自动窗帘启闭控制系统的设计
目录
一 引言 1
二 系统总体方案设计 2
三 系统硬件设计 3
（一）AT89C51单片机介绍 3
（二）光敏传感器模块 7
（三）步进电机驱动部分 7
（四）复位电路模块 8
（五）晶振电路模块 9
（六）蜂鸣器模块 10
（七）按键模块 10
四 系统软件设计 11
（一）主程序流程图设计 11
（二）子程序流程图设计 12
五 实物的焊接与调试 14
（一）自动窗帘的实物焊接 14
（二）自动窗帘通电状态 15
（三）开启窗帘的实现 15
（四）关闭窗帘的实现 16
（五）自动启闭窗帘的实现 16
总结 17
参考文献 18
致谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元器件清单 22
附录四 程序 23
一 引言
人类的生活质量随着时代的进步而在不断地得到改善，自从有了人类文明后，无论在世界各地，人们对家居生活的品质要求永远在提高，这是人类社会发展的必然。随着工业化文明的到来，自动化设计已经深入到生活的每个角落。基于单片机技术设计的自动窗帘由于能够根据光线明暗而自动控制窗帘的启闭，解决了每天手拉手开窗帘的不便，同时提高了生活的品质，满足了人们对精致生活的追求。因此这类产品在全国范围内得到了大量的普及，带来了巨大的经济增长。除此以外，在医院、学校、银行、会议厅、影剧院、歌舞厅、写字楼、饭店、宾馆以及别墅内，这种自动窗帘也有很高的利用价值，所以，自动启 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
闭窗帘系统值得大量推广。
在我国，虽然自动窗帘系统的生产还处于萌芽阶段，但纵观其性能，其发展前景将异常广阔，在全国范围内推广和应用这类产品具有积极的意义。第一,人民的生活水平将得到极大改善。采用单片机为控制核心的自动启闭窗帘具备了智能功能，将把环保、便利、舒适以及高效等理念带给每一个家庭，为他们创造巨大的便利，节省了使用者的时间，提高了家居生活的质量；第二，创造出一大批新兴产业。由于这种智能化产品高度集成了先进技术，对于创造社会价值具有重要作用，比如对超大规模集成电路集成技术提出更高的要求，又比如为大学生创造了更多的就业岗位。同时，对于房地产产业也提出了新的要求，对于新开发的楼盘，这种智能化窗帘的引入，将极大地提高住宅的舒适性。
基于单片机的自动启闭窗帘与传统窗帘相比，具有如下优点：
1、采用单片高密度继承的MCU作为控制核心，具有智能化效果，性能不但稳定，而且安全可靠，能提高家居生活的品质。
2、能够节省使用者的时间，在无人干预的情况下能够根据室外光线强度自动启闭窗帘。
3、采用步进电机作为窗帘驱动设备，当窗帘过于巨大时，节省了大量的劳动力。
本文将采用AT89C51单片机作为控制核心，片外配合相关模块实现本设计，设计完成的系统能够根据室外光线强度自动启闭窗帘；系统的灵敏度能够方便调节，即启闭窗帘的光线强度能够自由设置；系统应配备手工启闭窗帘按键。
二 系统总体方案设计
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述方案的分析，本次设计采用方案三作为自动窗帘启闭系统的最终设计方案原理框图见图2-1所示，从图中可以看出系统采用51单片机作为控制核心，片外配合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、按键模块以及振荡电路模块而构成的自动窗帘启闭控制系统。
图2-1 系统原理总框图
三 系统硬件设计
本设计采用模块化设计方式，具有条理清晰，层次分明的效果，为以后对系统的功能扩展或者修复提供诸多便利。下面分别介绍本控制系统中的各模块的设计原理。
（一）AT89C51单片机介绍
1 单片机原理介绍
单片机（single-chip microcomputer）是一种单芯片的微型计算机，它把计算机主要的部分都集成在一块芯片上，下图是它的主要构造。因为单片机是被高度地集成在一个面积很小的片上，极大地减少了信号传送的距离，使得结构的配置得到了优化并且系统的稳定性得到了极大的保障。单片机有适合工控的指令系统，这个特点使得单片机在工业中被广泛应用，其结构见3-1所示。
图3-1 单片机结构图
在用单片机进行实时数据处理和实时控制时，要和外界建立信息的交换。人机模块的使用，使得人们可以直观的了解系统的进程和工作状态。和其他CPU相比，单片机的功能虽然强，然而由于引脚数目和芯片结构的限制，片内无法集成很多I/O口、ROM和RAM等结构，所以在使用时，需要自己扩展，用来适应大项目的要求。
可以根据系统配置和系统扩展的状况，单片机系统分为最小系统，典型应用系统和最小功耗系统。本次系统的设计属于最小系统。最小系统表示能让系统正常运行的最少配置的系统。最小系统结构简单、成本低廉，常见于大多数的工控系统，比如控制开关的输入输出、时序的控制等。大多数的单片机内部都集成了ROM/EPROM，所以在最小系统中，只要在单片机外部配置电源、振荡电路和复位电路即可使用。但是如果单片机内部没有集成ROM/EPROM时，还要在上述结构的基础上，在配备EEPROM或者EPROM来做存储器。
2 AT89C51简介
AT89C51的主要参数如下图所示：
表1 AT89C51的相关参数
型号 存储器 串 行 口 速 度 （M） 定 时 器 中 断 I/0 其 它 特点
E2PROM ROM RAM
89C51 4K 128 1 24 2 6 32 低电压
AT89C51芯片内部含有一个20K字节容量的电可编闪速存储器（EEPROM），为了防止EEPROM里的代码被非法的复制，AT89C51内部集成有两级或者三级的程序储存器保密系统。EEPROM在修改时，不用使用紫外线擦，这使得编程效率极大地得到了提高。
一 引言 1
二 系统总体方案设计 2
三 系统硬件设计 3
（一）AT89C51单片机介绍 3
（二）光敏传感器模块 7
（三）步进电机驱动部分 7
（四）复位电路模块 8
（五）晶振电路模块 9
（六）蜂鸣器模块 10
（七）按键模块 10
四 系统软件设计 11
（一）主程序流程图设计 11
（二）子程序流程图设计 12
五 实物的焊接与调试 14
（一）自动窗帘的实物焊接 14
（二）自动窗帘通电状态 15
（三）开启窗帘的实现 15
（四）关闭窗帘的实现 16
（五）自动启闭窗帘的实现 16
总结 17
参考文献 18
致谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元器件清单 22
附录四 程序 23
一 引言
人类的生活质量随着时代的进步而在不断地得到改善，自从有了人类文明后，无论在世界各地，人们对家居生活的品质要求永远在提高，这是人类社会发展的必然。随着工业化文明的到来，自动化设计已经深入到生活的每个角落。基于单片机技术设计的自动窗帘由于能够根据光线明暗而自动控制窗帘的启闭，解决了每天手拉手开窗帘的不便，同时提高了生活的品质，满足了人们对精致生活的追求。因此这类产品在全国范围内得到了大量的普及，带来了巨大的经济增长。除此以外，在医院、学校、银行、会议厅、影剧院、歌舞厅、写字楼、饭店、宾馆以及别墅内，这种自动窗帘也有很高的利用价值，所以，自动启 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
闭窗帘系统值得大量推广。
在我国，虽然自动窗帘系统的生产还处于萌芽阶段，但纵观其性能，其发展前景将异常广阔，在全国范围内推广和应用这类产品具有积极的意义。第一,人民的生活水平将得到极大改善。采用单片机为控制核心的自动启闭窗帘具备了智能功能，将把环保、便利、舒适以及高效等理念带给每一个家庭，为他们创造巨大的便利，节省了使用者的时间，提高了家居生活的质量；第二，创造出一大批新兴产业。由于这种智能化产品高度集成了先进技术，对于创造社会价值具有重要作用，比如对超大规模集成电路集成技术提出更高的要求，又比如为大学生创造了更多的就业岗位。同时，对于房地产产业也提出了新的要求，对于新开发的楼盘，这种智能化窗帘的引入，将极大地提高住宅的舒适性。
基于单片机的自动启闭窗帘与传统窗帘相比，具有如下优点：
1、采用单片高密度继承的MCU作为控制核心，具有智能化效果，性能不但稳定，而且安全可靠，能提高家居生活的品质。
2、能够节省使用者的时间，在无人干预的情况下能够根据室外光线强度自动启闭窗帘。
3、采用步进电机作为窗帘驱动设备，当窗帘过于巨大时，节省了大量的劳动力。
本文将采用AT89C51单片机作为控制核心，片外配合相关模块实现本设计，设计完成的系统能够根据室外光线强度自动启闭窗帘；系统的灵敏度能够方便调节，即启闭窗帘的光线强度能够自由设置；系统应配备手工启闭窗帘按键。
二 系统总体方案设计
方案一：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，片外结合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、步进电机模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述方案的分析，本次设计采用方案三作为自动窗帘启闭系统的最终设计方案原理框图见图2-1所示，从图中可以看出系统采用51单片机作为控制核心，片外配合光敏传感器模块、蜂鸣器模块、按键模块以及振荡电路模块而构成的自动窗帘启闭控制系统。
图2-1 系统原理总框图
三 系统硬件设计
本设计采用模块化设计方式，具有条理清晰，层次分明的效果，为以后对系统的功能扩展或者修复提供诸多便利。下面分别介绍本控制系统中的各模块的设计原理。
（一）AT89C51单片机介绍
1 单片机原理介绍
单片机（single-chip microcomputer）是一种单芯片的微型计算机，它把计算机主要的部分都集成在一块芯片上，下图是它的主要构造。因为单片机是被高度地集成在一个面积很小的片上，极大地减少了信号传送的距离，使得结构的配置得到了优化并且系统的稳定性得到了极大的保障。单片机有适合工控的指令系统，这个特点使得单片机在工业中被广泛应用，其结构见3-1所示。
图3-1 单片机结构图
在用单片机进行实时数据处理和实时控制时，要和外界建立信息的交换。人机模块的使用，使得人们可以直观的了解系统的进程和工作状态。和其他CPU相比，单片机的功能虽然强，然而由于引脚数目和芯片结构的限制，片内无法集成很多I/O口、ROM和RAM等结构，所以在使用时，需要自己扩展，用来适应大项目的要求。
可以根据系统配置和系统扩展的状况，单片机系统分为最小系统，典型应用系统和最小功耗系统。本次系统的设计属于最小系统。最小系统表示能让系统正常运行的最少配置的系统。最小系统结构简单、成本低廉，常见于大多数的工控系统，比如控制开关的输入输出、时序的控制等。大多数的单片机内部都集成了ROM/EPROM，所以在最小系统中，只要在单片机外部配置电源、振荡电路和复位电路即可使用。但是如果单片机内部没有集成ROM/EPROM时，还要在上述结构的基础上，在配备EEPROM或者EPROM来做存储器。
2 AT89C51简介
AT89C51的主要参数如下图所示：
表1 AT89C51的相关参数
型号 存储器 串 行 口 速 度 （M） 定 时 器 中 断 I/0 其 它 特点
E2PROM ROM RAM
89C51 4K 128 1 24 2 6 32 低电压
AT89C51芯片内部含有一个20K字节容量的电可编闪速存储器（EEPROM），为了防止EEPROM里的代码被非法的复制，AT89C51内部集成有两级或者三级的程序储存器保密系统。EEPROM在修改时，不用使用紫外线擦，这使得编程效率极大地得到了提高。
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