基于单片机光控自动窗帘毕业论文.doc

基于单片机光控自动窗帘系 部： 电子信息工程系 学生姓名： 专业班级： 电子09C3 学 号： 指导教师： 2011 年 12 月 18 日声 明本人所呈交的“基于单片机光控自动窗帘”，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名： 日期： 2012年02月2日一、前言 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。本次设计是基于单片机技术，以光控开关为主要辅助工具进行的一次设计，将单片机技术融入基本电路中，为更好的实现设计成果。光控自动窗帘这一设计，配上必要的电源电路，同时利用光感开关对于光源的接收传递信息，并用单片机作为核心进行操控。光控开关对于外界的光源有着很强的感知，通过白天黑夜所产生的光源的不同，从而使窗帘在一定的范围内进行开闭。 关键词：单片机，光控开关Preface currently microcontroller penetrated into every aspect of our lives, it's almost impossible to find which areas no traces of single-chip microcomputer. widely used in all kinds of intelligent IC card, civil limousine security systems, video recorders, cameras, full automatic washing machine control program, as well as toys, electronic pets and so on, these are inseparable from the single chip microcomputer. Not to mention the field of automatic control of robot, intelligent instrument, medical equipment and all kinds of intelligent machinery. Therefore, the single-chip learning, development and application of computer application will create and intelligent control of the scientist, engineer.The design is based on single chip technology, the light switch as the main tool for a design, computer technology into the basic circuit, in order to better realize the design results.Control automatic curtain of this design, coupled with the necessary power supply circuit, while the use of optical switch for the light source receiving transmission of information, and using MCU as the core control. Optical switch for external light source has a very strong sense, by day and night light source generated by different, so that the curtain in a certain range of opening and closing. Key words: single chip microcomputer，Light switch。摘 要.1第一章 设计方案.02第二章 硬件设计.05第三章 软件设计.09第四章 总结.12第五章 参考文献.13摘 要（1）电路能够通过感应装置，检测到光线的强弱（2）电路根据光线的强弱，自动将窗帘打开和关闭（3）电路能够在窗帘接触到边沿时，自动切断电源的要求，我们设计了这个光控自动窗帘的电路。 首先 电路要求有装置能感应到光照的强弱。这就要求电路中必须有一个感光电路，在电路中我选用光敏电阻作为感光电路。它对光的变化非常敏感，在光的照射下，阻值会明显变小。利用这一特性可进一步设计下面的控制电路。 其次 电路能够根据光线强弱将窗帘打开和关闭。这是本次设计的主要部分即控制电路。由光敏电阻的特性可知，光照会引起它的阻值的变化，而阻值的变化又会引起电路中电压或电流的变化。因此控制电路器件可选用压控或流控的器件，在电路中我们选用了压控的运算放大器和晶体管来构成主控电路。首先运放输入电位的高低可控制输出电平的高低，运放的输出接着由晶体管组成的开关电路。根据输出的不同，晶体管或导通或截至，从而控制电机或工作或停止。由要求可知，窗帘有两个动作：打开和关闭。因此要求电机正转或反转。那么电路中一个对称的控制电路来控制电机的正反转。它们的不同之处在于与直流电机正负极的连接方向不同而已。 最后 就是制动电路。根据要求窗帘接触到边沿时，自动切断电源。根据晶体管低电平截至的特性，我们在两组三极管组成的开关电路前加上了两个接地开关，当窗帘拉开或关闭到位时，将会接触到开关，使得开关闭合，那么晶体管将截止，电机将停止工作。这就达到了控制窗帘到位后切断电源的要求。第一章 设计方案本例介绍一款采用集成运放电路制作的光控自动窗帘电路，它是利用环境光线的照射来实现窗帘的自动开合（窗帘在清晨能自动拉开，在傍晚能自动关闭）。   其基本设计框架图如下光感应电路电加深对单片机的全面认识，熟练掌握单片机的功能机正转电路电机反转电路自动停转电路电源电路图1.1简易窗帘自动开闭电路的总体框图 光控自动窗帘的电路工作原理如图2所示，该光控自动窗帘电路采用集成双运算放大电路ICI和光敏电阻器RG作为主要控制元件。光敏电阻器RG与运算放大器IC、电位器RP1、RP2等构成控制电路。在清晨，环境光线较强，光敏电阻器RG呈低阻值状态，使IC的 2脚电压较3脚电压高，Ic的5脚电压较6脚的电压高，IC的1脚低电平，7脚输出高电平，使晶体管V1-V3均导通，V4-V6均截至，电动机M正转，驱动窗帘拉开。当窗帘拉合到位后，滑动触头开关S1被触动而接通，使VI的 基极变为低电平，V1-V3均截至，电动机M停转。当夜幕降临时，环境光线较弱，光敏电阻器RG的阻值变大，使IC的3脚电压高于2脚的电压，1脚输出高电平，使晶体管V4-V6均导通，电动机M反转，驱动窗帘拉和。当窗帘拉和到位后，滑动触头来关S2被接通，使V4的基极变为低电平，V4-V6截至，电动机M停转。调节电位器RP1、RP2的 电阻值，改变IC的 2脚电压和5脚电压的高低，是使清晨时IC的 7脚输出高电平，1脚输出低电平；而傍晚时IC的1脚输出高电平，7脚输出低电平即可。图 2光控自动窗帘的电路图第二章 硬件设计一 感光电路该电路中感光电路主要由一个光敏电阻组成。 光敏电阻与碳膜电阻和金属膜电阻不同，它对光的变化非常敏感，在光的照射下，阻值会明显变小，所以脚它光电导器件。 制作光敏电阻的半导体材料有硅、锗、硫化镉等，常见的对可见光敏感的是硫化镉光敏电阻。光敏电阻的符号如下图3所示。 光敏电阻的结构简单，它是在陶瓷基片上积淀一层光 图1.2.2光敏电阻敏半导体，再接上两根引出电极组成的。 该电路中的 RG选用硫化镉光敏电阻。二 控制电路 控制电路图由两个运算放大器和六个晶体管组成。如下图： 图1.2.3控制电路如图4控制电路是一个对称电路，由于光敏电阻使得放大器的输入不同，导致输出不同。从而控制下面的三极管或导通或截至，进而实现对电机正反转（窗帘的拉开和拉和）的控制。当窗帘拉开或拉和到位时，会使滑动接触开关S1或S2闭合，这样六个晶体管都会截至，是电机停止运转，即窗帘停止滑动。该控制电路是这个设计的最主要的部分，他主要由晶体管、运算放大器和稳压管组成。集成运算放大器集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输入电阻的多级直接耦合放大电路，它的种类很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，如下图7表示集成运放的内部电路组成的原理框图。差分输入级电压放大级输出级偏置电流 图1.2.6集成运放的内部电路组成的原理框图 如图7集成运放的输入级一般是由BIT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能。它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或如图1.2.7集成运放多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电 阻，提高带负载能力。偏置电路是为个级提供合适的工作电流。 一个简单运放的原理图如下图9示。T1H和T2对管组成差分式放大电路，信号有2双端输入和单端输入。为了提高整个电路的电压增益，图1.2.8简单的运算放大电路电压放大级由T3、T4组成复合管共射级电路。由T5、T6所组成的两级电压跟随器构成的电路输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压为零时，输出电压等于零。R7和D组成低电压稳压电路以供给T9的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。由此可见，运算放大器有两个输入端与一个输出端3。运放是该控制电路的主要控制器件。由于正负端输入的电位不同导致输出的电平不同，控制着晶体管的导通和截至，进而控制电机的正反转即窗帘的拉开和拉和。该电路中一般选用TL072型双集成运算放大器。稳压管稳压管又称齐纳二极管，是一种特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管。代表符号如右图10所示。这种管子的杂质浓度比较大，空间电荷密度也大，因而该区域很窄，容易形成强电场。当反向电压加到某一定值时，反向电流急增，产生反向击穿，此时的反向击穿电压即稳压管的稳定电压。稳压管的稳压作用就在于，电 图1.2.9稳压管流增量很大时，只引起很小的电压变化。 该电路中的稳压管主要用来稳定运放的电压和晶体管的电压，电路中的VS1选用1/2W、3.6V稳压二极管，例如1N5989B等信号；VS2、VS3选用1/2W、3V的 IN4372或IN5987B型稳压二极管。第三章 软件设计本系统中单片机微处理器的主要任务是完成对HS3008接收到的红外信号的控制与处理，从而完成对相应控制单元的控制。主程序首先完成初始化，然后启动HS3008等待接收控制指令，进行相应的输出操作4。系统流程图如图5所示。 单片机对接收到的红外信号控制指令通过P3.2口来完成，其对应第二功能时为外部中断0(INT0)，通过接收到不同的红外信号脉冲实现相应的操作。程序中重要的子程序有：串口初始化、串口接收中断以及红外信号处理子程序等。当串口设置完毕、程序初始化后，程序对P3.2口进行实时检测，一旦检测到有低脉冲到来，则进行解码后，提取相应的子程序以实现对电机的控制。当接收到手动控制信号时，则直接对电机进行控制，实现窗帘的拉开、关闭或停止；当接收到半自动控制信号时，操作者只需按下拉开或关闭按钮来程序执行，从而实现窗帘拉开或关闭。对于电机如何停止的问题，本设计在窗帘滑杆上安装了微动开关，一旦窗帘拉动到指定位置就会触碰微动开关，从而送给单片机一个低脉冲，单片机在接收到低脉冲后，则认为窗帘已完全拉开或关闭，调用程序实现电机的停止转动；当接收到光控信号时，单片机调用相应的程序，驱动光敏二极管检测环境亮度，根据检测结果，实现窗帘的拉开或关闭。电机的停止也如同半自动控制，如此实现窗帘的自动控制。 电机的工作状态还可通过数码管显示出来，程序的编写很简单，通过不同的数字表示相应工作状态。与此同时，还可以通过鸣响提示电路提示电机正在工作，以避免多次按下按钮使单片机进行误操作，造成死机。 基于单片机的智能遥控窗帘的设计，在实时性要求较低的测控与采集系统的应用中具有很好的发展前景和应用价值。在国内外，自动调光窗帘成为人们家居生活的首选布置。本文介绍的自动调光窗帘利用红外遥控实现了其控制功能，在设计过程中遇到了一些典型的问题，但采取了相应的措施： (1)电机驱动问题。电机的驱动电压为5 V，但是经过三极管的降压后，电机驱动能力明显下降，为了增大电机驱动能力，在控制部分与电机执行部分加了4N25光耦隔离，将两部分隔离开来，外接12 V电压，以增大电机的驱动能力。(2)电机停机问题。单独靠程序来实现电机的停机，对时间控制的要求非常高，且不易实现。如果通过继电器来实现停机也可以，但由于继电器响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高，故采用了微动开关，通过送单片机低脉冲来实现电机停机，实时性也很好。待添加的隐藏文字内容2第四章 总结经过将近4个月的努力，本次课程设计顺利地完成了！这一过程让我学得了很多平时没有学到的知识。加深对单片机的全面认识，熟练掌握单片机的功能本次课程设计是主要是对单片机知识的一次综合运用,也是由理论结合实践的第一步,为我以后的学习奠定了良好的基础。经过这次课程设计，我对单片机系统有了更加清楚地认识，知道了所学知识的重要性，对设计的过程与步骤以及应注意的细节都有了更为深刻的理解和领会。设计中遇到了许多平时没有遇到的问题，但是，在钱老师的精心指点,以及在同学的帮助下，基本上得到了解决。第五章 参考资料1.何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2.姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月3.王澄非，电路与数学逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5.康华光，电子技术基础，高教出版社，2003