stc89c51单片机的汽车天窗控制系统设计
摘 要本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以STC89C51作为核心元件的智能汽车天窗系统，能够实现雨滴快速准确检测、电动启闭天窗、雨天自动关闭天窗以及液晶显示等功能，完成了大学学习生涯里的最后一门作业。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的智能汽车天窗控制市场，能够大幅度降低目前智能汽车天窗系统的生产成本并且性价比大幅度提高。
目录
一、 引言 1
（一） 汽车天窗控制系统的发展背景 1
（二） 汽车天窗系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控芯片的选取 3
（二） STC89C51单片机 4
（三） LCD1602型液晶屏介绍 5
（四） 小型步进电机介绍 5
（五） 雨量传感器介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能汽车天窗系统的系统结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 液晶屏电路设计 8
（四） 步进电机驱动电路设计 9
（五） 雨量传感器电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 智能汽车天窗系统的主程序流程图设计 11
（二） 液晶屏显示流程设计 12
1. 写指令流程 12
2. 写数据流程 12
（三） 步进电机驱动流程设计 13
（四） 雨量传感器工作流程设计 13
五、 Proteus软件仿真 15
（一） 仿真介绍 15
（二） 仿真调试 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 程序 24
引言
汽车天窗控制系统的发展背景
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汽车天窗控制系统，这款系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。汽车天窗系统已经在家庭轿车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cpld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简单的电动天窗开启、关闭以及点动等基本功能，这些功能的实现改变了以往汽车天窗需要手动开启的现状，使得家庭轿车的用户体验度得到了极大的提升，但是随着社会经济的快速发展以及家庭轿车在人群中的普及度不断扩展，这些基本功能已经不能够满足绝大多数汽车用户了，这些基本的电动天窗功能离今天以单片机等微处理器作为主控器的汽车天窗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，汽车天窗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，其中在汽车天窗控制系统领域，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，这样就使得汽车天窗控制系统具有了一定程度的智能意义，不但将多种高性能的传感器探头嵌入到天窗系统中，并通过这些传感器对车内车外的环境因素进行快速检测后，主控微处理器能够快速制定出汽车天窗的自动开启和关闭，如当车内湿度过大时，微处理器将会驱动天窗的传动系统将天窗开启一个安全缝隙，使得车内湿气得以释放；近年来汽车天窗的降雨自动关闭功能越来越受到用户的好评，有些车主在离开车后往往会习惯性将天窗开启，使得车内空气得到流通，然而再遇到突然下雨时，降雨就会淋进车内，而降雨自动关闭功能实现了降雨的检测，当出现降雨时，雨量检测探头立即产生动作，微处理器将在第一时间做出反应，实现天窗的关闭。
通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现汽车天窗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。
汽车天窗系统的国内外发展现状
国内外大多数中高级轿车品牌已经普遍掌握了在轿车中配置智能汽车天窗系统的能力，但这些具有高端性能汽车天窗的轿车只占有市场很少的比例，这些技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本较高，导致这些智能天窗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，开始着重开始对汽车天窗控制系统进行研究，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汽车天窗系统的整体框架，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
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款实现雨滴快速准确检测、电动启闭天窗、雨天自动关闭天窗以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，下列六项将是本课题将要实现的功能和指标：
1、以STC89C51单片机作为主控核心，设计其最小系统电路，实现对雨量传感器、液晶屏、步进电机等功能模块的驱动；
2、配置步进电机及其驱动电路，实现对汽车天窗的拖动；
3、配置雨量检测电路，实现对是否下雨进行实时准确检测，并且通过输出高低电平来表示是否下雨；
4、配置液晶屏电路，实现对汽车天窗的工作模式进行显示；
5、用户可通过开启/关闭按键实现汽车天窗的电动启闭；
6、当突然降雨时，系统将快速驱动步进电机实现天窗的关闭。
方案选择及元器件介绍
系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。
目录
一、 引言 1
（一） 汽车天窗控制系统的发展背景 1
（二） 汽车天窗系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控芯片的选取 3
（二） STC89C51单片机 4
（三） LCD1602型液晶屏介绍 5
（四） 小型步进电机介绍 5
（五） 雨量传感器介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能汽车天窗系统的系统结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
（三） 液晶屏电路设计 8
（四） 步进电机驱动电路设计 9
（五） 雨量传感器电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 智能汽车天窗系统的主程序流程图设计 11
（二） 液晶屏显示流程设计 12
1. 写指令流程 12
2. 写数据流程 12
（三） 步进电机驱动流程设计 13
（四） 雨量传感器工作流程设计 13
五、 Proteus软件仿真 15
（一） 仿真介绍 15
（二） 仿真调试 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
21
附录一 原理图 22
附录二 元件列表 23
附录三 程序 24
引言
汽车天窗控制系统的发展背景
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汽车天窗控制系统，这款系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。汽车天窗系统已经在家庭轿车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cpld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简单的电动天窗开启、关闭以及点动等基本功能，这些功能的实现改变了以往汽车天窗需要手动开启的现状，使得家庭轿车的用户体验度得到了极大的提升，但是随着社会经济的快速发展以及家庭轿车在人群中的普及度不断扩展，这些基本功能已经不能够满足绝大多数汽车用户了，这些基本的电动天窗功能离今天以单片机等微处理器作为主控器的汽车天窗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，汽车天窗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，其中在汽车天窗控制系统领域，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，这样就使得汽车天窗控制系统具有了一定程度的智能意义，不但将多种高性能的传感器探头嵌入到天窗系统中，并通过这些传感器对车内车外的环境因素进行快速检测后，主控微处理器能够快速制定出汽车天窗的自动开启和关闭，如当车内湿度过大时，微处理器将会驱动天窗的传动系统将天窗开启一个安全缝隙，使得车内湿气得以释放；近年来汽车天窗的降雨自动关闭功能越来越受到用户的好评，有些车主在离开车后往往会习惯性将天窗开启，使得车内空气得到流通，然而再遇到突然下雨时，降雨就会淋进车内，而降雨自动关闭功能实现了降雨的检测，当出现降雨时，雨量检测探头立即产生动作，微处理器将在第一时间做出反应，实现天窗的关闭。
通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现汽车天窗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。
汽车天窗系统的国内外发展现状
国内外大多数中高级轿车品牌已经普遍掌握了在轿车中配置智能汽车天窗系统的能力，但这些具有高端性能汽车天窗的轿车只占有市场很少的比例，这些技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本较高，导致这些智能天窗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，开始着重开始对汽车天窗控制系统进行研究，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汽车天窗系统的整体框架，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
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款实现雨滴快速准确检测、电动启闭天窗、雨天自动关闭天窗以及液晶显示等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，下列六项将是本课题将要实现的功能和指标：
1、以STC89C51单片机作为主控核心，设计其最小系统电路，实现对雨量传感器、液晶屏、步进电机等功能模块的驱动；
2、配置步进电机及其驱动电路，实现对汽车天窗的拖动；
3、配置雨量检测电路，实现对是否下雨进行实时准确检测，并且通过输出高低电平来表示是否下雨；
4、配置液晶屏电路，实现对汽车天窗的工作模式进行显示；
5、用户可通过开启/关闭按键实现汽车天窗的电动启闭；
6、当突然降雨时，系统将快速驱动步进电机实现天窗的关闭。
方案选择及元器件介绍
系统主控芯片的选取
为了实现本文所有的设计指标，必须得对控制系统的主控器芯片进行一个全方位的考核，这不仅仅涉及到它的性能和功能等方面，还要对它外形封装以及管脚数量等情况进行仔细对比。通过对目前微处理器市场上多款常用的器件查阅和学习，最终从中选择出了430单片机以及51单片机两种器件进行全面对比，从而选择出其中一个来进行控制系统的设计。
所谓430单片机指的是TI公司在二十世纪初推出的一种以低功耗为主要特点的控制器芯片，在当时它的低功耗性能达到了单片机市场上的最高水平，该公司的测试人员通过一个新鲜柠檬产生的酸性电压来对430单片机进行供电，使其进入了正常的工作状态，并且柠檬的酸性汁液发出的电量足以使其维持工作达到一小时以上。该低功耗特性使得MSP430单片机迅速赢得了许许多多手持设备设计者的青睐，由于手持设备多是通过电池供电，并且许多外形轻巧的手持设备或者玩具都是通过干电池供电，而干电池的电压最多达到3V左右，许多以5V电压供电的单片机就不适用于这种设备中，而以3.3V供电的430单片机则能轻松工作，这就是430单片机的优势，经过了十几年的发展和优化，430单片机已经形成了多个种类以适用于不同用户，其中F2系列以集成功能模块多、价格低廉赢得了最多的使用者，尤其是学生用户，不但有利于他们学习低功耗的概念，更能使得他们通过配置F2为数不多的寄存器来更快地熟悉430单片机，因此本文若采用F2系列430单片机，那么不但能够使得系统具有低功耗的特点，更能够通过430单片机丰富的配置来使得最终系统取得非常小的外形体积。
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