??引言1.1研究背景及意義隨著21世紀(jì)的到來，人們步入信息化和智能化的新時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)通信、人臉圖像識別、數(shù)字化家電等技術(shù)不僅已深入人們的日常生活，同時(shí)也悄無聲息地邁入人們的個(gè)人空間。運(yùn)用這些技術(shù)所研發(fā)出的智能產(chǎn)品雖然改變了人們的生活方式提升了人們的生活質(zhì)量[1]，但還存在很大的發(fā)展空間。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前市面上大部分窗簾需要人工操作。例如在豪華高端的私人別墅和高檔酒店等擁有大型落地窗的場景中，普通窗簾的缺點(diǎn)就會(huì)暴露出來。其原因在于，這些窗簾大而笨重，開關(guān)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力[2]。目前的家用智能窗簾雖然基于遙控做到了自動(dòng)控制，但是還有以下缺點(diǎn)：成本普遍偏高；使用功能過于單難以智能化管理[3]；多個(gè)窗簾的使用情況下，一個(gè)紅外遙控單次會(huì)批量處理多個(gè)窗簾，不能實(shí)現(xiàn)單一窗簾的控制；用戶群體較為分散，難以普及[4]；不可遠(yuǎn)程操控達(dá)不到讓用戶省心、使用便捷的目的等。針對上述問題，本論文設(shè)計(jì)一款能夠通過光線檢測自動(dòng)控制、定時(shí)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制和按鍵控制，基于單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)。其硬件由AT89C52單片機(jī)芯片、DS1302時(shí)鐘芯片、光敏傳感部分構(gòu)成。該系統(tǒng)的仿真測試使用Protues軟件進(jìn)行。與傳統(tǒng)窗簾相比，本文所設(shè)計(jì)的智能窗簾控制系統(tǒng)具有價(jià)格實(shí)惠、操控便利、智能管理等優(yōu)點(diǎn)。智能窗簾將以其優(yōu)越的性能給普通家庭帶來一個(gè)舒適、便捷和綠色的智能化家居。1.2國內(nèi)外研究綜述1.2.1國外研究綜述20世紀(jì)末期，一大批網(wǎng)絡(luò)通信的家用電器、半自動(dòng)化操作的電子產(chǎn)品等相繼面世。在家用智能冰箱、家用智能電視、家用智能洗衣機(jī)和各種家用電氣化產(chǎn)品等功能綜合為一體之后，誕生了住宅電子化的理念。從那起，電動(dòng)窗簾開始慢慢地出現(xiàn)在人們的視野之中。這些年，經(jīng)過人們的體驗(yàn)與使用，智能窗簾在美國、澳大利亞、英國等一些國家得到了廣泛的應(yīng)用。2014年美國的研發(fā)人員SunT和LiJ等人所設(shè)計(jì)的節(jié)能翻轉(zhuǎn)式窗簾系統(tǒng)，利用窗簾葉片接收太陽光照射的方向，從而控制窗簾的升降。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，該系統(tǒng)由上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的存儲、分析和輸出等，由下位機(jī)采用感光元件采集光照信息。它的節(jié)能表現(xiàn)在其外層材質(zhì)采用可收集光能的太陽能板材料，可以通過吸收白天照射在窗簾上產(chǎn)生的光能，轉(zhuǎn)化為電能存儲在鋰電池中。該系統(tǒng)采用的太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)可以為系統(tǒng)供電，節(jié)約了家庭的能源消耗[5]。2010年澳洲的科研人員ZhangC和FengX等人硏制出一款由數(shù)字溫度傳感器DSl8B20組成的溫度控制智能窗簾系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)z測到的室外實(shí)時(shí)溫度信息，然后將信息推送至手機(jī)App上，讓用戶選擇是否開關(guān)窗簾，以實(shí)現(xiàn)窗簾的自動(dòng)控制[6]。2017年日本的專家HanD和ChenX制作的光控檢測節(jié)能智能窗簾系統(tǒng)，在窗戶的玻璃與室內(nèi)的窗簾之間安裝了一種光線感應(yīng)器。該系統(tǒng)采用舒適型家居設(shè)計(jì)方案，只有光線在適宜的時(shí)候才會(huì)自動(dòng)展開。當(dāng)光線到達(dá)一定強(qiáng)度時(shí)，能夠控制窗簾自動(dòng)關(guān)閉。同時(shí)，該系統(tǒng)利用光加熱半導(dǎo)體，將室外光線照射在智能窗簾上所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能存儲，也可以實(shí)現(xiàn)智能窗簾無需充電，即能使窗簾自動(dòng)上升或者降落功能[7]。2013年英國的設(shè)計(jì)師JangYH和YangHX研究了一款基于語音芯片WK6900-24ss控制基礎(chǔ)上的百葉窗智能窗簾叫。這款產(chǎn)品在材質(zhì)選擇方面有不少亮點(diǎn)，它使用高透明，高強(qiáng)度的聚碳酸脂片，配合鋁的熔點(diǎn)在髙溫的條件下鍍上了一層鋁膜設(shè)計(jì)外層，能夠把太陽光中的大部分顏色的光反射掉。進(jìn)而調(diào)節(jié)并減少進(jìn)入室內(nèi)的光線，使得室內(nèi)一直保持適宜的亮度與溫度，但室內(nèi)用戶依舊能清楚看到外面的場景[8]。2018年國外還開發(fā)出了減輕高層建筑的整體重量而所做出的智能窗簾系統(tǒng),以AT89C52單片機(jī)為主控制單元，風(fēng)壓傳感器和放大器作為信號的產(chǎn)生、處理的部分，LCD12864顯示屏作為窗簾的顯示部分。利用風(fēng)壓傳感器對玻璃幕墻進(jìn)行檢測，通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和使用通信軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸控制信號來對窗簾系統(tǒng)進(jìn)行控制[9]。1.2.2國內(nèi)研究綜述中國智能家居的第一階段叫做智能小區(qū)期，該階段智能家居在市面上只是概念上的產(chǎn)品，并沒有成熟的技術(shù)和市場。十幾年前，我國雖然有一些企業(yè)、廠家在進(jìn)行智能窗簾的生產(chǎn)，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)不足、普通人的生活條件較差日常生活標(biāo)準(zhǔn)較低等一系列的原因，導(dǎo)致智能窗簾未能成功推廣開來[10]。隨著技術(shù)水平不斷提高，科技逐漸運(yùn)用到人們生活。人們的思維不斷地開闊，對生活品質(zhì)的要求不斷提髙。在一些發(fā)達(dá)的一線城市，許多家庭都慢慢地使用上了智能窗簾。智能窗簾的發(fā)展也得益于我國科研人員的不斷探索與鉆硏。2016年小米公司的科研人員最近開發(fā)出的一款A(yù)mara智能窗簾引起了智能家居的購買浪潮。該產(chǎn)品與其它普通電動(dòng)窗簾相比最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)與小米產(chǎn)品互聯(lián)，但用戶還需要配備Aqaba的智能插座才能使Aqaba智能窗簾正常工作。用戶開關(guān)時(shí)間的定時(shí)設(shè)置，WIFI無線控制，紅外傳感器實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的自動(dòng)化控制功能，也可以通過與語音助手交流來驅(qū)動(dòng)Aqaba電機(jī)操控智能窗簾，以實(shí)現(xiàn)窗簾的開啟關(guān)閉[11]。2012年東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的孫利新，王阿川等人對基于視覺手勢識別技術(shù)的智能窗簾進(jìn)行硏究。在手勢識別的操作下，他們構(gòu)造了基于視覺手勢識別技術(shù)的智能窗簾系統(tǒng)。這款設(shè)計(jì)的窗簾通過使用計(jì)算機(jī)視覺OpenCV庫處理捕捉人體手勢的移動(dòng)方向，系統(tǒng)分析、處理后，控制窗簾自動(dòng)開合[12]。該系統(tǒng)在功能上有良好的人機(jī)交互能力，操作非常簡單，窗簾的開合程度也可自由控制。目前，我國內(nèi)市場上已出現(xiàn)的智能窗簾，可以通過第三方語音系統(tǒng)控制光照檢測以及遙控對窗簾的控制。但是購買一套比較齊全的智能窗簾控制系統(tǒng)的價(jià)格較高，只有較少的家庭能承擔(dān)這項(xiàng)費(fèi)用支出。在某種意義上來說，這局限了智能窗簾的發(fā)展。因此，一款低成本、便捷、智能的基于單片機(jī)的智能窗簾控制系統(tǒng)急需要被開發(fā)。1.3本文主要研究內(nèi)容本次研究設(shè)計(jì)主要目的是通過綜合研究結(jié)果分析電動(dòng)智能窗簾控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及其應(yīng)用現(xiàn)狀，從而對電動(dòng)窗簾控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，以光敏電阻作為傳感元件的傳感器作為檢測元件，AT89C52單片機(jī)作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，最終實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)窗簾控制器的多項(xiàng)智能項(xiàng)目。本次對智能窗簾系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為六個(gè)部分：第一部分引言介紹設(shè)計(jì)目標(biāo)國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和研究意義目的設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和本文的章節(jié)安排。第二部分總體設(shè)計(jì)方案給出了電動(dòng)窗簾控制器的總體方案設(shè)想實(shí)現(xiàn)功能。第三部分硬件設(shè)計(jì)選用AT89C52單片機(jī)為核心的各種電路設(shè)計(jì)包括復(fù)位電路，電源電路，時(shí)鐘電路步進(jìn)電機(jī)控制電路鍵盤/顯示電路等一系列相關(guān)電路。第四部分軟件設(shè)計(jì)主要介紹了各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)流程。第五部分仿真仿真測試使用Protues軟件進(jìn)行。第六部分總結(jié)對設(shè)計(jì)中的不足進(jìn)行反思。2總體方案設(shè)計(jì)2.1需求分析我國人們的生活水平逐步提高，人們在不斷追求綠色、健康和高質(zhì)量的生活智能窗簾正逐漸成為每家每戶的必需品。但就目前發(fā)展來看，智能窗簾還有很大的進(jìn)步空間。各國科研人員仍然需要不斷地研發(fā)與測試，應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)去提升、改進(jìn)目前的智能窗簾控制系統(tǒng)，以一個(gè)自動(dòng)控制、智能管理的智能窗簾展現(xiàn)給人們。本系統(tǒng)以光照檢測、定時(shí)驅(qū)動(dòng)和手動(dòng)控制三個(gè)方向來對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。該系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：直接通過按鍵控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；無論在強(qiáng)光還是弱光的情況下，系統(tǒng)都可以檢測到室外的光線強(qiáng)度與用戶設(shè)定的光照上限與下限作比較，實(shí)現(xiàn)光照檢測自動(dòng)開合的功能；根據(jù)用戶需要不同時(shí)間的開啟關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)窗簾的定時(shí)開合。2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)智能窗簾控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。光電傳感器光電傳感器信號調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51單片機(jī)顯示部件鍵盤步進(jìn)電機(jī)煙霧傳感器圖2-1智能窗簾控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖智能窗簾由一個(gè)類似于光電式的濾波傳感器驅(qū)動(dòng)它可以用來檢測室內(nèi)和外界的光強(qiáng)，從濾波傳感器輸出來的信號經(jīng)過濾波調(diào)理電路的濾波進(jìn)行放大，濾波調(diào)理后輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器需要一定時(shí)間來完成一個(gè)轉(zhuǎn)換過程，如果在這段信號轉(zhuǎn)換的過程中，信號的頻率和幅值發(fā)生了變化，那么轉(zhuǎn)換結(jié)果將會(huì)受到影響，所以轉(zhuǎn)換期間要用到采樣保持電路。由單片機(jī)控制轉(zhuǎn)換后的信號，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行與停止。顯示部件用來顯示電動(dòng)窗簾控制器的各種狀態(tài)信息。鍵盤是主要的輸入設(shè)備，控制單片機(jī)的各種參量[13]。2.3單片機(jī)選擇目前，應(yīng)用較多的是51系列單片機(jī)和STM系列單片機(jī)，但STM系列單片機(jī)比較復(fù)雜，學(xué)習(xí)成本較高。相比之下，51系列的單片機(jī)相對簡單，在大學(xué)學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)了一些相關(guān)課程，加上豐富的網(wǎng)上信息，降低了學(xué)習(xí)成本。雖然51系列單片機(jī)的性能較差，但作為本設(shè)計(jì)的核心是足夠的，同時(shí)，芯片價(jià)格低廉，編程方便，所以設(shè)計(jì)選用51系列單片機(jī)，型號選用STC89C52。下面是對芯片的詳細(xì)介紹：STC89C52是一個(gè)低電壓、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件總體設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)有一般的窗簾控制器的最基本的功能，即通過電動(dòng)按鈕來控制開閉窗簾，在此基本功能的前提下，本設(shè)計(jì)還根據(jù)需求設(shè)計(jì)了可以根據(jù)光照強(qiáng)度和設(shè)定時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行開閉窗簾的功能，在選取設(shè)計(jì)方案和采用元器件方面，該設(shè)計(jì)本著簡單經(jīng)濟(jì)實(shí)用的思想，盡量簡化電路的設(shè)計(jì)，用最簡單的電路布線來達(dá)到設(shè)計(jì)要求[14]。硬件設(shè)計(jì)整體控制電路設(shè)計(jì)框圖，主要設(shè)計(jì)包括一個(gè)單片機(jī)外圍控制電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，信號調(diào)理電路、鍵盤/顯示接口電路、步進(jìn)電機(jī)控制電路、檢測電路等模塊。單片機(jī)外圍電路提供各模塊所需要的5V電源和時(shí)鐘模塊；信號檢測后的是模擬信號，經(jīng)過調(diào)理放大進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號給單片機(jī)。單片機(jī)的P2口控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行從而控制窗簾的升降。顯示和鍵盤讓人機(jī)交換變得更容易。以上各模塊組成了電動(dòng)窗簾控制器的總體電路。3.2單片機(jī)相關(guān)電路設(shè)計(jì)3.2.1晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號。晶振電路中的電容C2和C3的典型值通常選擇為30PF左右，電容的作用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33PF。晶振的取值也可以是24M，晶振的取值越高，單片機(jī)的執(zhí)行速度越快。晶體振蕩頻率的范圍通常在1.2~12MHz。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率越快，單片機(jī)的運(yùn)行速度越快。但反過來，運(yùn)行速度對于存儲器的速度要求就越高，對印刷電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)該盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。89C52常選擇振蕩頻率12MHz的石英晶體。3.2.2復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，復(fù)位電路由10uF的極性電容C1和10K的電阻R3構(gòu)成。利用電容電壓不能突變的性質(zhì)，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RESET腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RESET腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。3.2.3電源電路單片機(jī)工作需要使用5V電壓，可采用5V的USB直接供電，可以用手機(jī)充電器、電腦USB口、移動(dòng)電源等設(shè)備進(jìn)行供電。3.2.4最小系統(tǒng)電路STC89C52的最小系統(tǒng)由晶振電路部分、復(fù)位電路部分和電源電路這三個(gè)部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示：圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.4時(shí)鐘電路本模塊采用DS1302時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供時(shí)間，該芯片采用32768Hz時(shí)鐘晶振產(chǎn)生的震蕩頻率可使時(shí)鐘芯片正常計(jì)時(shí)工作。將用戶輸入的時(shí)間與DS1302所提供的系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比對，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間與預(yù)設(shè)時(shí)間相同時(shí)，單片機(jī)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)出命令以控制窗簾開啟或關(guān)閉。DS1302設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊電路圖如圖3-2所示，SCLK用于輸出脈沖信號，BT1為內(nèi)部備用電源，時(shí)鐘芯片將時(shí)間信息通過I/O口逐位輸給單片機(jī)。圖3-2時(shí)鐘電路3.3步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì)步進(jìn)脈沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路系統(tǒng)主要原理是由步進(jìn)脈沖功率分配器，功率步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制電路，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)幾個(gè)主要組件組合構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖如圖3-3所示。驅(qū)動(dòng)電路如圖3-4所示。脈沖控制脈沖控制功率驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)負(fù)載脈沖信號圖3-3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)方框圖圖3-4驅(qū)動(dòng)電路3.4鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤是防止人類與單片機(jī)打交道的一種重要工具。站在系統(tǒng)監(jiān)視軟件設(shè)計(jì)這個(gè)角度考慮，僅僅對一個(gè)鍵盤進(jìn)行了掃描，讀取當(dāng)前某一個(gè)小時(shí)刻內(nèi)的一個(gè)鍵盤正常運(yùn)行狀態(tài)顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還有許多問題需要及時(shí)進(jìn)行妥善處理，否則，人們在安裝和使用一個(gè)鍵盤的過程中，很容易就導(dǎo)致鍵盤出現(xiàn)了錯(cuò)誤的操作和運(yùn)行失控等情況。在對于單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，鍵盤中使用最廣泛是獨(dú)立式鍵盤與矩陣型鍵盤。它們都有各自的功能和特點(diǎn)，其中一個(gè)獨(dú)立的按鍵硬件工作電路簡單,而且編程器的設(shè)計(jì)也不復(fù)雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；相比于獨(dú)立按鍵，矩陣按鍵在硬件電路上要復(fù)雜的多，程序算法也更加繁瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有5個(gè)按鍵，分別是“模式切換”、“設(shè)置時(shí)間”、“設(shè)置閾值”、“減”、“加”，故采取了一種獨(dú)立于鍵盤上的操作方式。按鍵的相互連接如下圖3-5所示:圖3-5強(qiáng)度采集電路3.5顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇LCD1602作為顯示模塊，以顯示窗簾的狀態(tài)以及其它信息LCDl602內(nèi)置有清屏，開關(guān)顯示等基本控制指令，例如，單片機(jī)可發(fā)送清屏指令使LCDl602顯示屏清屏。LCD160顯示屏可以顯示由單片機(jī)通過Agent通過機(jī)智云協(xié)議包直接獲取的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間、通過光敏電阻獲取外界的光照強(qiáng)度的百分比和窗簾所處的模式以及窗簾目前的開閉狀態(tài)。設(shè)計(jì)LCD1602電路如圖3-6所示。圖3-6LCD1602電路3.6煙霧檢測電路設(shè)計(jì)在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所需要采用的MQ-2型煙霧監(jiān)測報(bào)警器所用的導(dǎo)體材料主要為一種二氧化錫半導(dǎo)體，它們所采用的材料是一種表面的離子式N型半導(dǎo)體[20]。例如，當(dāng)空氣溫度保持在200~300°C時(shí)，空氣間隙中的硫化氧被一種新的二氧化錫所直接驅(qū)動(dòng)吸附，吸附著這種硫化氧的錫是正負(fù)離子，減少了其中的電子密度，進(jìn)而增加了它的電阻值。煙霧檢測模塊的工作原理為接觸到煙霧后，當(dāng)晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化時(shí)，會(huì)讓其電導(dǎo)率同樣發(fā)生變化。表3-1半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類類型所利用的特性工作溫度代表性被檢測氣體電阻型表面電阻控制器300～450°C可燃性氣體體電阻控制器300～450°C700°C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫～200°CH2、CO、乙醇晶體管特性150°CH2、H2S芯片接口說明：①CS_片選使能，低電平芯片使能；②CH0模擬一個(gè)輸入的通道0，或者可以作為IN+/-的輸出來使用；③CH1模擬的輸入信號通道1，或者可以作為IN+/-的信號來使用；④GND芯片參考0電位(地)；⑤DI作為數(shù)據(jù)信號的電路輸入，選定一個(gè)通道信號進(jìn)行電路控制；⑥D(zhuǎn)O數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；⑦CLK芯片時(shí)鐘輸入；⑧Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。原理圖中AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，接口7時(shí)鐘信號接單片機(jī)P3.6引腳，接口5和接口6為數(shù)據(jù)傳送接口接單片機(jī)的P3.7引腳，接口2為模數(shù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)信號傳輸通道接煙霧傳感器的6號接口上，接口1為片選信號，接通單片機(jī)的P3.4引腳，當(dāng)CS端為高電平時(shí)AD0832芯片禁用，煙霧傳感器停止工作，所以CS應(yīng)為低電平。煙霧傳感器的接口1和AD0832的接口8為煙霧傳感器的供電端。煙霧傳感器實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)中，當(dāng)單片機(jī)與溫度上限值進(jìn)行比較，當(dāng)超過煙霧濃度上限，單片機(jī)通過P2.0引腳接通報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)通過P3.1引腳發(fā)送煙霧數(shù)據(jù)通過SIM800進(jìn)行煙霧濃度報(bào)警，通過P1.4引腳控制水泵開啟。當(dāng)單片機(jī)通過煙霧傳感器發(fā)出的煙霧濃度值低于上限時(shí)，單片機(jī)控制報(bào)警電路停止報(bào)警同時(shí)關(guān)閉水泵。單片機(jī)發(fā)送指令給LCD12864顯示煙霧濃度數(shù)據(jù)，可以更加直觀地看到當(dāng)前溫度數(shù)值。圖3-7煙霧傳感器模塊3.7光電傳感器設(shè)計(jì)本文選用GL3526型光敏電阻，應(yīng)用光控原理工作，天亮窗簾自動(dòng)打開，天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉。由運(yùn)放組成比較電路，同向輸入端有兩個(gè)電阻分壓得到一個(gè)電壓值，作為基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，而反相輸入端用一個(gè)光敏電阻對外部環(huán)境的光線進(jìn)行采集利用光敏電阻暗時(shí)電阻大亮?xí)r電阻小的特點(diǎn)來確定反向輸入端的電壓值。再兩者進(jìn)行比較比較后的信號再送入單片機(jī)P0口從而通過單片機(jī)來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。來實(shí)現(xiàn)天亮窗簾自動(dòng)打開天黑窗簾自動(dòng)關(guān)閉這一自動(dòng)控制功能。本設(shè)計(jì)的智能窗簾有光控自動(dòng)開關(guān)的功能，需要采集環(huán)境中的光照強(qiáng)度，以便進(jìn)行光照強(qiáng)度的計(jì)算來控制窗簾的開關(guān)。光照強(qiáng)度采集使用的方案是光敏電阻，由于光敏電阻采集到的是光照強(qiáng)度的模擬量，因此使用ADC0832將光照模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。圖3-8強(qiáng)度采集電路3.8信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)3.8.1放大濾波電路設(shè)計(jì)傳感器會(huì)輸出很微弱的模擬信號，所以需要通過一個(gè)模擬放大器，對其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。由于濾波傳感器中所接收檢測到的濾波信號往往常常會(huì)同時(shí)帶有多種各樣的信號干擾，因此要采用濾波電路來去除干擾。綜上述考慮，采用低通濾波器。3.8.2A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把信號接受器收到的一個(gè)模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換成成為一個(gè)數(shù)字信號的模擬輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先要確定A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)，該設(shè)計(jì)運(yùn)用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832，A/D轉(zhuǎn)換誤的位數(shù)確定與整個(gè)測量控制系統(tǒng)所需測量控制的范圍和精度有關(guān)，系統(tǒng)的變換精度控制涉及應(yīng)用到很多技術(shù)環(huán)節(jié)，其中主要包括了信號傳感器的輸入變換輸出精度，信號預(yù)圖像處理控制電路設(shè)計(jì)中的變換精度，A/D轉(zhuǎn)換器以及輸出電路等。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序軟件設(shè)計(jì)主程序構(gòu)成無限循環(huán)，主要完成單片機(jī)初始化，關(guān)中斷，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描，電機(jī)運(yùn)行，計(jì)時(shí)等功能。主程序的流程圖如圖4-1所示。YYYYNYYNYN關(guān)中斷設(shè)置堆棧積復(fù)位，初始化顯示鍵碼分析數(shù)碼鍵處理設(shè)定時(shí)間開始時(shí)間電機(jī)工作電機(jī)停止設(shè)定鍵有鍵操作?命令鍵?到點(diǎn)了?電機(jī)控制鍵工作完成?N圖4-1主程序流程圖啟動(dòng)一個(gè)中斷主程序，先開始打開一個(gè)新主中斷并且在這個(gè)主中斷程序上重新設(shè)置一個(gè)中斷堆棧，接著再次執(zhí)行初始并簡化中斷寄存器，初始化堆棧顯示的中斷內(nèi)容；然后再次開始執(zhí)行對一個(gè)按鍵的中斷查詢，執(zhí)行一個(gè)堆棧相應(yīng)的中斷操作。如果我們還沒有直接設(shè)定一個(gè)計(jì)時(shí)鍵，則我們可以直接設(shè)定停機(jī)時(shí)間，開始自己的電機(jī)計(jì)時(shí)；一旦設(shè)定時(shí)間自動(dòng)結(jié)束進(jìn)一步進(jìn)計(jì)時(shí)電機(jī)就自動(dòng)會(huì)即時(shí)開始自動(dòng)進(jìn)行一個(gè)相應(yīng)的計(jì)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作全部時(shí)間結(jié)束后就電機(jī)會(huì)自動(dòng)開始停機(jī)。如果它所使用的按鍵是能對電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制的按鍵，則也就是可以直接執(zhí)行一些電機(jī)相應(yīng)的控制操作。若都不是，則為了更好實(shí)現(xiàn)單次復(fù)位加載按鈕，采用了一個(gè)單次重新啟動(dòng)加載的按鍵。4.2步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)程序流程圖如圖4-2所示。YYNYN傳送正轉(zhuǎn)的脈沖序列是正轉(zhuǎn)嗎傳送正轉(zhuǎn)的脈沖序傳送步數(shù)是否完畢？傳送步數(shù)是否完畢？開始返回圖4-2步進(jìn)電機(jī)程序流程圖4.3顯示程序設(shè)計(jì)顯示程序開始之前，需要先確定一個(gè)位置，表示要在哪個(gè)地方顯示，比如第1行第4列的位置。在完成坐標(biāo)定位之后就可以開始顯示內(nèi)容了。液晶在顯示時(shí)是一位一位完成的。比如數(shù)字“123”，就會(huì)先顯示百位的“1”，然后是十位的“2”，最后是個(gè)位的“3”。顯示字符串的話，也是一樣的道理。每次顯示一串字符或者一個(gè)數(shù)字的時(shí)候，只需在最開始的時(shí)候完成一次定位，之后每顯示完一個(gè)字符，液晶會(huì)自動(dòng)跳到下一個(gè)位置的，無需每個(gè)字符都定位一次。顯示程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3顯示程序流程圖4.4鍵盤程序設(shè)計(jì)按鍵的觸點(diǎn)在按鍵閉合和按鍵斷開時(shí)都有可能會(huì)直接產(chǎn)生一些小的抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的編碼邏輯處理電壓水平也是不穩(wěn)定的，若沒有及時(shí)做到恰當(dāng)?shù)亩秳?dòng)處理，將來會(huì)有一些可能觸點(diǎn)會(huì)直接抖動(dòng)導(dǎo)致兩個(gè)按鍵中間一個(gè)字符串的編碼錯(cuò)誤重復(fù)執(zhí)行或者也就是按鍵重復(fù)錯(cuò)誤執(zhí)行?，F(xiàn)在我們采用了一種用于軟件設(shè)計(jì)中的延時(shí)處理方法，以便有效避開抖動(dòng)的發(fā)生階段。在判斷是否有鍵閉合后都延時(shí)5ms，按下鍵后再延時(shí)12ms就可以避免鍵盤的抖動(dòng)。然后鍵碼分析，執(zhí)行相應(yīng)的模塊，顯示后返回。鍵盤子程序如圖4-4所示。NNYNY開始返回有按鍵閉合？調(diào)用顯示子程序延時(shí)6ms2次調(diào)用顯示子程序延時(shí)12ms鍵碼分析執(zhí)行相應(yīng)的模塊顯示有按鍵閉合？圖4-4鍵盤程序流程圖4.5定時(shí)程序設(shè)計(jì)定時(shí)的主要功能是單片機(jī)能夠在設(shè)定時(shí)間內(nèi)得到中斷信號，從而控制窗簾的開關(guān)。時(shí)鐘發(fā)出50ms的信號給單片機(jī)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到20，則過了1秒，秒單元數(shù)值加1，當(dāng)秒單元到達(dá)60，分單元數(shù)值加1，秒單元清零。當(dāng)時(shí)單元到達(dá)24，時(shí)單元清零。標(biāo)志1天時(shí)間計(jì)滿，把他們的值放到存儲單元的指定單元。圖4-5是定時(shí)功能流程圖。YYNYNYNY開始現(xiàn)場保護(hù)，重置初值，啟動(dòng)下一個(gè)50ms50ms，計(jì)數(shù)器加1計(jì)數(shù)器=20？秒單元加1，50ms計(jì)數(shù)器清零，秒寫入秒個(gè)位和秒十位時(shí)單元加1，分單元清零，時(shí)寫入時(shí)各位和時(shí)十位分單元加1，秒單元清零，分寫入分個(gè)位和分十位秒單元=60？時(shí)單元清零時(shí)單元=24？分單元=60？結(jié)束圖4-5定時(shí)功能流程圖5Proteus調(diào)試與仿真Proteus是由英國的Labcenter開發(fā)的具有電路分析和仿真功能的一款軟件，該軟件是一款真正完整的電子設(shè)計(jì)工具。此外現(xiàn)在模擬集成電路、數(shù)字化集成電路、單片機(jī)以及應(yīng)用控制系統(tǒng)及其他嵌入式控制系統(tǒng)均可用這個(gè)仿真軟件對其產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程仿真。在各種調(diào)試電路方面我們不僅可以同時(shí)使用進(jìn)行多種新的調(diào)試電路功能，包括全速、單步、斷點(diǎn)調(diào)試裝置，并且配備有各種模擬信號源和各種虛擬源可以便于用戶進(jìn)行各種調(diào)試電路的同時(shí)調(diào)試。該軟件還對其他的相關(guān)軟件設(shè)計(jì)提供了功能支持，比如：KeilC51uVision4，MPLAB，方便您對軟件進(jìn)行編譯和安裝運(yùn)行設(shè)計(jì)調(diào)試，還同時(shí)提供了PCB板的電路設(shè)計(jì)調(diào)試功能以及同時(shí)導(dǎo)出相關(guān)電路設(shè)計(jì)示意圖的設(shè)計(jì)功能，允許一個(gè)用戶同時(shí)輸出一個(gè)多種類型的相關(guān)電路設(shè)計(jì)調(diào)試報(bào)表。使用Proteus電子設(shè)計(jì)工具相當(dāng)于構(gòu)建了電子設(shè)計(jì)和分析平臺。5.1總體仿真思路首先根據(jù)此前已經(jīng)畫好的電路圖在proteus中找到一個(gè)相應(yīng)的元件，根據(jù)電路圖將所需要的各個(gè)元件逐步地找到，將各種元件分別放置于合適的位置；然后對照電路框圖中的接線，將各種元件依次進(jìn)行連接，確保各個(gè)元件的連接不正確；最后把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)進(jìn)行仿真和調(diào)試，查找其中的不足之處，并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。仿真過程中，首先進(jìn)行各個(gè)子程序的仿真，解決子程序中存在的問題，并逐個(gè)進(jìn)行改進(jìn)，確保子程序的正確性。然后再進(jìn)行綜合程序的仿真調(diào)試，解決其中的問題，確保各部分能夠正常工作。5.2仿真中遇到的問題及解決辦法在畫仿真圖的過程中，有一些元件不太好找，遇到這種問題，一般是先在一些資料中查找該元件在Proteus中的名稱及相應(yīng)的位置，然后在Proteus相對應(yīng)的元件庫中查找該元件，將元件在仿真圖中進(jìn)行連接。還有一種問題就是某種元件仿真較為困難時(shí)，在不影響結(jié)果的前提下可以用其他一些元件進(jìn)行相應(yīng)的替代。例如：光敏電阻相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，在仿真圖中就可以用一個(gè)可調(diào)電阻進(jìn)行代替，改變可調(diào)電阻的阻值就相當(dāng)于改變光照強(qiáng)度，就可以方便地進(jìn)行光照模塊的仿真調(diào)試。由于對Proteus了解有限，在仿真過程中也有一些不足。例如紅外模塊的仿真，無法找到合適的方法進(jìn)行仿真調(diào)試，只能在實(shí)物上進(jìn)行調(diào)試。

總結(jié)本文主要探討設(shè)計(jì)一套智能集成窗簾軟件控制設(shè)備系統(tǒng)，介紹從設(shè)計(jì)智能集成窗簾軟件控制設(shè)備系統(tǒng)從集成軟件控制電路設(shè)計(jì)至集成軟件控制設(shè)備的以下幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟。本系列產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)原理是通過采用光敏步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器芯片作為元件執(zhí)行驅(qū)動(dòng)元件，以光敏檢測電阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器元件作為光敏傳感器對元件的專用光敏電阻傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)作為光敏檢測控制元件AT89C51單片機(jī)軟件作為自動(dòng)控制處理芯片，輔助控制鍵盤和觸控屏幕自動(dòng)顯示，實(shí)現(xiàn)對各種智能控制窗簾的多項(xiàng)應(yīng)用功能化自動(dòng)控制。整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)主要采用AT89C52單片機(jī)，所用芯片簡單實(shí)用，減少了軟硬件的共享；傳感器的某一部分采用了光敏電阻，可以不斷地連續(xù)檢測到來自外界的各種光輻射強(qiáng)度和頻率的變化，通過電橋電路后的脈沖信號進(jìn)入比較器，可以直接地得出一個(gè)信號，此信號經(jīng)過高頻放大，A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī)，通過電橋電路后的脈沖信號進(jìn)而對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制；步進(jìn)電機(jī)可以很好地執(zhí)行到窗簾的啟動(dòng)命令，使窗簾啟動(dòng)開關(guān)更為精確，穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中的定位時(shí)鐘工作電路和單片機(jī)相互協(xié)同都具有定時(shí)的功能，再加上對于光電式傳感器的檢測光強(qiáng)很好地實(shí)現(xiàn)了定位自動(dòng)控制的這項(xiàng)重要功能。由于目前所設(shè)計(jì)的能力有限，還是對于許多新型的功能和技術(shù)并沒有進(jìn)行充分的了解研究，比如為了解決光電開關(guān)滯回特點(diǎn)，可以通過使用施密特電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，無奈也是有限的。其次，顯示功能中還沒有采用電動(dòng)窗簾監(jiān)視器的主要工作模式?？刂苾x是固定的，沒有任何藍(lán)牙或者紅外監(jiān)視的控制。而且未能順利地完成對實(shí)物進(jìn)行設(shè)計(jì)，這不得不說只會(huì)是一個(gè)遺憾。但是，一個(gè)完整的專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)流程，讓我基本上掌握了對于單片機(jī)系統(tǒng)及其電子運(yùn)算操作軟件等相關(guān)方面的基礎(chǔ)知識，尤其是在自己的動(dòng)手能力上有很大的發(fā)展和提升，也給今后更成功、完善的專業(yè)設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：[1]尹紹杰,林鵬.基于WIFI的智能家居配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].通信科技,2018,35(05):136-137.[2]廖春萍.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2018.[3]呂夢飛,張雪芹,贠金昊.基于PLC的自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技經(jīng)濟(jì)刊,2018,26(16):63-67.[4]宋宇超.基于單片機(jī)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué),2018.[5]SunT,LiJ,SongWL.IntelligentTemperatureControlSystemDesignBasedonSingle-ChipMicrocomputer[J].Jou