单片机的智能窗帘控制系统设计
摘 要本文选择了“基于单片机的智能窗帘控制系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统， 实现了预期设立的性能指标，实现了对窗帘的人工控制和光线强度自动控制两种模式，在人工模式下用户可通过按键或者红外遥控来手动启闭窗帘，在自动模式下当光线强度较强是自动将窗帘关闭，光线较弱时自动将窗帘开启。本文所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以51单片机作为主控芯片，在软件上通过C语言进行程序编写，经过了大量的测试和优化，表现出了很高的实用性。
目录
一、 引言
（一） 智能窗帘的发展背景
（二） 智能窗帘系统的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控单片机的对比与选择
（二） 步进电机简介
（三） 光敏传感器模块介绍
（四） LCD1602液晶显示器介绍
三、 硬件系统设计
（一） 智能窗帘系统的系统原理框图设计
（二） STC89C51单片机最小系统设计
（三） 窗帘电动启闭电路设计
（四） 红外遥控接收头电路设计
（五） 光敏传感器电路设计
（六） 液晶显示器电路设计
四、 软件系统设计
（一） 智能窗帘系统的主程序流程图设计
（二） 窗帘启闭工作流程图设计
（三） 红外遥控信号解码流程设计
（四） 光敏传感器工作流程设计
（五） 液晶显示器工作流程设计
五、 实物制作
（一） 硬件调试
（二） 问题总结
总 结
致 谢
参考文献
附录一 原理图
附录二 组件列表
附录三 PCB
附录四 源程序
引言
智能窗帘的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型智能窗帘控制系统，这款系
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。智能窗帘系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及CPKD等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的智能窗帘控制系统已经具有了一些简单的电动启闭窗帘等基本功能，摆脱了人力拉动的启闭方式，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的智能窗帘控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，智能窗帘控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在智能窗帘控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得智能窗帘控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够通过检测室外的天气因素实现对窗帘的自动关闭和开启，还能够实现一些无线遥控功能，并且随着智能家居概念的不断深入人心，窗帘结合其他家用电器组成一个整体的家庭智能系统。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现智能窗帘控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
智能窗帘系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的智能窗帘控制系统产品，但一些具有高端性能的智能窗帘产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对智能窗帘控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建智能窗帘系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能窗帘控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文部分的第一部分主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能窗帘控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文部分第二部分快速确定了智能窗帘控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三部分是智能窗帘控制系统的硬件设计部分节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四部分是软件设计部分节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下面为本设计将要实现的功能指标：
1)通过复位电路以及晶振电路的搭配，实现STC89C51单片机最小系统电路设计，实现对步进电机、红外遥控、光敏传感器以及液晶屏的驱动；
2)构建步进电机及其驱动器电路，实现对窗帘的拖动；
3)构建红外一体接收头电路，实现对红外遥控信号的接收；
4)构建光敏传感器电路，实现对光线强度的检测；
5)构建液晶屏电路，实现对智能窗帘系统参数的显示。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是宏晶公司生产的STC89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是STC89C51单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，其最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是STC89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。。
图1 MSP430单片机
综合上面对STC89C51单片机和MSP430单片机的描述和对比，可以发现两款单片机的特点差异非常明显，很容易作出决定，其中51单片机内部资源丰富，成本低廉，然而处理速度较慢；而MSP430单片机内部资源更加丰富，处理速度较高，然而其开发成本是51单片机的数十倍，而本系统对于处理速度没有较高的要求，因此本文最终决定使用STC89C51单片机作为系统的主控核心。
目录
一、 引言
（一） 智能窗帘的发展背景
（二） 智能窗帘系统的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控单片机的对比与选择
（二） 步进电机简介
（三） 光敏传感器模块介绍
（四） LCD1602液晶显示器介绍
三、 硬件系统设计
（一） 智能窗帘系统的系统原理框图设计
（二） STC89C51单片机最小系统设计
（三） 窗帘电动启闭电路设计
（四） 红外遥控接收头电路设计
（五） 光敏传感器电路设计
（六） 液晶显示器电路设计
四、 软件系统设计
（一） 智能窗帘系统的主程序流程图设计
（二） 窗帘启闭工作流程图设计
（三） 红外遥控信号解码流程设计
（四） 光敏传感器工作流程设计
（五） 液晶显示器工作流程设计
五、 实物制作
（一） 硬件调试
（二） 问题总结
总 结
致 谢
参考文献
附录一 原理图
附录二 组件列表
附录三 PCB
附录四 源程序
引言
智能窗帘的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型智能窗帘控制系统，这款系
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。智能窗帘系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及CPKD等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的智能窗帘控制系统已经具有了一些简单的电动启闭窗帘等基本功能，摆脱了人力拉动的启闭方式，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的智能窗帘控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，智能窗帘控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在智能窗帘控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得智能窗帘控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够通过检测室外的天气因素实现对窗帘的自动关闭和开启，还能够实现一些无线遥控功能，并且随着智能家居概念的不断深入人心，窗帘结合其他家用电器组成一个整体的家庭智能系统。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现智能窗帘控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
智能窗帘系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的智能窗帘控制系统产品，但一些具有高端性能的智能窗帘产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对智能窗帘控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建智能窗帘系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能窗帘控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文部分的第一部分主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能窗帘控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文部分第二部分快速确定了智能窗帘控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三部分是智能窗帘控制系统的硬件设计部分节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四部分是软件设计部分节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下面为本设计将要实现的功能指标：
1)通过复位电路以及晶振电路的搭配，实现STC89C51单片机最小系统电路设计，实现对步进电机、红外遥控、光敏传感器以及液晶屏的驱动；
2)构建步进电机及其驱动器电路，实现对窗帘的拖动；
3)构建红外一体接收头电路，实现对红外遥控信号的接收；
4)构建光敏传感器电路，实现对光线强度的检测；
5)构建液晶屏电路，实现对智能窗帘系统参数的显示。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是宏晶公司生产的STC89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是STC89C51单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，其最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是STC89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。。
图1 MSP430单片机
综合上面对STC89C51单片机和MSP430单片机的描述和对比，可以发现两款单片机的特点差异非常明显，很容易作出决定，其中51单片机内部资源丰富，成本低廉，然而处理速度较慢；而MSP430单片机内部资源更加丰富，处理速度较高，然而其开发成本是51单片机的数十倍，而本系统对于处理速度没有较高的要求，因此本文最终决定使用STC89C51单片机作为系统的主控核心。
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