基于51单片机的智能窗帘控制系统

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前言

  随着科技的快速发展，人们对于现在的生活水平，空气环境，居住质量的要求越来越高。所以智能家居系统慢慢的步入了人们的视线。主要就是为人们的生活提供便捷。实现人们理念中的科技家园，智慧家园，绿色家园。而智能窗帘作为智能家居中的一个模块，它的发展潜能也是无可限量的。在此背景下，本文对智能窗帘控制系统进行了研究，希望能起到一定的指导意义。
  本文通过对智能窗帘的控制系统进行了具体的叙述，详细的描述了智能窗帘的设计原理以及应用组装，为促进智能窗帘的广泛应用打下坚实的基础。在本文论文撰写的过程中，主要分为五部分内容进行叙述，第一部分，本文首先介绍了课题背景及意义，通过背景及意义来构思出整体的设计思想。第二部分详细叙述了方案的整体设计，选择STC89C51单片机对智能窗帘的控制系统进行设计，采用LCD1602液晶显示屏作为显示模块，采用步进电机来带动窗帘运动。第三部分是在硬件设计方面，智能功能的实现主要依靠于STC89C51单片机，对于外围电路的设计主要根据电机、按键以及光测电路等进行装置。在整个智能窗帘控制系统中，通过光照强度采集模块、步进电机模块、以及按键输入模块等达到自动与手动控制系统功能的实现。第四部分主要详细描述了智能控制系统中软件部分的设计，主要利用相关软件实现对系统程序的编程，进而保证系统各模块功能的实现，加强了系统内部各环节的联系。第五部分是硬件的组装与调试，在组装电路方面采用的是焊接的方法。在调试电路方面采用的是边安装边调试的方法，通过通电前检查、通电观察、单元电路测试、整机联调这四步使得全部电路的性能完全符合设计要求。最终得出一件基于51单片机的智能窗帘控制系统的实物，此实物支持两种模式，手动模式和光控模式。通过五个按键来进行切换模式、光阀值设置和开关窗帘等。

关键词：智能窗帘；单片机；步进电机

一、系统方案设计

2.1 设计要求

（1）对单片机的功能以及开发要求较为掌握，同时，具有一定的编程能力。
（2）对在智能窗帘控制系统中，选择应用的单片机的内部构造以及相关设备的使用技术较为掌握。
（3）具备利用单片机设计系统的能力，同时掌握相关电路设计。
（4）对智能窗帘控制系统的原理和构造较为熟悉，便于开展设计工作。

2.2 系统控制器的选择

  在本次智能窗帘控制系统的设计中，主要有两个方案可供选择：
方案1：在本次系统设计的过程中，其控制器可以选用DSP进行控制，对于DSP而言，其能够对信息进行大量的整理的一种微型处理器，其具有较为稳定的特点，不易受到外界环境和温度的影响，使用率较高，但DSP微处理器的价格较为昂贵，且运行需要依靠一定的电源。
方案2：在本次智能窗帘控制系统的设计中，对于控制器的选择可以选用单片机进行设计，其具有较强的稳定性、价格低廉、耗能低等特点，同时，单片机具有较强的运算能力，可以实现系统的编程，另外，单片机本身也具备一定的计数功能，能够实现智能窗帘的定时效果，满足人们的各种所需。
综上所述，在本系统控制器的选择中，选用方案2 进行设计。

2.3 显示方案的选择

  对于智能窗帘的显示设计，本文主要有三个方案可供选择：
方案1：在智能窗帘的显示设计中，可以采用点阵式数码管进行设计，对于点阵式数码管而言，其装置较为复杂，较适合一些大型广告的设计，性价比较低，因此，不适合本文中的设计。
方案2：在此次控制系统的设计中，对于显示器件的的选择，可以考虑选择LED数码管，但因其运行的过程中，需借助移位寄存器，同时，不易对其进行相应的功能调试，因此，不适合本文中设计。
方案3：对于液晶显示屏而言，其具备较强较清晰的显示功能，性价比较高，应用较为广泛，因此，在本文中选择LCD1602液晶显示屏进行设计。
综上所述，在显示方案设计中，选用方案3进行设计。

二、系统硬件设计

3.1 整体方案设计

  本系统将会使用型号为STC89C51的单片机芯片来作为核心设备，在辅以其它器件如电阻、电容等完成整个系统的搭建，使之形成单片机组成的最小应用系统。对此，其中器件组成还涵盖了应用于显示模块的1602液晶设备，它能够感应光照强度大小等等；其中光照检测电路的设计主要应用到了光导光以及模数转换芯片ADC0832，主要作用是将一定值域范围内的模拟量用数量值显示；窗帘则可以通过步进电机设备取代模拟产生的效果，与此同时，还会为其配备LED灯，目的是为了判断窗帘当前是处于打开还是关闭的一个状态；此外，在设计中，将会在输入设备端配备5个端口按钮，以便灵活调整时间和调节光强度大小等。最后，本文将会用到5V的电源线，具体结构框架显示如下3.1所示：

3.1 系统框图

3.2单片机控制系统

  本系统所使用到的STC系列的单片机，由美国STC企业研发，该单片机的内核是8051，简称51单片机。该系列单片机涵盖的模块非常之多，其中包括Flash程序存储器、A\D、UART、等等，和其它同系列内核的单片机相比，功能完成满足，而且兼容性很强。
  具体功能及其参数参考如下：
1.STC89C5xRC对应Flash空间：4KB\8KB\15KB；
2.工作所能接受到的频率范围：0_{40MHZ，相当于普通8051的0}80MHZ；
3.内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟；
4.内部存储器（RAM)：512B；
5.中断源:8个；
6.通用异步通信口（UART）1个；
7.定时器\计数器：3个16位；
8.工作电压：3.8~5.5V；
9.通用I\O口：32\36个；
10.有ISP(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器；
11.外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等；

  单片机控制系统由三部分组成。第一部分便是时钟模块，在本文所采纳的型号为STC89C51单片机中，有一个输入端（XTAL1）与输出端（XTAL2）异向的放大器，即是反向放大器，并且具有放大器增益功效，该功能便和时钟电路共同组成了时钟方式，而由于工作时，时钟产生条件不同，因而有两种时钟构成方式，分别是内、外部时钟，在综合考量之下，本文将选择内部时钟。
采用内部时钟电路结构设计时，有必要在它的两个端口中，即输入、输出端口为其设置一个容量为30pf的电容，使其能够产生周期性的震荡电流，构成震荡电路。而晶振频率的选择范围则在1.2MHZ~12MHZ之间，考虑到本次单片机系统设计对时钟要求不高，因此可以使用晶振频率高达12MHZ的电路，如下3.2设计所示：

图3-2-1 时钟模块电路图
  第二部分便是复位电路，复位电路存在的意义便是对整个电路起到一个保护的效果，由于复位电路对于整个时钟电路来说影响不大，不会影响系统的正常运行与稳定性，从而在一定程度上降低了死机、程序出错等情况。通常来说，复位操作普遍存在两种，一种是手动按键复位，是通过在单片机输入端RST所处的位置设置高电平，并在这其中设计复位按钮，即可进行手动启动复位操作，完成复位功能。还有一种便是上电复位。由于本文在系统设计过程中需要不断的进行手动调试，同时还会遇到很多问题，因而考虑到随时有复位可能，所以本文将会选择操作更为便捷的手动按键复位。其电路效果如下图3.3所示：

图3.3 复位电路电路图
  第三个部分便是电源模块，考虑到本文仅仅只需要简单的完成智能窗帘设计，因此电源线仅仅满足单片机正常工作时所需要的电压便可以了，对此，可以选择应用比较广的直流电机，其电源为3.3V即可。因此考虑到成本费用有限，以及基于操作简便、操作安全等性能要求，供电方式直接选用三节1.5V的干电池或者是采用USB转接线来满足搭载要求，如下3.4设计图：

图3.4 电源模块电路图

三、系统硬件设计

1 原理图

2 PCB图

3 元器件清单

总结

  通过几个月的努力我终于完成了此次的设计，在设计的过程中，不可避免的会遇到问题，而我只能通过询问老师还有寻找同学的帮助，调用一切可以利用的资源来完成此次设计。在此也非常的感谢班上的同学，为了解决我的问题，我经常要跑到宿舍去请教，有时候还需要先给我辅导理论知识，然后再教授我相关知识的运用，经常往复的要去询问他们，而通过此种练习方式，我的技术得到了非常大不平的提升在其中，令我印象最深刻的就是AD软件制图。在以前对于使用AD软件制图这个概念并不深刻，还有很多地方也不会使用，有时候经常一个原理图出来了，工作也就完成了，并不知道要去进行规则性的检查，只是画出一个图之后，就有一种特别沾沾自喜的感觉 。感觉自己好像已经充分的会使用这款软件了，不过在通过此次的毕业设计之后，我对于AD软件的使用已经熟悉很多了，了解封装和PCB布线。PCB设计时，第一步需要对规则进行设计，接着才是是地线与信号线等等。之后就是学习KEIL软件的使用了，先收集其相关的知识，而后再下载keil5版本，版本已经是最新的版本了。那么使用起来会顺手一些，此外，将keil2用来编辑51单片机发现非常的顺手。

目录

目录
摘要 I
abstract II
1绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外发展现状 1
1.3 设计思想及基本功能 2
2系统总体方案设计 3
2.1 设计要求 3
2.2 系统控制器的选择 3
2.3 显示方案的选择 3
2.4 电机的选择 4
3系统硬件设计 5
3.1 整体方案设计 5
3.2单片机控制系统 5
3.3 液晶显示模块 7
3.4 光照强度采集模块 10
3.5 电机驱动模块 11
3.6按键输入模块 12
4软件设计 13
4.1 程序语言及开发环境 13
4.2 程序流程图设计 13
4.3 1602液晶程序设计 14
5硬件组装与调试 15
5.1 元器件的选择与测量 15
5.2 元件的焊接与组装 15
5.3 电路的调试 15
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录 20
1元器件清单 20
2原理图 21
3PCB图 22