现自动控制为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的智能窗帘控制系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
方案选择及元器件介绍
主控核心的选择
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然目前市面上C51单片机的生产厂家众多，目前使用最多的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司生产的STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司退出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32单片机的最大特色是采用了ARM结构作为内核，其32位的总线宽度使得它在处理一些数据时能够表现出更大的优势，由于采用ARM内核，因此这种类型的单片机被业内人士称之为微处理器，同MCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的主频就已经达到了72M，高端系列能够达到168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁相环的作用，能够将频率倍频到72M甚至更高。STM32采用了Cortex-M3或者Cortex-M4作
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