智能窗簾控制裝置(畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 一種經濟的多路數據采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉換結果通過三態輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統數據總線相連。 通道選擇表 ，其中74LS373為鎖存器，當三態允許控制端 OE 為低電平時，O0O7 為正常邏輯狀態，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時，O0O7 呈高阻態，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。 ADC0809與單片機連接示意圖 光敏傳感器窗簾自動控制系統的光控功能是可以根據光照的強弱來自動控制窗簾的開閉的，因此需要用到光照傳感元器件，在本設計中采用了光敏電阻。光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用于照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。光敏控制電路是由運算放大器組成比較電路，在運算放大器同相輸入端用兩個電阻分壓，得到的電壓值作為基準電壓，在反相輸入端則用光敏電阻對光進行采集，由于光敏電阻具有根據光照強度阻值變化的特點，可以得到反向輸入端的電壓值。然后將得到的兩組電壓值進行比較，比較后的信號經過A/D轉換送入單片機89C51的P1接口，單片機處理后輸出命令控制電機正轉或者反轉，以實現通過光照控制窗簾的開關功能。本設計采用了型號為GL3526的光敏電阻。 光敏傳感器 步進電機步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應的增量位移或步進運動。正常運動情況下，它每轉一周具有固定的步數；做連續步進運動時，其旋轉轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。下圖為步進電機運行原理圖。控制指令脈沖控制單元反饋與保護功率驅動電路單元步進電機 在步進電機控制電路中，步進控制器的作用是把輸入脈沖轉換成環型脈沖，以控制步進電機的轉向。在實際應用中由軟件代替步進控制器，其優點是使線路簡化，降低成本，可靠性提高。在窗簾控制系統中選用了型號為24BYJ48 12VDC 1/16的四相反應式步進電機，該步進電機有5根引線，排列次序如下：1：紅色、2：橙色、3：黃色、4：粉色、5：藍色。 采用51驅動ULN2003的方法進行驅動， 其優點是力矩大，精度高，176。 步進電機電路與單片機的連接自動窗簾控制系統的驅動器可以選用大功率復合管，也可以是專門的驅動器，比如光電隔離器，采用光電隔離器一是可以抗干擾，二是起到電隔離的作用。這樣可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾，防止強功率的干擾信號影響主控部分。另外，一旦驅動電路出現故障，也可以隔離較大的電壓，不致串入單片機而使其損壞。步進電機的驅動電路也有很多種，最為常見的是單電壓驅動，雙電壓驅動以及細分驅動等。 信號校正電路在模擬信號采集過程中，難免會碰到采集信號過于微弱，難以接收到，此時必須采用一個信號放大電路對信號進行一定倍數的放大才能滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求，并且放大器還不能產生干擾信號，因此必須選擇一種符合要求的放大器。此外，進行信號采集時，采集到的信號不僅是有用的信號，還有很多干擾信號，應該選用具有頻率選擇作用的濾波器，這樣可以比較有效地濾除噪聲和分離各種不同信號,在本設計中采用了低通濾波器。積分運算電路具有低通特性，而通帶放大倍數取決于電阻組成的負反饋網絡，故在積分運算電路中電容上并聯一個電阻，得到反相輸入一階低通濾波電路，該電路具有放大和濾波功能。 放大濾波電路 窗簾框架構造設計窗簾框架構造設計包括窗簾微動開關連接電路設計和窗簾架的制作與設計。本設計中的微動開關通過電容、電阻組成的復位電路與單片機的復位引腳相連，微動開關安裝在窗簾滑桿上，當窗簾移動到預定位置時，觸動微動開關，使單片機復位，此時電機停轉，窗簾停到指定位置。 窗簾框架構 電機選擇本設計選用型號為：24BYJ48 12VDC 1/16 的直流電動機，其優點是力矩大，精度高，大大增加了本設計的可利用性。 24BYJ48 12VDC 1/16直流電機 性能參數： :12VDC :4相 :1/16 :176。/16 :4相8拍 :120Ω177。7%(20℃) :≥500Hz :≥800Hz (200Hz):≥ :≥ 本設計采用的是12V電源來作為直流電機驅動，計算轉數與扭矩如下：按上表參數計算電機在9V下的扭矩，N=最大空載轉數（運行電壓247。峰值電壓）=63（9247。12）=M=峰值堵轉扭矩（運行電壓247。峰值電壓）=(9247。12)=在9V的狀態下。第4章 程序分析與設計 主程序設計主程序主要完成系統初始化操作及各個子程序之間的聯系任務，主程序是無限循環，主要的功能是完成單片機初始化，開關中斷，對按鍵進行掃描，控制步進電機工作，控制計時器等。 主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分，步進電機控制部分、A\D轉換部分、單片機主控器件部分，各部分具有不同的子程序。主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內容；然后查詢按鍵操作，并且對按鍵進行分析以及處理，通過分析處理，對于設定鍵，則設定時間，到了設定的時間后步進電機工作。對于控制鍵，執行窗簾開閉的工作。如果經過分析后都不是，采取復位的操作。 主要子程序設計 鍵盤程序設計在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產生抖動，此時邏輯電平是不穩的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令的錯誤執行。解決這個問題的簡單方法是利用軟件延時。在單片機處理按鍵操作后都延時5ms，如果確定是按鍵后再延時12ms，這樣基本可以避免鍵盤的抖動。然后由單片機進行鍵碼分析，并執行相應的命令，顯示并且返回。 鍵盤程序流程圖按鍵設置采用了掃描法，要判斷鍵盤中有無鍵按下時將全部行線Y0Y3置低電平，列線置高電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置時，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。例如將單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。+5V。4根行線和4根列線形成16個相交點，這些交點即為鍵盤按鍵。 在單片機應用系統設計中，系統有兩性能很大一部分取決于鍵盤處理程序。在按鍵時按得快了沒有反應，按慢了一連響應幾次，總給人遲鈍感，不能使人滿意。在該設計中用以下思路設計的鍵處理程序。 首先要判斷有沒有鍵值，若有鍵值，再判斷是否為首次按下： （1）若首次按下：判斷是否與上次按下的鍵值相同 ：是否已經按下了300ms？ 1).若已經按下300ms則將此鍵做為連鍵處理。 2).若不是連鍵則判斷：是否按下20ms？ 1.若確認按下20ms，得到有效鍵值等待彈起 2. 若不是按下20ms直接結束處理（ret）。 （ret）。 （2）若不是首次按下：將鍵值暫存起來，標志置位結束處理。 如果無鍵值，則判斷是否有鍵值已被確認 （1）若有鍵已被確認：判斷按鍵是否首次抬起 ：判斷抬起延時時間（20ms）是否到達 1.若延時到則將標志處理結束處理。 2.若延時未到直接結束處理（ret）。 ：直接結束處理（ret）。 （2）若沒有鍵被確認：直接結束處理（ret）。 定時程序設計定時程序的主要作用是在用戶設定的時間后能夠使單片機收到一個中斷信號，從而發出相應的指令，控制窗簾的開關。時鐘芯片發出50ms的信號給單片機后，計數器開始工作，計數器記到20，則時間即為1秒，秒單元加1，當秒單元計數到60，分單元加1，此時秒單元清零。當時單元計數到24，時單元清零。 定時程序流程圖 步進電機程序設計步進電機是操控窗簾開閉的主要執行器件，其設計主要是按照單片機指令以及按鍵指令進行正轉或者反轉。 步進電機程序流程圖 步進電機程序設計的主要任務是：（1）判斷旋轉方向；（2）按順序傳送控制脈沖；（3）判斷所要求的控制步數是否傳送完畢。對于四相8拍的設計，其控制方式模型如下： 步 序 控 制 位工作狀態控制模型D相C相B相A相 100000011AB03H 200000110BC06H 300001100CD0CH400001001DA09HA組線圈對應 B組線圈對應 C組線圈對應 D組線圈對應 正轉次序: AB組BC組CD組DA組 (即一個脈沖,正轉 度) 總之，只要按一定的順序改變 ～ 三位通電的狀況，即可控制步進電機依選定的方向步進。而對于節拍比較多的控制程序，通常采用循環程序進行設計。結論 本次設計系統地介紹了自動窗簾控制系統的硬件電路設計以及軟件設計。在總體方案設計中以光敏電阻作為傳送信號的傳感器，用步進電機作為信號輸出的執行元件，89C51單片機作為主要的控制元器件，并且應用了按鍵以及和顯示電路。應用89C51單片機的優勢減少了硬件的復雜性，光敏電阻接收外界光照信號，經過A\D轉換后，傳送給單片機一個電信號，單片機經過處理后，控制步進電機做出相應的動作，以控制窗簾的開閉。在實現一般應用的基礎上，又添加了定時元器件電路，使窗簾的自動化性能得到進一步提升。光敏電阻的良好感光性以及步進電機的結構簡單，控制方便的優點使窗簾控制開關更加穩定。本次畢業設計的整個研究與設計過程包括選題、設計以及完善等。首先，在選題方面查閱了很多與題目有關的資料和課題并且制定設計方案，進行設計的總體規劃，然后將這些方案落實到設計環節中。其次，在制定的方案基礎上運用所學的知識對硬件以及軟件進行設計，并用相關軟件進行仿真設計。最后，對設計內容進一步修繕，以求達到最佳設計結果。雖然設計內容完成了基本的功能，但是其中還是存在一定欠缺，比如在設計中沒有考慮到窗簾工作方式的顯示以及沒有添加類似紅外遙控的設計等。 此次設計過程中，在完成設計任務之外也讓我系統性地認識和全面地掌握了單片機相關技術，從本次畢業設計中我更加深刻地認識到理念來源于實際的含義。在和同學以及老師的就相關問題的互相討論交流中，我認識到自己的很多不足，但在這些不足中我又學到了很多知識，使我的綜合應用能力有了很大提高。 致 謝經過這么長時間的忙碌，畢業設計和論文已經接近尾聲。在畢業設計的過程中，由于經驗的缺乏以及知識的局限性，難免有許多考慮不周全的地方，在選題，設計等方面，如果沒有龍老師的督促指導，沒有同學們的支持和幫助，單獨完成這個設計，其中還是有一定難度的。在論文完稿之際，我想借此機會對在完成畢業設計期間關心、幫助、支持和鼓勵過我的老師、同學以及朋友們致以最誠摯的謝意和最衷心的祝福！首先我要感謝的是我的指導老師，在完成整個畢業設計的過程中，老師給我提供了很大的幫助，在選題、設計以及修改論文的各個環節里老師給我指出了很多錯誤，提出了很多寶貴意見，對于設計中存在的問題也是耐心的回答和指導，讓我能夠順利的完成畢業設計。在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 其次要感謝的是所有在大學三年中教育指導過我的所有老師，你們傳授給我的專業知識是我完成本設計的基礎，也是日后踏入工作崗位的重要基石，對于老師們一絲不茍，兢兢業業的精神表示衷心的感謝。最后我還要向所有關心和支持我學習的朋友和同學們表示真摯的謝意！感謝你們對我的關心、關注和支持。參 考 文 獻，,2003.，:清華大學出版社，2004.，:清華大學出版社，2002.，:高等教育出版社，2001.，林珊，:機械工業出版社，2005.，:科學出版社，2002.：北京航空航天大學出版社 2004:高等教育出版社,1998. DATA SHEEP Philips Semiconductors . 單片機基礎. 北京：北京航空航天大學出版社，2001，朱兆優. 智能儀器原理與設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2005. 單片機應用技術. 陜西：西安電子科技大學出版社，2007. 電動機的單