帶紅外遙控的單片機(jī)自動(dòng)窗簾程序設(shè)計(jì)資料

(1)熟悉51單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C語言編寫工程文件；
              (2)熟練應(yīng)用所選用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源，以及軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法；
              (3)自行構(gòu)建基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；
              (4)理解智能窗簾的原理和掌握實(shí)現(xiàn)方法。

方案一：采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，LED數(shù)碼管價(jià)格雖適中，對(duì)于顯示數(shù)字也最合適，而且采用動(dòng)態(tài)掃描法與單片機(jī)連接時(shí)，占用的單片機(jī)口線少。但是由于數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描需要借助74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，該芯片在電路調(diào)試時(shí)往往會(huì)有很多障礙，所以不采用LED數(shù)碼管作為顯示。

方案二：采用LCD液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大，可顯示大量文字、圖形。顯示多樣、清晰可見，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，一個(gè)1602的液晶屏即可，價(jià)格也還實(shí)惠，所以此設(shè)計(jì)中采用LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊。

方案一：直接采用單片機(jī)定時(shí)計(jì)數(shù)器提供秒信號(hào)，使用程序?qū)崿F(xiàn)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。采用此種方案雖然可以減少時(shí)鐘芯片的使用，節(jié)約成本，但是，實(shí)現(xiàn)的時(shí)間誤差較大、時(shí)間算法復(fù)雜、無法實(shí)現(xiàn)掉電走時(shí)。所以不采用此方案。

方案二：采用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。

因此，本設(shè)計(jì)中采用方案二的DS1302提供時(shí)鐘。

方案一：使用直流電機(jī)來作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開合。此方案的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)轉(zhuǎn)速能達(dá)到很高，從而實(shí)現(xiàn)窗簾的快速開合。其缺點(diǎn)是電機(jī)速度過高時(shí)，給出停轉(zhuǎn)信號(hào)后，由于慣性會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，窗簾也隨之繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)對(duì)窗簾框架造成損害；速度過低，則可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)不能克服阻力，因而不能帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)。

方案二：使用步進(jìn)電機(jī)作為來作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開合。此方案的優(yōu)點(diǎn)是給出停轉(zhuǎn)信號(hào)后，會(huì)立即停轉(zhuǎn)，不會(huì)對(duì)窗簾框架造成損害，且其扭矩比直流電機(jī)大，便于帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)；其缺點(diǎn)是價(jià)格比直流電機(jī)稍貴。

綜上所述，選擇方案二作為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)窗簾運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)窗簾的開合。

整個(gè)系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心器件，配合電阻電容晶振等器件，構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其中包括，顯示設(shè)備使用1602液晶，可以同時(shí)顯示年、月、日、時(shí)、分、控制模式、光照強(qiáng)度等基本信息；時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片，初始化之后，就會(huì)開始運(yùn)行計(jì)算時(shí)間，單片機(jī)只需進(jìn)行時(shí)間信息的讀取即可；光照檢測電路采用光敏電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC549，將模擬量數(shù)字化并顯示出來；窗簾使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行代替模擬，同時(shí)配有一個(gè)LED燈用來指示窗簾當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)；本設(shè)計(jì)可以通過5個(gè)按鍵作為操作輸入設(shè)備，可以對(duì)當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行調(diào)整設(shè)置和設(shè)置窗簾開關(guān)時(shí)間和光控閾值等；還可以通過遙控器來進(jìn)行開關(guān)窗簾，最后是供電采用常用的USB 5V進(jìn)行供電。

2.1.2 系統(tǒng)框圖

STC89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合，如圖2-3所示 。

圖2-3 STC89C52引腳圖

STC89C52的最小系統(tǒng)如圖2-4所示，整個(gè)最小系統(tǒng)由三個(gè)部分組成，晶振電路部分、復(fù)位電路部分、電源電路等三個(gè)部分組成。由于STC89C52的P0口是漏極開路輸出，因此在P0口接了一個(gè)10K的排阻R1，使得P0口可以作為普通的I/O口使用，本設(shè)計(jì)用P0口來做液晶的數(shù)據(jù)口。

振電路包括2個(gè)30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。電容的作用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33pF。

圖2-4 最小系統(tǒng)                  

本系統(tǒng)顯示采用了工業(yè)字符型液晶模塊1602，可顯示2行16個(gè)字符，能方便顯示英文字母大小寫、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用符號(hào)等。通過自定義還可顯示簡單的漢字。

液晶模塊的電路的連接圖如圖2-5所示，第1腳和第2腳分別接到了電路的GND和VCC，這2個(gè)腳是液晶工作的電源輸入腳。第3腳通過一個(gè)10K的電位器連接到地端，可通過調(diào)節(jié)該電位器來調(diào)節(jié)液晶的對(duì)比度。第4腳是液晶的寄存器控制腳，接到了單片機(jī)的P13腳上。第5腳是液晶的讀寫控制腳，接到了單片機(jī)的P14腳上。第6腳是液晶的使能腳，接到了單片機(jī)的P15腳上。第7腳到第14

腳是液晶的數(shù)據(jù)/地址8位總線，接到了單片機(jī)的P0口上。最后第15腳和第16腳是液晶的背光電源腳，直接連接系統(tǒng)VCC和GND。

本文介紹的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.0V～

5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采

DS1302模塊的電路圖如圖2-6所示，第1腳和第4腳分別接到了電路的VCC和GND，這2個(gè)腳是芯片工作的電源輸入腳。第8腳接了一個(gè)3V的紐扣電池作為時(shí)鐘芯片的后備電池，可以保證斷掉主電源后時(shí)鐘繼續(xù)行走。第2和第3腳接了一個(gè)32.768K的晶振給芯片提供時(shí)鐘脈沖，最后，第5、6、7依次連接到單片機(jī)的IO口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。

圖2-7 光照強(qiáng)度采集電路    轉(zhuǎn)換速率為 40000HZ，4MHZ典型內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，電源為 3V至 6V。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測控應(yīng)用系統(tǒng)。

本設(shè)計(jì)的智能窗簾有光控自動(dòng)開關(guān)的功能，因此必須采集環(huán)境中的光照強(qiáng)度，以便進(jìn)行光照強(qiáng)度的計(jì)算和窗簾開關(guān)的控制。光照強(qiáng)度采集使用的方案是光敏電阻，由于光敏電阻采集到的是光照強(qiáng)度的模擬量，因此使用ADC0832將光照模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。該模塊的電路圖如圖2-7所示。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓�位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。

由于單片機(jī)IO口直接輸出的電流非常弱，沒辦法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)

圖2-8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路                       動(dòng)，因此需要在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間加多一個(gè)TI公司生產(chǎn)的高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列芯片ULN2003作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2-8所示。

鍵盤是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法，延時(shí)法的原理為：因?yàn)椤懊�刺”脈沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾ms，而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。

本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有5

圖2-10 按鍵電路                  個(gè)按鍵，分別是“模式切換”、“設(shè)置時(shí)間”、“設(shè)置閾值”、“減”、“加”，故采用了獨(dú)立鍵盤的方式，按鍵的連接圖2-10所示。

遙控器用法：手動(dòng)模式下按遙控器左右按鍵可以開關(guān)窗簾

圖2-11 遙控模塊

本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3-1所示，最開始先進(jìn)行液晶和時(shí)鐘芯片的初始化，然后就進(jìn)入了一個(gè)循環(huán)處理的過程。包括先讀取時(shí)鐘芯片的日期時(shí)間數(shù)據(jù)，然后在1602液晶上面顯示出來，接著讀取光照強(qiáng)度并顯示。再往下就是按鍵掃描，如果檢測到有按鍵按下去了，則根據(jù)不同的按鍵進(jìn)行不同的任務(wù)處理。然后根據(jù)不同的模式，進(jìn)行不同的窗簾開關(guān)控制。如果是手動(dòng)模式的話，則根據(jù)開窗簾鍵和關(guān)窗簾鍵對(duì)窗簾進(jìn)行開關(guān)控制；如果是定時(shí)模式的話，則根據(jù)設(shè)置的開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間對(duì)窗簾進(jìn)行控制，而如果是光控模式的話，則判斷當(dāng)前光照是否高于設(shè)置的控制閾值，是的話則關(guān)閉窗簾，相反則開啟窗簾。至此完成一次循環(huán)的過程。

4 系統(tǒng)測試與分析

說明：仿真實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)、定時(shí)和自動(dòng)三種模式，遙控沒有實(shí)現(xiàn)，但實(shí)物是有遙控模式的。光照強(qiáng)度大小是通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值來模擬的，窗簾的開和關(guān)是通過步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)模擬的。步進(jìn)電機(jī)的工作方式為四相單四拍，本次模擬的窗簾是對(duì)開的，當(dāng)開的時(shí)候，左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)關(guān)閉窗簾時(shí)，左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)。 而且在窗簾打開的時(shí)候，P3.1口的燈會(huì)亮，關(guān)閉的時(shí)候，P3.1口的燈會(huì)滅。

首次運(yùn)行時(shí)，1602第一排顯示現(xiàn)在的時(shí)間，第二排顯示模式手動(dòng)和當(dāng)前光照值。電機(jī)的角度為0°，光照值閾值設(shè)置為40。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖4-1 手動(dòng)打開窗簾                             圖4-2 手動(dòng)關(guān)閉窗簾

當(dāng)模式切換到手動(dòng)模式下，當(dāng)按下加(手動(dòng)開啟)按鍵，左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+45°，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，并且燈會(huì)亮。如圖4-1顯示。

當(dāng)按下減(手動(dòng)關(guān)閉)按鍵，左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示+45°，并且燈會(huì)滅。如圖4-2顯示。

圖4-3 定時(shí)打開窗簾                             圖4-4 定時(shí)關(guān)閉窗簾

當(dāng)模式切換到定時(shí)模式下，到打開時(shí)間，左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+45°，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，并且燈會(huì)亮。如圖4-3顯示。

到關(guān)閉時(shí)間，左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示+45°，并且燈會(huì)滅。如圖4-4顯示。

圖4-5 自動(dòng)打開窗簾                           圖4-6自動(dòng)打開窗簾

當(dāng)模式切換到自動(dòng)模式下，光照的閾值設(shè)置為40。當(dāng)光照值為43，超過設(shè)定的閾值，左側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+45°，右側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，并且燈會(huì)亮。如圖4-5顯示。

當(dāng)光照值為35，低于設(shè)定的閾值時(shí)，左側(cè)電機(jī)反轉(zhuǎn)，角度最后顯示為+135°，右側(cè)電機(jī)正轉(zhuǎn)，角度最后顯示+45°，并且燈會(huì)滅。如圖4-6顯示。