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： 123356
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
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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）：电子与电气工程学院
专业：电子信息工程
学生姓名：
学号：145268566
指导教师（职称）：45555555555555
评阅教师：
完成日期：
南阳理工学院
Nanyang Institute of Technology
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 Design of Intelligent Curtain System
Electronic Information Engineering Specialty YUANG Zhen-Peng
Abstract: 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 and 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 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 motor
1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：
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、RAM、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。