智能窗控制系统的设计

课程设计报告

课程名称微机控制技术

设计题目智能窗自动控制系统设计

专业班级

姓名

学号

指导教师

起止时间 2013.12.23~2013.12.31

电气与信息学院

课程设计考核和成绩评定办法

1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。

2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。

3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。

4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。

5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。

课程设计报告内容

课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。

注：

1．课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。

2．为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸打印（正文采用宋体五号字）或手写。

13/14学年第一学期

微机控制技术课程设计任务书

指导教师：蔡长青刘文洲班级：自动1041.2 地点：PLC 实验室

课程设计题目：窗帘自动控制系统

一、课程设计目的

本课程设计的目的在于培养学生运用已学的微机控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行微机控制系统设计的初等训练，掌握运用微机控制技术的原理、设计内容和设计步骤，为从事相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。

二、课程设计内容（包括技术指标）

设计并制作一个窗自动控制系统，可以根据各种条件手动或自动控制窗及窗帘的开度。

1.系统包括遥控器，自选电光源、窗开闭机构。

遥控器由键盘和液晶显示器（显示窗和窗帘状态以及其它必要的信息）组成。

自制电光源由3个发光二极管组成，具有4种发光强度：灭、暗、较亮、亮。

窗帘高0.5米，宽1米，开闭用电机驱动，可以实现“全关、位置1、位置2及全开”四种开度。窗帘由电机、帘架、帘布组成。用1个发光二极管模拟窗的状态，亮代表开，灭代表关。

2.可以使用直流电机、异步电机或步进电机，定位传感器自选。

三、课程设计原则

1、尽可能地满足被控对象的控制要求；

2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；

3、保证控制系统安全可靠；

四、课程设计步骤

1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务；

2、对多个可行方案进行比较，选出最佳方案

3、进行详细的设计与论证

4、给出理论分析与计算，

5、给出系统总体框图、

6、给出核心电路原理图、

7、给出主要流程图、

8、给出程序清单及有关设计文件

9、撰写设计说明书

五、时间安排

时间内容备注

PLC实验室

12月23日集中讲解课程设计要求，分配设

计题目，明确任务和具体安排

12月24日检查任务书、检查设计方案PLC实验室

12月26日检查设计PLC实验室

12月28日检查设计PLC实验室

12月30日检查报告PLC实验室

12月31日答辩、验收PLC实验室

六、基本要求

(一) 基本要求

（1）利用有线或无线遥控实现窗的开关及窗帘开度的控制和实时开度显示；

（2）利用光敏器件，根据不同的环境照度实现窗帘的四种开度。定位精度±1%。

(二) 发挥部分

（1）示教复现功能：按照基本要求第（1）项的遥控控制方式，顺序实现窗帘的“全关—位置1—位置2—全开—位置2—位置1—全关”，每两种开度操作之间间隔一定时间，存储这个过程，然后可复现这一过程；

（2）增加温度、风力、雨水传感器，自动实现窗的开关。

(三) 成绩评定标准

对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力，综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。

最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0.2、0.4、0.4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。

目录

摘要 (1)

1.1 无线收发模块 (2)

1.2窗位置传感器模块 (2)

1.3 传感器环境监测模块 (2)

1.4 键盘输入模块 (3)

1.5液晶显示模块 (3)

1.6电机选择模块 (4)

1.7 系统电源模块 (4)

2 系统方案确定 (5)

2.1系统方案框图 (5)

2.2系统器件选择 (5)

3 系统硬件设计 (6)

3.1 无线发送模块 (6)

3.2 无线接收模块 (6)

3.3霍尔元件、光、温度、雨、风传感器模块 (7)

3.4键盘输入模块 (7)

3.5液晶显示模块 (8)

3.6 直流电机驱动模块 (8)

3.7系统电源模块 (9)

4 系统软件设计 (9)

4.1主程序软件设计 (10)

4.2直流电机程序设计 (10)

4.3键盘程序设计 (11)

4.4 显示程序 (11)

4.5 定时程序设计 (12)

总结 (14)

参考文献 (15)

附录 (16)

1课设C语言源程序： (16)

摘要

本设计采用AT89C51单片机为控制核心，通过控制直流电机的正反转改变窗帘的开合，从而实现“窗自动控制”功能。此作品使用了触点开关对“雨”进行监控，风速传感器对“风力”进行监控，光敏电阻对环境光进行检测，温度传感器对环境温度温，霍尔元件随时记录窗帘所走位移，这些信号经探测提取转换后被送入AT89C51单片机中进行运算，单片机根据运算结果对直流电机进行控制，从而实现自动窗帘的功能。该作品使用了无线收发模块，实现了对窗帘的遥控，通过简单的按键设置就能控制窗帘的状态。

关键词

AT89C52单片机传感器直流电机无线通信

Abstract :

The works uses AT89C51 single-chip micro-controller as the core of controlling, by controlling the motor of the positive and change the curtains are open, thus realizing the "window of Control" feature. This works using a contact switch to "rain" to monitor and wind speed sensors on the "wind" to monitor, photosensitive resistance to the environment to detect light, temperature sensor temperature, the Hall element curtains at any time record by taking displacement, the signal detection Extraction was converted into the AT89C52 MCU for computing, based on computing the results of the SCM DC motor control, thus realizing the functions of automatic curtains. The works use a wireless transceiver modules, and the curtain on the remote control, through a simple set of buttons can control the curtains of the state.

Keywords：AT89C52 microcontroller Sensor DC Wireless communication

1 系统方案选择

根据课设要求以及实际情况，现将系统分为以下几个部分进行方案比较、论证与选择。1.1 无线收发模块

方案1 ：使用BAYM-R802A无线收发模块

BAYM-R802A为单片机解码无线遥控接收模块，可接收学习码，滚动码等各种编码的发射模块信号，并可根据用户要求设定多路数发射及接收模块的逻辑关系及发射与接收等各种功能要求。

方案2 ：使用PT2262/PT2272无线收发模块

PT2262/PT2272 是CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272无线收发模块只要简单设置地址线就能实现数据的传送，PT2262/PT2272是无线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片。

综合考虑，根据实际情况，选择PT2262/PT2272无线收发模块。常见，使用方便。1.2窗位置传感器模块

方案1 ：使用1M欧姆，1M长导线

通过测量导线电压来确定窗位置，使用精度较高的金属混合物电阻。

方案2 ：使用霍尔元件

霍尔元件不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地安装在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位置。

综合考虑，根据实际情况，选择霍尔元件。霍尔元件体积小，不用加辅助物件测量，体积小，使用方便。

1.3 传感器环境监测模块

1.31 温度传感器模块

方案1 ：使用PT100温度传感器

PT100是铂金属正温度系数热敏传感器，它测量温度范围大，价格便宜，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。PT100输出量为模拟量。

方案2 : 使用DS18B20温度传感器

DS18B20体积小，使用方便，封装形式多样，独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，无需外部元件可用数据总线供电。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

综合考虑，根据实际情况，选择DS18B20作为温度传感器。使用PT100温度传感器要附加放大器电路和AD转换电路，成本高，占用电路板空间大，不宜于设计开发。

1.32 雨滴监测传感器模块

方案1 ：使用雨滴传感器

雨滴传感器放置在玻璃后面，它能根据落在玻璃上雨滴量的大小来产生相应电压，它有一个被称为LED的发光二级管负责发送远红外线，当玻璃表面干燥时，光线几乎是100%地被反射回来，这样光电二级管就能接收到很被多的反射光线。玻璃上的雨滴越多，反射回来的光线就越少。

方案2 ：使用普通接触开关

普通接触开关价格经济，体积小，不能量化要测量的量。

综合考虑，根据实际情况，选择普通接触开关。普通接触开关简单实用，价格经济。雨滴传感器性能优异工作稳定，精度高，反映灵敏，但用在这里反而不适合。

1.33 风速监测传感器模块

风速（空气流量）传感器是用于测量空气流动速度或者风量的传感器。通常，它利用温度传感器的自身发热，而风的速度与传感器的发热量成正比，通过这种方法将风速变换为电压。风速传感器作为监测窗自动控制的空气流量传感器。

1.4 键盘输入模块

方案1 ：独立键盘

独立键盘编程简单，但使用I/O口较多。

方案2 ：矩阵键盘

矩阵键盘编程复杂，节省I/O口。

综合考虑，根据实际情况，选择独立键盘。因为我们使用了6个按键，超过6个以上按键推荐用矩阵方式。

1.5液晶显示模块

方案1 ：1602液晶显示

1602是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数使用1602，应用范围广，简单，适合本课设使用。方案2 ：数码管显示

数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，需引出它们的各个笔划，公共电极。有动态显示和静态显示两种形态，功耗较低。但是，与单片机连接电路较为繁琐。

综合考虑，根据实际情况，选择1602液晶显示。使用1602与单片机连接简单，显示清晰。方便拆卸。

1.6电机选择模块

方案1 ：直流电机

直流电机是以电机电压为控制变量，以位置或速度为命令变量。采用连续移动的控制方式。直流电机需要反馈控制系统，他会以间接方式控制电机位置。适用于对位置要求比较不高的场合。

方案2 ：步进电机

步进电机是以步阶方式分段移动。系统多半以“开环方式”进行操作。采用直接控制方式，它的主要命令和控制变量都是步阶位置。步进电机可实现精确定位控制，配广泛应用于位移精确定位系统中。

综合考虑，根据实际情况，选择直流电机控制系统。与步进电机相比，直流电机控制相对简单。并且，步进电机的旋转是一个高速重复的“启—停—启—停”过程，所以转动平滑性并不如直流电机。

1.7 系统电源模块

方案1 ：单片机控制部分与电机驱动共用一个电源

单片机控制部分与直流电机驱动部分公用一组电源，电机驱动会给电源带来一定的干扰，要求系统电源设计有较强的适应能力，否则会造成单片机程序错乱，但结构设计简单。方案2 ：单片机控制部分与电机驱动各用一组电源

单片机控制部分与直流电机驱动部分各用一字电源，这样可以使单片机的电源设计简单化，但需要多组电池，这样会占用较大空间。

综合考虑，根据实际情况，选择方案1。最大效率利用资源。

2 系统方案确定

2.1 系统方案框图

图

1系统方案框图

2.2

系统器件选择

a ）单片机芯片：

AT89C51(两片)

b ）无线遥控：PT2262/2272

c ）传感器：霍尔元件、光敏电阻、DS18B20、触电开关、风速传感器

d ）按键：8个

e ）液晶显示：1602（一块）

f ）电机：直流电机

g ）驱动芯片：L293D （一片）

系统电源模块 (共用电源)

无线收发模块 (PT2262/2272)

键盘输入模块

(独立键盘) 液晶显示模块

(1602)

温度、雨滴、风速环境监测传感器

窗位置传感器模块 (霍尔元件) 电机选择模块 (直流电机)

h）其他：光耦TPL521

3 系统硬件设计

本系统硬件以AT89C52单片机为控制核心，通过控制直流电机的正反转改变窗帘的开合，从而实现“窗自动控制”功能。此作品使用了触点开关对“雨”进行监控，风速传感器对“风力”进行监控，光敏电阻对环境光进行检测，温度传感器对环境温度温，霍尔元件随时记录窗帘所走位移，这些信号经探测提取转换后被送入AT89C52单片机中进行运算，单片机根据运算结果对直流电机进行控制，从而实现自动窗帘的功能。

3.1无线发送模块

将PT2262的地址设置为A0—A7悬空，当PT2272的地址也为A0—A7悬空时，两模块实现匹配，可以传递信号。此时PT2262芯片10—13脚电压的变化会反映到PT2272芯片的10—13脚上。键盘输入命令经单片机处理后从P20—P23管脚经过光耦TLP521送到PT2262的10—13脚上。如图2为无线发送模块PT2262电路图。

图2无线发送模块PT2262

3.2 无线接收模块

PT2272接收到PT2262的数据后将其输入到单片机的14—17脚，单片机对数据进行处理后对直流电机进行控制，从而改变窗的开合度。PT2272的VT管脚是解码有效确认输出端（常低），当解码有效时VT管脚变成高电平（瞬态），单片机通过检测VT管脚的电平来完成对信号准确性的判断。如图3为无线接收模块PT2272电路图。

图3无线接收模块PT2272

3.3霍尔元件、光、温度、雨、风传感器模块

使用霍尔元件对窗开合程度进行监测，使用光敏电阻对光照进行监控，使用DS18B20对温度进行监控，使用雨滴触控开关对雨滴进行监控，使用风速传感器对风速进行监控。如图4为各类传感器电路图。

图4各类传感器电路图

3.4键盘输入模块

使用独立键盘编程简单，6个按键控制系统电路。如图5为键盘输入电路。

图5键盘输入电路

3.5液晶显示模块

本课设使用1602液晶组件显示窗的状态、室温、有无大风、是否下雨、白天黑夜、遥控操作与遥控状态。如图5为1602组件和单片机构成的显示终端电路图。

图5 1602组件和单片机构成的显示终端电路图

3.6 直流电机驱动模块

本课设采用L293D控制电机的正反转，L293D内部为双极型H-桥电路，电机可四限运行，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。在控制电机转动方向时有很好的效果。单片机的P00—P02口对L293D进行控制，P00口控制电机转与不转，P01

和P02控制电机的转动方向。如图6为直流电机驱动电路图。

图6直流电机驱动电路图

3.7系统电源模块

图7系统电源原理图

4 系统软件设计

本课设采用两片单片机（AT89C51），一片用于无线遥控模块的控制与信息的显示和键盘命令的输入，令一片用于接收处理各个传感器发来的信号以控制直流电机的运转，实现了题

目要求的功能。 4.1 主程序软件设计

主程序构成无限循环，主要完成单片机初始化，关中断，菜单显示内容初始化，按键扫描，电机运行，计时等功能。如图8为主程序设计框图。

关中断设置堆栈复位，初始化

显示有键操作？

键码分析命令键？数码键处理

Y

Y N

设定时间设定键电机控制键

电机工作

开始计时

到点了？

工作完成？电机停止

Y N

Y Y N

N

N

Y

图8主程序设计框图

启动主程序，先关中断并且设置堆栈，接着初始化寄存器，初始化显示内容；然后执行按键查询，执行相应的操作。如果是设定键，则设定时间，开始计时；到时间后步进电机开始相应的工作，工作完成后停机。如果是电机控制键，则也执行相应的工作。如果都不是，则是复位键，采取复位操作。 4.2 直流电机程序设计

直流电机程序设计的主要任务是： ★ 判断旋转方向； ★ 按顺序传送控制脉冲；

★ 判断所要求的控制位置是否传送完毕。

直流电机控制程序

传送正转的脉冲序列

传送反转的

脉冲序列

是正转吗？

传送位置是否完毕？

传送位置是否完毕？

返回

N

N

Y

Y

图9直流电机设计框图

4.3 键盘程序设计

按键的触点在闭合和断开时均会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，如不妥善处理，将会引起按键命令的错误执行或者重复执行。现在用软件延时的方法来避开抖动阶段。在判断是否有键闭合后都延时5ms ，按下键后再延时12ms 就可以避免键盘的抖动。然后键码分析，执行相应的模块，显示后返回。如图10为键盘程序框图。

开始调用显示子程序延时6ms

有按键闭合？2次调用显示子程序延时12ms 有按键闭合？

键码分析执行相应的模块

显示返回

Y

N

Y N

图10键盘程序框图

4.4 显示程序

显示程序开始后，起始地址60H 发送到R0，01H 发送至显示位代码R2，再将位代码发

送到单片机A口，，单片机取显示数据查表转换成显示代码发送至单片机B口，延时2ms，指针R0加1，然后判断6显示是否完成。如果完成则返回，没完成则位代码R2左移一位，继续显示查表，一直到6位显示完成后返回。如图11为显示程序框图。

显示子程序

显示器缓冲起始

地址60H→Ro

显示位代码01H→R2

位代码R2→89C51

取显示数据查表转换

成显示代码→89C51

延时

指针R0加1

N

6位显示完吗？R2左移1位

Y

返回

图11显示程序框图

4.5 定时程序设计

定时的主要功能是在设定时间单片机能够得到中断信号，从而控制窗帘的开关。时钟发出50ms的信号给单片机，计数器计数，当计数到20，则过了1秒，秒单元数值加1，当秒单元到达60，分单元数值加1，秒单元清零。当时单元到达24，时单元清零。标志1天时间计满，把他们的值放到存储单元的指定单元。图12为定时程序框图。

开始

现场保护，重置初值，启动下一个50ms

50ms ，计数器加1

秒单元加1，50ms 计数器清零，秒写入秒个位和秒十位计数器=20？

秒单元=60？

分单元加1，秒单元清零，分写入分个位和分十位分单元=60？

时单元加1，分单元清零，时写入时个位和时十位

时单元=24？

时单元清零

返回

Y N

Y

Y

Y

N

N

图12定时程序设计框图

总结

利用单片机芯片和各种传感器实现窗自动控制功能，模仿了现实生活中智能家居，使人们的生活变得更简单。系统包括温度、光照强弱、雨水、大风天气等对现实生活的影响，实现了比较人性化的开关窗功能，这个是电子设计带给我们大家收益颇多的地方。

本次课设为智能窗自动控制系统，介绍了窗自动控制系统硬件电路设计到软件设计的以系列步骤。本设计采用直流电机作为执行元件，以光敏电阻等作为传感元件的传感器作为检测元件，AT89C51单片机作为控制芯片，辅助键盘和显示，实现了智能窗自动控制系统的多项智能项目。

纵观整个设计系统，单片机使用了熟悉的AT89C51单片机，从而使整个控制芯片了如指掌。熟悉的控制芯片设计起来也是得心应手。所用芯片简单实用，减少了开发和硬件开销。传感器部分使用光敏电阻，可以持续性的检测外界光强变化，通过电桥电路后的信号进入比较器，可以得出一个信号，通过单片机的脉冲信号进而控制步进电机的运行。本设计的直流电机可以很好的执行单片机的命令。直流电机为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点。使得窗的开关更加的准确，稳定。设计的时钟电路配合单片机的定时功能，加上光电传感器的检测光强很好的解决了自动控制这项功能。

同时，由于设计的时间和能力有限，还有许多功能和技术没有充分研究，如解决光电开关的滞回特性，可以使用施密特电路来完成，无奈时间有限。控制器固定，没有蓝牙和红外控制功能。而且没有完成实物的设计，这不得不说是一个遗憾。但是，一个完整的毕业设计过程，让我掌握了单片机系统和电子操作软件等方面的知识，尤其在动手能力方面有很大的提升，也给今后更成功、完善的设计打下坚实的基础。