PAGEPAGE020xx屆課程論文《基于單片機的智能光控窗簾設計》題目基于單片機的智能光控窗簾設計學生姓名學號所屬學院信息工程學院專業通信工程班級授課教師教師職稱副教授PAGE1目錄1引言 3研究目的和意義 32課題的研究內容 42.1技術方案的選擇 43系統結構與工作原理 53.1系統結構 53.2工作原理 54系統硬件設計 54.1整體設計模塊 54.1.1單片機的復位、時鐘電路 54.1.2光信號的模擬與判斷 64.1.3開關控制電路 74.1.4指示燈電路 84.1.5控制電動機正反轉電路 84.2系統整體電路 85軟件設計 95.2程序流程圖 96系統的不足和改進 136.1系統的不足 136.2系統的改進 137.心得體會 13參考文獻 14附錄 15基于單片機的智能光控開關設計摘要隨著社會的不斷進步，人們在智能化控制上的逐步認識和接受，并從多方面開始關注，尤其在生活方面做出了很多的努力。光照對人民生活是很重要的，人們可以根據光照的強弱選擇對窗簾的開關。它不僅適用于人們生活的住宅區，而且適用于工廠、辦公室、教學樓等公共場所。因此智能開關，在現代化的生活中，將起到重要的作用。為了能根據室外環境亮度實現窗簾自動拉合的設計需求，一種簡單的通過光照強度來控制窗簾的開關的開閉合，從而達到開關的自動斷開、閉合功能，其具有很強的適用性。提出了一種基于單片機控制的光控窗簾設計方案，并完成系統的軟、硬件設計。該系統的硬件部分主要利用光敏傳感器產生的信號作為單片機輸入信號，軟件部分采用C語言進行編程，能夠完成智能光控窗簾的自動拉合。同時，考慮到用戶習慣和天氣原因，本方案還設置了選擇開關，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。實際應用表明，該系統具有設計成本低、可靠性高的特點，達到了設計要求。關鍵詞：單片機光敏傳感器直流電動機C語言智能光控窗簾1引言隨著生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適度的要求也越來越高，具有裝飾、遮光并能進行自動開合的智能光控窗簾成為了現代家居生活的新寵。為了能根據室外環境亮度實現窗簾自動拉合的設計需求，本文提出了一種基于單片機控制的光控窗簾設計方案。研究目的和意義研究目的：通過這次的課題研究希望使自己在理清它的發展脈絡上進一步了解它的發明原理，將平時所學習的理論知識和技能運用到實際生活當中，這對提高自己的動手能力、創新意識，以及鍛煉我們的思維活動是一個很大的幫助。同時，通過這次的研究希望提高自己對社會普通科學知識的了解；增強自身的只是見解和設計論文的方法。研究意義：用光控制開關代替一般的開關，只有在光照達到一定強度時，才能使直流發動機開始工作，使得電路導通，而且發動機延遲一段時間就會自動斷開，因此節電效率很高，全自動智能控制，接線簡單，安裝方便，是公共場所照明開關的理想選擇。2課題的研究內容運用單片機可以設計出智能型的光控開關，電路設計好后，運用軟件編程來實現其功能，靈活方便，修改簡單，在使用過程中更加的安全節電，智能環保。2.1技術方案的選擇目前的聲控開關大多都是應用模擬電子技術進行設計，分立元件多，不可靠，而且許多聲控開關的平均使用壽命不長，主要是因為電路作頻繁的開關，啟動電流非常大，導致功率元件可控硅由于過載而損壞。如果在設計中采用開關電壓過零保護技術，可消除白熾燈開啟瞬間的大電流沖擊，有效地防止可控硅元件啟動時的電流過載，大大地延長了開關的使用壽命，并且可以起到保護燈泡的作用。如今單片機技術已經相當成熟，未來的發展方向趨向于運用單片機可以設計出智能型的聲控開關，電路設計好后，運用軟件編程來實現其功能，靈活方便，修改簡單。在使用過程中更加的安全節電，智能環保。首先單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。單片機的特點：（1）種類多，型號全；（2）提高性能，擴大容量，性能價格比高；（3）增加控制功能，向真正意義上的“單片”機發展；（4）低消耗；（5）C語言開發環境，友好的人機互交環境。單片機的優點：（1）使用壽命長；（2）運行速度越來越快；（3）低噪聲和高可靠性技術；（4）OTP與掩膜。綜上所述，單片機的特點和優點符合制作智能聲光控開關的條件，并且具有準確性和節能性。3系統結構與工作原理3.1系統結構本設計由單片機、傳感器和直流電動機組成，以AT89C51單片機[芯片為核心，運用光敏傳感器技術，將室外環境亮度作為單片機的控制信號，實現窗簾的自動拉合。同時,考慮到用戶習慣和天氣原因，本方案還設置了選擇開關，用戶在使用窗簾時可任意選擇自動或手動控制方式。當選擇自動控制模式時，單片機將室外環境光線亮度作為輸入信號，單片機控制程序根據光敏傳感器所產生的電流信號的強弱自動調節直流電機的正反轉，從而實現窗簾的自動拉合;當選擇手動控制模式時，單片機將手動控制開關作為輸入信號，單片機控制程序根據開關信號控制電機的正反轉，從而實現窗簾的手動拉合。3.2工作原理模擬光信號的采集，可以通過軟件來調節對光照的強度。單片機軟件實施對光度的判斷，決定窗簾的打開和閉合；由于個人或是其他原因用戶可以選擇手動開關窗簾。4系統硬件設計本系統硬件系統主要由傳感器、單片機、直流電動機三大部分組成，如圖1所示。光信號/手動光信號/手動89C51單片機直流電機圖1系統工作原理圖4.1整體設計模塊4.1.1單片機的復位、時鐘電路（1）單片機再開機時需要復位，以便使CPU及其他功能部件處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作，單片機應用程序必須以此作為設計的前提。（2）單片機執行指令的過程可分為取指令、分析指令和執行指令三個步驟，每個步驟又由許多微操作，這些微操作必須在一個統一的時鐘控制下才能按照正確的順序執行。如圖2：圖24.1.2光信號的模擬與判斷當光敏電阻收到光照的時候，電阻減小，運放同向輸入端為低電平，端口1輸出為低電平；當光照較弱時，電阻增加，運放同向輸入端為高電平，端口1輸出為高電平。光控電路的輸出信號經過電壓跟隨器后，將比較微弱的電流信號放大到單片機能夠識別的電流，然后由運放輸出端傳輸放大后的信號。然后經過一個非門，形成相反的電壓，分別傳輸給P2.2與P2.3口。圖34.1.3開關控制電路如果k7斷開，系統將執行光控控制，k3、4是控制光信號的輸入；k5、k6分別是對正轉、反轉的反向控制。當k7閉合賣系統執行手動控制，，k1、k2是對窗簾拉開、閉合的控制。圖44.1.4指示燈電路當電動機正傳時，led1燈亮，當電動機反轉時，led2燈亮。圖54.1.5控制電動機正反轉電路由電動機與PNP和NPN三極管控制，當p1.0口低電平，控制電動機正傳，當p1.1低電平，電動機反轉。圖64.2系統整體電路圖75軟件設計5.1系統軟件設計

系統軟件主要實現智能光控、手動控制兩大功能，采用C語言進行編程，可實現用戶在使用窗簾時任意選擇自動或手動控制方式[4-5]。5.2程序流程圖光控窗簾程序流程圖如圖3所示。開始開始控制方式選擇手動？Y正轉反轉判斷按鈕N判斷按鈕判斷光照反轉反轉停止結束圖85.3程序設計

(1)光控程序

當天亮時，有陽光射進屋內，傳感器感應到光信號，此時電機正轉，窗簾開始打開，當碰到開限位開關時，電機停止轉動;當天黑時，傳感器接收到信號，電機反轉，窗簾閉合，當碰到關限位開關時，電機停止轉動。具體程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK3=P2.2;

//光控正轉或反轉，此處接光敏傳感器

sbitK5=P2.4;//開限位

sbitK6=P2.5;//關限位

sbitLED1=P0.0;//正轉指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉指示燈

sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voidmain(void)

{

LED1=1;LED2=1;

while(1)

{

if(K7==0)

sd();

if(K3==0&&K4==1)//光控正轉

{while(K3==0&&K5==1&&K4==1)

{LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

if(K4==0&&K3==1)//光控反轉

{while(K4==0&&K6==1&&K3==1)

{LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;}

LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;

}

}

}

(2)手動程序

當陰天或者晚上用戶要打開窗簾時，只需將控制方式選擇按鈕P2.6按下，就可以實現手動控制窗簾的開合。程序如下：

#include<reg51.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK1=P2.0;//手動正轉

sbitK2=P2.1;//手動反轉

sbitK7=P2.6;//控制方式選擇按鈕

sbitLED1=P0.0;//正轉指示燈

sbitLED2=P0.1;//反轉指示燈

sbitMA=P1.0;

sbitMB=P1.1;

voiddelay(uintz);//聲明子函數 voiddelay(uintz)//延時子程序延時約z毫秒{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} intmain(void){LED1=1;LED2=1;while(1){if(K7==0)sd();if(K3==0&&K4==1)//光控正轉{while(K3==0&&K5==1&&K4==1){LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;while(K3==0&&K5==1&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K3==0&&K5==0&&K4==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K3==0&&K5==0&&K4==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}if(K4==0&&K3==1)//光控反轉{while(K4==0&&K6==1&&K3==1){LED1=1;LED2=0;MA=1;MB=0;while(K4==0&&K6==1&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}while(K4==0&&K6==0&&K3==1){LED1=0;LED2=1;MA=0;MB=1;}while(K4==0&&K6==0&&K3==1){delay(10000);LED1=1;LED2=1;MA=1;MB=1;}}}}6系統的不足和改進6.1系統的不足系統的靈敏度不是很高，在模式運行下，有一定的延遲。6.2系統的改進系統根據光強來判斷斷開還是閉合開關，而每個開關所控制電機轉動的時間不同從而解決了窗簾大開的程度的自動化。在系統的外部增加一個收集天氣、溫度的采集點，根據濕度、溫度、風速、浮塵度等等，進行判決，自動幫助系統選擇模式。進而實現了系統全智能化。7.心得體會通過對本次課程的課程設計，使自己深刻的認識到自己的很多不足之處，在實際動手操作能力的不足，在進行程序編程時，自己需要，認真審題，看懂題目的要求！對于軟件編程不益太簡單或者太難。做到既能把課題完成又能鍛煉自己的能力！根據課題要求，復習相關的知識，查詢相關的資料。根據課程條件，找到適合的方案，找到需要的元器件及工具，準備課程。根據課程設計的要求和自己所要增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎上，根據芯片的功能寫出相應的程序和增加額外的功能程序。然后再進行程序調試和相應的修改，以達到能夠實現所要求的功能的目的。還要根據課程的實際情況，添加些額外程序來使系統更加的穩定，如開關的去抖（采用延遲）。程序要盡量做到由各個子程序組成，在有些程序后面最好加注釋，這樣在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找的到，也更簡潔，更明白易懂。該課程設計的程序可以參考MCS-51系列單片機，也可自己根據自己熟悉的方法來編程如單片機C語言。在設計控制開關時，注意2個中斷的打開和關閉的先后順序，否則就會出錯。這次的單片機課程設計重點是理論與實際的相結合。該設計從頭到尾都要自己參與，熟悉了對整個設計的過程，更系統的鍛煉了自己。雖然這次的設計到最后并沒有做出非常準確的結果，但是基本達到了設計的要求，最重要的是，在本次設計過程中我學到了很多平時沒有學到的或者說是很欠缺的東西，在一定程度上也提升了自己的能力,受益匪淺。參考文獻[1]張鑫.單片機原理及應用（第2版）[M].北京:電子工業出版社,2010.[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術（第3版）[M].北京:清華大學出版社,2010.[3]胡漢才.單片機原理及其接口技術學習輔導與實踐教程[M].北京:清華大學出版社,2010.[4]張義和.例說51單片機（C語言版）[M].北京:人民郵電出版社,2008.[5]黃英.單片機工程應用技術[M].上海:復旦大學出版社，2011.

附錄系統程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitK1=P2^0;//手動正轉sbitK2=P2^1;//手動反轉sbitK7=P2^6;//控制方式選擇按鈕sbitLED1=P0^0;//正轉指示燈sbitLED2=P0^1;//反轉指示燈sbitMA=P1^0;sbitMB=P1^1;sbitK3=P2^2;sbitK4=P2^3;//光控正轉或反轉，此處接光敏傳感器sbitK5=P2^4;//開限位sbitK6=P2^5;//關限位voiddelay(uintz);//聲明子函數 voiddelay(uintz)//延時子程序延時約z毫秒{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);} voi