湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產(chǎn)品功能分析.....................................................1

2設計方案遴選.....................................................1

2.1單片機的選擇...............................................1

2.2電機的選擇.................................................2

2.3系統(tǒng)框圖設計...............................................2

3產(chǎn)品硬件設計.....................................................3

3.1電路原理圖及工作原理......................................3

3.2STC89C51RC單片機核心電路設計..............................4

3.3按鍵電路設計..............................................7

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路..................................7

3.5光照強度采集電路............................................9

3.6電機驅(qū)動模塊...............................................9

3.7溫度模塊..................................................10

3.8時鐘模塊................................................10

4產(chǎn)品軟件設計....................................................11

4.1主程序流程圖..............................................11

4.2LCD1602液晶顯示程序設計...................................12

4.3產(chǎn)品程序清單...............................................12

5產(chǎn)品使用說明....................................................13

5.1產(chǎn)品裝配圖................................................13

5.2產(chǎn)品調(diào)試..................................................14

5.3產(chǎn)品使用說明..............................................14

6、產(chǎn)品設計技術標準...............................................15

參考資料..........................................................16

附錄..............................................................17

I

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄1元器件清單..............................................17

附錄2電路原理圖..............................................18

附錄3PCB設計圖..............................................19

附錄4產(chǎn)品實物圖..............................................20

附錄5主程序代碼.............................................21

II

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

基于51單片機自動光控定時溫控窗簾的設計與制作

1產(chǎn)品功能分析

在這個非常發(fā)達的21世紀，今天的中國，科技發(fā)達，資源流通快速的時

代下，自動控制技術是20世紀一項非常快、影響非常大的技術之一。在每一

天的生活當中，每一方面，都少不了自動控制技術。自動控制技術是通過控制

論的技術實現(xiàn)應用，來完成一些控制任務，以及某一些過程按照預想進行，實

現(xiàn)整個預設的目標。電子計算機技術成熟的快速發(fā)展，自動控制技術的水平加

速提高，應用廣泛，作用也凸顯出重要。

面對家中環(huán)境采光以及避光的問題，我選擇用自動窗簾控制系統(tǒng)控制，

更加人性化。我綜括了自動窗簾系統(tǒng)的設計與控制系統(tǒng)，并且設計制作一個完

整的自動化窗簾控制系統(tǒng)所需要的理論和分析，以及各個環(huán)節(jié)功能的實現(xiàn)。自

動化窗簾控制系統(tǒng)的核心是采用單片機STC89C51控制。

該產(chǎn)品使用自動窗簾系統(tǒng)硬件電路主要由感光檢測電路，時鐘電路，電機

控制電路、按鍵電路、溫度檢測電路等外圍電路構(gòu)成。使用該設計則主要是描

述了自動窗簾系統(tǒng)的設計過程，硬件電路設計，軟件調(diào)試過程。通過該系統(tǒng)可

以實現(xiàn)通過溫度和光照強度實現(xiàn)窗簾開關自動控制、定時控制、溫控控制等不

同的控制方式。

2設計方案遴選

2.1單片機的選擇

方案1：利用DSP作為系統(tǒng)控制器。先將要檢測的數(shù)據(jù)輸入進去，再接著

定義數(shù)據(jù)塊，分析數(shù)據(jù)，異常的數(shù)據(jù)檢測，DSP有著對元件值的容限不敏感，

容易受溫度、環(huán)境等外部因素影響著，。但DSP硬件電路比較復雜，且價格較

貴，數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設備可靠。

方案2：使用單片機作為系統(tǒng)控制器。單片機擁有的可靠性非常高、并且

性價比也非常高、電壓低、功耗低，而且單片機算術運算功能非常強大，利用

軟件編程靈活自由，用軟件編程來實現(xiàn)各種邏輯功能，自己本身帶有定時器、

計數(shù)器，使用他來定時和計數(shù)，其功耗低，體積小，成本低等優(yōu)點。

基于以上分析，擬定方案2，用STC89C51單片機作為控制器

1

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

2.2電機的選擇

方案1：采用直流電機來帶動窗簾運動實現(xiàn)開合。該方案的優(yōu)點是電機轉(zhuǎn)

速能達到很高，從而實現(xiàn)窗簾的快速開合。其缺點就是電機速度過高時，給出

停轉(zhuǎn)信號后，會由于慣性導致繼續(xù)轉(zhuǎn)動，窗簾也跟隨繼續(xù)運動，很可能會對窗

簾框架造成損害；速度過低，則可能會導致電機不能克服阻力，從而不能帶動

窗簾運動。

方案2：采用步進電機作為來帶動窗簾運動實現(xiàn)開合。該方案的優(yōu)點是給出

停轉(zhuǎn)信號后，會立刻停轉(zhuǎn)，不會對窗簾框架造成損害，并且其扭矩比直流電機

大，更加方便帶動窗簾運動；其缺點是價格就是比直流電機稍貴一些。

綜上所述，選擇方案二作為系統(tǒng)的實施方式，來帶動窗簾運動實現(xiàn)窗簾的

開合

2.3系統(tǒng)框圖設計

系統(tǒng)框圖如圖所示：

圖1系統(tǒng)框圖

2

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

3產(chǎn)品硬件設計

3.1電路原理圖及工作原理

1、電路原理圖

圖2電路原理圖

2、電路工作原理

該產(chǎn)品使用STC89C51單片機作為核心器件，產(chǎn)品最小系統(tǒng)由三個部分組

成，晶振電路部分、復位電路部分、電源電路等三個部分組成。單片機的最小

系統(tǒng)圍繞著展開。之中包括，顯示設備使用1602液晶顯示，可以同時實現(xiàn)年、

多少月、多少日、幾點、幾分、控制模式、光照強度等這些基本信息；時鐘模

塊采用DS1302芯片，打開之后，開始運行計算時間，單片機只需讀取時間即可；

3

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

光照檢測電路使用光敏電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，將數(shù)字化并顯示出來；窗

簾使用步進電機來代替模擬，再用了一個LED燈用來顯示窗簾的開關狀態(tài)；本

產(chǎn)品設計還有5個按鍵作為操作的輸入設備，可以對現(xiàn)在時間進行調(diào)整設置和

設置窗簾開關時間和光控閾值等；最后是使用供電的USB5V進行供電。

3.2STC89C51RC單片機核心電路設計

該產(chǎn)品使用的STC89C51是一個電壓低，性能高的CMOS8位單片機，

片里面包含8kbytes的可以反復擦寫的Flash程序存儲器和256bytes的

隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，使用三部分組成，第一部分采用晶振電路，高效快捷，

其中包括2個30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。電容的作用在這

里是起振作用，幫助晶振來更加容易的起振，第二部分由復位電路構(gòu)成再加

上電源部分一起三部分可以適應本產(chǎn)品的不同需求。

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

圖3STC89C51核心電路原理圖

4

U1

VCCR1103

SCLK140

P10VCC1

IO239D0

P11P002

RST338D1

P12P013

RS437D2

P13P024

VCCRW536D3

P14P035

EN635D4

P15P046

CS734D5

C1P16P057

CLK833D6

10uFP17P068

932D7

RESETP079

1031

P30/RXDEAVCC

R31130

P31/TXDALE

10KDAT1229

P32/INT0PSEN

KEY11328P27

P33/INT1P27

KEY21427P26

P34/T0P26

KEY31526P25

P35/T1P25

GNDKEY41625P24

P36/WRP24

KEY51724

P37/RDP23

1823

X1XTAL2P22

121922

XTAL1P21

2021LED

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

圖4STC89C51RC單片機實物圖

（3）單片機的引腳功能

MCS-51系列單片機一般采用40個引腳，雙列直插式封裝，用HMOS工藝

制造，其外部引腳排列如圖3-2所示。其中，各引腳的功能為:

140

P10VCC

239

P11P00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEA

1130

P31/TXDALE

1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

1625

P36/WRP24

1724

P37/RDP23

1823

XTAL2P22

1922

XTAL1P21

2021

GNDP20

圖5STC89C51引腳圖

①主電源引腳

VCC（40腳），接＋5V電源正端；

GND（20腳），接＋5V電源地端；

②外接晶體或外部振蕩器引腳

XTAL1（19腳），接外部晶振的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相

放大器的輸入端。當采用外部振蕩器時，此引腳應接地。

XTAL2（18腳），接外部晶振的另一個引腳。在片內(nèi)接至反相放大器的輸

5

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

出端和內(nèi)部時鐘電路的輸入端。當采用外部振蕩器時，此腳接外部振蕩器

的輸出端。

③控制信號線

RESET（9腳），復位信號輸入端，復位/掉電時內(nèi)部RAM的備用電源輸入

端。

ALE（30腳），地址鎖存允許/編程脈沖輸入，用ALE鎖存從P0口輸出的

低8位地址。在對片內(nèi)EPROM編程時，編程脈沖由此輸入。

PSEN（29腳），外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。

EA（31腳）,訪問外部存儲器允許/編程電壓輸入。EA為高電平時，訪

問內(nèi)部存儲器；低電平時，訪問外部存儲器。

④多功能I/O口引腳

8051單片機設有4個雙向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一組I/O

口線都可以獨立地用作輸入或輸出口，其中：

P0口（32～39腳）——雙向口（三態(tài)），可作為輸入/輸出口，可驅(qū)

動8個LSTTL門電路。實際應用中常作為分時使用的地址/數(shù)據(jù)總線口，

對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器尋址時低8位地址與數(shù)據(jù)總線分時使用P0口：

先送低8位地址信號到P0口，由地址鎖存信號ALE的下降沿將地址信

號鎖存到地址鎖存器后，再作為數(shù)據(jù)總線的口線對數(shù)據(jù)進行輸入或輸出。

P1口（1～8腳）——準雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電路。

用作輸入線時，口鎖存器必須由單片機先寫入“1”，每一位都可編程為

輸入或輸出線。

P2口（21～28）——準雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電路。

可作為輸入/輸出口，實際應用中一般作為地址總線的高8位，與P0口

一起組成16位地址總線，用于對外部存儲器的接口電路進行尋址。

P3口（10～17腳）——準雙向口（三態(tài)），可驅(qū)動4個LSTTL門電

路。雙功能口，作為第一功能使用時，與P1口一樣；作為第二功能使用時，

其特殊用途如表3.2.4所示：

（表3.2.4）P3口第二用途

端口引腳第二功能注釋

P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)接收端

P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)發(fā)送端

P3.2/INT0外中斷請求0

P3.3/INT1外中斷請求1

P3.4T0定時/計數(shù)器0外部計數(shù)信號輸入

6

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

P3.5T1定時/計數(shù)器1外部計數(shù)信號輸入

P3.6/WR外部RAM寫選通信號輸出

P3.7/RD外部RAM讀選通信號輸出

3.3按鍵電路設計

設計的產(chǎn)品中利用的按鍵數(shù)量比較少，只用了5個按鍵，分別是“模式切

換”、“設置時間”、“設置閾值”、“減”、“加”，只能使用了獨立鍵盤的方式。按

鍵的連接圖6所示：K1

KEY1

K2

KEY2

K3

KEY3

K4

KEY4

K5

KEY5

GND

圖6按鍵原理圖

3.4LCD1602液晶顯示模塊電路

我產(chǎn)品使用的液晶顯示屏LCD1602這一款顯示屏，我覺得該顯示屏，

屏幕清晰，內(nèi)置芯片也是比較很好的芯片，并且可以顯示兩行字符，每一行可

以顯示有16個字符，是一款非常好的顯示屏。

液晶顯示模塊的電路引腳如表3.4所示：

表3.41602液晶引腳表格說明

編號符號引腳說明編號符號引腳說明

1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)

2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)

3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)

4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)

7

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)

6E使能信號14D7數(shù)據(jù)

7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極

8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極

GND

LCD1

1

VSS

2

VCCVCC

3

VO

4RS

RS

5RW

RW

6ENR2

LEN

C7D0103

D0

D8D1

D1

9D2

1D2

610D3

D3

011D4

2D4

12D5

D5GND

13D6

D6

14D7

D7

15

AVCC

16

K

1602

GND

圖7液晶模塊電路圖

圖8LCD1602液晶顯示屏實物圖

8

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

3.5光照強度采集電路

該設計的智能窗簾有光控自動開關的功能，因此必須采集環(huán)境中的光照

強度，以便進行光照強度的計算來控制窗簾的開關。光照強度采集使用的方案

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)字量再傳給單片機進行處理。該模塊的電路圖如圖9所示。

圖9光照采集電路

3.6電機驅(qū)動模塊

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。

在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖

數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步

進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定

的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準

確定位的目的。

電機驅(qū)動電路如圖10所示

9

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

圖10電機驅(qū)動電路圖

3.7溫度模塊

主要是通過DS18B20溫度傳感器檢測溫度，根據(jù)閥值進行開關窗。

3.8時鐘模塊

本時鐘模塊使用時鐘芯片DS1302，DS1302模塊的電路圖如圖3-9所示，

第1腳和第4腳分別接到了電路的VCC和GND，這2個腳是芯片工作的電源輸入

腳。第8腳接了一個3V的紐扣電池作為時鐘芯片的后備電池，可以保證斷掉主

電源后時鐘繼續(xù)行走。第2和第3腳接了一個32.768K的晶振給芯片提供時鐘

脈沖，最后，第5、6、7依次連接到單片機的IO口，進行數(shù)據(jù)的傳輸。

BT1

GND

Battery

VCC

U2DS1302

18

VCC2VCC1

X227SCLK

X1SCLK

36IO

X2IO

32.768K45RST

GNDRST

GND

圖11時鐘模塊原理圖

10

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

4產(chǎn)品軟件設計

本產(chǎn)品使用C語言，KELL編譯環(huán)境，擁有4種模式組成，分別是定時模

式，手動模式，溫控模式，光控模式來組成的整體程序

4.1主程序流程圖

開始

液晶初始化

時鐘芯片初始化

讀取時間信息并顯示

讀取光照強度并顯示

按鍵掃描并處理

定時模式手動模式溫控模式光控模式

根據(jù)設置的按鍵4按下溫度高于設光線高于設

開啟時間和則關閉窗置的閾值則置的閾值則

關閉時間來簾，按鍵5開啟窗簾，開啟窗簾，

控制窗簾按下則開啟否則關閉窗否則關閉窗

窗簾簾簾

延時

結(jié)束

圖12主函數(shù)流程圖

11

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

4.2LCD1602液晶顯示程序設計

液晶顯示開始之前，先會確定一個位置在哪里顯示，然后開始顯示坐標

內(nèi)容，按照個-十-百-千的方向由右到左的方式進行顯示，只用剛開始的時候完

成一次位置的定位，后面的全部顯示完成一個字符，就會直接跳到下一個位置

的，不需要每個字符都定位一次。

開始

定位行列坐標

顯示一個字符

否數(shù)據(jù)顯

示完？

是

結(jié)束

圖13液晶顯示流程圖

4.3產(chǎn)品程序清單

Reg52.h

主程序

初始化main

LNTRINS.

H

圖14產(chǎn)品程序清單