自動窗簾控制設計—畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 計的重要環節。本章從人們對器功能需求出發，在綜合考慮各種因素的情況下，設計出自動控制器的總體構架，并且在基本功能需求的基礎上盡可能考慮器的可擴展性。 一、系統基本功能 A、手動控制狀態：此功能使自動窗簾控制器具有手動拉開、關閉和停止功能。 B、半自動控制狀態：此功能是在要打開或者關閉窗簾的時候，通過“開”或“關”按鍵，窗簾在電機的帶動下可以 自動開閉。 C、亮度自動控制：此功能是利用設定的光照強度自動完成窗簾的打開或者 6 關閉，真正實現黑天關閉，白天打開的功能。 D、時間自動控制：此功能根據用戶需要，設定需要開閉窗簾的時間，通過輸入的開啟或關閉時間，控制窗簾開關。 二、控制器總體結構設計 自動窗簾控制器設計的總體框圖如圖 23 所示： 圖 23 電動窗簾控制器結構框圖 根據光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到 A/D轉換器，由于 A/D轉換器件的轉換需要一定時間，一旦在這段時間內信號發生變化，轉換結果將會出現偏差，所以在轉換期間要應該采用采樣保持電路。傳入的信號由 89C51單片機來控制，并且做出響應，以實現電機的正轉、反轉與停止。顯示模塊是用來顯示自動窗簾控制器的各種狀態。鍵盤作為輸入設備，通過不同按鍵來控制單片機進行各種運轉狀態。 7 第三章 硬件分析與設計 第一節 電源電路設計 單片機正常工作電壓為 5V，因此設計的電源電路主要是提供單片機工作電壓。圖 4 是為單片機提供電壓的電源電路。在這個電路中采用了三端集成穩壓器 LM7805，可以輸出 5V 的直流電壓以供給單片機。 圖 31 電源電路圖 三端集成穩壓器 LM7805，總共有三條引腳，分別是輸入端、接地端和輸出端。用 LM78\LM79 系列三端穩壓器來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路 ，使用起來可靠、方便。其內部結構圖如圖 5 所示。 圖 32 LM7805內部示意圖 8 第二節 89C51 單片機及相關電路 一、 89C51 單片機概述 單片機是將中央處理器（ CPU）、隨機存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM 或 EPROM）、定時器芯片和一些輸入 /輸出接口電路集成在一個芯片上的微控制器。 AT89C51 單片機是低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機，片上帶有 8K Flash 存儲器，且允許在器改寫或用編程器編程。其 主要參數有 ： 圖 33 AT89C51 引腳圖 A、 4K 字節可編程閃爍存儲器 。 B、全靜態工作： 0Hz24MHz。 C、 128*8 位內部 RAM。 D、 32 可編程 I/O 線 。 E、兩個 16 位 定時器 /計數器 。 F、 5 個中斷源 。 G、低功耗的閑置和掉電模式 。 H、片內振蕩器和時鐘電路 。 9 二、晶振電路 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產生基準頻率的。通過基準頻率來控制電路中的頻率的 準確性。同時，它還可以產生振蕩電流，向單片機發出時鐘信號。 圖 34 是單片機的晶振電路。片內電路與片外器件就構成一個時鐘產生電路， CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 24MHz 之間選取。 C C2 是反饋電容，其值在 20pF～ 100pF 之間選取，典型值為 30pF。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。 振蕩周期＝ 圖 34 單片晶振電路圖 三、復位電路 復位電路的主要功能是使單片機進行初始化，在初始化的過程中需要在復位引腳上加 大于 2 個機器周期的高電平。復位后的單片機地址初始化為 0000H，然后繼續從0000H 單元開始執行程序。在復位電路中提供復位信號，等到器電源穩定后，再撤銷復位信號。但是為了在復位按鍵穩定的前提下，電源穩定后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復位。圖 35 所示的 RC 復位電路可以實現上述基本功能。 10 圖 35 復位電路圖 四、時鐘電路 DS12887 芯片和 AT89C5l 單片機的接口電路如圖 36 所示： 圖 36 時鐘電路圖 其中 DS12887的模式通過選擇腳 MOT接地 來確定， DS12887的中斷輸出端 IQR和 11 89C51的外部中斷 INT0接 口相聯 ， R/W 接口與單片機 89C51的 RD/WR接口相連；而DS12887的 AS端口和單片機 89C51的 AIE端直接相聯。 DS12887的 SQW端與單片機 89C51的 TO端相連。 DS12887的高位地址由端口 P2． 7來片選， DS12887的高 8位地址設定為 7FH，低 8位由芯片內部各單元的地址來定。 DS12887內部由振蕩電路，分頻電路 ，周期中斷 /方波選擇電路， 14字節時路，電源開關寫保護單元和內部鋰電池等部分組成。 DS12887引腳分配如圖所示： 圖 37 DS12887引腳分配圖 五、鍵盤電路 在窗簾控制器設計中的鍵盤采用的是 4 4 矩陣鍵盤。這 16 個按鍵分別為：設定鍵主要是用來設定自動窗簾打開或者關閉的時間； 09 數字鍵，其作用主要是用于設定時間；復位鍵主要應用在程序出錯以及誤操作的時候使單片機復位，從而重新設定；反轉鍵是使步進電機反轉，控制窗簾關閉；正轉鍵是使步進電機正轉，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進電機停止工作，窗簾控制器停止運行；確定鍵主要是用于在時間設定完成后的確定輸入。 12 圖 38 鍵盤接口電路 六、顯示電路 顯示電路主要是用于顯示時間。采用 LED 數碼管進行顯示是因為 LED 數 碼管具有以下幾個優點： (1)能在低電壓、小電流條件下驅動發光，能與 CMOS、 ITL 電路兼容。(2)發光響應時間極短 ( s)，高頻特性好，單色性好，亮度高。 (3)體積小，重量輕，抗沖擊性能好。 本設計采用的是 4 位 LED 數碼管的串行驅動電路來達到顯示的目的。驅動器采用74LS164，由單片機 89C51 的 和 來控制 LED 數碼管的顯示。顯示電路圖如39 所示。 13 圖 39 顯示電路 74LS164 是 8 位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。其引腳及各個引腳的作用如下圖 310 所示： 14 圖 310 74LS164 引腳圖 表 31 74LS164引腳說 明 七、 A\D 轉換電路 A/D 轉換的作用是進行模數轉換，把接收到的模擬信號轉換成數字信號輸出。 ADC0809 的 主要特性有： A、 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉換器，即分辨率為 8 位。 符號 引腳 說明 DSA 1 數據輸入 DSB 1 數據輸入 Q0~Q3 3~6 輸出 GND 7 地 (0 V) CP 8 時鐘輸入（低電平到高電平邊沿觸發） /MR 9 中央復位輸入（低電平有效） Q4~Q7 10~13 輸出 VCC 14 正電源 15 B、具有轉換起停控制端。 C、 轉換時間為 100μ s(時鐘為 640kHz 時 )， 13