單片機控制的智能窗簾系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u68單片機控制的智能窗簾系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計案例 132505第1章系統(tǒng)硬件設(shè)計 1189431.1整體方案設(shè)計 184311.1.1系統(tǒng)概述 130151.1.2系統(tǒng)框圖 241651.2最小系統(tǒng)模塊 2311031.2.1STC89C52簡介 233781.2.2最小系統(tǒng)電路 2102141.3液晶顯示電路 3190841.1.11602液晶簡介 3281011.1.4液晶顯示模塊電路 3307971.4時鐘模塊 4315011.2.1DS1302簡介 4202161.2.2DS1302模塊電路圖 4136061.5光照強度采集電路 5147171.5.1光敏電阻概述 5127401.5.2ADC0832簡介 5315491.5.3光照強度采集電路 53411.6電機驅(qū)動模塊 669701.7按鍵輸入模塊 73573第2章軟件設(shè)計 7260362.1程序語言及開發(fā)環(huán)境 781302.2程序流程圖設(shè)計 849152.2.1總體程序流程圖設(shè)計 893902.2.21602液晶程序設(shè)計 9318162.2.3讀出DS1302的時間信息 9第1章系統(tǒng)硬件設(shè)計1.1整體方案設(shè)計1.1.1系統(tǒng)概述該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心器件，搭配著其他器件，例如：電阻，電容，晶振，這樣構(gòu)成單片機的最小系統(tǒng)。從之前的內(nèi)容可知該系統(tǒng)的其它模塊，顯示模塊采用1602液晶顯示屏可以顯示當前時間，控制模式等數(shù)值。時鐘模塊采用DS1302芯片進行精確計時。光照檢測電路的核心是光敏電阻以及ADC0832可將光照強度的信息通過模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的形式顯現(xiàn)出來。除此之外，電路的驅(qū)動系統(tǒng)采用步進電機，能夠精準平穩(wěn)地控制窗簾的行進。1.1.2系統(tǒng)框圖1602液晶模塊鍵盤模塊單片機最小系統(tǒng)1602液晶模塊鍵盤模塊單片機最小系統(tǒng)電源模塊電源模塊步進電機模塊步進電機模塊時鐘模塊時鐘模塊指示燈模塊測光模塊指示燈模塊測光模塊3-1系統(tǒng)框圖本設(shè)計的核心是STC89C52，各個模塊連接至它，然后進行信息處理。鍵盤模塊：也就是按鍵模塊，采用矩陣鍵盤的方式來設(shè)置按鍵。電源模塊：采用5V的電壓，可以通過USB接口連接充電器，電腦等外部電源。時鐘模塊：采用DS1302芯片作為計時裝置的主體，設(shè)置特定的時間段，開啟窗簾測光模塊：利用光敏電阻收集光強模擬量在進行信息處理將光照強度的數(shù)字量顯現(xiàn)出來，根據(jù)設(shè)定的閾值進行開閉窗簾。1602液晶顯示模塊：將時間，控制模式以及光照強度數(shù)值顯示出來。步進電機：平穩(wěn)的驅(qū)動窗簾的行進，達到開閉窗簾的目的。指示燈模塊：判斷窗簾是否正常開啟。1.2最小系統(tǒng)模塊1.2.1STC89C52簡介STC89C52作為整個設(shè)計系統(tǒng)的核心，它的功能強大，完全滿足本設(shè)計中的要求。其中單片機具有8KpianneiFlash程序存儲器。較上一代單片機內(nèi)含有定時器，計數(shù)器，方便使用。本設(shè)計中，該單片機配合keil編譯軟件使用，將程序生成.h文件，可以在Proteus進行仿真。1.2.2最小系統(tǒng)電路STC89C52的最小系統(tǒng)如圖3-3所示，最小系統(tǒng)電路主要含有晶振電路，復(fù)位電路以及電源電路三部分。此外，最小系統(tǒng)電路還在外部加了一個上位電阻R1。圖3-3單片機最小系統(tǒng)1.3液晶顯示電路1.1.11602液晶簡介LCD1602液晶顯示屏在生產(chǎn)生活中經(jīng)常被應(yīng)用，到處可以看到它的使用。該顯示屏可以顯示上下兩行，總共可顯示16個字符，并采用5V電源供電，是一款低成本，顯示清晰的顯示屏。它的顯示范圍廣，不僅能顯示英文以及阿拉伯數(shù)字還可以顯示少量簡單的中文。如下圖（圖3-4）所示：圖3-4液晶尺寸說明1.1.4液晶顯示模塊電路液晶模塊的電路的連接圖如圖3-5所示，第1,2腳分別接到電路中的GND（地）以及VCC（電源）。第3腳通過接入一個10K的滑動變阻器之后接地。第4,5,6腳分別接入RS（寄存器控制腳），RW（讀寫控制腳）以及EN（使能腳）。第7腳到第14腳是與最小系統(tǒng)電路中的R1一起連接在單片機的P0端口。最后的15,16腳又接入VCC（電源），GND（電源）。3-5液晶模塊連接圖1.4時鐘模塊1.2.1DS1302簡介本設(shè)計要求通過光照的強弱來自動控制窗簾的開閉，為了使智能窗簾識別黑夜和白天，并且不受室內(nèi)燈光的影響，系統(tǒng)采用DS1302定時器芯片。該芯片可以對年、月、日、周、時、分、秒進行準確計時。1.2.2DS1302模塊電路圖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（電源）和GND（地），第8腳接了一個3V的電池作為電源，這樣做的目的是為了在主電源斷電后繼續(xù)為時鐘模塊供電，保證電路計時的完整性。第2和第3腳接晶振芯片，這個也是計時器計時準確的核心（提供時鐘脈沖），最后，第5、6、7腳連接了單片機的P1端口，讓單片機處理時鐘模塊傳來的數(shù)據(jù)。圖3-9DS1302模塊電路圖1.5光照強度采集電路1.5.1光敏電阻概述光敏電阻的工作原理來源于大學(xué)物理中的半導(dǎo)體光電效應(yīng)理論，它的特性就是光照強度的改變，其阻值也發(fā)生改變。當外界光照強度增大后,電阻阻值將減小,光照強度減小,電阻阻值增大。本設(shè)計中,光敏電阻會接受外界光照的強弱來進行開閉,光強達到一定強度后,電阻將會減少至特定值,電流也會增大到程序所設(shè)置的值后,窗簾將會自動打開,這也是智能窗簾的重要一環(huán)。1.5.2ADC0832簡介ADC0832是一種分辨率高的轉(zhuǎn)化芯片，可以滿足絕大部分的光照模擬量的要求。從設(shè)計要求可以知道芯片的模擬電壓可設(shè)置為0-5V之間，并且轉(zhuǎn)化時間一般較短且穩(wěn)定僅為32us，輸出時間可利用其雙數(shù)據(jù)校驗功能，減少實驗帶來的誤差。根據(jù)ADC0832的結(jié)構(gòu)可知，其中的CS，CLK，DO，DI的引腳必須與單片機連接，但是DO，DI是分開傳輸數(shù)據(jù)的，所以可以在設(shè)計過程中連接至同一根線，簡化電路。另外，ADC0832性價比高、穩(wěn)定高、產(chǎn)品技術(shù)成熟，被廣泛用于電路設(shè)計中。1.5.3光照強度采集電路本設(shè)計的對象是智能窗簾，光控自動開關(guān)功能必不可少。我們所用的主體是光敏電阻，它可以接收外界光照后轉(zhuǎn)換為光照強度模擬量，這時ADC0832發(fā)揮作用將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，單片機進行信號處理，這樣一系列操作可以控制窗的開閉。圖3-10光照強度采集電路1.6電機驅(qū)動模塊步進電機既可以完成數(shù)字與角度之間的轉(zhuǎn)換，也可以將串行的數(shù)與模之間進行轉(zhuǎn)換。作為一種控制元件，步進電機也常常被用于精確定位系統(tǒng)。本設(shè)計需要控制窗簾的開閉時間和定位的準確性，步進電機是必不可少的器件。步進電機的控制精度高，誤差小，其精準定位強，這也是它最大的優(yōu)勢。其次它還易于控制，直接接收數(shù)字信號減少繁瑣的數(shù)與模轉(zhuǎn)換步驟，但是難以運轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速，并且控制不當會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。單片機中的I/O口直接輸出的電流非常弱，無法支持步進電機的轉(zhuǎn)動。這時候需要添加一個芯片增加電流。ULN2003具有電流增益高，穩(wěn)定性強的特點，設(shè)計中可以利用ULN2003芯片來增大電流促進步進電機的啟動。電機驅(qū)動電路如圖3-11所示。圖3-11電機驅(qū)動電路1.7按鍵輸入模塊按鍵是低電平觸發(fā)的，單片機檢測到連接按鍵的I/O口處于低電平時則表示按下按鍵，按鍵彈起時此處處于高電平。按鍵在按動的過程中會出現(xiàn)抖動，會造成一定的時間差，大概是10ms-20ms之間，為了消除這種抖動，可以通過硬件消抖和軟件消抖解決抖動問題，在一般情況下采用軟件消抖，也就是通過延遲函數(shù)來消抖。鍵盤可分為獨立鍵盤和矩陣鍵盤。獨立鍵盤的每個鍵占用一根并口線鍵位多時占用并口線多。矩陣鍵盤的鍵位分布在行列交叉點上并且因為其結(jié)構(gòu)問題它占用的并口線少。在結(jié)尾識別方面，矩陣鍵盤通過全掃描檢測鍵盤上是否有按鍵按下，用逐行逐列掃描來識別鍵盤中哪一個鍵按下。本系統(tǒng)采用的按鍵數(shù)量較少，只有5個按鍵，分別“模塊切換”、“時間設(shè)置”、“設(shè)置閾值”、“加”、“減”，故采用獨立鍵盤。按鍵的連接圖3-12所示：圖3-10按鍵電路第2章軟件設(shè)計2.1程序語言及開發(fā)環(huán)境C語言作為計算機編程語言中的一種，它既是計算機編程語言又能處理匯編語言并且具有高級語言的特性。C語言在計算機編程語言中具有較高的地位，難度較大，但是它的應(yīng)用面很廣，能夠廣泛運用到各個運行環(huán)境中。除此之外，C語言因其本身的靈活性與多變性，演變出了Java以及C++等匯編語言，可見C語言的強大以及重要性。C語言指的是ANSIL，最早出現(xiàn)在20世紀60年代，經(jīng)過十多年的發(fā)展最終形成C語言。隨著時代的發(fā)展，C語言也愈加成熟和完善。在程序設(shè)計方面，它有32個關(guān)鍵字，34種運算符號以及9種控制語句。KeilC51是當下最流行的單片機匯編語言，屬于C語言軟件開發(fā)語言的一種，它能與C語言一樣提供豐富的庫函數(shù)和功能來滿足設(shè)計要求。它和Proteus協(xié)調(diào)使用能夠進行電腦仿真，其效果與真實單片機效果接近。2.2程序流程圖設(shè)計2.2.1總體程序流程圖設(shè)計本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖4-1所示，最開始進行液晶初始化以及時鐘芯片初始化，這時讀取時間信息并在1602液晶顯示屏顯現(xiàn)出來，之后通過光敏電阻的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的形式，將光照強度具體的顯示出來。之后就是對電路按鍵的檢查以及處理。這時共分為三種模式，第一種是定時模式，它根據(jù)設(shè)置的開閉時間進行開閉窗簾。第二種是手動模式，將按鍵4按下則關(guān)閉窗簾，將按鍵5按下則開啟窗簾.第三種就是光控模式，光線高于設(shè)置的閾值后開啟窗簾。最后利用延遲函數(shù)進行循環(huán)往復(fù)的信息處理，直至結(jié)束。開始開始液晶初始化液晶初始化時鐘芯片初始化時鐘芯片初始化讀取時間信息并顯示讀取時間信息并顯示讀取光照強度并顯示讀取光照強度并顯示按鍵掃描并處理按鍵掃描并處理定時模式光控模式手動模式定時模式光控模式手動模式光線高于設(shè)置的閾值則開啟窗簾，否則關(guān)閉窗簾根據(jù)設(shè)置的開啟時間和關(guān)閉時間來控制窗簾按鍵4按下則關(guān)閉窗簾，按鍵5按下則開啟窗簾光線高于設(shè)置的閾值則開啟窗簾，否則關(guān)閉窗簾根據(jù)設(shè)置的開啟時間和關(guān)閉時間來控制窗簾按鍵4按下則關(guān)閉窗簾，按鍵5按下則開啟窗簾延時延時結(jié)束結(jié)束圖4-1主函數(shù)流程圖2.2.21602液晶程序設(shè)計液晶顯示之前，需要確定顯示屏各功能的顯示位置，這個可以根據(jù)程序設(shè)定特定的位置，顯示的內(nèi)容通過延遲函數(shù)依次顯現(xiàn)出來，一位一位的完成。顯示一串字符或者數(shù)字時，在最開始完成顯示后，后續(xù)的顯示任務(wù)依次進行，無需每個字符都定位一次。否數(shù)據(jù)顯示完？結(jié)束開始否數(shù)據(jù)顯示完？結(jié)束開始定位行列坐標定位行列坐標顯示一個字符顯示一個字