引言光控窗簾系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23048光控窗簾系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)案例 1253681.1設(shè)計(jì)要求 155771.2單片機(jī)概述 4215861.3總體設(shè)計(jì) 41.1設(shè)計(jì)要求1.1.1光感功能的實(shí)現(xiàn)光感部分主要由兩個(gè)部分組成，首先，要檢測光線，判斷光線的強(qiáng)度，然后是執(zhí)行部分，通過元器件完成指令。光感部分是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。光敏電阻更是其核心部分。其阻值會根據(jù)外界光線的變化而變化，當(dāng)阻值發(fā)生變化時(shí)，元器件內(nèi)部也會發(fā)生變化，對系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生變化，此時(shí)經(jīng)過亮電阻的阻值稱為亮電流。而暗電流正好與之相反，當(dāng)光線較弱時(shí)，甚至是完全沒有光照的環(huán)境，在這一區(qū)間內(nèi)測得的阻值，就叫做暗電阻，這些阻值會對光感功能產(chǎn)生影響。而電阻的靈敏性是由電流決定的，需要滿足亮電流大且暗電流小的特點(diǎn)。像市面上常見和實(shí)用的光敏電阻的阻值都是非常大的，一般會達(dá)到1MΩ以上。還有一些更為特殊的光敏電阻，它的阻值大于普通的光敏電阻。甚至?xí)_(dá)到100MΩ以上，但亮電阻的阻值則會明顯小很多，所以光敏電阻的靈敏度很高。這增加了光敏電阻在市場上的選擇性。為了方便使用者在實(shí)際實(shí)用過程中可以根據(jù)外界光線強(qiáng)度的變化，改變窗簾的開合，滿足各種花卉對于光照的要求。將滑動電阻器件加入到設(shè)計(jì)中，將它安置于光感電路中，豐富系統(tǒng)的功能性。光感執(zhí)行部分是整個(gè)光感功能的顯性部分，需要利用直流電機(jī)的穩(wěn)壓作用，使傳感器保持穩(wěn)定的狀態(tài)。也需要限位開關(guān)來中斷連接。當(dāng)系統(tǒng)接收到指令，光線強(qiáng)度大于或小于設(shè)定值時(shí)，電機(jī)會根據(jù)系統(tǒng)事先設(shè)計(jì)的方向進(jìn)行運(yùn)作。當(dāng)光線強(qiáng)度大于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)將這一指令輸送到執(zhí)行元件中，最終的目的是將窗簾開啟，當(dāng)接觸到阻擋元件時(shí)，系統(tǒng)結(jié)束工作。這也是光感功能的主要設(shè)計(jì)，也是整個(gè)設(shè)計(jì)中最重要的部分。1.1.2紅外遙控功能的實(shí)現(xiàn)紅外遙控設(shè)備在人們的生活中隨處可見，其具備紅外功能，能在遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制，在各項(xiàng)領(lǐng)域都會被使用，在各行各業(yè)都可以發(fā)現(xiàn)它的身影。當(dāng)人們可以遠(yuǎn)距離控制設(shè)備時(shí)，可以減少許多不必要的麻煩。在各個(gè)行業(yè)都是如此，在一些家用電器中尤為普遍，例如電視機(jī)，掃地機(jī)器人，空調(diào)等等，且性價(jià)比高，市面隨處可以發(fā)現(xiàn)他的身影。遙控器由許多按鍵組成，每個(gè)按鍵都有不同的功能，還可以將兩個(gè)或多個(gè)按鍵結(jié)合起來使用。如果將這些按鍵提取出來，用于單片機(jī)系統(tǒng)，也可以解決許多問題。因?yàn)檫b控器的存在，人們可以在遠(yuǎn)距離操作，極大地便捷了人們的生活。紅外線是紅外的簡稱，是一種電磁波，是一種波長為950的光束，它可以實(shí)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)的無線傳輸，是人們?nèi)庋鬯豢梢姷?。所以科學(xué)家們將其運(yùn)用在遙控中，此外紅外線制作成本低，容易由人工直接制成，價(jià)格非常親民。人們通過肉眼是無法感知紅外線的存在的，但可以借助設(shè)備發(fā)現(xiàn)它們，比如攝影機(jī)或紅外線感測器等設(shè)備，一圖片的方式感受到他們的存在。甚至可以說我們被紅外線所包圍，太陽就是是最大的紅外線發(fā)射源，當(dāng)然還包括紫外線等其他光線。還有一些微小的的比如日光燈，蠟燭等這些光源。如果一個(gè)物體它可以發(fā)熱，它就會產(chǎn)生紅外線。我們的身體也是一樣。但紅外線往往會被其他設(shè)備干擾，為了減少這些干擾，相關(guān)人員一直在投入研究。研究出許多方法調(diào)制是一種常見的方法，可以降低設(shè)備收到的干擾甚至隔絕。使用這個(gè)方法，紅外線的發(fā)射是被設(shè)定好的，它的接收裝置和發(fā)射裝置是匹配的，所以，這個(gè)紅外只能控制一種設(shè)備，進(jìn)而減少對設(shè)備的影響。此次設(shè)計(jì)將紅外遙控TC9012作為發(fā)射電路，將二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，將它的接收頭以及相應(yīng)電路作為接收模塊，與單片機(jī)進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了紅外遙控功能。接收模塊的接收頭采用HS0038,這個(gè)接收頭表面使用了深色樹脂進(jìn)行封裝，有很強(qiáng)的密封性，不會受到光亮的影響，也不會受到附近信號的影響，在功率較小時(shí)，可控制距離可以達(dá)到35m，接頭的側(cè)面可以接收紅外信號，可以接收38KHZ的頻率，將信號進(jìn)行放大等操作，從而得到編碼信號。圖1.1為紅外接收電路：圖圖2-1紅外接收電路將紅外接收裝置與單片機(jī)的P1.2端口連接，就是單片機(jī)的外部中斷口0口，紅外遙控器(如圖2-2所示)的‘開’，‘關(guān)’兩個(gè)鍵分別表示窗簾的啟動和停止，紅外信號會進(jìn)入到單片機(jī)的接收裝置，單片機(jī)的P1.2端口會被拉低，然后完成接收，處理紅外信號。圖2-2紅外遙控器實(shí)物圖2-2紅外遙控器實(shí)物1.1.3溫度檢測功能的實(shí)現(xiàn)在花卉的養(yǎng)殖過程中，不僅需要充足的光照，溫度的變化也會影響不同花卉的生長，所以本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)溫度檢測功能，利用DHT11溫度傳感器（如圖2-3所示），其體積小，功耗低，價(jià)格親民等特點(diǎn)，符合設(shè)計(jì)的要求。其溫度檢測會有上下2℃的偏差，量程在0-50℃之間。將其與單片機(jī)進(jìn)行連接，將第一個(gè)引腳接地，還有一個(gè)引腳與單片機(jī)的I/O端口相連，在電源與正數(shù)據(jù)之間接一個(gè)上拉電阻以提高傳感器的性能。溫度傳感器電路如圖2-4所示：圖2-3DHT11溫度傳感器圖2-4典型應(yīng)用電路 圖2-3DHT11溫度傳感器圖2-4典型應(yīng)用電路1.2單片機(jī)概述隨著高興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對于單片機(jī)的要求也越來越高，其發(fā)展方向也越來越明確，穩(wěn)定性，高速的處理能力和廣泛適用性是對未來的要求。不僅在常用的部件中保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，還要在此基礎(chǔ)上，提高在高速條件下的工作性能。區(qū)別于傳統(tǒng)部件，體積小的特性也是單片機(jī)能在市場上保持競爭性的條件，也是最為突出的優(yōu)勢。它的主要特性如下：（1）能在多種元器件中存在，并保持良好的性能，在一些對處理能力要求高的場合也可以使用。（2）因?yàn)閱纹瑱C(jī)是由其他各種微小器件組成的，所以其功能也參差不齊的，列如本文所采用的AT89C52單片機(jī)，它的內(nèi)部電路是由多個(gè)元器件電路組合而成的，在更加復(fù)雜的部件中，并不能很好地適應(yīng)；而在一些常用的組合元件中，這類單片機(jī)的性能可以很好地發(fā)揮出來，將自身微小的特性利用在各種場合。（3）單片機(jī)跟普通的元器件不同，它的體積是非常小的，功率相對那些大型器件也是較小的，不會產(chǎn)生太高的能耗。隨著研究的不斷深入，單片機(jī)制作工藝水平也不斷提升，自動化的生產(chǎn)過程，不僅可以增加單片機(jī)的產(chǎn)量，也可以避免在制作過程中的疏忽，滿足各個(gè)行業(yè)的要求。隨著科技的進(jìn)步，單片機(jī)的功能也會越來越豐富，適應(yīng)性也會越來越廣泛。1.3總體設(shè)計(jì)應(yīng)用于花卉養(yǎng)殖的光控窗簾控制系統(tǒng)是基于AT89C52單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心器件。通過ULN3330傳感器采集光線，當(dāng)信號傳輸?shù)叫酒?，系統(tǒng)會接收到指令，完成動作，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動的圈數(shù)都會被控制，根據(jù)采集到的光線強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的自動開啟和關(guān)閉，滿足不同花卉對于光照的需求。還加入了紅外遙控和溫度檢測功能，人們可以通過紅外遙控的兩個(gè)按鍵控制窗簾的開和關(guān)，而當(dāng)溫度大于30℃時(shí)，窗簾會自動打開。1.3.1方案設(shè)計(jì)說明光控窗簾擁有非常廣闊的前景，且成本低，適用性廣泛。本文的設(shè)計(jì)方案，是應(yīng)用光控原理進(jìn)行工作，當(dāng)外界光線強(qiáng)度變高，大于系統(tǒng)設(shè)定的值時(shí)，窗簾自動打開，防止因?yàn)楣庹者^強(qiáng)，對一些花卉植物造成傷害。當(dāng)光線變暗時(shí)，窗簾則會自動關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)光控窗簾的開啟或關(guān)閉，其成本低廉，方便快捷的特點(diǎn)。會極大的豐富人們的生活。而紅外遙控的加入，更加方便了人們的使用，當(dāng)溫度大于設(shè)定值時(shí)，窗簾也會被自動打開。邏輯框圖如圖2-5所示：圖2-5光控窗簾總程序邏輯框圖光控窗簾控制系統(tǒng)具備極強(qiáng)的抗干擾能力，可以適應(yīng)各種環(huán)境，擁有不錯(cuò)的性價(jià)比.而且制作難度低，有著很好的市場前景。 1.3.2單片機(jī)選擇說明AT89C52單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心控制器，其性能好，穩(wěn)定性強(qiáng)，適應(yīng)性好等特點(diǎn)。非常符合系統(tǒng)的需求。而輸出信號的光電傳感器則采用了ULN3330進(jìn)行光線采集，然后經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動芯片，從而控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，芯片選擇了L293D。為了方便調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度。選用電機(jī)時(shí)，角度調(diào)節(jié)是非常重要的步驟，所以在選用時(shí)，方便進(jìn)行調(diào)節(jié)也是一個(gè)考慮因素。連接部分采用L293D步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，將兩個(gè)元器件的各個(gè)端口進(jìn)行連接。1.3.3硬件方案選擇說明硬件設(shè)計(jì)方案的繪圖采用AD,PROTEL軟件，進(jìn)行電路圖的繪制。將一些所需要的元器件進(jìn)行描繪，比如電機(jī)驅(qū)動芯片L293D、DHT11傳感器、電阻、電容傳感器等一系列器件。硬件設(shè)計(jì)邏輯框圖如圖2-6所示。圖2-6硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)(1)光檢測模塊集成光電傳感器選用ULN3330，當(dāng)光照大于40000勒克斯時(shí)，這個(gè)光照會對花卉造成損傷，此時(shí)就需要單片機(jī)完成指令，將高電平輸送至端口；而當(dāng)光照小于35000勒克斯時(shí)，此時(shí)的光照條件是比較適合植物的生長，端口會接收到單片機(jī)輸入端低電平。(2)紅外控制模塊將紅外接收裝置與單片機(jī)的P1.2端口連接，當(dāng)單片機(jī)接收到紅外信號，端口會被拉低，進(jìn)行接收和處理紅外信號，利用紅外遙控的兩個(gè)按鍵分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。(3)溫度檢測模塊選用DHT11溫度傳感器，當(dāng)溫度大于30℃時(shí)，窗簾會被自動開啟，溫度測量范圍0至50℃。(2)單片機(jī)模塊選擇了AT89C52單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的核心器件。(3)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動模塊選擇L293D