基于單片機的智能窗簾的設計和實現(xiàn) 電氣工程專業(yè)

1、題 目： 基于單片機的智能窗簾的設計目錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1課題背景及意義11.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀11.3設計思想及基本功能21.4主要內容及設計安排22 系統(tǒng)總體方案設計32.1 設計要求32.2 方案選擇33系統(tǒng)硬件設計63.1整體方案設計63.2最小系統(tǒng)模塊63.3液晶顯示電路103.4 時鐘模塊113.5 光控電路134 軟件設計154.1 程序語言及軟件開發(fā)環(huán)境154.2 主程序模塊的設計155集成調試205.1 調試步驟205.2 實物調試205.3 系統(tǒng)軟件及仿真結果206總結1鳴謝2參考文獻3摘 要窗簾在我們的日常生活中作用很大，主要起到遮蔽強光、保護個

2、人隱私的作用。傳統(tǒng)的窗簾主要依靠人工來控制升降，操作不方便。近些年來，智能家居概念逐步興起，催生了一系列智能插座、智能空調等產(chǎn)品。本文主要研究智能窗簾控制系統(tǒng)的設計，它屬于智能家居系統(tǒng)的一部分。該控制系統(tǒng)，主要以單片機為控制器，配合光線感應傳感器，實現(xiàn)窗簾的自動升降。整個系統(tǒng)通過按鍵矩陣實現(xiàn)交互控制，相關的交互信息通過液晶顯示屏顯示出來。本文先是對整體方案作了簡要描述，然后詳細介紹硬件電路設計，包括單片機控制器、光敏傳感器、電機控制電路等，最后介紹了軟件實現(xiàn)的思路。整個窗簾控制系統(tǒng)設計簡單，操作方便，工作穩(wěn)定。關鍵詞：智能窗簾；單片機；光敏器件AbstractCurtains play an

3、important role in our daily life, mainly to shield the strong light and protect personal privacy. The traditional curtain mainly relies on manual control to lift, which is inconvenient to operate. In recent years, the concept of smart home has gradually risen, giving birth to a series of smart socke

4、ts, smart air conditioning and other products. This paper mainly studies the design of intelligent curtain control system, which belongs to a part of smart home system. This control system mainly takes single chip computer as the controller and cooperates with light sensor to realize the automatic l

5、ifting of curtain. The whole system achieves interactive control by key matrix, and the related interactive information is displayed by LCD screen. This paper first gives a brief description of the overall scheme, then introduces the hardware circuit design in detail, including single-chip controlle

6、r, photosensitive sensor, motor control circuit, and finally introduces the idea of software implementation. The curtain control system is simple in design, convenient in operation and stable in operation.Key words: Intelligent Curtain; MCU; Photosensitive DeviceII1 緒論1.1課題背景及意義 時代不斷進步，人們的生活也在不斷地提高，

7、從最初的洞穴草屋，到如今的高樓大廈，不同的時代人們對于居住的場所和環(huán)境有著顯著的差別，這是人類步向文明社會一個必然的潮流。隨著時間的指針指向21世紀的今天，信息化時代的來臨使得經(jīng)濟發(fā)展邁向了一個新的階梯，科技的不斷創(chuàng)新使得人們慢慢解放了自己的雙手，同時，也減少了人們的歡聲笑語，使人們不得以更加賣力的工作以尋求更加美好的生活。在這種工作壓力下，人們并不滿足于現(xiàn)有的傳統(tǒng)家居，因此，利用物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居慢慢融入人們的生活。智能家居除了擁有傳統(tǒng)家居的所有功能外，還可以使信息全方位的交互，兼?zhèn)渚W(wǎng)絡通信、家電信息、設備自動化，提供一個可以使服務信息管理為一體的舒適、安全、便捷的居住環(huán)境。窗簾是一種常見

8、家居，窗簾的作用也有很多，除了具有遮光的效果外，還具有保護隱私，也起到一定的裝飾作用。但傳統(tǒng)的窗簾需要手動去控制開合，對于一些普通民房控制起來很容易，但對于一些大型的商用房開合起來就很麻煩，因此，智能窗簾具有很高的期望。目前，智能窗簾的種類有很多，利用語音控制，利用外界光線強弱控制，也可以利用定時器去控制窗簾的自動開合。設計一款價格便宜，功能新穎，并且結合市面上諸多功能的智能窗簾就擁有很大的發(fā)展前景。信息時代的來領使得很多國家對于電子商業(yè)投入越來越多的資金，使得許多電子產(chǎn)品面世，這些電子產(chǎn)品大多可以被大眾接受認可，智能窗簾在未來很可能就成為了生活的必需品，因此，在不久的將來，或許智能窗簾就成為

9、了中國以至世界的主要產(chǎn)業(yè)之一，它的前度不可限量。1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀 對于一些歐美的發(fā)達國家來說，信息化時代已經(jīng)步入中年時期，因此，智能家居發(fā)展也較為成熟。在國外，美國是世界上第一個國家成功設計出智能家居產(chǎn)品，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞等較為發(fā)達的國家對智能家居提出了自己的看法和意見。美國、新加坡、德國、日本等國外智能窗簾都有廣泛的應用1。智能家居最早可以追溯到1984年，世界上第一個智能家居的到來，一直到現(xiàn)在，智能家居不團的被更新。在1998年的“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，新加坡在面對大眾媒體時模擬“未來之家”，展示他們對于未來智能家居的看法，利用先進的技術來實現(xiàn)對整個

10、系統(tǒng)的運作，為未來智能家居的發(fā)展做出卓越的貢獻。在大約10年前，第一款電動式窗簾就被引進到國內，但由于當時中國的經(jīng)濟與科技水平都相對較為落后，并沒有被大力的推廣，但近幾年，隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人們財富的日益增長，智能窗簾又一次的進入到人們的眼簾。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近幾年，我國有大批的智能窗簾技術獲得了專利，因此，智能窗簾的發(fā)展有著無窮的潛力，前景十分明朗。1.3設計思想及基本功能智能家居作為信息化時代一個大的社會系統(tǒng)工程，我們要足夠的重視，但也不能為了發(fā)展盲目的引進國外的技術，在綜合應用國外技術的同時，也要開創(chuàng)出屬于中國特色的產(chǎn)業(yè)鏈?，F(xiàn)在市面上大多是按鍵式以及遙控式來控制窗簾的開合，相對傳統(tǒng)是的窗簾

11、，這兩種智能窗簾的優(yōu)點是顯而易見的，但看見優(yōu)點的同時，我們也應發(fā)現(xiàn)他的缺點，按鍵式開關由于安裝位置固定，在特定的時候或許會比較方便，比如安裝在床頭或者門旁邊，當進出門或者上下床是就可以順手按下，但當我們在客廳廚房就會顯得比較麻煩，遙控式雖然可以實現(xiàn)位置多變，但是需要定期更換電池，增加了成本。本次設計在保留利用按鍵式控制窗簾開合的基本功能的同時，還加入了可以根據(jù)光照強度的大小來開合窗簾以實現(xiàn)全自動控制，但此功能也并非完美，由于光敏器件靈敏度、冬夏不同季節(jié)的光照時間以及人們對窗簾開合的時間要求，光控很難達到人們的需求，因此，在此功能的前提下，本次設計還加入了時控，擁有定時功能，真正實現(xiàn)人性化。1.

12、4主要內容及設計安排本次設計的只要內容及安排如下：第一章為開題引言，介紹本次設計內容的背景及發(fā)展狀況。第二章為總體方案設計。第三章為本次設計的硬件選擇。第四章為本次設計的軟件選擇。第五章為調試部分。第六章為總結。2 系統(tǒng)總體方案設計2.1 設計要求本次設計的智能窗簾滿足以下性能：1：能夠通過手動控制已達到窗簾開合的目的；2：利用定時器控制來設定窗簾的開合時間；3：利用外界光照強度的大小來控制窗簾的開合。2.2 方案選擇2.2.1 系統(tǒng)方案的確定單片機誕生至今，以其可靠性高、系統(tǒng)結構簡單、使用方便、處理功能強等優(yōu)點被廣泛應用于智能儀器，本次設計同樣選取單片機作為控制芯片，型號為STC89C52。

13、為了更好的實現(xiàn)其功能，在此基礎上，選取兩套方案，分別為：方案一：利用光敏器件達到智能窗簾的自動控制，如圖2-1所示。方案二：利用溫度傳感器達到智能窗簾的自動控制，如圖2-2所示。對比方案一與方案二，主要區(qū)別在于外部傳感器件選取不同，方案一以光敏元件來控制窗簾的開合，誤差較小，也方便實用；方案二通過對室內外溫度的差異來控制窗簾的開合，針對不同季節(jié)誤差較大，滿足不了人們的需求。因此，我決定選擇方案一。顯示模塊光敏器件電源模塊STC89C52鍵盤模塊圖2-1 方案一框圖顯示模塊溫度模塊電源模塊STC89C52鍵盤模塊圖2-2 方案二框圖2.2.2 時鐘模塊的選擇方案一：采用SD2068時鐘芯片。SD

14、2068是一種具有標準IIC接口的實時時鐘芯片，內置年、月、日、星期、時、分、秒共七字節(jié)的報警數(shù)據(jù)寄存器及一字節(jié)的報警允許寄存器，可以在較大的范圍值校正時鐘的偏差。缺點在于編程較為復雜，價格相對較高，在本次設計中實用性相對較小。管腳如圖2-3。圖2-3 SD2068時鐘芯片管腳圖方案二：采用DS1302時鐘芯片。DS1302是美國DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，擁有高性能、低功耗等優(yōu)點。此外，它還采用三線接口與CPU同步通信，并可以采用突發(fā)方式一次性傳送多個字節(jié)的時鐘信號或者RAM數(shù)據(jù)。作為DS1202的升級產(chǎn)品，它除了擁有其所有功

15、能以外，還增加了主電源/后背電源雙電源引腳，在主電源關閉的情況下，可以繼續(xù)保持時鐘的連續(xù)運作。DS1302管腳圖如圖2-4。圖2-4 DS1302時鐘芯片管腳縱觀兩種方案，最終決定使用DS1302時鐘芯片。2.2.3 電機的選擇方案一：使用直流電機來帶動窗簾的開合。直流電機具有很好的啟動特性和調速特性，并且轉矩也比較大，維修較便宜。但由于直流電機的轉速較快，當給出停轉信號時，由于慣性作用，很難立即停止，可能會導致窗簾損壞，并且直流電機的價格方面并不便宜多少，還具有碳刷。方案二：使用步進電機來帶動窗簾的開合。步進電機旋轉的角度正比于脈沖數(shù)，并且當激磁繞組時，電機挺賺的時候具有最大的轉矩。同時，每

16、步的精度在3%-5%，而且上一步的誤差不會累計到下一步，所以具有較好的位置精度和運動的重復性。另外，由于步進電機的速度較為緩慢，具有優(yōu)秀的啟停和反轉響應。從壽命上來講，由于步進電機沒有電刷，因此電機的壽命僅取決于軸承。步進電機的缺點主要在于轉速較慢，并且如果控制不當容易產(chǎn)生共振。綜合兩中方案的優(yōu)缺點，本次設計決定使用方案二。2.2.4 顯示方案的選擇方案一：采用點陣式數(shù)碼管顯示。點陣式數(shù)碼管由一個個發(fā)光二極管組成m行n列的陣，通常點越多其像素越高。點陣式數(shù)碼管一般應用于顯示大型字體，用于本次設計有點浪費。方案二：采用LCD液晶顯示器顯示。LCD液晶顯示器是由兩片平行的玻璃當中防止液態(tài)的晶體，中

17、間有很多垂直和水平的細小電線，通過通電來控制桿狀水晶分子的方向，將光線折射出來以達到產(chǎn)生畫面的目的。LCD具有很多的優(yōu)點：省點，機身薄，無輻射，畫面較柔和不傷眼等。方案三：采用LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管是一種能夠將電能轉換為光能的固態(tài)半導體器件。它的優(yōu)點主要是節(jié)能，并且可以工作在高速狀態(tài)。但是它的顯色性很差，成本也較高，并不是很劃算。綜上，最終決定采用方案二。3系統(tǒng)硬件設計3.1整體方案設計本次設計的最小系統(tǒng)由單片機配合一些電容電阻以及晶振構成。其余各模塊圍繞此系統(tǒng)展開，顯示模塊采用LCD液晶顯示器，同時也可以顯示該系統(tǒng)目前的狀態(tài)屬性，包括時間、光照強度、模式等基本信息；時鐘模塊采用DS1

18、302時鐘芯片，在斷電的情況下，也可以保持時鐘的連續(xù)動作；光敏模塊采用光敏電阻和魔術轉換芯片，將模擬量數(shù)字化并顯示出來；窗簾的開合則采用步進電機來控制，開合的狀態(tài)則采用LED燈的狀態(tài)來表示。對于個功能的實現(xiàn)需求則采用按鍵模塊來控制，可以用來選擇模式以及手動控制窗簾的開合。1602液晶模塊單 片 機最小系統(tǒng)鍵盤模塊鍵盤模塊步進電機模塊鍵盤模塊鍵盤模塊指示燈模塊3.1 系統(tǒng)框圖3.2最小系統(tǒng)模塊3.2.1 STC89C52單片機（1）簡介STC89C52單片機是STC公司研發(fā)的一種具有8k字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器，兼并低功耗、高性能CMOS8位微控制器。STC89C52在經(jīng)典的MCS-51內

19、核的基礎上做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。（2） 功能特性8k字節(jié)Flash512字節(jié)RAM3位I/O 口線內置4KB EEPROMMAX810復位電路3個16 位定時器/計數(shù)器另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作

20、頻率35MHz，6T/12T可選。（3） 引腳圖 其管腳圖如圖3-2所示。程序狀態(tài)字PSW、存儲器RAM和ROM、累加器、并行I/O接口P0P3、地址指示DPTR、寄存器B、定時器/計數(shù)器以及時鐘電路和復位電路等這些功能部件由內部總線連接在一起，組成單片機2。 圖3-2 STC89C52引腳圖各引腳的功能為：VCC:接電源VSS:接地P1.0-P1.7:8位準雙向I/O口。負載能力為3個LSTTS門；RST:復位端。高電平有效，寬度在24個時鐘周期寬度以上，是單片機復位；RXD:串行口輸入端；TXD:串行口輸出端；INT0:外部中斷0輸入端；INT1:外部中斷1輸出端；T0:定時器/計數(shù)器0外

21、部輸入端；T1:定時器/計數(shù)器1外部輸入端；WR:片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號輸出端；RD:片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號輸出端；XTAL2:接外部晶體振蕩器的一端。片內是一個振蕩電路反相放大器的輸出端；XTAL1:接外部晶體振蕩器的另一端。片內是一個振蕩電路反相放大器的輸入端；ALE/PROG:地址鎖存信號端。訪問片外存貯器時，ALE作低八位地址的鎖存控制信號。平時不訪問片外存貯器時，該端以六分之一的時鐘振蕩頻率固定輸出脈沖。ALE端負載驅動能力為8個LSTTL門。該引腳有復用功能，為片內程序存貯器編程的編程脈沖輸入。其中，STC89C52單片機設有4個雙向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一組I

22、/O口線都可以獨立地用作輸入或輸出口，其中：P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻

23、的原因，將輸出電流(IIL)。P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流(IIL)。3.2.2 最小系統(tǒng)電路單片機的最小系統(tǒng)能夠使單片機維持正常工作，一般由單片機、程序存

24、儲器、時鐘電路和復位電路組成。（1） 復位電路 復位電路主要任務是為系統(tǒng)提供初始化設定，以保證系統(tǒng)電路能夠安全穩(wěn)定的運行，所以復位電路是整個系統(tǒng)必不可少的3。圖3-3為最簡單的一種復位電路-上電復位。RST為9引腳主要有著復位的功能，能與外部形成一個復位電路4。當系統(tǒng)突然上電時，電容兩端的電壓不會瞬間改變，使得復位端出于高電平狀態(tài)，之后，電容通過電阻充電，隨后，RST變?yōu)榈碗娖剑旊娙莸某浞烹姇r間常數(shù)RC足夠大，能保證在RST端得到超過兩個機器周期的高電平時，單片機完成復位操作。圖3-3 上點復位（2） 時鐘電路 圖3-4為時鐘電路電路圖，該電路用于產(chǎn)生單片機的基本時鐘信號。 圖3-4 時鐘電

25、路（3） 最小系統(tǒng)電路圖STC89C52的最小系統(tǒng)由晶振電路部分、復位電路部分、電源電路等三個部分組成。晶振電路的作用是給內部時鐘一個固有的頻率，當其頻率上升時，單片機系統(tǒng)的運行速度也會加快。在通常情況下，一般只需要一個晶振就可以是系統(tǒng)的各個部分保持同步。電容的作用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33pF。復位電路由10uF的極性電容C1和10K的電阻R3構成。STC89C52單片機的復位輸入引腳RESET為單片機提供初始化，當系統(tǒng)上電時，該腳處于高電平，持續(xù)的時間有電路RC決定。典型的51單片機當RESET腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復位，所以適當組合RC的取值

26、就可以保證可靠的復位。電源電路采用5V USB直接供電，可將USB插入電腦，手機，移動電源燈相關設備直接對其供電。圖3-5 最小系統(tǒng)電路圖3.3液晶顯示電路3.3.1 LCD1602簡介LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，即可以顯示出圖形。芯片的工作電壓為4.5V-5.5V，電流為2.0mA，顯示的電容為16*2個字符5。3.3.2 引腳功能LCD 1602 引腳如圖3-6所示。圖3-6 LCD1602管腳圖1：接地；2：電源正極； 3：VL為液晶顯示器對比度調整的端口，對比度的

27、強弱由接電源的不同決定，對比度的調整可以通過一個10k的電位器； 4：RS是寄存器選擇，高水平的數(shù)據(jù)寄存器，低選擇指令寄存器；5：RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作；6：使能端E，當E端由1至0時，液晶模塊中的命令開始被運行； 7-14：D0-D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，主要用于和單片機的P0口相連進行數(shù)據(jù)傳遞6；15：背光源正極；16：背光源負極。由于液晶顯示在本次設計中用途有限且可有可無，不做過多說明。3.4 時鐘模塊3.4.1 DS1302簡介DS1302是由美國DALLAS公司推出的能計算秒鐘、分鐘、小時、日期、月份、星期、年份等實時信息7,具有涓細電流充電能力的低

28、功耗實時時鐘芯片。DS1302具有低功耗，高性能，引腳少，體積小等優(yōu)點8，當系統(tǒng)斷電時，也可以正常運行。我們可以用單片機往DS1302里面寫入時間進行時間設置，也可以用單片機從DS1302中讀取時間，讀出來的時間也可以放在液晶上顯示。這樣我們就可以實現(xiàn)一塊電子表的功能了。3.4.2 引腳介紹DS1302時鐘芯片引腳如圖3-7所示。圖3-7 DS1302時鐘芯片管腳圖Vcc2：主電源；Vcc1：后備電源；X1,X2：32.768KHz晶振管腳；SCLK：串行時鐘；I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳；GND：接地；RST：復位線。3.4.3 工作原理DS1302每次在讀寫程序前都需要先進行初始化，將SCL

29、K端先置 “0”，然后把 RST端置“1”，最后在給予SCLK脈沖。DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器以BCD碼形式存放日歷、時鐘，其日歷、時間寄存器及其控制字如圖3-8所示。READWRITEBIT 7BIT6BIT 5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0RANGE81h80hCH10 SecondsSeconds00-5983h82h10 MinutesMinutes00-5985h84h12/24010HourHour1-12/0-23AM/PM87h86h0010 DATEDATE1-3189h88h00010 MonthMonth1-128Bh8Ah00000DAY1-

30、78Dh8Ch10 YEARYEAR11-998Fh8EhWP0000000-91h90hTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS-圖3-8 DS1302 寄存器圖圖3-9為DS1302的控制字，控制字位7必須置“1”，若為“0”，則不能對DS1302進行讀寫數(shù)據(jù)。對于位6，對程序進行讀寫時RAM=1，對時間進行讀寫時CK=0。位1至位5指操作單元的地址。位0是讀/寫操作位，進行讀操作時，該位為“1”；進行寫操作時，該位為“0”。 7 6 5 4 3 2 1 01RAMA4A3A2A1A1RDCKWR圖3-9 DS1302 控制字3.5 光控電路3.5.1 光敏電阻概述光敏電阻，是一種特殊的電

31、阻，簡稱光電阻，是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的光敏電阻器強弱而改變的電阻器。為了能夠吸收更多的光能，光敏電阻器大部分都設計為薄片式，它有一個很重要的特點是他的阻值大小會隨著周圍光的強度發(fā)生變化，光照強度越大，阻值越小，光照強度越小，阻值越大，阻值大小與光照強度成反比的關系。光敏電阻具有體積小、靈敏度高、穩(wěn)定性好、質量輕等特點。因此光敏電阻被用于很多光電控制系統(tǒng)，如路燈，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器等方面9。3.5.2 工作原理光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。制作光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等。光敏電阻的結構為在一玻璃底板上涂有半導體物質，兩端裝有金屬

32、電極，利用導線連上金屬電極將光敏電阻連接到電路中。在黑暗的環(huán)境中，它的阻值會很高;當其受到光照時，由于價帶中的電子吸收了光子能量以至于成為自由電子，產(chǎn)生空穴，電阻率由于電子-空穴對的出現(xiàn)而變小，光生電子空穴對越多，阻值就越低。當電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。當入射光消失時，電子-空穴對逐漸復合，電阻也會逐漸恢復至原值，電流也逐漸減小。3.5.3 光照強度采集電路為了利用光照強度來控制窗簾的開關，因此，需要對外界光照強度進行采集并將光照模擬量轉換為數(shù)字模擬量在傳送給單片機處理。模塊電路圖如圖3-10所示。 圖3-10 光照采集電路4 軟件設計 4.1 程序語言及軟件開發(fā)

33、環(huán)境本次設計語言主要以C語言為主，C語言是1978年由美國電話電報公司(AT&T)貝爾實驗室正式發(fā)表，一直被廣泛應用至今。C語言是一門通用計算機編程語言，其設計目標是能夠提供用戶以一種簡易的方式編譯、處理較低級存儲器并產(chǎn)生少量的機器碼以及對運行環(huán)境較為簡單的編程語言。C語言的應用非常廣泛，對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級語言，并且C語言還具有很強的繪圖能力，可移植性，數(shù)據(jù)處理能力方面也優(yōu)先于其他語言，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。另外，本次設計應用到的軟件主要為Keil C51，Keil C51是美國Keil Software

34、公司(ARM公司之一)出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它簡化了復雜的實時應用軟件項目的設計，從C源代碼產(chǎn)生就可以重定位的目標模塊，作為一個集成開發(fā)軟件，它能夠將項目管理、程序調試、源代碼編輯等組合在一個功能強大的環(huán)境中。一般在使用C語言作為編程語言時，Keil便是是首選的開發(fā)軟件，即使有時不使用C語言，它強大的仿真工具也會得到人們的青睞。4.2 主程序模塊的設計4.2.1 總體程序流程圖由于需要系統(tǒng)先進入一個穩(wěn)定狀態(tài)，因此，首先需要對各個模塊進行初始化處理。當啟動程序時，首先等待系統(tǒng)進入穩(wěn)定，先進行LCD顯示器的初始化，在對時鐘芯片進行初始化，這樣可以在液晶顯示屏上顯示時間，光照強

35、度等信息，在根據(jù)用戶需求進行手動與自動操作，進行不同模式的窗簾控制。主流程圖如圖4-1所示：4開始液晶初始化時鐘芯片初始化讀取時間信息并顯示讀取光照強度并顯示按鍵掃描并處理定時模式光控模式手動模式光線高于設置的閾值則開啟窗簾，否則關閉窗簾根據(jù)設置的開啟時間和關閉時間來控制窗簾按鍵4按下則關閉窗簾，按鍵5按下則開啟窗簾延時結束圖4-1主程序流程圖4.2.2 步進電機模塊流程圖 步進電機控制窗簾的升降，因此，主要分為順時針旋轉和逆時針旋轉。步進電機流程圖如圖4-2所示：開始否否否是是是停止停止旋轉旋轉Num2<400逆時針旋轉Num1<400順時針旋轉電機正轉？等待指令設定旋轉位數(shù)圖4

36、-2步進電機流程圖4.2.3 LCD顯示設計流程圖對于液晶顯示屏的設計，首先需要劃分清楚行列位置，以便于數(shù)字可以很好的顯示在對應的位置，在顯示數(shù)字時，首先需要確立一個起始位，接著后面的數(shù)字就會跟隨在首位之后一個個顯示出來，這樣，就不需要再每一個定位點確立目標顯示。液晶顯示設計流程如圖4-3所示：開始定位行列坐標顯示一個字符否數(shù)據(jù)顯 示完？是結束圖4-3液晶顯示流程圖4.2.4定時控制模塊設計本模塊主要對定時模塊設定時間來控制窗簾的開合，同時帶有實時時間刷新。定時控制流程圖如圖4-4所示，讀取時間信息如圖4-5所示。開始否是電機順時針旋轉K？設定時間初始化電機逆時針旋轉窗簾打開 窗簾關閉圖4-4

37、定時控制流程圖開始讀取年份信息讀取月份信息讀取日期信息讀取星期信息讀取小時信息讀取分鐘信息讀取秒鐘信息結束圖4-5讀取時間信息流程圖4.2.5 光強控制模塊 由于本次設計擁有利用光感電阻來控制窗簾的開合，因此，需要收集利用外界光照強度，來控制窗簾的開合。流程圖如圖4-6所示。 開始初始化感應外界光照強度傳遞數(shù)據(jù)是否超出指定數(shù)值？ 電機逆時針旋轉電機順時針旋轉窗簾關閉窗簾打開 圖4-6光強操作控制流程圖光強模塊主要是利用光感電阻對外界的光照強度進行收集，再將信息傳遞個單片機，單片機根據(jù)預先設定好的閾值進行對比來決定電機正反轉，從而控制窗簾的開合。5集成調試5.1 調試步驟進行有效的調試是必不可少

38、的，它不僅保證了整個設計的安全性還保證了設計的可靠性10。因此，按照相關規(guī)則及要求對設計的電路進行調試是很重要的一個步驟，防止由于一個不正當?shù)牟僮骰蛘呷我庖粋€部位出現(xiàn)差錯導致本次設計的失敗。具體調試步驟如下：1在正式通電前，需要再一次將電路圖與實際電路對比，是否存在接錯或者漏接的情況，連接無誤后，檢查各個模塊是否都處于接通的狀態(tài)。2在各模塊接通無誤的情況下，觀察各線路是否存在短路，斷路情況。3根據(jù)自己的硬件電路設計圖以及原件自己的產(chǎn)品規(guī)格圖，對原件的電容、蜂鳴器、電阻的型號、極性、規(guī)格等的原則或鏈接的方法是否正確1。之后檢查各個子模塊的安裝位置以及線路布置是否處于一個合理的位置，是否存在電路間

39、的沖突。4利用萬能表查看各級電路的電流和電壓是否處于一個正常狀態(tài)。5對設計的參數(shù)進行測試，觀察參數(shù)值設計是否合理，對于光照參數(shù)或定時參數(shù)設計不合理的地方可以進行參數(shù)修改。5.2 實物調試當電路各模塊處于正常狀態(tài)時，就可進行實物調試。首先進行手動調試時，可利用按鍵模塊對應的按鍵對窗簾進行開合，觀察電機運轉的方向是否與設計的一致。然后對定時模塊進行測試，在接通電源后，選擇定時模式，設置一個較短的時間，當?shù)竭_指定時間時，觀察電機旋轉情況。最后進行光感模塊測試，首先切換至光照模式，設置一個與周圍環(huán)境差不多的閾值，用手遮擋屏幕，觀察電機旋轉情況。如果測試都無異常，則符合本次的設計。5.3 系統(tǒng)軟件及仿真

40、結果5.3.1 Proteus軟件概述Proteus軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件，ARES是一種高級的布線編輯軟件，它集成了高級原理布圖、混合模式SPICE電路仿真、PCB設計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計11。5.3.2仿真圖展示系統(tǒng)未上電的仿真圖如圖5-1：圖5-1 未上電仿真圖手動模式如圖5-2：圖5-2 手動模式仿真圖定時模式如圖5-3：圖5-3 定時模式仿真圖光感模式如圖5-4：圖5-4光感模式仿真圖 5.3.3 實物展示實物圖如圖5-5所示：圖5-5 實物圖按鍵說明：按鍵 1：切換模式（在手動模式、定時模式、光控模式循環(huán)切換）。按鍵 2：進入當前時間的設置。按鍵 3：進入定時時間和光控閾值大小的設置。按鍵 4：減（手動關閉窗簾）。按鍵 5：加（手動開啟窗簾）。6總結經(jīng)過近三個月的努力，終于完成了本次基于單片機的智能窗簾的設計，這個設計題目相對于其他設計來說顯得很老，但通過這段時間在網(wǎng)上看到的大量資料，結合自己的理解，能夠從設計、選材、論證、編程一直到最后的調試成功，也足以讓我在本次的設計中受益匪淺。理論與實際畢竟有些差