單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)

單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)1/22015屆課程論文《基于單片機(jī)的智能光控窗簾設(shè)計》題目基于單片機(jī)的智能光控窗簾設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號所屬學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)通信工程班級通信15-1授課教師教師職稱副教授單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第1頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第1頁。目錄1引言 3研究目的和意義 32課題的研究內(nèi)容 42.1技術(shù)方案的選擇 43系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 53.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 53.2工作原理 54系統(tǒng)硬件設(shè)計 54.1整體設(shè)計模塊 54.1.1單片機(jī)的復(fù)位、時鐘電路 54.1.2光信號的模擬及判斷 64.1.3開關(guān)控制電路 74.1.4指示燈電路 84.1.5控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路 84.2系統(tǒng)整體電路 85軟件設(shè)計 95.2程序流程圖 96系統(tǒng)的不足和改進(jìn) 13單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第2頁。6.1系統(tǒng)的不足 13單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第2頁。6.2系統(tǒng)的改進(jìn) 137.心得體會 13參考文獻(xiàn) 14附錄 15基于單片機(jī)的智能光控開關(guān)設(shè)計摘要隨著社會的不斷進(jìn)步，人們在智能化控制上的逐步認(rèn)識和接受，并從多方面開始關(guān)注，尤其在生活方面做出了很多的努力。光照對人民生活是很重要的，人們可以根據(jù)光照的強(qiáng)弱選擇對窗簾的開關(guān)。它不僅適用于人們生活的住宅區(qū)，而且適用于工廠、辦公室、教學(xué)樓等公共場所。因此智能開關(guān)，在現(xiàn)代化的生活中，將起到重要的作用。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第3頁。為了能根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾自動拉合的設(shè)計需求，一種簡單的通過光照強(qiáng)度來控制窗簾的開關(guān)的開閉合，從而達(dá)到開關(guān)的自動斷開、閉合功能，其具有很強(qiáng)的適用性。提出了一種基于單片機(jī)控制的光控窗簾設(shè)計方案，并完成系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計。該系統(tǒng)的硬件部分主要利用光敏傳感器產(chǎn)生的信號作為單片機(jī)輸入信號，軟件部分采用C語言進(jìn)行編程，能夠完成智能光控窗簾的自動拉合。同時，考慮到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有設(shè)計成本低、可靠性高的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計要求。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第3頁。關(guān)鍵詞：單片機(jī)光敏傳感器直流電動機(jī)C語言智能光控窗簾1引言隨著生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適度的要求也越來越高，具有裝飾、遮光并能進(jìn)行自動開合的智能光控窗簾成為了現(xiàn)代家居生活的新寵。為了能根據(jù)室外環(huán)境亮度實(shí)現(xiàn)窗簾自動拉合的設(shè)計需求，本文提出了一種基于單片機(jī)控制的光控窗簾設(shè)計方案。研究目的和意義研究目的：通過這次的課題研究希望使自己在理清它的發(fā)展脈絡(luò)上進(jìn)一步了解它的發(fā)明原理，將平時所學(xué)習(xí)的理論知識和技能運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中，這對提高自己的動手能力、創(chuàng)新意識，以及鍛煉我們的思維活動是一個很大的幫助。同時，通過這次的研究希望提高自己對社會普通科學(xué)知識的了解；增強(qiáng)自身的只是見解和設(shè)計論文的方法。研究意義：用光控制開關(guān)代替一般的開關(guān)，只有在光照達(dá)到一定強(qiáng)度時，才能使直流發(fā)動機(jī)開始工作，使得電路導(dǎo)通，而且發(fā)動機(jī)延遲一段時間就會自動斷開，因此節(jié)電效率很高，全自動智能控制，接線簡單，安裝方便，是公共場所照明開關(guān)的理想選擇。2課題的研究內(nèi)容運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計出智能型的光控開關(guān)，電路設(shè)計好后，運(yùn)用軟件編程來實(shí)現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡單，在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。2.1技術(shù)方案的選擇目前的聲控開關(guān)大多都是應(yīng)用模擬電子技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，分立元件多，不可靠，而且許多聲控開關(guān)的平均使用壽命不長，主要是因為電路作頻繁的開關(guān)，啟動電流非常大，導(dǎo)致功率元件可控硅由于過載而損壞。如果在設(shè)計中采用開關(guān)電壓過零保護(hù)技術(shù)，可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時的電流過載，大大地延長了開關(guān)的使用壽命，并且可以起到保護(hù)燈泡的作用。如今單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，未來的發(fā)展方向趨向于運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計出智能型的聲控開關(guān)，電路設(shè)計好后，運(yùn)用軟件編程來實(shí)現(xiàn)其功能，靈活方便，修改簡單。在使用過程中更加的安全節(jié)電，智能環(huán)保。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第4頁。首先單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第4頁。單片機(jī)的特點(diǎn)：（1）種類多，型號全；（2）提高性能，擴(kuò)大容量，性能價格比高；（3）增加控制功能，向真正意義上的“單片”機(jī)發(fā)展；（4）低消耗；（5）C語言開發(fā)環(huán)境，友好的人機(jī)互交環(huán)境。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）使用壽命長；（2）運(yùn)行速度越來越快；（3）低噪聲和高可靠性技術(shù)；（4）OTP及掩膜。綜上所述，單片機(jī)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)符合制作智能聲光控開關(guān)的條件，并且具有準(zhǔn)確性和節(jié)能性。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本設(shè)計由單片機(jī)、傳感器和直流電動機(jī)組成，以AT89C51單片機(jī)[芯片為核心，運(yùn)用光敏傳感器技術(shù)，將室外環(huán)境亮度作為單片機(jī)的控制信號，實(shí)現(xiàn)窗簾的自動拉合。同時,考慮到用戶習(xí)慣和天氣原因，本方案還設(shè)置了選擇開關(guān)，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。當(dāng)選擇自動控制模式時，單片機(jī)將室外環(huán)境光線亮度作為輸入信號，單片機(jī)控制程序根據(jù)光敏傳感器所產(chǎn)生的電流信號的強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的自動拉合;當(dāng)選擇手動控制模式時，單片機(jī)將手動控制開關(guān)作為輸入信號，單片機(jī)控制程序根據(jù)開關(guān)信號控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的手動拉合。3.2工作原理單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第5頁。模擬光信號的采集，可以通過軟件來調(diào)節(jié)對光照的強(qiáng)度。單片機(jī)軟件實(shí)施對光度的判斷，決定窗簾的打開和閉合；由于個人或是其他原因用戶可以選擇手動開關(guān)窗簾。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第5頁。4系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由傳感器、單片機(jī)、直流電動機(jī)三大部分組成，如圖1所示。光信號/手動光信號/手動89C51單片機(jī)直流電機(jī)圖1系統(tǒng)工作原理圖4.1整體設(shè)計模塊4.1.1單片機(jī)的復(fù)位、時鐘電路（1）單片機(jī)再開機(jī)時需要復(fù)位，以便使CPU及其他功能部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，單片機(jī)應(yīng)用程序必須以此作為設(shè)計的前提。（2）單片機(jī)執(zhí)行指令的過程可分為取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個步驟，每個步驟又由許多微操作，這些微操作必須在一個統(tǒng)一的時鐘控制下才能按照正確的順序執(zhí)行。如圖2：單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第6頁。圖2單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第6頁。4.1.2光信號的模擬及判斷當(dāng)光敏電阻收到光照的時候，電阻減小，運(yùn)放同向輸入端為低電平，端口1輸出為低電平；當(dāng)光照較弱時，電阻增加，運(yùn)放同向輸入端為高電平，端口1輸出為高電平。光控電路的輸出信號經(jīng)過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機(jī)能夠識別的電流，然后由運(yùn)放輸出端傳輸放大后的信號。然后經(jīng)過一個非門，形成相反的電壓，分別傳輸給P2.2及P2.3口。圖34.1.3開關(guān)控制電路單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第7頁。如果k7斷開，系統(tǒng)將執(zhí)行光控控制，k3、4是控制光信號的輸入；k5、k6分別是對正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的反向控制。當(dāng)k7閉合賣系統(tǒng)執(zhí)行手動控制，，k1、k2是對窗簾拉開、閉合的控制。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第7頁。圖44.1.4指示燈電路當(dāng)電動機(jī)正傳時，led1燈亮，當(dāng)電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，led2燈亮。圖54.1.5控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電路單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第8頁。由電動機(jī)及PNP和NPN三極管控制，當(dāng)p1.0口低電平，控制電動機(jī)正傳，當(dāng)p1.1低電平，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第8頁。圖64.2系統(tǒng)整體電路單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第9頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第9頁。圖75軟件設(shè)計5.1系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)智能光控、手動控制兩大功能，采用C語言進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)用戶在使用窗簾時任意選擇自動或手動控制方式[4-5]。5.2程序流程圖光控窗簾程序流程圖如圖3所示。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第10頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第10頁。開始開始控制方式選擇手動？Y正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)判斷按鈕N判斷按鈕判斷光照反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止結(jié)束圖8單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第11頁。5.3程序設(shè)計

(1)光控程序

當(dāng)天亮?xí)r，有陽光射進(jìn)屋內(nèi)，傳感器感應(yīng)到光信號，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，窗簾開始打開，當(dāng)碰到開限位開關(guān)時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動;當(dāng)天黑時，傳感器接收到信號，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗簾閉合，當(dāng)碰到關(guān)限位開關(guān)時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。具體程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK3=P2.2;

//光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器

sbitK5=P2.4;//開限位

sbitK6=P2.5;//關(guān)限位

sbitLED1=P0.0;//正轉(zhuǎn)指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉(zhuǎn)指示燈

sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voidmain(void)

{

LED1=1;LED2=1;

while(1)

{

if(K7==0)

sd();

if(K3==0&&K4==1)//光控正轉(zhuǎn)

{while(K3==0&&K5==1&&K4==1)

單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第12頁。{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

if(K4==0&&K3==1)//光控反轉(zhuǎn)

{while(K4==0&&K6==1&&K3==1)

{LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

}

}

(2)手動程序

當(dāng)陰天或者晚上用戶要打開窗簾時，只需將控制方式選擇按鈕P2.6按下，就可以實(shí)現(xiàn)手動控制窗簾的開合。程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK1=P2.0;//手動正轉(zhuǎn)

sbitK2=P2.1;//手動反轉(zhuǎn)

sbitK7=P2.6;//控制方式選擇按鈕

sbitLED1=P0.0;//正轉(zhuǎn)指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉(zhuǎn)指示燈

單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第13頁。sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voiddelay(uintz);單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第11頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第12頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第13頁。//聲明子函數(shù) voiddelay(uintz)//延時子程序延時約z毫秒{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} intmain(void){LED1=1;LED2=1;while(1){if(K7==0)sd();if(K3==0&&K4==1)//光控正轉(zhuǎn){while(K3==0&&K5==1&&K4==1)單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第14頁。{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第14頁。while(K3==0&&K5==1&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K3==0&&K5==0&&K4==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K3==0&&K5==0&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}if(K4==0&&K3==1)//光控反轉(zhuǎn){while(K4==0&&K6==1&&K3==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K4==0&&K6==1&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K4==0&&K6==0&&K3==1)單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第15頁。{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第15頁。}while(K4==0&&K6==0&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}}6系統(tǒng)的不足和改進(jìn)6.1系統(tǒng)的不足系統(tǒng)的靈敏度不是很高，在模式運(yùn)行下，有一定的延遲。6.2系統(tǒng)的改進(jìn)系統(tǒng)根據(jù)光強(qiáng)來判斷斷開還是閉合開關(guān)，而每個開關(guān)所控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的時間不同從而解決了窗簾大開的程度的自動化。在系統(tǒng)的外部增加一個收集天氣、溫度的采集點(diǎn)，根據(jù)濕度、溫度、風(fēng)速、浮塵度等等，進(jìn)行判決，自動幫助系統(tǒng)選擇模式。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全智能化。7.心得體會通過對本次課程的課程設(shè)計，使自己深刻的認(rèn)識到自己的很多不足之處，在實(shí)際動手操作能力的不足，在進(jìn)行程序編程時，自己需要，認(rèn)真審題，看懂題目的要求！對于軟件編程不益太簡單或者太難。做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力！根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)課程條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，準(zhǔn)備課程。根據(jù)課程設(shè)計的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序和增加額外的功能程序。然后再進(jìn)行程序調(diào)試和相應(yīng)的修改，以達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第16頁。還要根據(jù)課程的實(shí)際情況，添加些額外程序來使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定，如開關(guān)的去抖（采用延遲）。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第16頁。程序要盡量做到由各個子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔，更明白易懂。該課程設(shè)計的程序可以參考MCS-51系列單片機(jī)，也可自己根據(jù)自己熟悉的方法來編程如單片機(jī)C語言。在設(shè)計控制開關(guān)時，注意2個中斷的打開和關(guān)閉的先后順序，否則就會出錯。這次的單片機(jī)課程設(shè)計重點(diǎn)是理論及實(shí)際的相結(jié)合。該設(shè)計從頭到尾都要自己參及，熟悉了對整個設(shè)計的過程，更系統(tǒng)的鍛煉了自己。雖然這次的設(shè)計到最后并沒有做出非常準(zhǔn)確的結(jié)果，但是基本達(dá)到了設(shè)計的要求，最重要的是，在本次設(shè)計過程中我學(xué)到了很多平時沒有學(xué)到的或者說是很欠缺的東西，在一定程度上也提升了自己的能力,受益匪淺。參考文獻(xiàn)[1]張鑫.單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.[2]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第3版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.[3]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)及實(shí)踐教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.[4]張義和.例說51單片機(jī)（C語言版）[M].北京:人民郵電出版社,2008.[5]黃英.單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2011.單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第17頁。

單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第17頁。附錄系統(tǒng)程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitK1=P2^0;//手動正轉(zhuǎn)sbitK2=P2^1;//手動反轉(zhuǎn)sbitK7=P2^6;//控制方式選擇按鈕sbitLED1=P0^0;//正轉(zhuǎn)指示燈sbitLED2=P0^1;//反轉(zhuǎn)指示燈sbitMA=P1^0;sbitMB=P1^1;sbitK3=P2^2;sbitK4=P2^3;//光控正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，此處接光敏傳感器sbitK5=P2^4;//開限位sbitK6=P2^5;//關(guān)限位voiddelay(uintz);//聲明子函數(shù) voiddelay(uintz)//延時子程序延時約z毫秒單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第18頁。單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第18頁。{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} voidsd()//子程序{while(1){if(K7==1){return;}if(K1==0&&K2==1)//手動正轉(zhuǎn){while(K1==0&&K5==1&&K2==1){LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;//delay(10000);單片機(jī)課程設(shè)計智能控制開關(guān)全文共23頁，當(dāng)前為第19頁。}單