電子工程設計設計
報告名稱： 智慧型窗簾控制系統的設計
組員：b11041416 張強
b11041418 張東
b11041421 羅立
日期：2013. 12. 17
智慧型窗簾控制系統的設計
第一節：設計目的
一、設計目的：
1．掌握stc89c52微控制器最小系統及介面電路的設計；
2．熟練掌握微控制器運用；
3．學會整體電路的設計並能實現基本功能。
二、設計任務及要求：
設計並實現智慧型窗簾的控制系統。該系統的基本功能有：
1．具有室內溫度的測量及顯示功能；
2．具有根據光的強弱控制窗簾的位置。
三、課程設計的目的：
課程設計是學生理論聯絡實際的重要實踐教學環節，是對學生進行的一次綜合性專業設計訓練。通過課程設計使學生獲得以下幾方面能力：
1．進一步鞏固和加深學生所學一門或幾門相關專業課（或專業基礎課）理論知識，培養學生設計、計算、繪圖、計算機應用、文獻查閱、報告撰寫等基本技能；
2．培養學生實踐動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力；
3．培養學生的團隊協作精神、創新意識、嚴肅認真的治學態度和嚴謹求實的工作作風。
第二節：總體方案設計
一、方案選取：
微控制器在各種電子產品中的應用已經越來越廣泛，很多的電子產品利用微控制器所取得的便利性得到了人們的好評，針對微控制器控制的自動窗簾控制系統的智慧型化要求，要求其能夠實現如下兩種功能：
功能（一）基於溫度檢測以及溫度顯示功能
功能（二）基於光照強度器件的自動控制功能
這二種功能都是基於微控制器控制的，採用直流電機控制以及液晶顯示，不同的設計部分在於檢測器件的選取上。
本次課程設計採用溫度採集和光照檢測元件，通過光照強度來控制窗簾的開閉，以減少光照對室內的溫度影響。
二、總體方案設計：
自動窗簾控制系統總體方案設計是基於滿足設計要求的前提並且根據理論上的可實現性和硬體上的經濟實用性，而進行設計的重要環節。本章從人們對系統功能需求出發，在綜合考慮各種因素的情況下，設計出自動控制系統的總體構架，並且在基本功能需求的基礎上盡可能考慮系統的可擴充套件性。
系統基本功能：伴隨著科學技術的發展和人民生活水平的日益提高，人們對生活舒適性的追求越來越強烈，而窗簾在每個家庭生活是必備的，其基本功能是保護住戶的隱私以及遮蔽陽光等。基於這些作用窗簾的便利性自然也受到家庭的關注。
但傳統的窗簾絕大部分是用手去開關，每天開關不僅不省力，而且還可能錯過最佳光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能開關窗簾，特別不方便；針對這種現象，電動窗簾便由此產生。現有的電動窗簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關閉窗簾，雖然省了力氣，但是有些方面的設計還是不夠人性化。對此，本控制系統提出可以根據光照以及定時等開關窗簾，此功能是利用設定的光照強度自動完成窗簾的開啟或者關閉，真正實現黑天關閉，白天開啟的功能。
系統總體結構設計：自動窗簾控制系統設計的總體框圖如圖所示。
根據光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻採集外界的光強度，從光感測器上採集的訊號經過濾波後輸入到a/d轉換器，由於a/d轉換器件的轉換需要一定時間，一旦在這段時間內訊號發生變化，轉換結果將會出現偏差，所以在轉換期間要應該採用取樣保持電路。傳入的訊號由89c52微控制器來控制，並且做出響應，以實現電機的正轉、反轉與停止。顯示模組是用來顯示自動窗簾控制器的各種狀態。
第三節：微控制器模組設計
一、89c52微控制器概述
stc89c52是一種低功耗、高效能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統可程式設計flash 儲存器。在單晶元上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統可程式設計flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能：
8k位元組flash，節ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內建4kb eeprom，max810復位電路，三個16 位定時器/計數器，乙個6向量2級中斷結構，全雙工序列口。另外 stc89x52 可降至0hz 靜態邏輯操作，支援2種軟體可選擇節電模式。空閒模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時器/計數器、串列埠、中斷繼續工作。
掉電保護方式下，ram內容被儲存，振盪器被凍結，微控制器一切工作停止，直到下乙個中斷或硬體復位為止。最高運作頻率35mhz，6t/12t可選。
stc89c52rc微控制器:
8k位元組程式儲存空間； 節資料儲存空間；
內帶4k位元組eeprom儲存空間; 可直接使用串列埠**；
at89s52微控制器:
8k位元組程式儲存空間； 節資料儲存空間；
沒有內帶eeprom儲存空間;
其引腳圖如圖所示
二、 晶振電路
電路中的晶振即石英晶體**器。由於石英晶體**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**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，它還可以產生振盪電流，向微控制器發出時鐘訊號。
下圖所示是微控制器的晶振電路。片內電路與片外器件就構成乙個時鐘產生電路，cpu的所有操作均在時鐘脈衝同步下進行。片內振盪器的振盪頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.
2mhz～24mhz之間選取。c1、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。
振盪週期＝
xtal1接外部晶體的乙個引腳，xtal2接外晶體的另一端。在微控制器內部，接至上振盪器的反相放大器的輸出端。採用外部振盪器時，對hmos微控制器，該引腳接外部振。
在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產生一定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產生交變電場，上述物理現象稱為壓電效應。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產生共振，稱之為壓電振盪。
這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振後要能在xtal2線上輸出乙個3v左右的正弦波，以便使mcs-51片內的osc電路按石英晶振相同頻率自激振盪。通常，osc的輸出時鐘頻率fosc為0.
5mhz-16mhz，典型值為12mhz或者11.0592mhz。電容c1和c2可以幫助起振，典型值為30pf，調節它們可以達到微調fosc的目的。
其電路如圖所示：
三、復位電路
復位是微控制器的初始化操作，只需要給89c52的復位引腳rst加上大於2個機器週期（即24個時鐘振盪週期）的高電平就可以使89c52復位。復位時，微控制器初始化為0000h，從0000h單元開始執行程式。除了進入系統的正常初始化之外，當程式執行錯誤（如程式跑飛）或操作錯誤使系統處於鎖死狀態時，也需要復位鍵使rst腳為高電平，使89c52擺脫「跑飛」或「死鎖」狀態而重新啟動。
圖3-3是復位電路圖。
第四節：硬體電路設計
一、 電源電路
三端整合穩壓器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。其內部結構圖如圖所示。
微控制器正常工作電壓為5v，因此設計的電源電路主要是提供微控制器工作電壓。下圖所示為微控制器提供電壓的電源電路。在這個電路中採用了三端整合穩壓器lm7805，可以輸出5v的直流電壓以供給微控制器。
其電路如圖下
二、直流電機電路
直流電機是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機執行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機執行時是直流發電機，將機械能轉換為電能步進電機的驅動電路是根據控制訊號工作的。而本次測控系統是以微控制器位控制中心的，下面將介紹步進電機控制系統。
直流電機裡邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生洛倫磁力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫磁力方向不變，所以電機能保持乙個方向轉動步進電機的驅動電路是根據控制訊號工作的。而本次測控系統是以微控制器位控制中心的，下面將介紹步進電機控制系統。
直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機執行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。執行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
本實驗中，l293d採用16引腳dip封裝，其內部整合了雙極型h-橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈衝調寬方式具有很多優點，如電流連續；電機可四角限執行；電機停止時有微振電流，起到「動力潤滑」作用，消除正反向時的靜摩擦死區：低速平穩性好等。
l293d通過內部邏輯生成使能訊號。h-橋電路的輸入量可以用來設定馬達轉動方向，使能訊號可以用於脈寬調整（pwm）。另外，l293d將2個h-橋電路整合到1片晶元上，這就意味著用1片晶元可以同時控制2個電機。
out1、out2為電機轉動方向控制訊號，out1、out2分別為1，0時，電機正轉，反之，電機反轉。
其介面電路如圖所示：
三、光照強度檢測電路
窗簾自動控制系統的光控功能是可以根據光照的強弱來控制窗簾的開閉的，因此需要用光照感測器件，在本設計中採用光敏電阻。
電子工程設計 一 溫控系統
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