智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

精品文檔嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽智能窗簾控制系統(tǒng)Intelligent curtain control system 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告參賽學(xué)校：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX作 者：XXXXXXXX指導(dǎo)教師：XXXXXX1歡迎下載。摘要隨著科技的發(fā)展，智能家居已逐漸進(jìn)入人們的生活中。本設(shè)計(jì)介紹基于STC89C52單片機(jī)控制的智能窗簾系統(tǒng)，它采用了紅外遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)任何地方，只要輕按遙控器，窗簾就會(huì)隨心所欲的打開或關(guān)閉。為了使窗簾系統(tǒng)更加智能化，在設(shè)計(jì)中還加入了光控和自動(dòng)定時(shí)控制，可以根據(jù)光強(qiáng)或用戶定時(shí)，開啟或關(guān)閉窗簾，讓該設(shè)計(jì)更加人性化。關(guān)鍵詞：智能窗簾、光控、單片機(jī)AbstractWith the development of technology, intelligent domestic living has been gradually coming into life. Describes the design of intelligent control based on single chip curtain system, which uses an infrared remote control technology, anywhere in the room, as long as the touch of the remote control, curtain will open or close the arbitrary. To make the system more intelligent curtain, also joined in the design of light control and automatic timing control, based on light intensity or the user time, and open or close the curtains, so the design is more humane.Key Words：Smart Home、Light Control、MCU目錄摘要1第一章 緒論31.1 智能家居概述及發(fā)展31.2 本課題的內(nèi)容和目標(biāo)3 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)42.1 智能窗簾系統(tǒng)的功能特點(diǎn)42.1.1 遙控控制42.1.2 定時(shí)控制42.1.3 光感控制42.2 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖52.3 系統(tǒng)平臺(tái)5第三章 智能窗簾系統(tǒng)硬件部分63.1 步進(jìn)電機(jī)硬件部分63.2 串口RS232硬件部分73.3 定時(shí)模塊硬件部分83.4 液晶顯示模塊硬件部分93.5 光敏模塊硬件部分113.6 溫度傳感器硬件部分11第四章 系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊的軟件設(shè)計(jì)134.1 步進(jìn)電機(jī)134.2 紅外遙控部分134.3 串口RS232部分144.4 光敏感應(yīng)模塊154.5 溫度感應(yīng)模塊15第五章 功能與指標(biāo)175.1 系統(tǒng)功能和指標(biāo)17第六章 本設(shè)計(jì)特色18第七章 結(jié)論與展望19參考文獻(xiàn)2021歡迎下載21歡迎下載。第一章 緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們的生活習(xí)慣，提高了人們的生活質(zhì)量，智能家居在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。1.1 智能窗簾概述及發(fā)展在現(xiàn)代生活中，窗簾再不僅僅只起到遮擋光線的簡(jiǎn)單的作用。它在整體家居中的裝飾作用越來越突出。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，居民因遷入新居而購買窗簾布藝產(chǎn)品平均每單花費(fèi)在4000元以上，且不乏一次花費(fèi)在2萬元以上者。因此，以遷入新居或裝修后進(jìn)行家用紡織品消費(fèi)為特征的消費(fèi)需求增長(zhǎng)，成為家用紡織品消費(fèi)的主流，明顯地表現(xiàn)為剛性需求的增長(zhǎng)。另外，隨著人們對(duì)居住環(huán)境的要求不斷地提高，智能化的家居產(chǎn)品在人們的生活中將會(huì)逐漸被認(rèn)識(shí)和采納，智能窗簾也正以其強(qiáng)大的人性化功能、驚人的發(fā)展速度以及巨大的市場(chǎng)前景嶄露頭角。然而，縱觀目前國內(nèi)智能窗簾市場(chǎng)，一方面，它的價(jià)格只有少數(shù)的人能承受的起，離普通大眾相去甚遠(yuǎn)，而這過高的價(jià)格制約了它的發(fā)展。另一方面，智能窗簾的智能化程度還不高，有的甚至只有遙控功能也稱作是智能窗簾，因此智能窗簾市場(chǎng)良莠不齊。針對(duì)這種現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)通過創(chuàng)新，給窗簾增加了定時(shí)控制和光感控制，讓窗簾顯得更加智能化。在成本方面，采用一些價(jià)格相對(duì)便宜的器件，來實(shí)現(xiàn)這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。因此本設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 本課題的內(nèi)容和目標(biāo)本課題抓住“智能家居”這一理念，在設(shè)計(jì)中力求人性化的智能控制，給用戶帶來最佳的體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，一方面以接收遙控器發(fā)來的紅外線，手動(dòng)控制窗簾，另一方面，采用了光敏元件和溫度傳感器，根據(jù)光強(qiáng)溫度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的智能化控制。同時(shí)，本設(shè)計(jì)還增加了另一種控制模式自動(dòng)定時(shí)控制，可以給窗簾設(shè)定開關(guān)時(shí)間，讓用戶擁有更好的體驗(yàn)。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)通過分析功能，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊如圖2-1所示:圖2-1系統(tǒng)各部分模塊智能窗簾控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊遙控模塊溫度控制模塊定時(shí)控制模塊光敏控制模塊電機(jī)控制模塊2.1 智能窗簾系統(tǒng)的功能特點(diǎn)本智能窗簾系統(tǒng)的具有以下幾個(gè)功能特點(diǎn)：2.1.1 遙控控制作為一款智能型的窗簾，它仍然具有原始的按鍵控制功能，可以通過遙控按鍵來控制窗簾的開啟和關(guān)閉。2.1.2 定時(shí)控制定時(shí)控制是窗簾稍微具有智能化的一個(gè)體現(xiàn)。通過設(shè)定窗簾開啟和關(guān)閉的時(shí)間間隔，可以讓窗簾在某個(gè)時(shí)間自動(dòng)開啟或關(guān)閉。2.1.3 光感控制光感控制可以說是最能體現(xiàn)本設(shè)計(jì)智能化的一個(gè)地方，通過光敏和溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外界的光感和溫度，從來讓窗簾根據(jù)設(shè)定的值，自動(dòng)開啟或者關(guān)閉。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示： 按鍵控制模塊單片機(jī)STC89C52(1)(1)單片機(jī)STC89C52 (2)電機(jī)模塊1602LCD顯示模塊串口RS232光敏感應(yīng)模塊溫度感應(yīng)模塊窗簾定時(shí)模塊圖2-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控制器采用兩塊STC89C52型號(hào)單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的采集、顯示以及對(duì)窗簾設(shè)備的控制，主控制器1主要完成遙控紅外信號(hào)的接收，對(duì)電機(jī)的控制，以及對(duì)窗簾設(shè)置定時(shí)開啟或關(guān)閉。主控制器2主要完成溫度和光照強(qiáng)度的采集，然后通過RS232串口傳送給主控制器1，主控制器1對(duì)接收到的溫度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制電機(jī)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的控制。另外，主控制器2還將采集到的溫度和光照強(qiáng)度在1602 LCD液晶顯示器上顯示出來。以上系統(tǒng)中用到的各個(gè)元件的型號(hào)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的型號(hào)是STC89C52、步進(jìn)電機(jī)：M35SP -7N、LCD液晶顯示器：1602、溫度傳感器：DS18B202.3系統(tǒng)平臺(tái)操作系統(tǒng)平臺(tái)：Windows XP；編程軟件：Keil uVision3；燒錄軟件：PZ-ISP以及STC-ISP。 第三章 智能窗簾系統(tǒng)硬件部分3.1 步進(jìn)電機(jī)硬件部分步進(jìn)電機(jī)采用的型號(hào)為M35SP-7NP，其基本結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，如圖3-1：圖3-1: 步進(jìn)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)它的控制電路圖如圖3-2所示。圖3-2: 步進(jìn)電機(jī)控制電路圖步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，每次給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)值，讓它步進(jìn)一個(gè)角度，這樣它就可以連續(xù)不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)窗簾的開關(guān)。具體實(shí)現(xiàn)流程將在軟件設(shè)計(jì)部分給出。3.2 串口RS232硬件部分UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)，也可稱為通用異步串行口 ，這是微控制器里常用的通信方式。RS-232C是一種串行口的通信接口，在RS-232C里，傳輸?shù)臏?zhǔn)位提升，使傳輸距離增加、抗噪聲能力提高，它是微型計(jì)算機(jī)常見的接口。串行式數(shù)據(jù)傳輸里，有單工及雙工之分，單工就是一條線只能有一種用途，例如輸出線就只能發(fā)送數(shù)據(jù)、輸入線就只能接收數(shù)據(jù)。而雙工就是在同一條在線，可接收數(shù)據(jù)，也可發(fā)送數(shù)據(jù)。 通常在傳輸數(shù)據(jù)之前，先要解決兩個(gè)單片機(jī)的速率匹配問題。通常以每秒傳輸多少位(bit per second，簡(jiǎn)稱bps)表示串行式數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩裘總€(gè)傳輸單元為1 bit時(shí)，又稱為波特率(baud rate)。 波特率的設(shè)置見圖3-3：fOSC波特率611.059212161100xf9-0x57-0xee-0x3f3000xfd-0x8f0xfb-0x800xfb-0x1e0xf9-0x7d6000xfe-0xc80xfd-0xc00xfd-0x8f0xfc-0xbf12000xff-0x640xfe-0xe00xfe-0xc80xfe-0x5f24000xff-0xb20xff-0x700xff-0x640xff-0x3048000xff-0xd90xff-0xb80xff-0xb20xff-0x989600-0xff-0xdc0xff-0xd90xff-0xcc19200-0xff-0xee-0xff-0xe638400-0xff-0xf7 0xff-0xf376800-0xff-0xfa- 圖3-3: 波特率設(shè)置表在8052里，若要通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，只要把8位數(shù)據(jù)放入串行緩沖器(SBUF)即可，8052就會(huì)幫我們把這些數(shù)據(jù)，一位一位送出去。同理，接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)先被收集在串行緩沖器里，當(dāng)8位數(shù)據(jù)到齊(串行緩沖器滿了)，8052就會(huì)中斷，將數(shù)據(jù)提走。 串行口也存在四種工作方式，它的設(shè)置是通過SCON控制寄存器的SCON.7和SCON.6來實(shí)現(xiàn)的。具體設(shè)置見圖3-4：圖3-4: 串口工作方式的設(shè)置本設(shè)計(jì)單片機(jī)（1）和單片機(jī)（2）所選用的波特率為4800，工作方式為方式1。3.3 定時(shí)模塊硬件部分智能窗簾的定時(shí)功能采用的是89C52內(nèi)部的定時(shí)器，其工作方式有以下四種。方 式位數(shù)計(jì)數(shù)范圍其它功能Mode 013 位08191Mode 116 位065535Mode 28 位0255具有自動(dòng)加載功能Mode 38 位0255圖3-5：89C52定時(shí)器的工作模式具體工作方式的設(shè)置是通過TMOD方式寄存器來實(shí)現(xiàn)的。TMOD方式寄存器的高4位（TMOD.7TMOD.4）用以設(shè)置Timer1的工作方式，而低4位（TMOD.3TMOD.0）用以設(shè)置Timer0的工作方式。以低4位為例，GATE位為定時(shí)器的門控開關(guān)，用以決定其啟動(dòng)方式。若GATE=0，則只要TR0=1,即可啟動(dòng)Timer0，稱為內(nèi)部啟動(dòng)或軟件啟動(dòng)；若GATE，則必須先將TR0位設(shè)置為1，再等待引腳為高電平，才能啟動(dòng)Timer0，稱為外部啟動(dòng)或硬件啟動(dòng)。C/位為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器切換開關(guān)，若C/=0，則Timer0為內(nèi)部定時(shí)器，用以計(jì)數(shù)由fosc/12產(chǎn)生的脈沖；若C/=1，則Timer0即為外部計(jì)數(shù)器，用以計(jì)數(shù)由T0引腳輸入的脈沖。M1及M0這兩位可設(shè)置工作方式。具體工作方式的見圖3-6：圖3-6定時(shí)模塊的設(shè)置本設(shè)計(jì)采用的是定時(shí)器0的方式2。3.4 液晶顯示模塊硬件部分LCD為液晶顯示面板，由于LCD的控制需要專用的驅(qū)動(dòng)電路，且LCD面板的接線需要特殊的技巧，加上LCD面板的結(jié)構(gòu)比較脆弱，通常不會(huì)單獨(dú)使用。LCD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：圖3-7 HD44780 LCM內(nèi)部結(jié)構(gòu)輸入輸出緩沖器為L(zhǎng)CM的大門，所有的數(shù)據(jù)與控制信號(hào)都必須通過本單元才得以進(jìn)出LCM。指令寄存器為一個(gè)8位寄存器，其功能是存放微處理器所送人的LCM指令，DDRAM或CGRAM的地址。當(dāng)我們要將數(shù)據(jù)輸入到DDRAM或CGRAM時(shí)，首先將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)寄存器，再把指令與DDRAM或CGRAM的地址放入本寄存器，即可將該數(shù)據(jù)輸入到DDRAM或CGRAM。同樣讀取數(shù)據(jù)也是。指令譯碼器的功能是將指令寄存器里的指令譯碼，以獲得所要操作的DDRAM或CGRAM的地址。數(shù)據(jù)寄存器連接LCM內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。地址計(jì)數(shù)器連接LCM內(nèi)部地址總線，DDRAM或CGRAM的操作都需要通過本寄存器所提供的地址來尋址。忙碌標(biāo)志用以表示LCM當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，若BF=1，則表示LCM處于忙碌狀態(tài)，無法接收外部指令或數(shù)據(jù)；若BF=0，則可接收外部指令或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器映射所要顯示的數(shù)據(jù)。串行/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的功能是將從CGRAM或CGROM所取出的并行顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，以提供驅(qū)動(dòng)電路推動(dòng)LCD面板。時(shí)序產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生LCM所需的時(shí)鐘脈沖。偏壓產(chǎn)生電路的功能是提供驅(qū)動(dòng)LCD面板所需的偏壓。公共端驅(qū)動(dòng)電路的功能是提供LCD面板公共端的掃描信號(hào)。3.5 光敏模塊硬件部分采用光敏電阻對(duì)光照進(jìn)行采集，并將所采集的電壓模擬信號(hào)量傳入AD轉(zhuǎn)換芯片PCF855916，在52單片機(jī)上利用模擬 IIC總線協(xié)議，讀取AD芯片所轉(zhuǎn)換過來的數(shù)字信號(hào)量，再將數(shù)字量經(jīng)過函數(shù)轉(zhuǎn)換來得到光照度。光敏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示：圖3-8光敏模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.6 溫度感應(yīng)模塊硬件部分溫度的采集是利用DS18B20溫度傳感器。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20控制方法是首先是啟動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，然后讀暫存器的值，接下來寫暫存器，將數(shù)據(jù)寫入暫存器的TH、TL字節(jié)，下一步把暫存器的TH、TL字節(jié)寫到E2RAM中，重新調(diào)E2RAM后，最后啟動(dòng)DS18B20發(fā)送電源供電方式的信號(hào)給主CPU。溫度傳感器工作連接如圖3-9所示：圖3-9溫度傳感器連接圖第四章 系統(tǒng)關(guān)鍵功能模塊的軟件設(shè)計(jì)4.1 電機(jī)模塊每次給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)不同的值，讓它轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)窗簾開和關(guān)。其中電機(jī)的打開和關(guān)閉窗簾的狀態(tài)為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，它們的變化值如下表所示：反轉(zhuǎn)0xfe0xfc0xfd0xf90xfb0xf30xf70xf6正轉(zhuǎn)0xf60xf70xf30xfb0xf90xfd0xfc0xfe電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程如圖4-1所示：圖4-1電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序流程圖4.2 遙控紅外接收部分按下遙控按鍵紅外接收產(chǎn)生中斷初始化中斷判鍵值改變電機(jī)狀態(tài)圖4-2紅外接收程序流程圖4.3串口RS232部分串口RS232用于兩個(gè)單片機(jī)之間的通信，它是本設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵，串口RS232流程圖為：初始化串口取得數(shù)據(jù)放入Buf發(fā)送Buf中數(shù)據(jù)初始化串口調(diào)用接收中斷函數(shù)有接收中斷時(shí)(2)串口接收流程圖(1)串口發(fā)送流程圖圖4-2串口RS232程序流程圖4.4光敏感應(yīng)模塊光敏感應(yīng)模塊是本設(shè)計(jì)智能化的一個(gè)體現(xiàn)，通過光敏傳感器，不斷接收外界的光照強(qiáng)度，從而自動(dòng)判定是否開啟或者關(guān)閉窗簾，這一部分程序流程圖為：NY初始化定時(shí)器啟動(dòng)IIC總線寫入AD地址讀入數(shù)據(jù)地址讀出數(shù)據(jù)停止IIC總線定時(shí)到否？數(shù)據(jù)輸出到LCD顯示圖4-4光敏感應(yīng)程序流程圖4.5溫度感應(yīng)模塊為了使設(shè)計(jì)結(jié)果更準(zhǔn)確，增加了溫度感應(yīng)模塊，窗簾的開關(guān)不僅僅是參照光照強(qiáng)度，而且也參照溫度，這樣通過多個(gè)參數(shù)來判定窗簾狀態(tài)，結(jié)果更合理。溫度感應(yīng)模塊的流程圖為：NY初始化定時(shí)器初始化DS18B20啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換器獲得溫度定時(shí)到否？LCD輸出溫度圖4-5溫度感應(yīng)程序流程圖第五章 功能與指標(biāo)5.1 系統(tǒng)功能和指標(biāo)本設(shè)計(jì)具有以下功能：光敏控制本系統(tǒng)提供了光敏智能控制功能，可以根據(jù)室外的光照強(qiáng)度自動(dòng)開關(guān)窗簾，給居室最佳的光照強(qiáng)度。定時(shí)控制本設(shè)計(jì)也提供了定時(shí)控制功能，方便人們?cè)谌魏螘r(shí)間段設(shè)定窗簾的開關(guān)。遙控控制雖然是智能窗簾，但也提供了遙控控制功能，讓人們隨心所欲的操作。手動(dòng)控制系統(tǒng)可以通過三個(gè)按鈕來分別實(shí)現(xiàn)對(duì)窗簾的開、關(guān)和停的操作。智能窗簾系統(tǒng)的指標(biāo)如下：電機(jī)工作電壓：5V定時(shí)范圍：全天24小時(shí)遙控距離：= 10m環(huán)境溫度：-15 +50第六章 本設(shè)計(jì)特色作為一款智能窗簾的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)具有以下亮點(diǎn)：1. 多模式控制本設(shè)計(jì)提