基于51單片機(jī)自動(dòng)光控定時(shí)溫控窗簾的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.....................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.....................................................1

2.1單片機(jī)的選擇...............................................1

2.2電機(jī)的選擇.................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)...............................................2

3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).....................................................3

3.1電路原理圖及工作原理......................................3

3.2STC89C51RC單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)..............................4

3.3按鍵電路設(shè)計(jì)..............................................7

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路..................................7

3.5光照強(qiáng)度采集電路............................................9

3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊...............................................9

3.7溫度模塊..................................................10

3.8時(shí)鐘模塊................................................10

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)....................................................11

4.1主程序流程圖..............................................11

4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)...................................12

4.3產(chǎn)品程序清單...............................................12

5產(chǎn)品使用說(shuō)明....................................................13

5.1產(chǎn)品裝配圖................................................13

5.2產(chǎn)品調(diào)試..................................................14

5.3產(chǎn)品使用說(shuō)明..............................................14

6、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................15

參考資料..........................................................16

附錄..............................................................17

I

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附錄1元器件清單..............................................17

附錄2電路原理圖..............................................18

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖..............................................19

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖..............................................20

附錄5主程序代碼.............................................21

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)自動(dòng)光控定時(shí)溫控窗簾的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

在這個(gè)非常發(fā)達(dá)的21世紀(jì)，今天的中國(guó)，科技發(fā)達(dá)，資源流通快速的時(shí)

代下，自動(dòng)控制技術(shù)是20世紀(jì)一項(xiàng)非常快、影響非常大的技術(shù)之一。在每一

天的生活當(dāng)中，每一方面，都少不了自動(dòng)控制技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)是通過(guò)控制

論的技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，來(lái)完成一些控制任務(wù)，以及某一些過(guò)程按照預(yù)想進(jìn)行，實(shí)

現(xiàn)整個(gè)預(yù)設(shè)的目標(biāo)。電子計(jì)算機(jī)技術(shù)成熟的快速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)的水平加

速提高，應(yīng)用廣泛，作用也凸顯出重要。

面對(duì)家中環(huán)境采光以及避光的問(wèn)題，我選擇用自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)控制，

更加人性化。我綜括了自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)制作一個(gè)完

整的自動(dòng)化窗簾控制系統(tǒng)所需要的理論和分析，以及各個(gè)環(huán)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)。自

動(dòng)化窗簾控制系統(tǒng)的核心是采用單片機(jī)STC89C51控制。

該產(chǎn)品使用自動(dòng)窗簾系統(tǒng)硬件電路主要由感光檢測(cè)電路，時(shí)鐘電路，電機(jī)

控制電路、按鍵電路、溫度檢測(cè)電路等外圍電路構(gòu)成。使用該設(shè)計(jì)則主要是描

述了自動(dòng)窗簾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，硬件電路設(shè)計(jì)，軟件調(diào)試過(guò)程。通過(guò)該系統(tǒng)可

以實(shí)現(xiàn)通過(guò)溫度和光照強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)窗簾開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制、定時(shí)控制、溫控控制等不

同的控制方式。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1單片機(jī)的選擇

方案1：利用DSP作為系統(tǒng)控制器。先將要檢測(cè)的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，再接著

定義數(shù)據(jù)塊，分析數(shù)據(jù)，異常的數(shù)據(jù)檢測(cè)，DSP有著對(duì)元件值的容限不敏感，

容易受溫度、環(huán)境等外部因素影響著，。但DSP硬件電路比較復(fù)雜，且價(jià)格較

貴，數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒(méi)有無(wú)源設(shè)備可靠。

方案2：使用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。單片機(jī)擁有的可靠性非常高、并且

性價(jià)比也非常高、電壓低、功耗低，而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能非常強(qiáng)大，利用

軟件編程靈活自由，用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，自己本身帶有定時(shí)器、

計(jì)數(shù)器，使用他來(lái)定時(shí)和計(jì)數(shù)，其功耗低，體積小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。

基于以上分析，擬定方案2，用STC89C51單片機(jī)作為控制器

1

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2.2電機(jī)的選擇

方案1：采用直流電機(jī)來(lái)帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)合。該方案的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)

速能達(dá)到很高，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的快速開(kāi)合。其缺點(diǎn)就是電機(jī)速度過(guò)高時(shí)，給出

停轉(zhuǎn)信號(hào)后，會(huì)由于慣性導(dǎo)致繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾也跟隨繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，很可能會(huì)對(duì)窗

簾框架造成損害；速度過(guò)低，則可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)不能克服阻力，從而不能帶動(dòng)

窗簾運(yùn)動(dòng)。

方案2：采用步進(jìn)電機(jī)作為來(lái)帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)合。該方案的優(yōu)點(diǎn)是給出

停轉(zhuǎn)信號(hào)后，會(huì)立刻停轉(zhuǎn)，不會(huì)對(duì)窗簾框架造成損害，并且其扭矩比直流電機(jī)

大，更加方便帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)；其缺點(diǎn)是價(jià)格就是比直流電機(jī)稍貴一些。

綜上所述，選擇方案二作為系統(tǒng)的實(shí)施方式，來(lái)帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)窗簾的

開(kāi)合

2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖如圖所示：

圖1系統(tǒng)框圖

2

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3產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

3.1電路原理圖及工作原理

1、電路原理圖

圖2電路原理圖

2、電路工作原理

該產(chǎn)品使用STC89C51單片機(jī)作為核心器件，產(chǎn)品最小系統(tǒng)由三個(gè)部分組

成，晶振電路部分、復(fù)位電路部分、電源電路等三個(gè)部分組成。單片機(jī)的最小

系統(tǒng)圍繞著展開(kāi)。之中包括，顯示設(shè)備使用1602液晶顯示，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)年、

多少月、多少日、幾點(diǎn)、幾分、控制模式、光照強(qiáng)度等這些基本信息；時(shí)鐘模

塊采用DS1302芯片，打開(kāi)之后，開(kāi)始運(yùn)行計(jì)算時(shí)間，單片機(jī)只需讀取時(shí)間即可；

3

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光照檢測(cè)電路使用光敏電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，將數(shù)字化并顯示出來(lái)；窗

簾使用步進(jìn)電機(jī)來(lái)代替模擬，再用了一個(gè)LED燈用來(lái)顯示窗簾的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；本

產(chǎn)品設(shè)計(jì)還有5個(gè)按鍵作為操作的輸入設(shè)備，可以對(duì)現(xiàn)在時(shí)間進(jìn)行調(diào)整設(shè)置和

設(shè)置窗簾開(kāi)關(guān)時(shí)間和光控閾值等；最后是使用供電的USB5V進(jìn)行供電。

3.2STC89C51RC單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品使用的STC89C51是一個(gè)電壓低，性能高的CMOS8位單片機(jī)，

片里面包含8kbytes的可以反復(fù)擦寫的Flash程序存儲(chǔ)器和256bytes的

隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使用三部分組成，第一部分采用晶振電路，高效快捷，

其中包括2個(gè)30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。電容的作用在這

里是起振作用，幫助晶振來(lái)更加容易的起振，第二部分由復(fù)位電路構(gòu)成再加

上電源部分一起三部分可以適應(yīng)本產(chǎn)品的不同需求。

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

圖3STC89C51核心電路原理圖

4

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

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圖4STC89C51RC單片機(jī)實(shí)物圖

（3）單片機(jī)的引腳功能

MCS-51系列單片機(jī)一般采用40個(gè)引腳，雙列直插式封裝，用HMOS工藝

制造，其外部引腳排列如圖3-2所示。其中，各引腳的功能為:

140

P10VCC

239

P11P00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEA

1130

P31/TXDALE

1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

1625

P36/WRP24

1724

P37/RDP23

1823

XTAL2P22

1922

XTAL1P21

2021

GNDP20

圖5STC89C51引腳圖

①主電源引腳

VCC（40腳），接＋5V電源正端；

GND（20腳），接＋5V電源地端；

②外接晶體或外部振蕩器引腳

XTAL1（19腳），接外部晶振的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相

放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。

XTAL2（18腳），接外部晶振的另一個(gè)引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸

5

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出端和內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此腳接外部振蕩器

的輸出端。

③控制信號(hào)線

RESET（9腳），復(fù)位信號(hào)輸入端，復(fù)位/掉電時(shí)內(nèi)部RAM的備用電源輸入

端。

ALE（30腳），地址鎖存允許/編程脈沖輸入，用ALE鎖存從P0口輸出的

低8位地址。在對(duì)片內(nèi)EPROM編程時(shí)，編程脈沖由此輸入。

PSEN（29腳），外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。

EA（31腳）,訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器允許/編程電壓輸入。EA為高電平時(shí)，訪

問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器；低電平時(shí)，訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。

④多功能I/O口引腳

8051單片機(jī)設(shè)有4個(gè)雙向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一組I/O

口線都可以獨(dú)立地用作輸入或輸出口，其中：

P0口（32～39腳）——雙向口（三態(tài)），可作為輸入/輸出口，可驅(qū)

動(dòng)8個(gè)LSTTL門電路。實(shí)際應(yīng)用中常作為分時(shí)使用的地址/數(shù)據(jù)總線口，

對(duì)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址時(shí)低8位地址與數(shù)據(jù)總線分時(shí)使用P0口：

先送低8位地址信號(hào)到P0口，由地址鎖存信號(hào)ALE的下降沿將地址信

號(hào)鎖存到地址鎖存器后，再作為數(shù)據(jù)總線的口線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入或輸出。

P1口（1～8腳）——準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電路。

用作輸入線時(shí)，口鎖存器必須由單片機(jī)先寫入“1”，每一位都可編程為

輸入或輸出線。

P2口（21～28）——準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電路。

可作為輸入/輸出口，實(shí)際應(yīng)用中一般作為地址總線的高8位，與P0口

一起組成16位地址總線，用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的接口電路進(jìn)行尋址。

P3口（10～17腳）——準(zhǔn)雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門電

路。雙功能口，作為第一功能使用時(shí)，與P1口一樣；作為第二功能使用時(shí)，

其特殊用途如表3.2.4所示：

（表3.2.4）P3口第二用途

端口引腳第二功能注釋

P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)接收端

P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端

P3.2/INT0外中斷請(qǐng)求0

P3.3/INT1外中斷請(qǐng)求1

P3.4T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入

6

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P3.5T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)信號(hào)輸入

P3.6/WR外部RAM寫選通信號(hào)輸出

P3.7/RD外部RAM讀選通信號(hào)輸出

3.3按鍵電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中利用的按鍵數(shù)量比較少，只用了5個(gè)按鍵，分別是“模式切

換”、“設(shè)置時(shí)間”、“設(shè)置閾值”、“減”、“加”，只能使用了獨(dú)立鍵盤的方式。按

鍵的連接圖6所示：K1

KEY1

K2

KEY2

K3

KEY3

K4

KEY4

K5

KEY5

GND

圖6按鍵原理圖

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路

我產(chǎn)品使用的液晶顯示屏LCD1602這一款顯示屏，我覺(jué)得該顯示屏，

屏幕清晰，內(nèi)置芯片也是比較很好的芯片，并且可以顯示兩行字符，每一行可

以顯示有16個(gè)字符，是一款非常好的顯示屏。

液晶顯示模塊的電路引腳如表3.4所示：

表3.41602液晶引腳表格說(shuō)明

編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明

1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)

2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)

3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)

4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)

7

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5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)

6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)

7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極

8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極

GND

LCD1

1

VSS

2

VCCVCC

3

VO

4RS

RS

5RW

RW

6ENR2

LEN

C7D0103

D0

D8D1

D1

9D2

1D2

610D3

D3

011D4

2D4

12D5

D5GND

13D6

D6

14D7

D7

15

AVCC

16

K

1602

GND

圖7液晶模塊電路圖

圖8LCD1602液晶顯示屏實(shí)物圖

8

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3.5光照強(qiáng)度采集電路

該設(shè)計(jì)的智能窗簾有光控自動(dòng)開(kāi)關(guān)的功能，因此必須采集環(huán)境中的光照

強(qiáng)度，以便進(jìn)行光照強(qiáng)度的計(jì)算來(lái)控制窗簾的開(kāi)關(guān)。光照強(qiáng)度采集使用的方案

是光敏電阻，由于光敏電阻采集到的是光照強(qiáng)度的模擬量，因此使用ADC0832

將光照模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。該模塊的電路圖如圖9所示。

圖9光照采集電路

3.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。

在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖

數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步

進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定

的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)

確定位的目的。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖10所示

9

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圖10電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

3.7溫度模塊

主要是通過(guò)DS18B20溫度傳感器檢測(cè)溫度，根據(jù)閥值進(jìn)行開(kāi)關(guān)窗。

3.8時(shí)鐘模塊

本時(shí)鐘模塊使用時(shí)鐘芯片DS1302，DS1302模塊的電路圖如圖3-9所示，

第1腳和第4腳分別接到了電路的VCC和GND，這2個(gè)腳是芯片工作的電源輸入

腳。第8腳接了一個(gè)3V的紐扣電池作為時(shí)鐘芯片的后備電池，可以保證斷掉主

電源后時(shí)鐘繼續(xù)行走。第2和第3腳接了一個(gè)32.768K的晶振給芯片提供時(shí)鐘

脈沖，最后，第5、6、7依次連接到單片機(jī)的IO口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

BT1

GND

Battery

VCC

U2DS1302

18

VCC2VCC1

X227SCLK

X1SCLK

36IO

X2IO

32.768K45RST

GNDRST

GND

圖11時(shí)鐘模塊原理圖

10

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

4產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

本產(chǎn)品使用C語(yǔ)言，KELL編譯環(huán)境，擁有4種模式組成，分別是定時(shí)模

式，手動(dòng)模式，溫控模式，光控模式來(lái)組成的整體程序

4.1主程序流程圖

開(kāi)始

液晶初始化

時(shí)鐘芯片初始化

讀取時(shí)間信息并顯示

讀取光照強(qiáng)度并顯示

按鍵掃描并處理

定時(shí)模式手動(dòng)模式溫控模式光控模式

根據(jù)設(shè)置的按鍵4按下溫度高于設(shè)光線高于設(shè)

開(kāi)啟時(shí)間和則關(guān)閉窗置的閾值則置的閾值則

關(guān)閉時(shí)間來(lái)簾，按鍵5開(kāi)啟窗簾，開(kāi)啟窗簾，

控制窗簾按下則開(kāi)啟否則關(guān)閉窗否則關(guān)閉窗

窗簾簾簾

延時(shí)

結(jié)束

圖12主函數(shù)流程圖

11

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計(jì)

液晶顯示開(kāi)始之前，先會(huì)確定一個(gè)位置在哪里顯示，然后開(kāi)始顯示坐標(biāo)

內(nèi)容，按照個(gè)-十-百-千的方向由右到左的方式進(jìn)行顯示，只用剛開(kāi)始的時(shí)候完

成一次位置的定位，后面的全部顯示完成一個(gè)字符，就會(huì)直接跳到下一個(gè)位置

的，不需要每個(gè)字符都定位一次。

開(kāi)始

定位行列坐標(biāo)

顯示一個(gè)字符

否數(shù)據(jù)顯

示完？

是

結(jié)束

圖13液晶顯示流程圖

4.3產(chǎn)品程序清單

Reg52.h

主程序

初始化main

LNTRINS.

H

圖14產(chǎn)品程序清單