直流電機(jī)控制-自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì) 全國優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)

單片機(jī)控制技術(shù)項(xiàng)目：電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)123項(xiàng)目任務(wù)描述跟我學(xué)知識系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

目錄單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)4控制程序設(shè)計(jì)5系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)仿真一、項(xiàng)目任務(wù)描述（一）任務(wù)要求自動(dòng)窗簾模擬控制要求：1、天亮?xí)r，該電路自動(dòng)控制電機(jī)使窗簾卷起或拉開；2、天黑時(shí)，該電路自動(dòng)控制電機(jī)使窗簾落下或拉攏；3、要求設(shè)置兩個(gè)手動(dòng)按鈕，一個(gè)控制窗簾卷起，一個(gè)控制窗簾落下，此時(shí)的操作不受光控影響。單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、掌握直流電機(jī)的工作原理，利用PWM脈沖控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。2、如何模擬白天與黑夜？——用光敏電阻！一、項(xiàng)目任務(wù)描述（二）任務(wù)分解系統(tǒng)仿真、調(diào)試

PWM控制程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)跟我學(xué)（光敏電阻、直流電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)）學(xué)習(xí)步驟4學(xué)習(xí)步驟3學(xué)習(xí)步驟2學(xué)習(xí)步驟1圖1項(xiàng)目任務(wù)分解及學(xué)習(xí)步驟

項(xiàng)目任務(wù)分解見圖1。單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)二、跟我學(xué)知識（一）光敏電阻光電傳感器：

光電傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有光電管、光敏電阻、光敏三極管、紅外線傳感器、光纖式傳感器等。最簡單的光電傳感器就是光敏電阻。光敏電阻的工作原理：光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻在黑暗的環(huán)境里，其電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子－空穴對，增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻值下降。單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)二、跟我學(xué)知識電路中特性：光敏電阻所受到的光照愈強(qiáng)，阻值愈低。當(dāng)入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻元件，使用時(shí)可加直流電壓，也可使用交流電壓。在光敏電阻兩端的金屬電極上加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時(shí)，電流會隨著光強(qiáng)而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻的特性是光照強(qiáng)，電阻值小；光照弱，電阻值大，見圖2、圖3。單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)圖2光敏電阻工作原理二、跟我學(xué)知識單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)圖3光敏電阻（二）直流電機(jī)及其常用H型橋式驅(qū)動(dòng)單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)二、跟我學(xué)知識直流電機(jī)：

外形見圖4圖4直流電機(jī)

H型橋式驅(qū)動(dòng)：由于單片機(jī)的I/O端口驅(qū)動(dòng)能力有限，所以往往不能提供足夠大功率去驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，必須要外加驅(qū)動(dòng)電路。常用驅(qū)動(dòng)電路有H橋驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)只要用一組H橋電路，而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)需要同時(shí)使用兩組H橋驅(qū)動(dòng)電路。圖5H型電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)置PWM模塊：隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，很多單片機(jī)都有內(nèi)置PWM模塊，因此，單片機(jī)的PWM控制技術(shù)可以用內(nèi)置PWM模塊實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)的軟件模擬實(shí)現(xiàn)，還可以通過控制外置硬件電路來實(shí)現(xiàn)。軟件模擬法：51單片機(jī)內(nèi)部沒有PWM模塊，因此本設(shè)計(jì)采用軟件模擬法，利用單片機(jī)的I/O引腳，通過軟件對該引腳不斷地輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)PWM波輸出，方法簡單實(shí)用，缺點(diǎn)是占用CPU大量時(shí)間。——本設(shè)計(jì)采用PWM技術(shù)，是一種周期一定而高低電平可調(diào)的方波信號。當(dāng)輸出脈沖的頻率一定時(shí)，輸出脈沖的占空比越大，其高電平持續(xù)的時(shí)間越長。二、跟我學(xué)知識單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)（三）PWM脈寬調(diào)制PWM脈寬調(diào)制中，正脈沖的時(shí)間與脈沖周期的比值。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

（一）光敏電阻輸入電路單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)利用51單片機(jī)P0口的引腳P0.0作為光敏電阻部分電路的輸入端，如圖6所示。當(dāng)無光照（光敏電阻阻值較大）時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，P0.0引腳為低電平；當(dāng)有光照（光敏電阻阻值較?。r(shí)，三極管截止，P0.0引腳為高電平。圖6自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)硬件電路圖51單片機(jī)P0.0三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)直流電機(jī)采用H橋式控制電路，若電機(jī)正轉(zhuǎn)，表示窗簾自動(dòng)閉合，反之表示窗簾自動(dòng)打開。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由單片機(jī)的P3.0和P3.1控制，P3.0和P3.1產(chǎn)生兩個(gè)PWM脈寬調(diào)制波，周期2s，高電平持續(xù)時(shí)間為1s,占空比為0.5，由單片機(jī)的定時(shí)器T1定時(shí)來實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器T1定時(shí)時(shí)間1s，工作方式1，初始值設(shè)置為50ms，循環(huán)20次。圖6自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)硬件電路圖51單片機(jī)P0.0（二）直流電機(jī)輸出電路（三）自動(dòng)窗簾模擬控制設(shè)計(jì)電路器件清單表1自動(dòng)窗簾控制設(shè)計(jì)電路器件清單三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

元件名稱參數(shù)數(shù)量元件名稱參數(shù)數(shù)量單片機(jī)STC90C511開發(fā)板提供電源和程序ISP下載1晶體振蕩器12MHz1面包板/萬能板1瓷片電容30pF2電動(dòng)機(jī)1電解電容22μF1三極管8050/90134/1按鍵非自鎖

1電阻200kΩ1電阻10kΩ1電阻4.7kΩ1IC插座DIP401電位器50kΩ1光敏電阻1電阻20kΩ1插接線兩頭帶插針用于面包板插接若干單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)

四、控制程序設(shè)計(jì)問題1：由單片機(jī)的定時(shí)器T1定時(shí)來實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制，首先使定時(shí)器T1定時(shí)時(shí)間1s，工作方式1，初始值設(shè)置為50ms，循環(huán)20次。T1定時(shí)1s子函數(shù)設(shè)計(jì)為delay1s函數(shù)。（一）PWM脈寬

調(diào)制子程序單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)//函數(shù)名：delay1s//功能：采用定時(shí)器1、方式1實(shí)現(xiàn)1s延時(shí)，晶振頻率12MHz//形式參數(shù)：無//返回值：無voiddelay1s(){unsignedchari;TMOD=0x10; //設(shè)置定時(shí)器1工作于方式1for(i=0;i<0x14;i++){ //設(shè)置20次循環(huán)次數(shù)

TH1=0x3c; //設(shè)置定時(shí)器初值為3CB0HTL1=0xb0;TR1=1; //啟動(dòng)T1while(!TF1);//查詢定時(shí)50ms時(shí)間到，TF1=1TF1=0;//50ms定時(shí)時(shí)間到，將T1溢出標(biāo)志位TF1清零

}}

四、控制程序設(shè)計(jì)問題2：根據(jù)PWM脈寬調(diào)制原理，要產(chǎn)生占空比0.5的調(diào)制波，首先使單片機(jī)P3.0引腳為高電平，定時(shí)1s；再使單片機(jī)P3.1引腳為低電平，定時(shí)1s。同時(shí)，可以利用for循環(huán)語句，控制PWM脈寬調(diào)制波形的時(shí)間。其子函數(shù)為pwm1。單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)voidpwm1()//窗簾閉合子函數(shù)

{

unsignedchari;//定義無符號字符型變量i

for(i=0;i<10;i++)//設(shè)窗簾打開的時(shí)間為20s

{down=0;

//確保窗簾不閉合,P3^1

up=1;//產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制波形,P3^0

delay1s();

up=0;

delay1s();

}up=0;}//程序：ex8_1.c功能：自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)程序#include<reg51.h>sbitflag=P0^0;//光敏電阻輸入，無光照為低電平，sbitup=P3^0;sbitdown=P3^1;unsignedchart0;unsignedintk;voiddelay1s();voidpwm1();voidpwm2();voidmain(){while(1)//不斷檢測（二）自動(dòng)窗簾控制程序四、控制程序設(shè)計(jì)單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)

{if(flag==0)//若P0.0=0,表示晚上，窗簾閉合 {pwm1();//調(diào)用PWM波形控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 for(k=0;k<50;k++)//窗簾閉合時(shí)間到，電機(jī)停止， delay1s();}else//若P0.0=1,表示白天，窗簾打開{pwm2();//調(diào)用PWM波形控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 for(k=0;k<50;k++)//窗簾打開時(shí)間到，電機(jī)停止 delay1s();}}}

四、控制程序設(shè)計(jì)單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)//函數(shù)功能：窗簾打開voidpwm2(){unsignedcharj;//定義無符號字符型變量j

for(j=0;j<10;j++)//設(shè)窗簾閉合時(shí)間為20s

{up=0;//確保窗簾不打開down=1;//產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制波形

delay1s();

down=0;

delay1s();

}down=0;}四、控制程序設(shè)計(jì)單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)五、項(xiàng)目調(diào)試、系統(tǒng)仿真（一）動(dòng)手做——采用面包板電路搭建方法：下載程序，上電調(diào)試面包板上電路搭建、電路檢查

程序編譯、鏈接，生成目標(biāo)代碼Step1Step2Step3項(xiàng)目預(yù)期控制效果單片機(jī)控制技術(shù)電動(dòng)機(jī)控制——自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)五、項(xiàng)目調(diào)試、系統(tǒng)仿真（二）動(dòng)手做：Proteus仿真從Proteus中選取如下元器件：(1)AT89C51，單片機(jī)；（2）RES，電阻；（3）CAP、CAP-ELEC，電容、電解電容；（4）MOTOR，電機(jī)；（5）CRYSTAL，晶振；（6）BUTTON，按鍵；（7）2N5550，三極管；（8）TORCH-LDR，光敏電阻；（9）POT-HG，電位器。放置元器件、電源和地，設(shè)置參數(shù)，連線，最后進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，將目標(biāo)代碼文件ex