家用窗簾自動開關(guān)控制器

1、基于MSP430G2211實現(xiàn)的家用窗簾自動開關(guān)控制器目 錄第一章 作品概述3第一節(jié) 作品功能和單片機介紹3第二節(jié) 設(shè)計方案4第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計4第一節(jié) MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹4第二節(jié) 傳感器介紹6第三節(jié) 各單元電路的介紹7第四節(jié) 系統(tǒng)原理圖及元器件清單9第五節(jié) PCB板設(shè)計注意事項10第六節(jié) 硬件安裝調(diào)試注意事項及方法10第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計11第一節(jié) 程序總體狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖11第二節(jié) 子程序API介紹11第三節(jié) 軟件程序的調(diào)試方法14第四章 總結(jié)與思考1516第一章 作品概述第一節(jié) 作品功能和單片機介紹該作品的主要功能是：當(dāng)外界光照度高于某一參考值時窗簾自動打開，低

2、于該參考值是窗簾自動關(guān)閉。用線程的方法來控制電機的停轉(zhuǎn)，即在窗簾的頂部和底部分別安裝一個微動開關(guān)S1和S2，當(dāng)窗簾正轉(zhuǎn)到頂部時，碰觸微動開關(guān)S1，在按鍵被按下時，在單片機P1.6口產(chǎn)生一個下降沿中斷，在中斷內(nèi)單片機向P1.2和P1.3口輸出低電平，則電機停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)窗簾反轉(zhuǎn)到底部時，碰觸微動開關(guān)S2，在按鍵被按下時，在單片機P1.4口產(chǎn)生一個下降沿中斷，在中斷內(nèi)單片機向P1.2和P1.3口輸出低電平電機停止轉(zhuǎn)動。所選用的芯片型號是TI公司的MSP430G2211。本作品選用MSP430G2211單片機，該單片機超低功耗，具有5種節(jié)電模式，1us內(nèi)便可從待機模式喚醒，并具有一個強大的16位RIS

3、C CPU、16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，有助于最大限度的發(fā)揮代碼效率。此單片機還具有豐富的時鐘源，包括LF、OSC和VLO。它可通過串行口系統(tǒng)編程，無需外部編程電壓，具有可編程的保密熔絲代碼保護，它具有Spy-Bi-Wire仿真邏輯接口。另外它還有10位IO口、8個比較器通道和16位的Timer_A定時器，帶2路捕獲和比較寄存器。此單片機的IO口和Timer_A定時器都具有強大的中斷能力。第二節(jié) 設(shè)計方案光敏傳感器G2211單片機電機控制電路圖1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖用光敏傳感器（具體為硅光電池）將外界的光照度轉(zhuǎn)換成電壓信號，并將該電壓信號經(jīng)過一級跟隨器電路輸入到G2211模擬比較器的正輸入端，

4、在硬件上的具體連接就是將27L2的7腳連接至單片機的P1.1口。并通過與負(fù)輸入端的內(nèi)部參考電壓作比較，使得比較模塊寄存器的CAOUT端置“1”或清零來控制單片機的P1.2和P1.3口輸出高低電平，進而控制電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)窗簾的打開與關(guān)閉，在硬件上的具體連接就是將單片機的P1.2和P1.3口分別連接至電機驅(qū)動芯片L298n的12腳和10腳。利用按鍵S1和S2觸發(fā)I/O口中斷來控制電機轉(zhuǎn)到窗簾的頂部或是窗簾的底部停止轉(zhuǎn)動。直流電機連接至電機驅(qū)動芯片L298n的13腳和14腳。第二章 硬件系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié) MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板介紹基于LaunchPad的MSP-EXP430G

5、2低成本實驗板是一款適用于TI最新MSP430G2xx系列產(chǎn)品的完整開發(fā)解決方案。其基于USB的集成型仿真器可提供為全系列MSP430G2xx器件開發(fā)應(yīng)用所必需的所有軟、硬件。LaunchPad具有集成的DIP目標(biāo)插座，可支持多達(dá)20個引腳，從而使MSP430ValueLine器件能夠簡便地插入LaunchPad電路板中。此外，還可提供板上Flash仿真工具，以直接連接至PC輕松進行編程、調(diào)試和評估。LaunchPad實驗板還能夠?qū)Z430-RF2500T目標(biāo)板、eZ430-Chronos手表模塊或eZ430-F2012T/F2013T目標(biāo)板進行編程。此外，它還提供了從MSP430G2xx器

6、件到主機PC或相連目標(biāo)板的9600波特UART串行連接。其實物圖如圖2.1所示。圖2.1 MSP430G2系列Launchpad開發(fā)板實物圖MSP-EXP430G2采用IAR EmbeddedWorkbench集成開發(fā)環(huán)境(IDE)或CodeComposerStudio(CCS)編寫、下載和調(diào)試應(yīng)用。調(diào)試器是非侵入式的，這使用戶能夠借助可用的硬件斷點和單步操作全速運行應(yīng)用，而不耗用任何其他硬件資源。MSP-EXP430G2LaunchPad特性: USB調(diào)試與編程接口無需驅(qū)動即可安裝使用，且具備高達(dá)9600波特的UART串行通信速度 支持所有采用PDIP14或PDIP20封裝的MSP430G2

7、xx和MSP430F20xx器件 分別連接至綠光和紅光LED的兩個通用數(shù)字I/O 引腳可提供視覺反饋 兩個按鈕可實現(xiàn)用戶反饋和芯片復(fù)位 器件引腳可通過插座引出，既可以方便的用于調(diào)試，也可用來添加定制的擴展板 高質(zhì)量的20引腳DIP插座，可輕松簡便地插入目標(biāo)器件或?qū)⑵湟瞥龍D2.1 MSP430G2211硬件資源框圖第二節(jié) 傳感器介紹這里介紹一下型號2DU5的硅光電池，之所以選擇它，原因有兩個：（1）在可見光范圍內(nèi)，該器件能使光照度與其輸出電流有一個良好的線性關(guān)系，這樣我們就可通過一個運放將其轉(zhuǎn)換成電壓信號；（2）具有較好的靈敏度，當(dāng)你用手去遮住光源或者光照度稍微有點變化時，運放的輸出電壓也隨之改

8、變。圖2.2 硅光電池2DU5實物圖其實，只要是硅光電池就行，不同型號只是輸出電流（一般為微安或毫安）的大小不同，當(dāng)然必須保證所選型號能感應(yīng)你要控制的窗簾所處環(huán)境的光（比如，可見光）。由于該方案采用的是硬件校準(zhǔn)，即通過調(diào)節(jié)運放反饋的電阻值的大小來調(diào)節(jié)輸入單片機模擬器正端的電壓值，所以當(dāng)你所選的硅光電池輸出電流比較小時，可將反饋電阻調(diào)大來提高輸出電壓值，反之亦然。圖2.3為硅光電池2DU5參數(shù)信息。圖2.3 為硅光電池2DU5參數(shù)信息圖第三節(jié) 各單元電路的介紹第一部分：光電轉(zhuǎn)換電路圖2.4 光電轉(zhuǎn)換電路這里需要注意的是，在實際的電路實現(xiàn)中RP2，R6和RP1，R5只需任選一路即可，之所以這樣連是

9、為了在畫板子時多一路備用，6和7腳連接構(gòu)成一個電壓跟隨器，作用是將光電轉(zhuǎn)換電路與單片機隔離開來。最終的輸出電壓為硅光電池電流與所選一路電阻之積。第二部分：電源電路5V轉(zhuǎn)3.3V圖2.5 電源電路由于電機和運放（27L2）的供電電壓均選擇為12V，所以將交流電通過適配器直接轉(zhuǎn)換成了12V，而電機驅(qū)動芯片（L298n）的邏輯供電電壓Vss(9腳)最大值為7V,典型值為5V，而且使能高電平Ven（11腳）的取值大于2.3V小于Vss，故選擇5V給9腳和11腳供電，本方案用LM2940將12V轉(zhuǎn)化為5V,用GM1117將5V轉(zhuǎn)換為3.3V，給按鍵提供高電平接到單片機I/O口（其實也可以直接用單片的電源

10、給按鍵供電）。第三部分：電機驅(qū)動電路圖2.6 電機驅(qū)動電路采用的是L298n芯片對電機進行驅(qū)動，其集成了兩個H橋電路，10和12腳接單片機的I/O口，13和14腳接電機的兩端，4腳接電源，該芯片的最大輸入電壓為46V,該方案采用的是12V,8腳接地，11腳為第二個H橋工作的使能端，高電平（2.3V到Vss，本方案選取Vss為5V）有效，具體的功能實現(xiàn)見下表：表2-1 電機狀態(tài)表輸入功能Venb(即11腳)=110腳=“1”；12腳=“0”正轉(zhuǎn)10腳=“0”；12腳=“1”反轉(zhuǎn)10腳=12腳電機停轉(zhuǎn)Venb(即11腳)=010腳=X；12腳=X電機停轉(zhuǎn)說明：（1）“1”表示電壓范圍在2.3V到V

11、ss的值之間；（2）“0”表示-0.3V到1.5V之間；（3）X表示為“0”，“1”任何一狀態(tài)。第四節(jié) 系統(tǒng)原理圖及元器件清單圖2.7 系統(tǒng)原理圖光電轉(zhuǎn)換電路主要由27L2芯片組成，將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號經(jīng)過跟隨器接到單片機的P1.1口，電機控制電路主要由L298n芯片組成，將其連接到P1.2和P1.3口。按鍵S1和S2接到單片機的P1.6和P1.4口。3.3V和5V電源電路主要是給所用芯片供電使能以及邏輯電平的選擇。表2-2列出了該作品所用到的元器件和芯片的型號。表2-2 元器件清單型號數(shù)量/個封裝TLC27L21DIP(雙列直插)L298n1Multiwatt15LM29401TO-220

12、GM11171SOT-123電位器（500k）1R(680K)11206R(100K)31206R(1K)21206二極管（4007）41206C(100nF)21206電解電容(10uF)2電解電容(22uF)1電解電容(47uF)1微動開關(guān)32DU51電機1第五節(jié) PCB板設(shè)計注意事項圖2.8 PCB頂層設(shè)計圖2.9 PCB底層設(shè)計(1)由于有12V的電源，所以最好所有的電源線和地線都加粗，該作品電源線和地線均采用30mil線寬。（2）建議先焊實驗板調(diào)試，再畫板子，因為你原理圖上的器件很可能在電子市場找不到（比如我GM1117的型號畫成了SOT123，但電子市場幾乎都是SOT223），在焊

13、實驗板時就可以順便了解你要用的器件的常用封裝，如果找不到該型號的器件可以找市面上有哪些可以實現(xiàn)同樣功能的其他型號的器件，及時對方案進行調(diào)整。（3）特別注意適配器DC座封裝，作為一個腳使用的兩個焊盤間距變?yōu)?mil，否則由于DC座腳太寬，插不進去。第六節(jié) 硬件安裝調(diào)試注意事項及方法圖2.9 作品實物圖圖2.10 直流電機實物圖（1）R6,RP2和R5，RP1只需焊一組即可，本方案焊的是R6,RP2。（2）焊接時一定要注意硅光電池2DU5的正負(fù)，接反的話27L2的6腳是沒有電壓值的。（3）在將單片機和硬件電路連接在一起之前，一定要進行硬件校準(zhǔn)，即通過調(diào)電位器的大小來改變27L2的6腳的值，將電路置

14、于你作為參考光照度的環(huán)境下，調(diào)節(jié)RP2讓6腳的值為0.9V（這跟你的程序有關(guān)，因為我是將27L2的6腳的值作為單片機模擬比較器的正輸入端，負(fù)輸入端為單片機內(nèi)部參考0.25Vcc），一定要注意單片機模擬比較器的輸入端最大輸入電壓為2.6V。（4）在將單片機和自己畫的硬件電路連接之前，先給硬件加上電源，測一下和單片機I/O口相連的端子的電壓，看其是否正常，因為硬件的錯誤連接（比如短路）可能導(dǎo)致跟單片機連接的端子的電壓異常，超過單片機的最大電壓范圍（3.6V），可能燒壞單片機。第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié) 程序總體狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖電機正轉(zhuǎn)處于關(guān)閉狀態(tài)電機反轉(zhuǎn)處于打開狀態(tài)KEY1按下/電機停轉(zhuǎn)光照低/電機反轉(zhuǎn)

15、KEY2按下/電機停轉(zhuǎn)光照高/電機正轉(zhuǎn)圖3.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖基本思想：程序主要采用的是“狀態(tài)機”的方法，分為四個狀態(tài)：電機正轉(zhuǎn)，電機反轉(zhuǎn)，窗簾處于打開狀態(tài)，窗簾處于關(guān)閉狀態(tài)（程序的默認(rèn)狀態(tài)）。只有當(dāng)光照度高于參考值同時窗簾處于關(guān)閉狀態(tài)，電機才正轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)打開窗簾），如果光照度高于參考值但窗簾已經(jīng)處于打開狀態(tài)，則電機不轉(zhuǎn)；只有當(dāng)光照度低于參考值同時窗簾處于打開狀態(tài)，電機反轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)關(guān)閉窗簾），如果光照度低于參考值但窗簾已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，則電機不轉(zhuǎn)。第二節(jié) 子程序API介紹初始化程序：WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / 關(guān)閉開門狗P1DIR |= BIT0+BIT2 + BIT3;

16、/P1.0，P1.2及P1.3設(shè)為輸出CACTL1 = CARSEL + CAREF0 + CAON; / 內(nèi)部參考0.25 Vcc 為比較器負(fù)輸入端，打開比較器CACTL2 = P2CA4; / P1.1為比較器正輸入端P1IES |= BIT6+BIT4; /P1.4，P1.6下降沿中斷P1IE |= BIT6+BIT4; /中斷使能并打開總中斷_EINT(); P1OUT=0X00; /P1口輸出清零比較器模塊：if (CAOUT & CACTL2) /如果CAOUT置“1”且窗簾處于關(guān)閉狀態(tài)，P1.0，P1.2輸出高電平，P1.3輸出低電平 switch(status)case

17、 Close_Stop : P1OUT=0x05;status= Normal;break;case Open_Stop : break;case Normal : break;case Innormal : break; else /如果CAOUT清零且窗簾處于打開狀態(tài)，P1.3輸出高電平P1.0，P1.2輸出低電平switch(status)case Close_Stop : break;case Open_Stop :P1OUT=0x08;status=Innormal ;break;case Normal : break;case Innormal : break;按鍵檢測：Void

18、Key_Detect()unsigned char PushKey;PushKey=P1IFG&(BIT4+BIT6);_delay_cycles(5000);if(PushKey&BIT6)Key1_OnClick();if(PushKey&BIT4)Key2_OnClick();按鍵處理：void Key1_OnClick()switch(status)case Close_Stop : break;case Open_Stop : break;case Normal :P1OUT&=(BIT2+BIT3);status=Open_Stop; break;c

19、ase Innormal :break;void Key2_OnClick()switch(status)case Close_Stop: break;case Open_Stop : break;case Normal: break;case Innormal : P1OUT&=(BIT2+BIT3);status=Close_Stop; break;第三節(jié) 軟件程序的調(diào)試方法建議分功能模塊調(diào)試，要特別注意switch語句的書寫規(guī)范。（1）調(diào)試比較器模塊是否正常，如果覺得程序沒問題但還是出不來效果，可能是單片機的比較器端口壞了，這事應(yīng)該重新下載一個簡單的程序檢測一下，以下是TI公司提供的一個程序范例：#include <msp430g2211.h>void main (void)WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; / Stop WDTP1DIR |= 0x01; / P1.0 outputCACTL1 = CARSEL + CAREF0 + C