智能窗帘控制系统设计_毕业设计论文

河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute 毕业设计（论文）题目智能窗帘系统控制班级＿机电 1001摘要随着科技的发展，智能家居已逐渐进入人们的生活中。

市场对于红外遥控控制系统的需求也越来越大。

高精度、多功能、低功耗，是现代科技的主导方向。

因此，单片机在电子产品的应用已经越来越广泛，在很多电子产品中都用到了红外控制。

本设计介绍给予AT89C51单片机控制的智能窗帘系统，它采用了红外遥控技术，实现室内任何地方，只要轻按遥控器，窗帘就会随心所欲的打开或关闭。

为了使窗帘更加智能化，在设计中还加入光控和自动定时控制，可以根据光强或用户定时，开启或关闭窗帘，让该设计更加人性化。

关键字：智能窗帘、光控、单片机目录第一章绪论 (1)1.1 窗帘红外遥控设计目的 (1)1.2智能窗帘概述及发展 (1)第二章设计思路 (2)2.1主要任务 (2)2.2 工作原理 (2)2.3实现功能 (2)第三章设计方案 (3)3.1红外遥控的基本原理 (3)3.2 系统总体结构规划 (3)第四章硬件设计 (5)4.1 89C51单片机及相关电路 (5)4.2晶振电路 (5)4.3复位电路 (6)4.4时钟电路 (7)4.5电源电路 (8)4.6 步进电机控制系统电路 (9)4.7 键盘/显示接口电路 (10)4.8 传感器 (12)4.9 放大滤波电路 (14)4．10 A/D转换 (15)第五章系统软件设计 (17)5.1 主程序软件设计 (17)5.2 光控电机程序设计 (18)5.3 LCD1602显示程序设计 (18)5.4 DS1302程序设计 (19)5.5 键盘程序设计 (21)5.6光照采集程序设计 (21)5.7 DS18B20程序设计 (22)总结与展望 (23)参考文献 (24)致谢 (25)第一章绪论随着国民经济的发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术，通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化。

这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们的生活习惯，提高了人们的生活质量，智能家居在这种形势下应运而生1.1 窗帘红外遥控设计目的随着科学的发展，社会的进步，信息化得加快，人民生活水平的提高，工作压力也越来越大，人人都希望回到家或是在办公室都有一个舒适的环境。

能得到很好的休息，这就使得自动化技术快速发展。

为了进一步满足人们高水准生活的需要，窗帘由手动控制向红外线遥控、向智能化发展。

红外线遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段。

而且红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。

单片机以它的体积小、质量轻、耗电省、可靠性高、价格低等特点。

在电子产品中的应用已经越来越广泛，在很多电子产品也用到了红外控制。

随着窗帘红外控制系统应用范围日益广泛和多样，各种适用于不同场合的窗帘控制器应运而生。

它不但取代原有的无线遥控窗帘控制器，而且工作可靠。

1.2智能窗帘概述及发展在现代生活中，窗帘再不仅仅只起到遮挡光线的简单的作用。

它在整体家居中的装饰作用越来越突出。

据调查发现，居民因迁入新居而购买窗帘布艺产品平均每单花费在4000元以上，且不乏一次花费在2万元以上者。

因此，以迁入新居或装修后进行家用纺织品消费为特征的消费需求增长，成为家用纺织品消费的主流，明显地表现为刚性需求的增长。

另外，随着人们对居住环境的要求不断地提高，智能化的家居产品在人们的生活中将会逐渐被认识和采纳，智能窗帘也正以其强大的人性化功能、惊人的发展速度以及巨大的市场前景崭露头角。

然而，纵观目前国内智能窗帘市场，一方面，它的价格只有少数的人能承受的起，离普通大众相去甚远，而这过高的价格制约了它的发展。

另一方面，智能窗帘的智能化程度还不高，有的甚至只有遥控功能也称作是智能窗帘，因此智能窗帘市场良莠不齐。

针对这种现象，本设计通过创新，给窗帘增加了定时控制和光感控制，让窗帘显得更加智能化。

在成本方面，采用一些价格相对便宜的器件，来实现这个复杂的系统。

因此本设计具有很强的现实意义。

2.1主要任务课题设计的主要任务就是实现红外信号的发射和接收。

保证发射出的信号要有足够的强度，在传播过程中要能有防止其他无线电信号的干扰能力。

同时接收机要能够在足够远的距离上接收到准确的控制信号，起到控制电路工作的作用。

利用光敏电阻根据光线的强弱自动调节窗帘的开关.2.2 工作原理和用电磁波用作无线电遥控的信号传播媒介一样，在红外遥控电路中用红外线作为红外线遥控的信号传播媒介。

借助于红外线具有直线传播的特性，利用专用的红外传感器具有灵敏度高，响应快和光谱范围窄的性能，制成灵敏度高，抗干扰性能良好的红外遥控装置。

利用单片机控制的红外遥控电路，它是利用单片机的异步通讯口，用红外发射口和红外接收来实现发射和接收点信号功能.2.3实现功能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。

用户可以通过遥控器对窗帘的开合进行控制，避免了手动拉动窗帘的麻烦。

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.光控调节功能当用户无暇顾及窗帘的开合程度时可以打开光控调节功能，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”单片机会自动获取信息调节室内光照强度，使室内一直处于舒适的光照环境。

具有智能管理，不产生误动作。

4.定时控制功能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3.1红外遥控的基本原理由于一般的遥控电路，其控制距离都不超过10米。

这不仅是由于发射机的发射功率一般都小的原因，而更重要的是因为红外线具有可见光的散射特性，在经过一段距离后它的发射面积增大，使控制信号的能量分散，单位面积上的能量强度减弱，因而失去控制功能。

如果在增大发射机发射功率的同时，又将发射光或接收光聚焦，则控制距离可大大增加。

本次设计的要求是控制距离为40-50米，所以，一般的遥控电路不能满足要求。

所以就要求我们能设计出能适用于中远距离遥控的电路制开关的目的。

单通道遥控开关电路的红外线发射控制电路是利用脉冲发生器产生的高频脉冲方波驱动红外发光管，使其发射出一系列等幅的红外方波脉冲。

方波的占空比用1：1或1比几。

其目的是在一定的电源电压下，达到尽可能高的脉冲峰值，提高发射机的效率，以增大控制距离，而且节省电源。

例如：一个峰值电流为3A的脉冲，占空比为1：3，它的平均消耗电流只有1A。

这对于使用干电池作电源的发射机是很有实用价值的。

在接收机方面，由光电二极管或光电三极管将接收到的红外脉冲信号转换成微弱的脉冲电信号，由电压放大级将这个微弱的信号加以放大，使其能够可靠地出发双稳态电路的翻转，有的电路还加以限幅放大，以削去干扰尖脉冲。

最后将双稳态电路输出的控制信号进行功率放大并驱动继电器。

3.2 系统总体结构规划电动窗帘控制器的总体结构框图如图3.2所示。

图3.2 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状态信息。

键盘是主要的输入设备，控制单片机的各种参量。

第四章硬件设计4.1 89C51单片机及相关电路89C51是美国ATMEL公司的低电压一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

它，89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。

89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

4.2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，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4.2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1.2~12MHz。

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常选择振荡频率12MHz的石英晶体。

图4.2 单片机晶振电路图4.3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4.3是复位电路图。

图4.3 复位电路图4.4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。