智能窗帘系统设计(硬件)(共30页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计(论文)学院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生： 123 指导教师： 完成日期 2012 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）智能窗帘系统设计（硬件）The Design of Intelligent Curtain System（hardware）总计：毕业设计（论文）23页表格：0个插图：36幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）智能窗帘系统设计（硬件）The Design of Intelligent Curtain System（hardware）学 院（系）： 电子与电气

2、工程学院 专 业： 电子信息工程 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师（职称）： 555 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology专心-专注-专业智能窗帘系统设计（硬件）电子信息工程专业摘要本电路根据办公和生活环境需要，采用AT89C51单片机控制系统，利用P3口的特殊功能与P1口的空闲模式和掉电模式，根据其不同控制模式，实现半自动控制、自动控制、定时控制的相互转换控制窗帘机。该设计包括光电开关电路、系统主控模块、电源转换电路、保护电路等组成，可实现窗帘自动升降。关键词单片机；定时控制；光电开关；步进电机The Des

3、ign of Intelligent Curtain SystemElectronic Information Engineering Specialty YUANG Zhen-PengAbstract: According to the requirements of office and living environment, this design made use of the SCM (Single Chip Micyoco ) controlling system of AT89C51, the special function at P3, the idleness mode a

4、nd lose-electric mode at P1. Based on the different controlling mode, we realize to control the curtain machine by mutual transformation of semiautomatic and automatic controlling and infrared remoter. This design is made up of infrared remote circuit, systematic controlling mode, electrical source

5、transformation, protective circuit, etc. It can reach the achievement of automatically rising and falling of the curtain.Key words: SCM; timing control; photoelectric switch; stepping motor1引言1.1研究目的和意义及国内外发展现状21 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居

6、生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩

7、展容易而被人们广泛接受和应用。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和MCU进行连接，再经过MCU 进行数据处理，实现实时测控。而此时采用单片机来实现智能家居控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计系统正是把利用AT89C51 单片机的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生

8、活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。电话远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。另外电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者

9、可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控部分课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。而且本设计的调试都是在线调试，已经在电信、铁通的交换机实验并且能够成功的使用移动电话进行操作。随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作

10、习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住

11、环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。现代智能化离不开运算和控制单元，本系统采用89C51作为主控器件，单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件由单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率，当系统硬件和软件紧密

12、配合、协调一致，就可以组成高性能的单片机应用系统。本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。本文是从智能家居的一个项目智能电动窗帘的设计开始的。1.2基本内容及章节安排本设计通过分析电动窗帘的发展和现状来规划电动窗帘的智能功能，从而对电动窗帘控制器进行设计。采用步进电机作为执行元件，以光敏电阻作为传感元件的传感器作为检测元件，89C51单片机作为控制芯片，辅助键盘和显示，最终实现了电动窗帘控制器的多项智能项目。主要章节分为：（1）绪论：介绍设计目标国内外的发展现状和研究意义目的，设计的基本内容和本文的章节

13、安排。（2）总体设计方案：给出了电动窗帘控制器的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。（3）软件设计：选用选用汇编语言作为本次软件设计的编程语言。（4）总结与展望1.3设计思想及基本功能该器具有一般的窗帘控制器的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭窗帘，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和设定时间自动开闭窗帘的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该器本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，用最简单的电路布线和选用最经济实用的器件来达到设计要求。自动窗帘控制器具有以下几个基本功能：（1）手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗帘的开闭处

14、于任何一种状态；（2）自动控制：用户可以通过按键一次性开闭窗帘；（3）光照控制：器可以根据用户设定的光照强度值通过感光器采集光照自动开光窗帘；（4）时间控制：此功能是根据用户设定的时间一次性开关窗帘。2总体方案设计2.1方案选取单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单片机所取得的便利性得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制器的智能化要求，实现其自动控制的方案有两种：方案（一）基于温度检测以及声控检测器件的自动控制方案（二）基于光照强度器件的自动控制这二个方案都是基于单片机控制的，采用步进电机控制以及液晶显示，不同的设计部分在于检测器件的选取上。方案（一）的器框图

15、如图1：方案（二）的器框图如图2： 图2 方案（二）的原理框图方案（一）与方案（二）的区别主要在于检测器件的应用，方案（一）采用温度采集和声音检测元件，通过设定的温度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响，利用声音控制虽然方便性有所提高，但是其误差较大。方案（二）采用的时钟模块实用性更强。综合考虑以上因素，器设计采用方案（二）。2.2 系统总体结构规划自动窗帘控制器总体方案设计是基于满足设计要求的前提并且根据理论上的可实现性和硬件上的经济实用性，而进行设计的重要环节。本章从人们对器功能需求出发，在综合考虑各种因素的情况下，设计出自动控制器的总体构架，并且在基本功能需求的基础上尽可能考虑器

16、的可扩展性。2.2.1系统基本功能(1)手动控制：该功能使电动窗帘具有手动正传、手动反转 和手动停止的功能。而且增加了工作状态指示，电机工作在正传、反转和停止状态的时候，数码管均有不同工作状态指示。（2）半自动手动控制：半自动手动控制是在需要关闭或打开窗帘的时候，只需要人工按一下“正转”或“反转”按键后，窗帘到位自动停止。（3）环境亮度控制：窗帘的关闭和开启通过环境亮度自动完成窗帘的开启或关闭操作控制，“天黑关闭，天亮打开”具有智能管理，不产生误动作。（4）时间自动控制：根据设置输入的开启或关闭时间，来控制窗帘的关闭和打开。 窗帘的正转、反转和停止功能可由单片机输出电平来控制步进电机的运转以实

17、现。环境亮度的控制通过光敏电阻和运放组成的电路来控制单片机输出电平继而控制电机的正转和反转。时间自动控制可以由定时器来控制2.2.2控制器总体结构设计自动窗帘控制器设计的总体框图如图3所示：光电传感器信号调理电路A/D转换器单片机显示部件 键盘步进电机图3 电动窗帘控制器结构框图由光电传感器来探测外界的光强，从传感器出来的信号经过信号调理电路的放大，滤波调理后输入到A/D转换器，A/D转换器件完成一个转换过程需要一定时间，如果在这段时间内信号的幅度发生变化，转换结果将会受到影响，所以期间要用到采样保持电路。转换后的信号由单片机控制器，来实现电机的运行与停止。显示部件用来显示电动窗帘控制器的各种

18、状态信息。键盘是主要的输入设备，控制单片机的各种参量。3 系统硬件设计整个系统的硬件接线图如图3.1所示。图4 系统总硬件接线图总体硬件电路图包括单片机外围电路、A/D转换电路，信号调理电路、检测电路、键盘/显示接口电路、步进电机控制电路等模块。单片机外围电路提供各模块所需的5V电源和时钟模块；信号检测后的是模拟信号，经过调理放大进入A/D转换后输出数字信号给单片机。单片机的P2口控制步进电机的运行从而控制窗帘的升降。显示和键盘让人机交换变得更容易。以上各模块组成了电动窗帘控制器的总体电路。3.1 89C51单片机及相关电路3.1.1 89C51单片机介绍单片机是在一块芯片中继承了CPU、RA

19、M、ROM、定时/计数器和多功能I/O接口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称MCU。51系列单片机内包含下列几个部件：1个8为CPU。1个片内振荡器及时钟电路。4KB ROM程序存储器。128B RAM数据存储器。可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器的控制电路。32条可编程的I/O线（4个8位并行I/O接口）。2个16位的定时/计数器。1个可编程全双工串行接口。5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。51系列单片机内部结构图如图2.1所示，各个功能部件由内部总线连接在一起。程序存储器部分用ROM代替即为8051/8052；用EPROM代替即为8751/8752；若去

20、掉ROM即为8031/8032；用FLASH EPROM代替即为89C51/89S52。 基准频率源 脉冲技术输入 外部中断 控制 并行I/O接口 串行输入 串行输出 图5 MCS-51单片机内部结构框图有总线扩展的51单片机有44个引脚的方形封装形式和40个引脚的双列直插式封装形式，无总线扩展的51单片机有20个引脚双列直插式封装，如89C2051等。40个引脚封装的引脚图如图2.2，各引脚的功能说明如下。 图6 8XX51/52单片机引脚GND：接地端。VCC：电源端，接+5V。XTAL1：接外部晶体的一个引脚。CHMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。XTAL2：接外

21、部晶体的一个引脚。HMOS单片机采用外部时钟信号时，外部时钟信号由此引脚接入。RST：复位信号输入。VCC掉电后，此引脚可接备用电源，低功耗条件下保持内部RAM中的数据。ALE/RPOG：地址锁存允许。当单片机访问外部存储器时，该引脚的输出信号ALE用于锁存P0端口的低8位地址。ALE输出的频率为时钟振荡频率的1/6。对8751单片机片内EPROM编程时，编程脉冲由该引脚接入。PSEN：程序存储器允许。输出读外部程序存储器的选通信号。取指令操作期间，PSEN的频率为振荡频率的1/6；但若此期间有访问外部数据存储器的操作时，则有一个机器周期中的PSEN信号将不出现。EA/VPP： EA=0，单片

22、机只访问外部程序存储器。对8031单片机此引脚必须接地。EA=1，单片机访问内部程序存储器。对于内部有程序存储器的8XX51单片机，此引脚应接高电平，但若地址值超过4KB范围，单片机将自动访问外部程序存储器。在8751单片机内EPROM编程期间，此引脚接入21V编程电源VPP。P0.0P0.7: P0数据/低八位地址复用总线端口。具有双重功能：可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备。在有外接存储器和I/O接口时常作为低8位地址/数据总线，即低8位地址与数据线分时使用P0口。此低8位地址由ALE信号的下跳沿使它锁存到外部地址锁存器中，尔后，P0口出现数据信息。P1.0P1.7：P1静态通用端口

23、。具有单一接口功能，P1口每一位都能作为可编程的输入或输出口线。P2.0P2.7：P2高八位地址总线动态端口。具有双重功能：作为输入/输出口使用，外接输入/输出设备。在有外接存储器和I/O接口时，作为系统的地址总线，输出高8位地址，与P0口低8位地址一起组成16位地址总线。对于内部无程序存储器的单片机来说，P2口只作为地址总线使用，而不作为I/O接口。P3.0P3.7：P3双功能静态端口，可以作为输入/输出口，外接输入/输出设备。作为第二功能使用时，每一位功能定义如表2.1所示。 3.1.2晶振电路电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，

24、石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。图3.1.1是单片机的晶振电路。电路中的电容C1和C2的典型值通常选择为30PF左右，该电容的大小会影响振荡电路频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体振荡频率的范围通常在1.212MHz。晶体的频率越高，系统的时钟频率越快，单片机的运行速度越快。但反过来，运行速度对于存储器的速度要求就越高，对印刷电路板的工艺要求也就越高，即要求线间的寄生电容要小。晶体和电容应该尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作。89C51常选择振荡频

25、率12MHz的石英晶体。图7 单片机晶振电路图3.1.3复位电路复位是单片机的初始化操作，只需要给89C51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使89C51复位。复位时，单片机初始化为0000H，从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行错误（如程序跑飞）或操作错误使系统处于锁死状态时，也需要复位键使RST脚为高电平，使89C51摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动。图3.1.2是复位电路图。图8 复位电路图3.1.4时钟电路本设计需要窗帘在给定的时间自动开和关，所以需要用到定时器，而为了保证单片机与外界时钟一致，要用到一个实时

26、时钟电路。这里使用DS12887实时时钟芯片来完成这项功能。DS12887是DALLAS公司生产的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、百年历、可编程中断、方波发生器和114字节的非易失静态RAM。使用DS12887时应注意以下几点：Vcc正常情况下为5V，当Vcc降至4.25V时，所有的输入被忽略，输出为高阻状态，Vcc降至3V时，外部电源被关断，内部锂电池为实时时钟和RAM供电，在断电情况下，时钟继续运行，其中的数据可保存十年以上不会丢失。DS12887有两种工作时序，即MOTOROLA和INTEL时序，由MOT引脚的电平指定，当MOT引脚为高电平时选择MOTOROL

27、A时序，当MOT引脚为低电平时选择INTEL时序，图中选为INTEL时序，这时芯片的DS引脚接系统的读信号/RD，R/W引脚接系统的写信号/WR。AS引脚用于分离数据地址总线AD7-AD0上的地址和数据信息，连接到MCU的ALE引脚。RESET引脚的信号对日历时钟和RAM没有影响，但它影响DS12887的命令和状态寄存器的内容，在图中直接将RESET连至Vcc，这样可以保证DS12887在进入或退出电源失效状态时，其工作状态不受RESET引脚的影响。DS12887有一个可编程输出方波引脚SQW，从该引脚可以输出频率为2Hz-256Hz的方波，在系统中正是利用此引脚输出周期为125MS的方波，作

28、为MCU外部中断/INT0的中断源实现周期性中断，每当中断发生时，MCU读一二次输入口，检查电表是否转过一圈，在整点时还要采一次三相电流和电压。除此之外，DS12887内部还有128字节的RAM的单元，其中前10个字节用于存放日历时钟信息，字节0为秒，字节2为分，字节4为时，字节6为星期，字节7为日，字节8为月，字节9为年，字节0AH-0DH用作控制和状态寄存器，剩下的114字节为用户RAM，所有的这128字节都是掉电非易失性的。图9 时钟电路图DS12887时钟芯片和AT89C5l单片微机的接口电路如图3.1.3所示。模式选择通过选择脚MOT接地来确定, DS12887时钟芯片的AS端口和8

29、9C51单片机的AIE端直接相联；而DS、RW 读写控制线与单片机的RD/WR控制线制线相连；DS12887的高位地址由89C51单片机的P27端口来片选，则DS12887的高8位地址定为7FH，而其低8位则由芯片内部各单元的地址来决定(00H-3FH)；DS12887的中断输出端IQR和89C51的外部中断INT0端相联，给单片机提供中断信号；DS12887的SQW端与89C5I的TO端相连。3.1.5电源电路单片机正常工作电压为5V，因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电压。图4是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳压器LM7805，可以输出5V的直流电压以供给单片机

30、。图10 电源电路图三端集成稳压器LM7805，总共有三条引脚，分别是输入端、接地端和输出端。用LM78LM79系列三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。其内部结构图如图5所示。 图11 LM7805内部示意图3.2步进电机步进电机为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。单片机在本次试验中对步进电机的控制从而达到对转角和位

31、移的控制的方法。本次设计采用两个型号为130HZ308-450的三相反应式步进电机对旋转角度和位移进行控制，该步进电机力矩大、耐负载冲击、精度高。其步距角为1.2，即=1.2，即本次设计的测控系统对回转台转角的控制精度可以达到1.2。步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。而本次测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。步进电机控制系统主要由脉冲分配器，功率驱动电路，步进电机几部分构成的。步进电机控制系统的方框图如图3.2.1所示：脉冲控制器 功率驱动电路 步进电机负载脉冲信号图12 步进电机控制系统方框图图13 步进电机控制系统电路图在步进电机控制电路中，步进控制器的作用是

32、把输入脉冲转换成环型脉冲，以控制步进电机的转向。在实际应用中由软件代替步进控制器，其优点是使线路简化，降低成本，可靠性提高。步进电机功率驱动电路工作在较大脉冲电流状态，采用光电耦合器将单片机与步机电机隔离可以避免单片机与步进电机功率回路的共地干扰，防止强功率的干扰信号反串进主控系统。此外，万一驱动电路发生故障，也不致让功放中较高的电压串入单片机而使其损坏。步进电机的驱动电路有很多种，但最为常见的就是用单电压驱动，双电压驱动，斩波驱动，细分驱动等。但电压驱动是步进电机控制中最为简单的一种驱动电路，它在本质上是一个单间的反相器。它最大的特点是结构简单，工作效率低。而且它的外接电阻要消耗相当一部分能

33、量，这样会影响电路的稳定性。双电压驱动电路是采用两种电源电压，缺点在于在高低电压连接处电流出现谷点，这样必然引起力矩在谷点处下降，不易于电机的正常运行。对于斩波驱动则可以克服这种缺点，并且还可以提高步进电机的效率。从提高效率的角度来看这是一个很好的驱动电路，它可以用较高的电源电压，同时无需外接电阻来限定额定电流和减少时间常数。但由于其波形顶部呈现锯齿形波动，所以产生较大的电磁噪声。细分驱动是用脉冲电压来供电的，对于一个电压脉冲，转子就可以转动一步。本设计采用的是恒频脉宽调制细分驱动电路，电路图如3.2.3所示。图14 恒频脉宽调制细分驱动电路3.3键盘接口电路 键盘在单片机应用系统中能实现向单

34、片机输入数据，传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。本设计中的键盘采用44矩阵键盘。16个键分别为：0-9十个数字键，用于时间设定输入；设定键，设定自动窗帘开和关的时间；复位键，在程序出错或者有误操作的时候；正转键，使步进电机正转，窗帘打开；反转键，使步进电机反转，窗帘关闭；停止键，步进电机停止运转；确定键，时间设定完成后确定输入。由于按键比较多，加上减少所战占用的端口，可以将按键组成一个矩阵，如图3.3.1所示。图15 键盘接口电路获取键盘信息的方法有2种，我们经常用到的是扫描法。在扫描法中，所有的行线固定为输出端口，并依次输出低电平；所有列线固定为输入端口，用来检测按键状态。当全部按

35、键均松开时，从列线上检测不到行线输出的低电平。当某个按键按下时，只有在对应的行线输出低电平时才能在对应的列线端口检测到低电平。按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如果不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或重复执行。一般消除抖动采用软件方法来解决，将在软件部分介绍这点。3.4显示电路显示部分则主要显示时间，用于设置时间。采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。每位数码管由7个笔画加上小数点共8个发光二极管组成；有共阴极和共阳极两种类型，公共端用来进行位控制，笔画端用来进行字符控制；数码管显示有静态显示和动态显示两种方法。在数码管显示中，有2个技术问题需要解

36、决，这就是整数高位和闪烁显示问题。虽然某些新型LED驱动芯片本身具有闪烁控制和熄灭控制功能，但通过合理的软件设计，采用廉价芯片组成的驱动电路同样可以实现整数高位灭零和闪烁显示功能，达到降低系统硬件成本的目的。本设计采用的就是4位LED数码管的串行驱动电路来达到显示时间和消除闪烁显示的目的。采用LED数码管进行显示是因为LED数码管具有以下几个优点：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(0.1s)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。驱动器采用74LS164，74LS164是8 位串行输入，并行输出的移位寄存器

37、。其引脚及各个引脚的作用如下图所示： 图16 74LS164引脚及说明 符号引脚说明DSA1数据输入DSB1数据输入Q0Q336输出GND7地 (0 V)CP8时钟输入（低电平到高电平边沿触发）/MR9中央复位输入（低电平有效）Q4Q71013输出VCC14正电源由89C51的P3.0和P3.1来控制LED数码管的显示。显示电路图如3.3.2所示。 图17 显示电路3.5传感器电动窗帘要根据光照的情况而自动开关窗帘，因而需要使用到光电传感器。这里使用光敏电阻。光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管，他是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可以加直流偏压

38、，也可以加交流电压。当无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻具有很高的灵敏度，很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。因此在自动化技术中得到广泛的应用。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉

39、光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。这里选用3系列的GL3526。应用光控原理工作，天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭

40、。由运放组成比较电路，同向输入端有两个电阻分压得到一个电压值，作为基准电压进行比较，而反相输入端用一个光敏电阻对外部环境的光线进行采集，利用光敏电阻暗时电阻大，亮时电阻小的特点，来确定反向输入端的电压值。再两者进行比较，比较后的信号再送入单片机89C2051的P0口，从而通过单片机来控制电机的正反转。来实现天亮窗帘自动打开，天黑窗帘自动关闭这一自动控制功能。3.6 信号调理电路3.6.1 放大滤波电路在模拟信号采集过程中，难免会碰到采集信号过于微弱，难以接收到，此时必须采用一个信号放大电路对信号进行一定倍数的放大才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求，并且放大器还不能产生干扰信号，因此必须选

41、择一种符合要求的放大器。此外，进行信号采集时，采集到的信号不仅是有用的信号，还有很多干扰信号，应该选用具有频率选择作用的滤波器，这样可以比较有效地滤除噪声和分离各种不同信号,在本设计中采用了低通滤波器。电路图如图3.4.1所示。本设计采用将放大滤波功能结合的电路，电路图如图3.4.1所示。图19 放大滤波电路3.6.2 A/D转换A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。在选择A/D转换时，先要确定A/D转换的位数，该设计运用的是8位A/D转换器ADC0809，A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的

42、变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。本次设计使用8位A/D转换器ADC0809。关于ADC0809的介绍：ADC0809是CMOS 单片型逐次逼近式AD 转换器，它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA 转换器、逐次逼近，寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL 兼容。ADC0809与MCS-51单片机的连接如下图所示。图20 ADC0809与单片机的接口电路A/D 转换后得到的是数字量的模拟量，这些数据应传送给单片机进行处理。数据串的

43、关键是如何确定A/D 转换完成。因为只有确定数据转换完成后，才进行传送。为此可采用以下三种方式： 1）定时传送方式：对于一种A时子程序。A/D转换启动后，就调动这个子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了。接着，就可以进行数据传送,对于A/D转换来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128us，相当于6MHZ的MCS-51单片机共60 个机器周期。可根据此设计一个延了。2）查询方式A/D 转换芯片表明有转换完成的状态信号，例如ADC0809 的E端，因此可以通过查询方式用软件测试EOC的状态，即可知道转换是否完成，若完成，则进行数据传送。3）中断方式中断方

44、式ADC0809与8031的中断方式接口电路只需将0809的EOC端经过一非门连接到8031的INTl 端即可。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断1 的中断服务程序读AD 结果，并启动0809的下一次转换，外部中断1 采用边沿触发方式。设计中用单片机启动ADC0809后，延时130us，就可以读取正确的A/D转换结果。结束语本次设计器地介绍了自动窗帘控制器的硬件电路设计以及软件设计。在总体方案设计中以光敏电阻作为传送信号的传感器，用步进电机作为信号输出的执行元件，89C51单片机作为主要的控制元器件，并且应用

45、了按键以及和显示电路。应用89C51单片机的优势减少了硬件的复杂性，光敏电阻接收外界光照信号，经过AD转换后，传送给单片机一个电信号，单片机经过处理后，控制步进电机做出相应的动作，以控制窗帘的开闭。在实现一般应用的基础上，又添加了定时元器件电路，使窗帘的自动化性能得到进一步提升。光敏电阻的良好感光性以及步进电机的结构简单，控制方便的优点使窗帘控制开关更加稳定。本次毕业设计的整个研究与设计过程包括选题、设计以及完善等。首先，在选题方面查阅了很多与题目有关的资料和课题并且制定设计方案，进行设计的总体规划，然后将这些方案落实到设计环节中。其次，在制定的方案基础上运用所学的知识对硬件以及软件进行设计，并用相关软件进行仿真设计。最后，对设计内容进一步修缮，以求达到最佳设计结果。虽然设计内容完成了基本的功能，但是其中还是存在一定欠缺，比如在设计中没有考虑到窗帘工作方式的显示以及没有添加类似红外遥控的设计等。此次设计过程中，在完成设计任务之外也让我器性地认识和全面地掌握了单片机相关技术，从本次毕业设计中我更加深刻地认识到理念来源于实际的含义。在和同学以及老师的就相关问题的互相讨论交流中，我认识到自己的很多不