1、基于單片機的智能窗簾控制系統的設計摘 要目前，家庭居住環境的采光及避光問題主要采用的是手動開閉窗簾，手動開閉不僅費力而且很多方面不夠人性化，會對用戶造成一定的困擾，本文設計的智能窗簾控制系統可以解決這些問題。本文主要闡述了智能窗簾控制器的設計過程。本設計采用STC89C52單片機為控制核心，介紹了基于單片機的智能窗簾控制系統，主要從硬件結構原理及軟件編程方面進行講解。硬件采用分塊的模式，對整個系統的電路設計進行分析，分別給出了系統整體結構框圖、光照傳感電路、溫度檢測電路、系統主控模塊電路、電源轉換電路、步進電機控制電路、鍵盤顯示電路以及時鐘模塊電路等相關電路；隨后講述了軟件的編寫過程，也是采用

2、了分塊的模式，主要包括軟件主程序設計，步進電機程序設計，顯示程序設計，鍵盤程序設計以及定時程序設計，每一模塊都畫出了相應的流程圖。本設計重點討論了窗簾自動控制系統的設計過程、硬件選用和軟件調試等問題。通過本系統最終實現了利用光照強度以及設置時間來控制窗簾自動開閉的仿真。此外本設計還實現了室溫度檢測的功能。關鍵詞：單片機，智能窗簾，定時控制DESIGN OF INTELLIGENT CURTAIN CONTROL SYSTEM BASED ON MCU ABSTRACTAt present, the family living environment of lighting and light

3、avoidance problem mainly adopts is manually open and close the curtains, manual opening and closing is not only laborious and many not human, will cause some trouble for users. In this paper, the design of the intelligent curtain control system can solve these problems.This paper mainly expounds the

4、 design process of the intelligent curtain controller. This design uses STC89C52 microcontroller as the core, introduces the intelligent curtain control system based on MCU, mainly from the hardware structure and software programming aspects of the explanation. Hardware using block model, carries on

5、 the analysis to the circuit design of the whole system are given, the system overall structure diagram, light sensing circuit, temperature detection circuit, system main control module circuit, power conversion circuit, stepper motor control circuit, keyboard and display circuit and clock circuit m

6、odule circuit. Subsequently introduces the software of the writing process, but also uses a block mode, including software, the main program design, program design of stepping motor, showing design program, keyboard program design and program timing design, each module draw flow chart. This design f

7、ocuses on the design process, hardware selection and software debugging of the curtain automatic control system.Through the system, the simulation of the automatic blind opening and closing of the curtain is realized by the illumination intensity and the setting time. In addition, the design of indo

8、or temperature detection function.Key words: MCU, intelligent curtain, timing control目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 研究的目的及意義11.2 智能窗簾的國外研究現狀21.2.1國外研究現狀21.2.2國研究現狀21.3 主要研究容及章節安排21.3.1 主要研究容21.3.2 章節安排3第二章 總體設計方案42.1 方案選取42.2 系統總體設計與工作原理5第三章 硬件設計63.1 STC89C52單片機及相關電路63.1.1 STC89C52單片機概述63.1.2 晶振電路73.1.

9、3 復位電路93.1.4 電源電路設計93.2 時鐘模塊電路113.2.1 DS1302性能簡介113.2.2 DS1302接口電路設計123.3 鍵盤顯示電路133.3.1 鍵盤電路133.3.2 顯示電路143.4 光敏傳感器電路163.5 步進電機控制電路183.6 溫度檢測電路20第四章 軟件設計224.1 軟件主程序設計224.2 軟件子程序設計234.2.1 步進電機程序設計234.2.2 顯示程序設計244.2.3 鍵盤程序設計254.2.4 定時程序設計25第五章 系統仿真與總結275.1 Proteus軟件簡介275.2 仿真過程與結果27第六章 總結34參考文獻36致38附

10、錄A：系統設計原理圖49附錄B：系統設計仿真圖50附錄C：程序清單52第一章 緒論1.1 研究的目的及意義21世紀是科技飛速發展的時代，隨著國民經濟的發展和科學技術水平的提高，特別是計算機技術，通信技術，網絡技術，控制技術的迅猛發展，生活現代化得以實現，居住環境向舒適化，安全化發展，智能家居也隨之應運而生。由于我國的科技剛剛發展起來，各種科技產品還明顯的落后于發達國家，人民的生活也剛剛開始富裕起來，許多智能系統也剛剛在我國興起。但是，發展前景卻廣闊。這種系統可以為我們營造出高效、舒適、便捷的居住環境。并且它可以牽動一大批產業1。如此廣泛的應用，他的前景也必將非常廣闊。隨著科學技術的飛速發展，人

11、們的生活觀念也在漸漸的發生轉變。各種家電也在發生著變化。由于單片機技術和計算機技術的的不斷成熟，家電越來越智能化。窗簾也不例外，在歐美等發達國家，智能窗簾系統已廣泛應用。智能窗簾在國算是高端前沿產業，市場廣闊，有推廣和應用的意義，在發達的歐美市場智能窗簾已經并不新鮮，已經廣泛運用于平常百姓家中，所以有必要在國推廣。隨著現代社會的高速發展，人們對室設計智能化的要求也越來越高，相對于傳統的窗簾，智能窗簾更能滿足人們對于生活品質的追求2。在一年四季中，隨著不同的季節、氣候，人們對于窗簾打開與閉合的需不同的；在每一天中，隨著天氣的變化及時間段的不同，人們對于窗簾打開與閉合的需求也是不一致的。這也就為智

12、能窗簾系統的研發提供了市場價值3。隨著信息、自動化和通信等技術的不斷進步，智能窗簾控制系統在家居、大型會議室等領域得到了廣泛的使用，最大限度地滿足人們對窗簾開度的各種需求。尤其在智能家居領域克服傳統的窗簾的許多缺點，為人們提供了更方便、快捷、舒適安全的生活環境，提供了人類的生活質量4。智能窗簾控制系統的控制方式大體上有三種：光控，時控，遙控。遙控屬于半自動類；而光控屬于全自動式，但因光敏器件的靈敏度，以及不同季節的光照度的不同，以及人們對于窗簾開閉在時間上的要求不同，而難以實施和普及。因此，設計一款價格低廉，結構簡單，靈敏度高，抗干擾能力強5，實現時間控制、手動控制功能為一體的智能窗簾，具有十

13、分重要的意義。1.2 智能窗簾的國外研究現狀1.2.1國外研究現狀在歐美等發達國家，電動窗簾已廣泛應用。在十多年前，電動窗簾就已經進入我國，可一直沒有大的推廣，這兩年，隨著電控技術的不斷提高及價格的不斷下降，電動窗簾熱才又卷土重來。在此后短短幾年時間里，生產商由最初的幾家增加到如今的百余家，發展十分迅速。據查我國目前共有170多種電動窗簾獲得國家專利，其技術小異，但售價在五百到數千元居多，共同缺點是價格高、靈活性不強，而且自動化程度不高。盡管遙控自動窗簾系統在國是一個新興的行業，但是，它正以不可抵擋之勢迅速崛起。遙控自動窗簾系統走進中國以來，在短短四年時間里，自動窗簾系統生產商由最初的幾家公司

14、增加到如今的百余家，其行業發展迅速是目前國任何其他行業所無法比擬的。1.2.2國研究現狀目前，我國遙控自動窗簾系統生產廠商、分銷商、集成商已形成相當規模，不少國知名企業紛紛涉足遙控自動窗簾系統行業，如海爾、清華同方、TCL等，并涌現出一些較具影響力的智能家居專業廠商，如索博智能電子、九州易居科技、瑞朗智能家居電子科技、市正星特科技等。在應用圍拓展方面，除了寫字樓、酒店、演播廳、教學樓等大型公共場所外，自動窗簾產品還走進了普通家庭，展示了巨大的應用潛力。隨著自動窗簾熱潮在世界圍興起、電子技術的飛速發展以及人們生活水平的不斷提高，電動窗簾的自動化程度不斷提高，從目前的發展趨勢來看，在未來的20年時

15、間里，自動窗簾行業將成為中國的主流行業之一，其市場的發展前景是非常廣闊的。1.3 主要研究容及章節安排1.3.1 主要研究容根據自動窗簾的發展現狀來規劃其智能功能，從而對窗簾進行智能控制，設計的電動窗簾控制系統主要實現以下幾大功能：1）手動控制：該功能使電動窗簾具有手動正轉、手動反轉和手動停止的功能，該功能是根據用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功能可以使窗簾的開閉處于任何一種狀態。2）半自動手動控制：半自動手動控制是在需要關閉和打開窗簾的時候，只需要人工按一下“正轉”或“反轉”按鍵后，窗簾到位自動停止。窗簾的正轉、反轉和停止功能可由單片機輸出電平來控制步進電機的運轉以實現。此功能可以使窗簾

16、通過按鍵一次性開閉窗簾。3）光照控制：系統可以根據用戶設定的光照強度值通過感光器采集光照自動開光窗簾。4）時間控制：此功能是根據用戶設定的時間一次性開關窗簾，并顯示當前溫度。其中采用步進電機為執行原件，通過單片機對驅動芯片輸出不同的高、低電平來控制電機的正、反轉，完成窗簾的開、關動作6；以光敏電阻，溫度傳感器作為傳感原件，光敏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強弱而改變的電阻器，入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。窗簾在光照控制模式下，當光強高于所設定的標準值時，窗簾會自動關閉，反之，當光強低于該標準值時，窗簾將自動打開7。溫度傳感器用來檢測當前溫度，并顯示當前溫度值。8

17、9C52單片機作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，實現自動窗簾的多項智能功能8。1.3.2 章節安排智能窗簾控制系統設計過程主要分為以下幾個章節：（1）緒論：介紹選題意義，目前國外研究現狀，主要研究容及章節安排。（2）總體設計方案：介紹智能窗簾控制系統的總體設計方案的選取以及硬件設計的總體概況。（3）硬件設計：智能窗簾控制系統以89C51單片機為核心，系統的硬件部分包括:89C52，晶振電路，復位電路，時鐘電路，鍵盤電路，顯示電路，AD轉換電路，光敏傳感器，步進電機，溫度模塊等。（4）軟件設計：介紹各個功能模塊的設計流程以及設計思路。智能窗簾控制系統的程序分析與設計:包括主程序設計，鍵盤程序設計，定

18、時程序設計，步進電機程序設計，顯示程序設計等。（5）系統仿真與總結：對智能窗簾控制系統進行結果仿真，分析總結設計過程。第二章 總體設計方案智能窗簾控制系統總體設計方案是確定能夠滿足設計要求的總體方案的環節。本章從系統功能需求出發，規劃并確定了系統的總體結構，并在此基礎上考慮了系統的可擴展性及可實現性。2.1 方案選取單片機在各種電子產品中的應用已經越來越廣泛，很多的電子產品利用單片機所取得的便利性得到了人們的好評，針對單片機控制的自動窗簾控制系統的智能化要求，實現其自動控制的方案有兩種：方案（一）基于溫度檢測以及聲控檢測器件的自動控制。方案（二）基于光照強度器件以及時鐘模塊的自動控制。這二個方

19、案都是基于單片機控制的，采用步進電機控制以及液晶顯示，不同的設計部分在于檢測器件的選取上。方案（一）的系統框圖如圖2.1：89C52鍵盤模塊顯示模塊聲控模塊電源模塊溫度模塊圖2.1 方案（一）系統框圖方案（一）與方案（二）的區別主要在于檢測器件的應用，方案（一）采用溫度采集和聲音檢測元件，通過設定的溫度來控制窗簾的開閉，以減少光照對室的溫度影響，利用聲音控制雖然方便性有所提高，但是其誤差較大。方案（二）采用的時鐘模塊以及光照采集元件，通過設定光照值來控制窗簾的開閉，以實現白天開窗簾，晚上關窗簾的功能，利用設定的時間來控制窗簾的開閉，實用性更強。綜合考慮以上因素，系統設計采用方案（二）。時鐘模塊

20、89C52顯示模塊鍵盤模塊光照檢測電源模塊方案（二）的系統框圖如圖2.2：圖2.2 方案（二）系統框圖2.2 系統總體設計與工作原理智能窗簾控制系統的總體結構框圖如圖2.3所示光敏電阻A/D轉換電路溫度模塊鍵盤模塊單片機步進電機窗 簾顯示模塊圖2.3 智能窗簾控制系統的總體結構框圖由光敏傳感器來探測外界的光強，從傳感器出來的信號輸入到A/D轉換器。轉換后的信號由單片機控制電機，來實現電機的運行與停止。溫度模塊用來采集溫度，并且將采集到的溫度通過顯示模塊顯示。顯示部件用來顯示電動窗簾控制器的各種狀態信息。鍵盤是主要的輸入設備，控制單片機的各種參量。9電源模塊用來提供單片機所需電壓。第三章 硬件設

21、計3.1 STC89C52單片機及相關電路在總體硬件包括單片機外圍電路，電源模塊、按鍵模塊、LCD1602液晶顯示模塊、步進電機驅動模塊、DS1302時鐘模塊、AD模數轉換模塊、光照檢測模塊和溫度檢測模塊組成。單片機外圍電路提供各模塊所需的5V電源。信號檢測后的是模擬信號，經過A/D轉換后輸出數字信號給單片機。單片機的P2口控制步進電機的運行從而控制窗簾的升降。顯示和鍵盤讓人機交換變得更容易。3.1.1 STC89C52單片機概述單片機是將中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM或EPROM）、定時器芯片和一些輸入/輸出接口電路集成在一個芯片上的微控制器。89C52是IN

22、TEL公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用ATMEL公司CMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。10它結合了CMOS的高速和高密度技術及CMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統。STC89C52主要參數有： 8k字節Flash，512字節RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電

23、模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM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。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用ATMEL公司CMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。51系列優點之一是它從部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節而是位。它不光能對片某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算

24、，其功能十分完備，使用起來得心應手。雖然其他種類的單片機也具有位處理功能，但能進行位邏輯運算的實屬少見。51系列在片RAM區間還特別開辟了一個雙重功能的地址區間，十六個字節，單元地址20H2FH，它既可作字節處理，也可作位處理(作位處理時，合128個位，相應位地址為OOH7FH)，使用極為靈活。這一功能無疑給使用者提供了極大的方便，因為一個較復雜的程序在運行過程中會遇到很多分支，因而需建立很多標志位，在運行過程中，需要對有關的標志位進行置位、清零或檢測，以確定程序的運行方向。而實施這一處理(包括前面所有的位功能)，只需用一條位操作指令即可。51系列的另一個優點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了

25、便利。八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。作乘法時，只需一條指令就行了，即MUL AB(兩個乘數分別在累加器A和寄存器B中。積的低位字節在累加器A中，高位字節在寄存器B中)。很多的八位單片機都不具備乘法功能，作乘法時還得編上一段子程序調用，十分不便。在51系列中，還有一條二進制一十進制調整指令DA，能將二進制變為BCD碼，這對于十進制的計量十分方便。而在其他的單片機中，則也需調用專用的子程序才行。STC89C52單片機的引腳排列如圖3.1所示。3.1.2 晶振電路 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶

26、體震蕩器具有非常好的頻率穩定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的準確性。同時，它還可以產生振蕩電流，向單片機發出時鐘信號。晶振電路中的電容C1和C2的典型值通常選擇為30F左右，該電容的大小會影響振蕩電路頻率的高低、振蕩器的穩定性和起振的快速性。10晶體振蕩頻率的圍通常在1.212MHz。晶體的頻率越高，系統的時鐘頻率越快，單片機的運行速度越快。但反過來，運行速度對于存儲器的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應該盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩定、可靠地

27、工作。89C52常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。圖3.1 STC89C52單片機引腳排列圖圖3.2是單片機的晶振電路。其中，XTAL1接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產生交變電場，上述物理現象稱為壓電效應。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。

28、石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使MCS-51片的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，調節它們可以達到微調fOSC的目的。圖3.2 晶振電路3.1.3 復位電路復位是單片機的初始化操作，只需要給89C52的復位引腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘震蕩周期）的高電壓就可以使89C52復位。復位時，單片機初始化為0000H，從0000H單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當程序運行錯誤（如程序跑飛）或者操作錯誤使

29、系統處于鎖死狀態時，也需要復位鍵使RST引腳為高電平，使89C52擺脫“跑飛”或者“死鎖”狀態而重新啟動。復位電路圖如圖3.3所示。3.1.4 電源電路設計單片機工作需要使用5V電壓，因此需要給單片機設計電源電路。圖3.4是單片機的電源電路。它采用LM7805三端集成穩壓器，可輸出+5V的直流電壓供電。三端集成穩壓器LM7805，總共有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用LM78LM79系列三端穩壓器來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便。其部結構圖如圖3.5所示。圖3.3 復位電路圖3.4 單片機電源電路圖3.5 LM7805部示意

30、圖3.2 時鐘模塊電路本設計需要窗簾在給定的時間自動開和關，所以需要用到定時器，而為了保證單片機與外界時鐘一致，要用到一個實時時鐘電路。這里使用DS1302實時時鐘芯片來完成這項功能。3.2.1 DS1302性能簡介DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，含有一個實時時鐘/日歷和31 字節靜態RAM ，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、周、月、年的信息，每月的天數和閏年的天數可自動調整。時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24 或12 小時格式。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信，僅需用到三個口線：（1）RE

31、S 復位（2）I/O 數據線（3）SCLK串行時鐘。時鐘/RAM 的讀/寫數據以一個字節或多達31 個字節的字符組方式通信。DS1302 工作時功耗很低保持數據和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302 是由DS1202 改進而來增加了以下的特性：雙電源管腳用于主電源和備份電源供應，Vcc1 為可編程涓流充電電源，附加七個字節存儲器。它廣泛應用于、傳真、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域。下面將主要的性能指標作一綜合：（1） 實時時鐘具有能計算2100 年之前的秒、分、時、日、星期、月、年的能力，還有閏年調整的能力。（2）31 8 位暫存數據存儲RAM。（3）串行 I/O 口方式使得管腳

32、數量最少。（4）寬圍工作電壓2.0 5.5V。（5）工作電流 2.0V 時,小于300nA。（6）讀/寫時鐘或RAM 數據時有兩種傳送方式單字節傳送和多字節傳送字符組方式。（7）8 腳DIP 封裝或可選的8 腳SOIC 封裝根據表面裝配。（8）簡單 3 線接口。（9）與 TTL 兼容Vcc=5V。（10）可選工業級溫度圍-40 +85。（11）雙電源管用于主電源和備份電源供應。DS1302的外部引腳功能說明如圖3.6所示。各引腳的功能為：.VCC1:主電源。.VCC2：備份電源。當VCC2>VCC1+0.2V時，由VCC2向DS1302供電；當VCC2<VCC1時，由VCC1向DS

33、1302供電。.SCLK：串行時鐘，輸入，控制數據的輸入與輸出。.I/O：三線接口時的雙向數據線。.CE：輸入信號，在讀、寫數據期間，必須為高。該引腳有兩個功能：第一，CE開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯；其次，CE提供結束單字節或多字節數據傳輸的方法。圖3.6 DS1302外部引腳分配圖3.2.2 DS1302接口電路設計DS1302時鐘芯片和STC89C52單片機的接口電路如圖3.7所示。DS1302與單片機的連接僅需要3條線：CE引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數據引腳，VCC2為備用電源，X1與X2外接一個32.768kHZ晶振，為芯片提供計時脈沖。圖3.7 DS1302與單片

34、機的接口電路3.3 鍵盤顯示電路3.3.1 鍵盤電路鍵盤在由單片機控制的窗簾自動控制系統中的主要作用是通過按鍵向單片機輸入指令，其中主要包括設定時間，控制窗簾的開關等等功能，是人工控制單片機的主要手段。本設計中的鍵盤采用了五個按鍵。S2鍵為自動手動切換鍵。S3鍵為退出鍵，S4鍵為參數減/手動關，S5鍵為參數加/手動開，S6為設置鍵。S2鍵可以在手動、自動狀態切換。S6鍵為設置鍵，按下S6鍵有三種選項，可分別按S4-,S5+來設定窗簾的開啟時間，關閉時間，定時開關窗簾時間以及光線值。按鍵接口電路如圖3.8所示：圖3.8 鍵盤電路3.3.2 顯示電路顯示部分則主要用于顯示、設置時間，以及顯示溫度。

35、在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通用器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數字、專用符號和圖形。在單片機與人的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發光管、LED數碼管、液晶顯示器。本設計中采用的是液晶顯示器作為輸出器件的。在單片機系統中應用液晶顯示器作為輸出有以下幾個優點：（1）顯示質量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。（2）數字式接口液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡

36、單可靠，操作更加方便。（3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕得多（4）低功耗：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。本設計采用的液晶顯示器為1602字符型液晶顯示器。1602LCD主要技術參數： 顯示容量:16×2個字符； 芯片工作電壓:4.55.5V； 工作電流:2.0mA(5.0V)； 模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸

37、:2.95×4.35(W×H)mm。1602液晶顯示器引腳接口說明： 第1腳：VSS為地電源。 第2腳：VDD接5V正電源。 第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。 第6腳：E端為

38、使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數據線。 第15腳：背光源正極。 第16腳：背光源負極。1602液晶模塊部的控制器共有11條控制指令如表3.1所示:表3.1 1602液晶模塊控制指令表 序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發生存貯器地址0001字符發生存貯器地址8置數據存貯器地址001顯示數據存貯器地址9讀忙標志或地址0

39、1BF計數器地址10寫數到CGRAM或DDRAM10要寫的數據容11從CGRAM或DDRAM讀數11讀出的數據容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1:清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2:光標復位，光標返回到地址00H。指令3:光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4:顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控

40、制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數據。指令11：讀數據。液晶顯示器電路如圖3.9所示：圖3.9 1602液晶顯示電路3.4 光敏傳感器電路窗簾自動控制系

41、統的光控功能是可以根據用戶設定的光照強度值通過感光器采集光照自動開關窗簾，因此需要用到光照傳感元器件，在本設計中采用了光敏電阻。光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機

42、，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。光敏控制電路是由運算放大器組成比較電路，在運算放大器同相輸入端用兩個電阻分壓，得到的電壓值作為基準電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對光進行采集，由于光敏電阻具有根據光照強度阻值變化的特點，可以得到反向輸入端的電壓值。然后將得到的兩組電壓值進行比較，比較后的信號經過A/D轉換送入單片機89C52的P1接口，單片機處理后輸出命令控制電機正轉或者反轉，以實現通過光照控制窗簾的開關功能。應用光控原理工作，天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉。由于光敏電阻信號檢測后得到的是模擬信號，所以光控電

43、路采集到的模擬信號需要經過A/D轉換后輸出數字信號給單片機。A/D轉換的作用是進行模數轉換，把接收到的模擬信號轉換成數字信號輸出。在選擇A/D轉換時，先要確定A/D轉換精度、轉換速度以及轉換位數等，A/D轉換的位數確定與整個測量控制系統所需測量控制的圍和精度有關，在自定窗簾控制系統中采用了8位A/D轉換器ADC0832。ADC0832是美國國家半導體公司生產的一種8位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。圖3.10 光敏電阻電路圖圖3.11 光控電路原理圖由運放組成比較電路，同向輸入端有兩個電阻分壓得到一個電壓值，作為基準電壓進行比較，而反相輸入端用一個光敏二極管對外部環境的光線進行采集，利用光敏二極

44、管暗時電阻大，亮時電阻小的特點，來確定反向輸入端的電壓值。再兩者進行比較，比較后的信號再送入單片機的P0口，從而通過單片機來控制電機的正反轉。來實現天亮窗簾自動打開，天黑窗簾自動關閉這一自動控制功能。本設計采用了型號為GL3526的光敏電阻。光敏電阻電路圖如圖3.10所示。光控電路原理圖如圖3.11所示。3.5 步進電機控制電路步進電機為一種數字伺服執行元件，具有結構簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優點，廣泛應用在數控機床、機器人、自動化儀表等領域。為了實現步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統的微處理器，通過步進電機專用驅動芯片實現步進電機的速度和位置定位控制。現在比較常用的

45、步進電機包括反應式步進電機（vr）、永磁式步進電機（pm）、混合式步進電機（hb）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。本設計采用的步進電機是混合式步進電機。混合式步進電機混合了永磁式和反應式步進電機的優點它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。所以，本設計采用28BYJ-48型四相八拍步進電機。步進電機2

46、8BYJ-48型四相八拍電機，電壓為DC5VDC12V。當對步進電機施加一系列連續不斷的控制脈沖時，它可以連續不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或者兩相繞組的通電狀態改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態改變完成一個循環時，轉子轉過一個齒距。步進電機驅動方式如表3.2： 表3.2 步進電機驅動方式導線顏色123456785紅+4橙-3黃-2粉-1藍-28BYJ-48步進電機技術指標：1.額定電壓：5VDC。2.減速比：1/16。3.步距角：5.625/16。4.驅動方式：四相八拍。5.牽入轉距：200gf.cm（工作頻率：100Hz）。6.打滑扭力：5001

47、600gf.cm。7.溫升：55K（5VDC 工作頻率：100Hz）。8.噪音：35dB（空載，100Hz，水平距馬達10cm）。由于單片機接口信號不夠大需要通過ULN2003放大再連接到相應的電機接口。ULN2003晶體管陣列：ULN2003是一個單片高電壓、高電流的達林頓晶體管陣列集成電路。它是由7對NPN達林頓管組成的，它的高電壓輸出特性和陰極箝位二極管可以轉換感應負載。單個達林頓對的集電極電流是500mA。達林頓管并聯可以承受更大的電流。此電路主要應用于繼電器驅動器，字錘驅動器，燈驅動器，顯示驅動器（LED氣體放電），線路驅動器和邏輯緩沖器。ULN2003的每對達林頓管都有一個2.7k

48、串聯電阻，可以直接和TTL或5V CMOS裝置。ULN2003的主要特點：（1）500mA 額定集電極電流（單個輸出）。（2）高電壓輸出：50V。（3）輸入和各種邏輯類型兼容。（4）繼電器驅動器。步進電機控制系統的方框圖以及其控制系統的電路圖如圖3.12與3.13所示。脈沖控制器功率驅動電路步進電機負載脈沖信號圖3.12 步進電機控制系統方框圖圖3.13 步進電機控制系統電路圖在使用兩相混合式步進電機時需注意，該種電機在低速運轉時有振動和噪聲，是其固有的缺點、一般可采用以下方案來克服：（1）如步進電機正好工作在共振區，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區；（2）采用帶有細分功能的驅動器，這是最

49、常用的、最簡便的方法；（3）換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；（4）在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產品，但機械結構改變較大。3.6 溫度檢測電路本設計溫度檢測使用的溫度傳感器的型號為DS18B20。DS18B20采用單總線通信協議。它有獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。本系統只用到單片機的一條口線，即P1.0，如圖3.14所示。由于采用單總線數據傳輸方式，DS18B20的數據I/O均由同一條線完成，因此，對讀寫的操作時序要求嚴格。為了保證DS18B20的嚴格I/O時序，需要做較精確的延時。DS18

50、B20采用+5V電源供電。這些在程序中有體現。圖3.14 溫度模塊第四章 軟件設計智能窗簾控制系統的程序分析與設計包括主程序設計，步進電機程序設計，顯示程序設計，鍵盤程序設計，定時程序設計幾部分。本章節系統的介紹了智能窗簾控制系統的主程序和各主要功能子程序的設計流程。4.1 軟件主程序設計主程序主要完成單片機初始化，關中斷，菜單顯示容初始化，按鍵掃描，電機運行，計時等功能。主程序的流程圖如圖4.1所示。圖4.1 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分、步進電機控制部分、AD轉換部分、單片機主控器件部分，各部分具有不同的子程序。啟動主程序，先關中

51、斷并且設置堆棧，接著初始化寄存器，初始化顯示容；然后執行按鍵查詢，執行相應的操作。如果是設定鍵，則設定時間，開始計時；到時間后步進電機開始相應的工作，工作完成后停機。如果是電機控制鍵，則也執行相應的工作。如果都不是，則是復位鍵，采取復位操作。4.2 軟件子程序設計4.2.1 步進電機程序設計步進電機是操控窗簾開閉的主要執行器件，其設計主要是按照單片機指令以及按鍵指令進行正轉或者反轉。圖4.2是步進電機工作流程圖。圖4.2 步進電機工作流程圖步進電機程序設計的主要任務是： （1）判斷旋轉方向；（2）按順序傳送控制脈沖；（3）判斷所要求的控制步數是否傳送完畢。總之，只要按一定的順序改變 P2.0-

52、P2.3 四位通電的狀況，即可控制步進電機依選定的方向步進。而對于節拍比較多的控制程序，通常采用循環程序進行設計。 圖4.3 顯示部分子程序流程圖4.2.2 顯示程序設計顯示程序開始后，起始地址60H發送到R0，01H發送至顯示位代碼R2，再將位代碼發送到單片機A口，單片機取顯示數據查表轉換成顯示代碼發送至單片機B口，延時2ms，指針R0加1，然后判斷6位顯示是否完成。如果完成則返回，沒完成則位代碼R2左移一位，繼續顯示查表，一直到6位顯示完成后返回。顯示部分子程序流程圖如圖4.3所示。4.2.3 鍵盤程序設計在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產生抖動，此時邏輯電平是不穩

53、的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令的錯誤執行。解決這個問題的簡單方法是利用軟件延時。在單片機處理按鍵操作后都延時6ms，如果確定是按鍵后再延時12ms，這樣基本可以避免鍵盤的抖動。然后由單片機進行鍵碼分析，并執行相應的命令，顯示并且返回。圖4.4是鍵盤程序設計流程圖。4.2.4 定時程序設計定時程序的主要作用是在用戶設定的時間后能夠使單片機收到一個中斷信號，從而發出相應的指令，控制窗簾的開關。時鐘芯片發出50ms的信號給單片機后，計數器開始工作，計數器記到20，時間即為1秒，秒單元加1，當秒單元計數到60，分單元加1，此時秒單元清零。當時單元計數到24時單元清零。圖4.5是定時

54、程序流程圖。 圖4.4 鍵盤程序流程圖圖4.5 定時程序流程圖第五章 系統仿真與總結5.1 Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前比較好的仿真單片機及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。5.2 仿真過程與結果首先，將在Keil軟件中調試好的程序生成*.HEX文件

55、，然后將本文所設計的智能窗簾控制系統的原理圖在PROTEUS繪制好，最后調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX。本設計在接通電源時，系統自動復位，默認處于手動光控狀態。系統仿真前部分電路圖如圖5.1所示，圖中STEPPER-MOTOR為步進電機，LCD1為1602液晶顯示屏，DS18B20為溫度檢測，圖中還有五個按鍵，S1，S2，S3，S4，S5。S1鍵為自動手動切換鍵。S2鍵為退出鍵，S3鍵為參數減/手動關，S4鍵為參數加/手動開，S5為設置鍵。圖5.1 系統仿真前部分電路圖點擊開始仿真時系統部分電路圖如5.2，本設計在接通電源時，系統自動復位，處于手動狀態。LCD1602液晶顯示屏從左到右第一排依次為當前控制狀態，時分秒，以及星期。第二排從左到右依次為當前光線值，年月日，以及當前溫度。在手動模式下，系統可以實現一次性開光窗簾。此時按下S4電機正傳，如圖5.3所示，S2為停止鍵，S3為電機反轉。圖5.2系統開始仿真時部分電路圖圖5.3 電機正傳若此時按下S1手動/自動模式切換鍵