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2.1.2定时控制4
2.1.3光感控制4
2.2系统总结构图5
2.3系统平台5
第三章智能窗帘系统硬件部分6
3.1步进电机硬件部分6
3.2串口RS232硬件部分7
3.3定时模块硬件部分8
3.4液晶显示模块硬件部分9
3.5光敏模块硬件部分11
3.6温度传感器硬件部分11
第四章系统关键功能模块的软件设计13
4.1步进电机13
4.2红外遥控部分13
4.3串口RS232部分14
4.4光敏感应模块15
4.5温度感应模块15
第五章功能与指标17
5.1系统功能和指标17
第六章本设计特色18
第七章结论与展望19
参考文献20
第一章绪论
随着国民经济的发展和科学技术水平的提高,特别是计算机技术,通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高,促使家庭实现了生活现代化,居住环境舒适化。
这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,改变了人们的生活习惯,提高了人们的生活质量,智能家居在这种形势下应运而生。
1.1智能窗帘概述及发展
在现代生活中,窗帘再不仅仅只起到遮挡光线的简单的作用。
它在整体家居中的装饰作用越来越突出。
据调查发现,居民因迁入新居而购买窗帘布艺产品平均每单花费在4000元以上,且不乏一次花费在2万元以上者。
因此,以迁入新居或装修后进行家用纺织品消费为特征的消费需求增长,成为家用纺织品消费的主流,明显地表现为刚性需求的增长。
另外,随着人们对居住环境的要求不断地提高,智能化的家居产品在人们的生活中将会逐渐被认识和采纳,智能窗帘也正以其强大的人性化功能、惊人的发展速度以及巨大的市场前景崭露头角。
然而,纵观目前国内智能窗帘市场,一方面,它的价格只有少数的人能承受的起,离普通大众相去甚远,而这过高的价格制约了它的发展。
另一方面,智能窗帘的智能化程度还不高,有的甚至只有遥控功能也称作是智能窗帘,因此智能窗帘市场良莠不齐。
针对这种现象,本设计通过创新,给窗帘增加了定时控制和光感控制,让窗帘显得更加智能化。
在成本方面,采用一些价格相对便宜的器件,来实现这个复杂的系统。
因此本设计具有很强的现实意义。
1.2本课题的内容和目标
本课题抓住“智能家居”这一理念,在设计中力求人性化的智能控制,给用户带来最佳的体验。
本设计以单片机为控制核心,一方面以接收遥控器发来的红外线,手动控制窗帘,另一方面,采用了光敏元件和温度传感器,根据光强温度的变化,实现对窗帘的智能化控制。
同时,本设计还增加了另一种控制模式——自动定时控制,可以给窗帘设定开关时间,让用户拥有更好的体验。
第二章系统总体设计
通过分析功能,本设计的系统模块如图2-1所示:
图2-1系统各部分模块
2.1智能窗帘系统的功能特点
本智能窗帘系统的具有以下几个功能特点:
2.1.1遥控控制
作为一款智能型的窗帘,它仍然具有原始的按键控制功能,可以通过遥控按键来控制窗帘的开启和关闭。
2.1.2定时控制
定时控制是窗帘稍微具有智能化的一个体现。
通过设定窗帘开启和关闭的时间间隔,可以让窗帘在某个时间自动开启或关闭。
2.1.3光感控制
光感控制可以说是最能体现本设计智能化的一个地方,通过光敏和温度传感器,实时监测外界的光感和温度,从来让窗帘根据设定的值,自动开启或者关闭。
2.2系统总体结构图
系统总体结构图如图2.2所示:
图2-2系统设计
系统主控制器采用两块STC89C52型号单片机来实现对输入信号的采集、显示以及对窗帘设备的控制,主控制器1主要完成遥控红外信号的接收,对电机的控制,以及对窗帘设置定时开启或关闭。
主控制器2主要完成温度和光照强度的采集,然后通过RS232串口传送给主控制器1,主控制器1对接收到的温度和光照强度数据进行处理,控制电机动作,从而实现对窗帘的控制。
另外,主控制器2还将采集到的温度和光照强度在1602LCD液晶显示器上显示出来。
以上系统中用到的各个元件的型号:
单片机的型号是STC89C52、步进电机:
M35SP-7N、LCD液晶显示器:
1602、温度传感器:
DS18B20
2.3系统平台
操作系统平台:
WindowsXP;
编程软件:
KeiluVision3;
烧录软件:
PZ-ISP以及STC-ISP。
第三章智能窗帘系统硬件部分
步进电机硬件部分
步进电机采用的型号为M35SP-7NP,其基本结构由转子和转轴构成,如图3-1:
图3-1:
步进电机的基本结构
它的控制电路图如图3-2所示。
图3-2:
步进电机控制电路图
步进电机的转动是通过软件来实现的,每次给步进电机一个值,让它步进一个角度,这样它就可以连续不停的转动,从而带动窗帘的开关。
具体实现流程将在软件设计部分给出。
串口RS232硬件部分
UART(UniversalAsynchronousReceiver-Transmitter),也可称为通用异步串行口,这是微控制器里常用的通信方式。
RS-232C是一种串行口的通信接口,在RS-232C里,传输的准位提升,使传输距离增加、抗噪声能力提高,它是微型计算机常见的接口。
串行式数据传输里,有单工及双工之分,单工就是一条线只能有一种用途,例如输出线就只能发送数据、输入线就只能接收数据。
而双工就是在同一条在线,可接收数据,也可发送数据。
通常在传输数据之前,先要解决两个单片机的速率匹配问题。
通常以每秒传输多少位(bitpersecond,简称bps)表示串行式数据传输的速率,若每个传输单元为1bit时,又称为波特率(baudrate)。
波特率的设置见图3-3:
fOSC
波特率
6
11.0592
12
16
110
0xf9-0x57
-
0xee-0x3f
300
0xfd-0x8f
0xfb-0x80
0xfb-0x1e
0xf9-0x7d
600
0xfe-0xc8
0xfd-0xc0
0xfc-0xbf
1200
0xff-0x64
0xfe-0xe0
0xfe-0x5f
2400
0xff-0xb2
0xff-0x70
0xff-0x30
4800
0xff-0xd9
0xff-0xb8
0xff-0x98
9600
0xff-0xdc
0xff-0xcc
19200
0xff-0xee
0xff-0xe6
38400
0xff-0xf7
0xff-0xf3
76800
0xff-0xfa
图3-3:
波特率设置表
在8052里,若要通过串行口发送数据,只要把8位数据放入串行缓冲器(SBUF)即可,8052就会帮我们把这些数据,一位一位送出去。
同理,接收数据时,数据先被收集在串行缓冲器里,当8位数据到齐(串行缓冲器满了),8052就会中断,将数据提走。
串行口也存在四种工作方式,它的设置是通过SCON控制寄存器的SCON.7和SCON.6来实现的。
具体设置见图3-4:
图3-4:
串口工作方式的设置
本设计单片机
(1)和单片机
(2)所选用的波特率为4800,工作方式为方式1。
3.2定时模块硬件部分
智能窗帘的定时功能采用的是89C52内部的定时器,其工作方式有以下四种。
方式
位数
计数范围
其它功能
Mode0
13位
0~8191
Mode1
16位
0~65535
Mode2
8位
0~255
具有自动加载功能
Mode3
图3-5:
89C52定时器的工作模式
具体工作方式的设置是通过TMOD方式寄存器来实现的。
TMOD方式寄存器的高4位(TMOD.7~TMOD.4)用以设置Timer1的工作方式,而低4位(TMOD.3~TMOD.0)用以设置Timer0的工作方式。
以低4位为例,GATE位为定时器的门控开关,用以决定其启动方式。
若GATE=0,则只要TR0=1,即可启动Timer0,称为内部启动或软件启动;
若GATE=1,则必须先将TR0位设置为1,再等待------------INT0引脚为高电平,才能启动Timer0,称为外部启动或硬件启动。
C/---T位为定时器/计数器切换开关,若C/---T=0,则Timer0为内部定时器,用以计数由fosc/12产生的脉冲;
若C/---T=1,则Timer0即为外部计数器,用以计数由T0引脚输入的脉冲。
M1及M0这两位可设置工作方式。
具体工作方式的见图3-6:
图3-6定时模块的设置
本设计采用的是定时器0的方式2。
液晶显示模块硬件部分
LCD为液晶显示面板,由于LCD的控制需要专用的驱动电路,且LCD面板的接线需要特殊的技巧,加上LCD面板的结构比较脆弱,通常不会单独使用。
LCD的内部结构为:
图3-7HD44780LCM内部结构
输入输出缓冲器为LCM的大门,所有的数据与控制信号都必须通过本单元才得以进出LCM。
指令寄存器为一个8位寄存器,其功能是存放微处理器所送人的LCM指令,DDRAM或CGRAM的地址。
当我们要将数据输入到DDRAM或CGRAM时,首先将数据放入数据寄存器,再把指令与DDRAM或CGRAM的地址放入本寄存器,即可将该数据输入到DDRAM或CGRAM。
同样读取数据也是。
指令译码器的功能是将指令寄存器里的指令译码,以获得所要操作的DDRAM或CGRAM的地址。
数据寄存器连接LCM内部数据总线。
地址计数器连接LCM内部地址总线,DDRAM或CGRAM的操作都需要通过本寄存器所提供的地址来寻址。
忙碌标志用以表示LCM当时的状态,若BF=1,则表示LCM处于忙碌状态,无法接收外部指令或数据;
若BF=0,则可接收外部指令或数据。
数据显示存储器映射所要显示的数据。
串行/并行数据转换器的功能是将从CGRAM或CGROM所取出的并行显示数据转换成串行数据,以提供驱动电路推动LCD面板。
时序产生电路的功能是产生LCM所需的时钟脉冲。
偏压产生电路的功能是提供驱动LCD面板所需的偏压。
公共端驱动电路的功能是提供LCD面板公共端的扫描信号。
3.3光敏模块硬件部分
采用光敏电阻对光照进行采集,并将所采集的电压模拟信号量传入AD转换芯片PCF855916,在52单片机上利用模拟IIC总线协议,读取AD芯片所转换过来的数字信号量,再将数字量经过函数转换来得到光照度。
光敏模块的内部结构如图3-8所示:
图3-8光敏模块的内部结构
温度感应模块硬件部分
温度的采集是利用DS18B20温度传感器。
DS18B20内部结构主要由四部分组成:
64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20控制方法是首先是启动DS18B20进行温度转换,然后读暂存器的值,接下来写暂存器,将数据写入暂存器的TH、TL字节,下一步把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中,重新调E2RAM后,最后启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU。
温度传感器工作连接如图3-9所示:
图3-9温度传感器连接图
第四章系统关键功能模块的软件设计
4.1电机模块
每次给步进电机一个不同的值,让它转动一定的角度,电机转动拉动窗帘开和关。
其中电机的打开和关闭窗帘的状态为正转和反转,它们的变化值如下表所示:
反转
0xfe→0xfc→0xfd→0xf9→0xfb→0xf3→0xf7→0xf6
正转
0xf6→0xf7→0xf3→0xfb→0xf9→0xfd→0xfc→0xfe
电机正反转程序流程如图4-1所示:
图4-1电机正反转程序流程图
4.2遥控红外接收部分
图4-2红外接收程序流程图
4.3串口RS232部分
串口RS232用于两个单片机之间的通信,它是本设计成功的关键,串口RS232流程图为:
图4-2串口RS232程序流程图
4.4光敏感应模块
光敏感应模块是本设计智能化的一个体现,通过光敏传感器,不断接收外界的光照强度,从而自动判定是否开启或者关闭窗帘,这一部分程序流程图为:
图4-4光敏感应程序流程图
4.5温度感应模块
为了使设计结果更准确,增加了温度感应模块,窗帘的开关不仅仅是参照光照强度,而且也参照温度,这样通过多个参数来判定窗帘状态,结果更合理。
温度感应模块的流程图为:
图4-5温度感应程序流程图
第五章功能与指标
5.1系统功能和指标
本设计具有以下功能:
光敏控制
本系统提供了光敏智能控制功能,可以根据室外的光照强度自动开关窗帘,给居室最佳的光照强度。
定时控制
本设计也提供了定时控制功能,方便人们在任何时间段设定窗帘的开关。
遥控控制
虽然是智能窗帘,但也提供了遥控控制功能,让人们随心所欲的操作。
手动控制
系统可以通过三个按钮来分别实现对窗帘的开、关和停的操作。
智能窗帘系统的指标如下:
电机工作电压:
5V
定时范围:
全天24小时
遥控距离:
<
=10m
环境温度:
-15℃~+50℃
第六章本设计特色
作为一款智能窗帘的设计,本设计具有以下亮点:
1.多模式控制
本设计提供了多种控制模式,以最大限度的满足人们的需求。
我们提供了手动遥控控制,以及定时器设定时间自动控制,另外,本设计的最大的亮点是提供了光敏自动控制,可谓是真正地实现了智能化,这非常好的切合了“智能家居”的主题。
2.低成本、低功耗
电机只需要5V电源就可以带动,对于这个追求高效节能的社会来说,这样的功耗还是让人很满意的。
另外,低成本有利于将本设计商业化,在定价上可以占有很大的优势,让更多的人买得起,用得起。
第七章结论与展望
科学技术的日新月日,计算机技术的发展普及,使智能小区在人们对美好生活的呼声中迅速崛起,从而导致智能家居得到迅猛的发展。
相信在以人为本的理念指导下,各种功能更强大,智能化程度更高的产品将会源源不断的出现。
低成本,低能耗,简单易操作,人性化和舒适化是未来智能家居的发展方向。
本设计很大程度上实现了智能化操作,如用户只要开启光敏控制功能,就可以随心所欲的享受最佳的阳光照射,而不用担心过量的紫外线辐射,另外,定时控制也是本设计智能化的体现,开启定时功能同样可以让用户随开随关,总之,本设计最大限度给用户提供人性化的操作和居室舒适化的要求。
当然,本设计还有一些值得完善的地方,比如增加声控功能、增加天气播报功能等等,让窗帘更加智能化,操作更加简单化,体验更加人性化。
参考文献
1)例说51单片机(2010).张义和、王敏男等编著.人民邮电出版社
2)MCS-51/52单片机原理与实践(2009).公茂法等编著.北京航空航天大学出版社
3)单片机原理及接口技术(2008).张毅刚、彭喜元编著.高等教育出版社
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