窗户窗帘的智能化控制系统的设计 毕业论文 优秀毕业论文及文献综述_百

窗户窗帘的智能化控制系统的设计

摘 要

本设计主要是用于家庭及宾馆安装智能控制性的窗户、窗帘系统设计。智能化的窗户、窗帘控制系统具有防风、防雨、防盗、无线遥控、自动检测控制与报警、安全控制优先与自动保护等全部功能，所有功能控制都具有高稳定高可靠性高灵敏度高人性化等的自动检测控制。本系统以单片机为核心，辅于必要的外部电路，通过使用压力传感器，湿度传感器，一体化人体红外传感器，无线发射与接收为输入装置，控制窗户、窗帘的电机及报警电路为输出装置，实现日常生活中智能化控制窗户窗帘的检测风雨窃贼入侵等，本系统采用单片机芯片AT89S52，通过软件编程控制，L297和L298控制步进电动机正转与反转，运用单片机内部的定时中断输出固定频率控制步进电机的转速，通过计算输出脉冲的个数来监控步进电机的行程，从而达到窗户窗帘的开与关功能和有窃贼入侵的报警功能。为完善系统的可靠性，实现简单便捷的操作，我们还设计了无线遥控操作的功能，还通过软件控制脉冲输出频率及脉冲个数来控制步进电机的转速和位移量。

关键字：AT89S52，L297，L298，压力传感器，湿度传感器，一体化人体红外传感器，无线遥控发射与接收器,报警器，步进电动机，定时中断，脉冲计数，等待模式。

abstract

This design is mainly uses in the family and the guesthouse installment intelligence control

window, the window blind system design. The intellectualized window, the window blind

control system has windproof, rainproof, security, the wireless remote control, the

automatic detection to control and to report to the police, the safety control first with the

automatic protection and so on complete function, all functional control has high stable

redundant reliable high sensitivity high user-friendly and so on automatic detection control.

This system take the monolithic integrated circuit as a core, auxiliary in essential exterior

electric circuit, through the working pressure sensor, the humidity sensor, the integrated

human body infrared sensor, the wireless launch and the receive is the input device,

controls the window, window blind's electrical machinery and the alarm circuit is the

output device, realizes in the daily life the intellectualized control window window blind's

examination wind and rain thief invasion and so on, this system uses monolithic integrated

circuit chip AT89S52, through the software programming control, L297 and the L298

control step-by-steps the electric motor clockwise and the reverse, step-by-steps electrical

machinery's rotational speed using the monolithic integrated circuit interior's timer

interruption output fixed frequency control, monitors through the computation output

pulse's integer step-by-steps electrical machinery's traveling schedule, thus achieves

window window blind's opening withCloses the function and has the warning function

which the thief invades. For the consummation system's reliability, realizes the simple

convenient operation, we have also designed the wireless remote control function, but also

controls through the software control pulse output frequency and the pulse integer

step-by-steps electrical machinery's rotational speed and the displacement quantity.

Key words:

AT89S52, L297, L298, the pressure transmitter, the humidity sensor, the

integrated human body infrared sensor, controls remotely the launch and the receiver

wireless, the alarm apparatus, step-by-steps the electric motor, timer interruption, pulse

counting, waiting pattern.

目 录

窗户窗帘的智能化控制系统的设计 ......................................................................................... I

window window blind's intellectualization control system's design ......................................... II

目 录 .................................................................................................................................. III

0绪论 ................................................................................................................................................. 1

1 系统设计 ..................................................................................................................................... 2

1.1 设计任务及要求 ................................................... 2

1.2 总体设计方案 ..................................................... 4

1.3 本章小结 ......................................................... 6

2 各功能模块的工作原理及部分程序 ..................................................................................... 7

2.1 主程序控制模块 ................................................... 7

2.2 步进电机的控制模块 .............................................. 16

2.3压力与湿度检测模块及流程图 ........................................ 18

2.4 红外检测与遥控模块及流程图 ....................................... 22

2.5报警功能模块电路及流程图 .......................................... 26

2.6 电源模块 ........................................................ 28

2.7手动功能概述 ...................................................... 32

2.8本章小节 .......................................................... 32

3 设计的总体电路的工作原理介绍 ........................................................................................ 33

4 软件调试 ............................................................ 33

5 扩展及展望部分 ...................................................... 34

5.1 扩展 ............................................................ 34

5.2 展望 ............................................................ 34

总 结 ................................................................. 35

致 谢 ................................................................. 36

参考文献 ............................................................... 37

附录 ................................................................... 38

0 绪论

本设计主要是设计用于家庭及宾馆安装智能控制性的窗户、窗帘。实现在日常生活中操作简便，智能化控制的窗户系统具有防风、防雨、防盗、红外、自动检测控制与报警、安全控制优先与自动保护等全部功能，所有功能控制都具有高稳定高可靠性高灵敏度高人性化等的自动检测控制。目前，我国的智能家居发展受到多重阻碍，同时国外的智能化控制系统的家居生活用品的发展也受到一定的阻碍，这种“未来之家”家庭智能化窗户系统，市场真正启动尚需时日。由于智能化的诱人前景和巨大市场，尽管国内外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止研究人员去研究智能化控制系统，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。为的是使人们的生活更加简便，可随意控制。本装置的控制部分基本上都是由单片机的软件来实现的。

本设计主要元器件：AT89S52微型单片机，L297和L298芯片；步进电动机；压力传感器；湿度传感器；人体红外传感器,无线遥控发射与接收。本设计硬件电路总体可分为七大部分：第一部是单片机AT89S52为中心的主控电路，同时AT89 S52为整个电路的数据处理与控制核心；第二部分是以L297和L298芯片控制的用步进电动机正反转控制窗户开与关的电路，与单片机相连；第三部分是用直流电动机正反转来控制窗帘开关的电路，与单片机相连；第四部分是一体化人体红外传感器探测电路，与单片机相连，通过传感器检测电路时刻给单片机发信号；第五部分是以湿度传感器检测雨电路，通过传感器检测电路时刻给单片机发信号；第六部分是以压力传感器检测风力电路，通过传感器检测电路时刻给单片机发信号；第七部分是无线遥控发射与接收电路，用于控制窗户窗帘的开与关；第八部分是电源电路部分，提供各个模块的工作电压。

论文研究的主要内容：

根据设计分工，本设计分成软件部分和硬件部分。本文主要偏重软件部分，其中软件编写本文中采用汇编语言编写，文中就单片机对步进电机的软件控制作了较详细的阐述。对一些选用的硬件器件作了简单的介绍。

系统的软件设计：

单片机控制电路主要由一片AT89S52组成。AT89S52主要实现对压力，湿度，人体红外探测检测，并对步进电动机进行控制窗户窗帘开与关并报警。单片机是整个系统的核心和控制中心，系统的各部分数据都是送到单片机进行处理，而且所有的命令都是由单片机发出，所以对单片机的软件开发是非常重要的，它关系整个系统的功能。

1

系统设计

1.1 设计任务及要求

1.1.1 设计任务

设计并制作一个窗户窗帘智能控制装置，如图1-1-1和图1-1-2。

滑轮

转动皮带

滑轮滑轮

窗 帘

电机安装点

外接220V电 源

图1-1-1 窗帘智能控制安装示意图

本实验采用电动机转动拉动皮带，带动窗帘开关。如图1-1-1所示，电机安装点安装电动机及其驱动电路和接受遥控信号电路，用皮带连接在电动机转轴上，当插上220V电源的时候，通过接受到遥控器给的遥控信号时，电机开始转动，带动皮带运动，通过定滑轮，皮带带动窗帘收缩，达到开与关的效果。

传输检测信号

步进电动机安装点

带动皮带

滑轮 滑轮

滑轮

各安检装测点模块窗 户

图1-1-2 窗户智能控制安装示意图

窗户智能控制安装示意图如图1-1-2，本实验采用电动机转动拉动皮带，带动窗户开和关，具体工作是，当检测模块检测到有雨，风力或者是有人侵入的时候，将有信号传给步进电机驱动电路，使电机转动，将皮带连接电机和窗户，当皮带转动时带动窗户转动，从而达到窗户的开和关的效果。

1.1.2 设计要求

用于家庭及宾馆安装智能性窗户、窗帘。一但开发成功，将可能带来可观的经济效益。其设计要求：

1、不同尺寸窗户都能适用；

2、能实现晴雨天、湿度和风的变化使窗户窗帘智能开与关；

3、具有遥控功能；

4、具有防盗报警功能

1.2 总体设计方案

1.2.1 系统总体设计思路及方框图

系统由单片机控制器模块、压力检测模块、湿度检测模块、一体化人体红外探测模块、无线遥控发射器与接收器模块、报警模块、窗户窗帘步进电机控制模块以及电源模块组成。系统框图如图1-2-1所示

电源模块

报警器模块

窗户的电动机控制电路模块

窗帘电动机控制电路模块

压力传感器模块

湿度传感器模块

单片机

AT89S52

模块

人体红外探测器

无线遥控发射与

接收模块

图1-2-1 总体设计方框图

1.2.2 各方案论证及选择

（1）控制器模块

对于控制器的选择有两种方案。

方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由检测模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制电机做出相应的转动，但由于本设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：采用ATMEL公司的AT89S52作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

基于以上分析，本设计选择采用方案二，单片机控制的方框图如图1-1-2所示。在本设计中，AT89S52负责监测压力检测模块和湿度检测模块，控制电机模块和报警模块等功能。

（2）压力检测模块

采用压力传感器来实现。在窗户有压力的时候，比如风力，将压力转换成电流/电压的，可测量压力、位移等物理量，通过计算反映到单片机的P1.5口线，从而产生信号发送到电动机的控制电路电路，使窗户电动机产生正转来达到关窗户的目的。

（3）湿度检测模块

集成湿度传感器HM1500的输出电压在1～4 V间随湿度线性变化，考虑到本系统的单电源特点，该电路的测湿范围为0～100％。其中检测信号输出通过单片机的P1.6,达到检测信号的目的。

（4）电机模块

方案一：采用直流电机。但由于直流电机上电即转动，掉电后惯性较大，停机时还会转动一定角度后才可停下来。

方案二：采用步进电机。步进电机的惯性很小，可以能够做到快速的启动和停止；步进电机的定位精度非常高，如果在能力范围内，使步进电机正向旋转两圈再反转两圈，它将精确地回到起始位置，不会产生旋转量的误差积累；而且步进电机能够直接接受数字信号。

方案三：采用无刷电机，无刷永磁体直流电机是同步电机，定子的磁场旋转速度和转子的机械旋转速度相同。比较适合本系统，但因其价格较高，使用起来比较麻烦。

基于以上分析，本设计选择方案二。

（5）红外传感检测模块

本电路设计采用IN911L一体化人体红外探测器来实现，电路简单，输出控制方式可选择，使用性强，当有窃贼破窗而入的话，只要间隔10S连续发送振动信号或连续10S发出振动信号则人体红外探测器1脚输出高电平，通过单片机AT89S52控制报警器工作，发出响亮的报警声

（6）报警模块

方案一：采用单片机或可编程逻辑器件完成。由于本系统的控制器是采用单片机的，使用单片机产生信号让三极管饱和使发光二极管和蜂鸣器电路构成回路，不仅可以有效地利用系统的资源、简化电路，同时还可以实现多种报警功能。这样大大增强了装置的实用性。

方案二：采用分立元件来实现。用分立元件大大增加了电路的复杂程度，而且不能很

好的实现多种报警功能。

基于以上分析，本设计采用单片机了来实现电路的报警功能。

（7）遥控器模块

方案一：采用AT89S2051单片机来实现红外遥控发射与接收，该电路采用频分制的编码方式区分按键较多路，输出控制方式可选择，使用性强。但容易受外界环境干扰使其工作不是很稳定，操作比较麻烦。

方案二：采用无线遥控发射与接收，是具有高灵敏度自带解码芯片的无线接收模块，能够和实验板连接进行扩展无线实验。发射手柄和接收模块共同构成了实用无线遥控系统，遥控距离在无障碍物的开阔地条件下可以达到200米，能够满足大部分无线遥控的要求，同时具有价格低廉的特点。

基于上诉方案的分析，本设计选择无线遥控的发射和接收。

（8）电源模块

在本设计中使用直流稳定电源对各个模块电路供电。直流稳压电源由变压器、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路组成。

1.2.3 系统组成

经过仔细分析和论证，决定了各系统模块的最终方案如下。

（1）控制模块： 采用AT89S52控制；

（2）压力检测模块 采用压力传感器；

（3）湿度检测模块： 采用湿度传感器；

（4）红外检测模块： 采用一体化人体红外探测器

（5）遥控模块： 采用无线遥控发射与接收

（6）电机模块： 采用步进电机与直流电机；

（7）报警模块： 采用单片机驱动蜂鸣器和发光二极管。

（8电源模块： 采用直流稳压电源。

1.3 本章小结

本章主要就本设计的基本要求和总体设计方案做了简单的介绍。同时还对各模块的方案选择做了详细的论证。

2 各功能模块的工作原理及部分程序

2.1 主程序控制模块

2.1.1 AT89S52芯片介绍

AT89S52中文简介：AT89S52[1]是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

U17P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0 (RXD)P3.1 (TXD)P3.4(T0)P3.2 (INT0)P3.3 (INT1)P3.5 (T1)P3.6 (WR)P3.7 (RD)XTAL2XTAL1RSTGNDAT89S52VCCP0.0 (AD0)P0.1 (AD1)P0.2 (AD2)P0.3 (AD3)P0.4 (AD4)P0 .5 (AD5)P0.6 (AD6)P0.7 (AD7)P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7ALE/PROGPSENEA/VPP443332227283029311C130pFY112MHz1819920C230pFVCCS0R2100R12C322uF10K

图2-1-1 AT89S52芯片引角图

AT89S52具有如下特点[2]：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，

掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.1.2 L297芯片介绍

由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专用设备-步进电机控制驱动器 ，典型步进电机控制系统如图2-1-5所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几十千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输人端，以驱动步进电机的转动。环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环分器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称为硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大.以达到驱动步进电机目的。

L297/A/D梯级电动机控制器集成电路引起两相双极的四阶段的驱动信号在微型计算机的四阶段的单极步进电动机控制应用。马达可以是在小步、法线和线的驾驶方式和在芯片PWM砍刀电路允许交换方式在绕的控制。

Symbol参数值单位

Vs电源电压10 V

Vi输入信号7 V

Ptot总功率消耗(Tamb = 70°C) 1 W

Tstg、Tj存贮和结温-40对+ 150 °C

芯片引脚说明：

图2-1-2 AT89S52芯片引角功能说明

各引脚的功能简介：

1 The SYNC连接是所有的L297s的SYNC连接同步一起被连接和振荡器组分

在所有被省去除了一个。 如果一外在时钟来源使用了它在这个终端被注射。

2 GND地线连接。

3 表明的首页集电极开路的产品L297什么时候在它最初的状态(ABCD =

0101)。当这个信号是活跃的时，晶体管是开放的。

4 力量阶段的一个马达阶段A驱动信号。

5 INH1活跃低落禁止A和B阶段激励级的控制。一座双极桥梁使用这个信号的When可以被用于保证装载潮流fast朽烂，当绕丧气。 并且由调控装载潮流的砍刀的used，如果控制输入是低的。

6 B马达阶段B力量阶段的驱动信号。

7 C马达阶段C力量阶段的驱动信号。

8 INH2活跃低落禁止C和D阶段推进阶段的控制。作为INH1的Same作用。

9 D马达阶段D力量阶段的驱动信号。

10 使能芯片启动输入。 当低(不活泼的) INH1、INH2、A、B、C和D带来了低落。

11 控制定义了砍刀的行动的控制输入。When低砍刀在INH1和INH2行动; 当高砍刀在相线ABCD的acts。

12 对5V供应输入。装载当前感觉电压的13 SENS2输入从阶段力量阶段 C和D。装载前感觉电压的14 SENS1输入从阶段力量阶段 A和B。

15 Vref砍刀电路的参考电压。 电压适用于这别针determines最大负荷潮流。

16 振荡器An RC网络(R到VCC，对地面的C)连接了到这个终端determines砍刀率。 这个终端被连接到地面上on所有除了在同步的多种的L297配置的一个设备。 f @ 1/0.69 RC

17 顺时针方向CW/CCW或左转控制输入。马达自转的Physical方向也取决于连接of绕。因此内部Synchronized方向可以被改变在其中任一时间

18 时钟步时钟。 在这输入的活跃低脉冲推进马达一增加。 步在这个信号上升边发生。PIN作用- L297/L297D3/11L297-L297D N°命名作用

19 HALF/FULL一半或充分的步精选的输入。 当上流选择小步操作，when低落选择充分的步操作。 一阶段在充分的步方式充分选择获得的is L297’s译者在偶数状态。充分选择设置二步充分的步方式，当译者在一个奇数位置。 (原位是指定状态1)。

20 重新设置复位输入。在这输入的活跃低脉冲恢复对原位(状态1， ABCD的译者 = 0101)。PIN作用- L297/L297D (继续)CIRCUIT操作L297供与一座双重桥梁的用途使用

driver、方形字体darlington列阵或者分离力量在驾驶应用的步进电动机的devices。 它接受时钟、方向和方式信号从系统控制器(通常微型计算机chip)和引起力量的控制信号。

2.1.3 L298芯片介绍

芯片引脚图介绍:

表2-1-3 L298芯片的标志参数

2-1-4 298芯片引脚图

芯片引脚介绍:

1; 15 ;2; 19感觉A; 在这别针和地面之间的感觉B被连接感觉电阻器到

control装载的潮流。

2; 3 ;4; 5 1; 桥梁A的2产品; 流经装载的潮流在这两个别针之间的connected被监测在别针1。

4; 6对功率输出阶段的电源电压。必须连接A无感的100nF电容器在此之间

pin和地面。

5; 7 ;7; 9输入1; 输入桥梁A.的2 TTL适合输入。

6; 11 ;8; 14使能A; 适合的EnableB TTL使能输入： L状态使桥梁A 失去能力 (使能A)和桥梁B (使能B)。

8 1,10,11,20 GND地面。

9 ;12 VSS逻辑块的电源电压。 A100nF电容器必须是在这别针和地面之间的连接

10; 12; 13; 15输入3; 输入桥梁B.的4 TTL适合输入。

13; 14; 16; 17; 3; 桥梁B.的4产品。 流经装载的潮流在这两个别针之间的连接被监测在15脚。

L298是双H桥式驱动器。它们所组成的驱动电路至步进电动机的接口如下图所示:

R7C133nFU8VCCR3p2.5P2.3P2.410KR41EN22KVCC+5VC5100uFD1VSABCDVCC+12VR120.5/5WC7100nF/20V162D2D3D4GNDOSC9412U74679121075VSSVSCW/CCWCLKL29710KVCCR10500KINH286EN AISEN

BISEN

AHALF/FULLRSTVREFIN4OUT1IN3IN2GNDIN1L298NOUT2EN BOUT31N4007X82D8C313B14D5D6D7AD8四相步进电机B1MINH1511CTLSYNCHOMESEN2SEN1OUT411131314R0500KR810KVCCR22R9151R23R101欧/2WX4

2-1-5 步进电机驱动电路图

2.1.4 系统软件功能模块

整套系统采用中断控制方式，一开机对单片机进行初始化让单片机处于等待状态模式工作，无线遥控发射信号４个按键用于触发ＩＮＴ０；３个传感器检测信号用于触发ＩＮＴ１．当有传感器信号或无线发射信号输入是才触发INT0或INT1，

单片机则由等待状态工作模式进入正常工作模式后进入中断处理子程。INT0信号产生则去扫描无线发射按键，INT1信号产生则去扫描三个传感器输入信号，处理完中断程序后单片机又由正常工作模式转换为等待状态模式工作，３种工作方式的电耗消耗见表2-1-6所示．让单片机在无中断触发下工作于等待方式，这样做有利于单片机省电，以大大降低功耗，增长单片机的使用寿命。

表2-1-6 工作方式

工作方式

正常方式

等待方式

掉电方式

软件流程图如下：

主程序：

电源电压／Ｖ

５

５

２

电源电流／ＭＡ

１６

３.7

50

晶振／ＭＨＺ

1.2--12

1.2--12

停振

开始

总中断开启，INT0，INT1开启，进入等待状态

初始化程序

进入等待状态

INT0子程序：

N

P1.3=1

N

Y

Y

P1.0=1

N

PI.1=1

N

P1.2=1

Y

Y

进入INT0

扫描键盘

控制窗帘电机正反转

控制窗帘电机停止

控制窗户电机正反控制窗户电机停止

出错处理关INT0

INT1处理子程序：

进入INT1

延时1s

注:等待传感器信号稳定

扫描传感器输入

P1.4=1

N

Y

控制报警装置

P1.5=1

N

Y

控制窗户电机正转

P1.6=1

N

出错处理关INT1

Y

控制窗户电机正转

控制窗户电机子程序:

开始

电机是否正转

Y

N

加载反转脉冲计数初值

加载正转脉冲计数初值

脉冲计数是否为0

N

Y

启动T0用于产生50HZ的脉冲信号

向步进电机发启动和脉冲控制信号

N

注:T0每中断1次,方向控制为正转，则正转脉冲计数值减1,反转脉冲基数值加1, 方向控制为反转，则相反T0初值重加载

N

脉冲计数值是否为0

Y

控制电机停止

2．2 步进电机的控制模块

2.2.1 步进电动机工作原理

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。步进电动机转子转动的速度取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲数，它作为伺服电动机应用于控制系统时，可以使系统简化，工作可靠，而且可以获得较高的控制精度。为了使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。

步进电机的转动是由相电流合成的磁场变化而引起的当磁场方向变化时，步进电机随之转动，最终定位于相电流合成的磁场方向，对于三相六拍的方式，每相之间相角差（即步距角）为1.5º。当A相通电时，步进电机转向A随后AC同时通以相同大小的电流，合磁场方向变为A偏C 0.75º。因此，步进电机向C转动0.75º，之后只有C通电，合磁场方向为C相，步进电机再向C转动0.75 º。同理，若以A-AC-C-CB-B-BA-A的方式通电，转子会从A相经6步转动转回A相，完成一个周期动作。

通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，从而实现数字角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。

正转：A →AB → B → BC→C → CA→A

反转：A →AC → C → CB→B → BA→A

环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统，如下图所示：

驱动电源

控制器 环形分配器

功率放大器

步进电动机

辅助电路

2-2-1步进电机控制驱动方框图

环形分配器：环形分配器[3]是根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使各相绕组按一定的顺序和时间导通和断开，并根据指令使电动机正转或反转，实现确定的运行方式。环形分配器可以由硬件和软件[3]两种方式实现。

硬件环形分配器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等特点。软件环分则往往受到微机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。然而，为了满足本设计智能控制液滴速度本文采用软件环分。时通以相同大小的电流，合磁场方向变为A偏C 0.75º。因此，步进电机向C转

步进电机的控制分为开环控制和闭环控制。开环控制是指步进电机驱动系统的输入脉冲不依赖与转子的位置,而是事先按一定规律给定的。闭环控制是指不断直接或间接地检测转子的位置和速度,然后通过反馈和适当的处理,自动给出脉冲链,使步进电机每一步都响应控制信号的命令,从而使电机发生失步的可能性大大减小。鉴于对本次设计的要求考虑，在这里我采用开环控制。

2.2.2 步进电机的单片机控制功能

通过AT89S52的P3.０-P3.8口控制步进电机的A、B、C三相通电状态。根据步进电机需要转动的方向和圈数（或角度），P3.7-P3.8口按照“A—AB—B—BC—C—CA—A”或“A—AC—C—CB—B—BA—A”的顺序对步进电机各相输出脉冲信号使步进工作。步进电机的速度由脉冲信号的频率决定，步进电机转动的圈数（或角度）由脉冲信号的数量决定。本文中单片机发一个脉冲即步进电机转1.5º。

在本文设计中采用电动机正转反转的方法，通过电机实施电动机的正反转实现窗户窗帘的智能化。具体方法如下：

正转: A—AB—B—BC—C—CA—A

反转: A—AC—C—CB—B—BA—A

正反转控制模型数据的存放单元见表2-2-２、表2-2-3，其中26H和2DH中存放模型结束标志。

内存字节地址

控制模型数据

内存字节地址

控制模型数据

01H 05H 04H 06H 02H 03H 00H

27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH 2DH

表2-2-3 反转控制模型数据

表2-2-2正转控制模型数据

20H

01H

21H

03H

22H

02H

23H

06H

24H

04H

25H

05H

26H

00H

2.3 压力与湿度检测模块及流程图

2.3.1 压力测量电路

压力传感器[4]是一种将压力转换成电流/电压的器件，可用于测量压力、位移等物理量。压力传感器的种类很多，其中硅半导体传感器因其体积小、重量轻、成本低、性能好、易集成等优点得到广泛的应用。硅压阻式传感器属于其中的一种，它是在硅片上用扩散或离子注入法形成四个阻值相等的电阻条，并将它们接成一个惠斯登电桥。当没有外加压力时，电桥处于平衡状态，电桥输出为零。当有外加压力时，电桥失去平衡而产生输出电压，该电压大小与压力有关，通过检测电压，即可得到相应的压力值。但这种传感器由于四个桥臂电阻不完全匹配而引起测量误差，零点偏移较大，不易调整。

本系统采用MPX2100DP作为压力传感器，可以很好地满足系统的要求，它具有如下特点：

①由于采用激光微调技术，使电桥零漂输出很小，一般小于±1mV；

②传感器灵敏度较高，为40mV±1.5mV；

③传感器由热敏电阻组成温度补偿网络，在-40℃~ +125℃范围内有较好的温度补偿效果，从而提高了传感器的精度；

④具有极好的线性度（±0.25%F.S）；

⑤有较宽的工作温度范围（-40℃~ +125℃）；

⑥允许过载大（400%）。

对于电压输出逻辑电平定为5V，显然32mV的电压要进行适当的放大。

放大器采用MC33274四运算放大器，它组成一个仪表放大电路，具有高差模增益和高共模抑制比，输入阻抗高，可调节偏置电路。差模放大主要由U1A完成，U1B为电压跟随器，用来防止运放的反馈电流流入传感器的负端。零压力时，传感器的2和4端之间的电压差为零。设2端和4端的共模电压各为4V（传感器电源电压的一半），则U1A的端电压也是4V，该电压经U1C和U1D电路使其输出为零。输出端的零压力偏置由R4和RP1引入。R7值的选择从13端看过去的阻抗约为1kW，放大器的增益为：Av=R5/R6(1+R2/R1)=125

（2）选择125的增益使传感器满量程输出摆幅32mV可放大到125×0.032 =

4V（为电源电压的一半）。

其中小信号通过集成放大,边成大信号输出传到单片机,使之达到检测的目的.如图(图2-3-1)所示

U23R81KLM7808IN1C11uFVCC+12v+12VGNDOUT1uFD1R415KMPX210034VCCBAGND21R612065U1:2MC33274723U1:1214IN68102C2R910KMC332741R56.4KU1:39103MC332748R2010KC30.1uFR2U1:413124MC3327414UIN1K2KUR45U4:1BG19013R106.8KLM3392P1.5R12KU1:356INT1R7Rp1200220R3

图2-3-1 压力检测模块电路

2.3.2 湿度测量电路

高分子湿度传感器CHR01为新一代复合型电阻型湿度敏感[5]部件，其复阻抗与空气相对湿度成指数关系，直流阻抗（普通数字万用表测量）几乎为无穷大，与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电，由于水分子为极性分子，在直流电存在的情况下，会电离，分解，从而影响导电与元件的寿命，所以要求采用交流电路对传感器进行供电。

最后的问题是在生产过程中，由于湿度传感器的原因或其他原因，总会遇到实际值与测量值之间存在误差的情况，在单片机功能允许的情况下，建议通过软件做最后的修正，主要采用跳线（JUMP）的方法对示值进行修正，安排一个IO，

做加/减运算符号定义，其余2-4个IO，用于定义加/减的值，例如1，2，3，可以修正正负6%RH的示值偏差。

集成湿度传感器HM1500的输出电压在1～4 V间随湿度线性变化，考虑到本系统的单电源特点，设计的湿度信号采集电路如图十所示，该电路的测湿范围为0～100％。

湿度检测电路如图2-3-2所示,其中检测信号输出通过单片机的P1口,达到检测信号的目的.

VCC+12V+2.5R1810KBG29013RP22K2+1.0V31+5VU3:1LM2241R132.4KU3:39R121K6E1HM1500R152K52+5VU3:2LM2247R162.4K103R142K+5VLM2248UIND3IN6810P1.6R2110KVCCIN6810URD2U4:2671LM339R196.8K9U1:48INT1R172K

检测电路：

使用电容充放电电路如下图示，将测量湿度传感器等效为电阻RX进行充放电，通过测量充放电时间进行反推阻抗可以测量电阻阻抗，通过读表可以检测相对湿度值。

单片机MCU：

图2-3-2 湿度检测模块电路

OUT处输出送至单片机的P1.6。

图2-3-3 湿度检测电路

首先，置RB0为输出状态，RB1和RB2为输入状态，RB0输出高电平Vh（≥0.85VDD），通过湿敏电阻对C进行充电，根据电路理论，电容上的电压按一阶指数规律变化，

Uc(t) = Vh[1-exp(t/RxC)] (1)

在渡越时间Tmr后，Uc(t)由0V上升到RB2的输入高电平门槛电压VT（0.45VDD），RB2的输入状态也由低电平变为高电平，此时再将，RB0，RB2置为低电平，电容C上的电压通过RP，及RX和RB2快速放电。如此重复，进行充放电。

由式（1）知

Tmr = -Ln( 1-VT/Vh ) Rx C (2)

由(2)知，只要测量Tmr，VT、Vh、C 为已知，可以计算出Rx，由于元件参数及温度漂移，VT、Vh、C的值很难精确计算，为解决此问题，我们可置RB1为高电平，Vh（≥0.85VDD），通过固定电阻R0对C进行充电，同理可知，电容上的电压Uc(t)由0V上升到RB2的输入高电平门槛电压VT的时间为Tcr:

Tcr = -Ln( 1-VT/Vh ) R0 C (3)

将 (2)/ (3)可得：

Rx= (Tmr/ Tcr) R0 (4)

由(4)可知，只要测量Tmr与Tcr，R0为精密固定电阻，通过运算就可以计算Rx ，与其他因素无关。在RX测量后就可以查表计算相对湿度值

参数设计：

电阻R0与电容C的选择主要取决于需要的分辨率，与单片机周期等有关

电阻建议选择精密金属膜电阻，建议为60K---300K（1%）之间（取值与测量范围有关，取与Rxmax的1/2左右）

电容的选择既要考虑到测量的灵敏度，又要考虑不使计数时间太长，具体考虑单片机的时钟频率等因素。

C≤-T/[RxmaxLn(1-VT/Vh)]

T为计数器溢出时间，与分辨率有关Rxmax 为最大阻抗值，（取200K--600K左右取值与测量范围有关）

建议电容量在0.1UF到1U间选择,材料为陶瓷或有机电容

2.4 无线遥控模块及流程图

2.4.1 无线遥控电路

工作频率： 315MHZ

振荡电阻： 200K

解码芯片： 键控点动接收解码芯片PT2294-M4（PT2272-M4）

工作方式： 超再生

外形尺寸： 47x19x8毫米

原理图：

图2-4-1 红外接受电路

天线VCCVCCVT1011315MHZ12GND131U1:12INT0无线遥控接收图2-4-2 红外接收等效电路

ANT

接收模块采用SMD贴片工艺制造生产，为超再生接收方式，它内含放大整形及解码电路，使用极为方便。

（1）天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线

（2）接收电路自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。

（3）接收机采用高精度带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封存这与用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿 度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化，而且由于采用贴片工艺，所以即使强烈震动也不必担心接收频点漂移，接收电路的接收带宽约500KHz，产品出厂时已经将中心频率调整在315MHz，接收芯片上的微调电感约有5MHz频率的可调范围，使用时不要轻易变动，以免影响性能。

超再生接收模块有七个引出端，分别为10、11、12、13、GND、VT、VCC，其中VCC为5V供电端，GND为接地端， VT端为解码有效输出端，10、11、12、13是解码芯片PT2294集成电路的输出脚,为四位数据点动输出端，接收到有效信号时能输出5V高电平，驱动电流约2mA，与发射器上的四为个按键一一相对应。

接收模块介绍： 接收模块有七个引出端，分别为10、11、12、13、GND、

VT、VCC，其中VCC为5V供电端，GND为接地端，VT端为解码有效输出端，10、11、12、13是解码芯片PT2294集成电路的输出脚，为四位数据点动输出端，接收到有效信号时能输出5V高电平，驱动电流约2mA，与发射器上的四个按键一一对应。

遥控发射操作

静态（无操作）

按压发射键A

按压发射键B

按压发射键C

按压发射键D

11

0

1

0

0

0

12

0

0

1

0

0

13

0

0

0

1

0

14

0

0

0

0

1

GND

GND

GND

GND

GND

GND

VT VCC

0 VCC(+5V)

1 VCC(+5V)

1 VCC(+5V)

1 VCC(+5V)

1 VCC(+5V)

图2-4-3 接收模块输出电位表

注：表中5个输出引脚10、11、12、13、VT的“0”代表低电位OV，1代表高电位5V。

2.4.2 无线遥控发射电路

外形尺寸： 58x38x13毫米

天线拉出后长度：13厘米

发射功率： 20毫瓦

工作电流： 14毫安

工作电压： 12V A27报警器专用电池

遥控距离： 开阔地无障碍物遮挡情况下200米

发射器外形滑动保险盖打开面板，其内部遥控电路图如图2-4-2所示,面板上有四位操纵按键及一个发射指示灯。发射机内部采用进口声表谐振器稳频，频率一致性非常好，稳定度极高，工作频率315MHZ频率稳定度优于10－5，使用中无需调整频点，特别适合多发一收等无线电遥控系统使用。而目前市场上的一些低价位无线电遥控模块一般仍采用LC振荡器，稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，当温度变化或者震动后也很难保证已调试好的频点不会发生偏移，造成发射距离缩短。

D1R13.3KR847870pF3121110R5R6R7S1S2S3S4R3C1L12SC4226C2VT19pFUA0A1A2A3A4A5A6/D6A7/D7VSSVDDDATA OUTOSC1PT2262OSC2TEA11/D11A10/D10A9/D9A8/D8200KD2D3D4D5GDX31512R251KR9C320pF1N4148240R4---R710KX412v

图2-4-4 无线遥控器电路

无线遥控编解码芯片[2]：

PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，主要应用范围：车辆防盗系统；家庭防盗系统；遥控玩具及其他工业遥控。特点： CMOS工艺制造，低功耗外部应用线路元器件少单脚电阻振荡电路工作电压范围宽：1.8～15V，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平，,任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下

次遥控数据发生变化时改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。注：本站单片机学习板配套无线解码芯片为PT2272-M4（或PT2294-M4），其输出是非锁存的，即点动输出。

无线遥控发射器和接收模块上都预留地址编码区，采用焊锡搭焊的方式来选择：悬空、接正电源、接地三种状态。跳线区是由三排焊盘组成，中间的8个焊盘是PT2272解码芯片的第1～8脚，最左边有1字样的是芯片的第一脚，最上面的一排焊盘上标有L字样，表示和电源地连通，如果用万用表测量会发现和PT2272的第9脚连通的；最下面的一排焊盘上标有H字样，表示和正电源相连，如果用万用表测量会发现和PT2272的第18脚连通。所谓的设置地址码就是用焊锡将上下相邻的焊盘用焊锡桥搭短路起来，例如将第2脚和上面的焊盘L用焊锡短路后就相当于将PT2272芯片的第2脚设置为接地，同理将第2脚和下面的焊盘H用焊锡短路后就相当于将PT2272芯片的第2脚设置为接正电源，如果什么都不接就是表示悬空。因此，通过：悬空、接正电源、接地三种状态编码。可以产生6561种编码，即使有多个遥控器或多个接收模块，只要地址编码设置不同，也不会出现相互干扰的现象。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。

2.5 报警功能模块电路

报警电路工作原理：

防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。本设计有报警电路的作用是,当有窃贼入侵时,红外检测模块将检测到的信号通过单片机的控制系统,产生的信号然后作用于三极管,使之饱和,从而使报警电路形成回路,发光二极管导通,发光,报警器报警

在本文设计中报警电路直接通过单片机来控制，具体电路如图2-5-1所示。

图2-5-1 报警电路

蜂鸣器音量10cm/80分贝，电流15-20mA。在电路中电阻均为限流电阻。0.1uF的电容是为了滤掉电路中的波动电压。

当单片机P2.0端输出高电平时，晶体三极管工作在放大状态，极电流作用在蜂鸣器上，使蜂鸣器发出响声，同时发光二极管正向导通，发光二极管点亮。

当单片机P2.0端输出低电平时，晶体三极管处于截止状态，极电流为零，发光二极管处于截止状态，蜂鸣器无电流输入，处于截止状态。

2.6 红外探测模块

防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。本设计采用一体化人体红外探测器HN9IIL，该热释电红外探测防盗报警器电路由振动/传感检测电路、热释电红外传感探测电路，单片机控制电路和报警电路组成。一体化人体红外探测器电路如图２－６－１所示

RP1M46VCC+6U33VCC5HN911LP1.4U1:2134INT1GND2图2-6-1

HN911L性能参数：通过型红外探测模块，双列6脚直插式封装，电源电压=DC5V±10%；≤±0.02V;静态电流<1mA;放大器增益>70dB;频宽=0.3～7Hz;工作温度=-20～50℃;保存温度=40～60℃。该传感器由于内部放大器集成了温度补偿功能,可以将人体辐射信号从恶劣的环境辐射信号中分离出来进行处理,保证了传感器的工作稳定性。

电路中，振动/传感检测电路由振动传感器HN911L和电阻RP组成。热释电红外传感探测电路由热释电红外传感探测模块Q1和电阻R3组成，平时图2.6.1输出低电平，通过单片机AT89S52控制报警器，此时处于稳态，Q0不导通，则报警器不工作，当有窃贼破窗而入的话，只要间隔10S连续发送振动信号或连续10S发出振动信号则输出高电平，通过单片机AT89S52控制报警器，此时单温态触发器受到触发而翻转，由稳态变暂稳态，由低电平变高电平，Q0导通，则报警器工作，发出响亮的报警声。如在房间走动超过5S，此时单温态触发器受到触发而翻转，由稳态变暂稳态，由低电平变高电平，Q0导通，则报警器工作，发出报警声。调节RP阻值可以调节改变热释电红外传感探测电路的灵敏度。

2.7 电源模块

在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。本文设计中的直流稳压电源，它将频率为50HZ、有效值为220V的交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几百毫安以下的直流电压。

2.7.1 直流电源的基本原理

单相交流经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，其方框图如图2-7-1所示。下面就各部分的作用加以介绍。

Ui

变压

AC 220V

器

Uo

整流

电路

滤波

电路

稳压

电路

图2-7-1 直流电源方框图

（1）电源变压器

直流电源的输入为220V的电网电压（即市电），一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。本文设计中取变压器变压比例为110：4。

（2）整流电路

整流电路把变压器副边的交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。在本文设计中使用单相桥式整流电路。电路如图2-7-2所示。下面就单相桥式整流电路的原理做简单的介绍。

A

D1

D4

D3

D2

B

图2-7-2 单相桥式整流电路

设变压器副边电压u2=√2U2sinwt, U2为有效值。（√2为根号2）

当u2为正半周时，电流由A点流出，经D1、RL、D3流入B点，因而负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压，即u2，D2和D4管承受的反向电压为-u2。

当为u2为负半周时，电流由B点流出，经D2、RL、D4流入A点，负载电阻RL上的电压等于-u2。D1、D3承受的电压为u2。

这样，由于D1、D3和D2、D4两对二极管交替导通，至使负载电阻RL上在u2的整个周期内都有电流流过，而且方向不变，输出电压uo=｜√2U2sinwt｜。则输出的平均电压：

UO（AV）=2√2 U2/π≈0.9 U2

输出的平均电流：

IO（AV）= UO（AV）/ RL≈0.9 U2 /RL

本文设计中整流电路的整流二极管采用1N4007。

（3）滤波电路

整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但脉冲较大，含有较大的谐波成分，不能适应大多数电子线路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。具体电路如图2-7-3所示。

在这里我采用电容滤波电路，即在整流电路的输出端（即负载两端）并联一个电容。电容滤波电路利用电容的充、放电作用，使输出电压趋于平滑。

当负载开路时，即RL=∞时，输出电压平均值UO（AV）=√2 U2。

当RLC=（3～5）T/2时，输出电压平均值UO（AV）≈1.2 U2

为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=（3～5）T/2的条件。在这里采用40uF的电解电容，RL取1KΩ。从而负载两端的输出电压在10V左右。

图2-7-3 电容滤波电路

（4）稳压电路

在本文设计中采用集成稳压器。由于在整文设计中要提供给电路三个直流电压，分别为5V、-5V、30V，因此在本文设计中分别采用型号为W78L00、W79L00、W317L稳压器进行稳压。具体电路如图2-7-4所示。

电路中由W780L与W7900L构成一个正、负输出电压稳定的稳压器。它可以实现正负5V的稳定电压输出。W317L可实现30V的稳定电压输出。

电路中C2、C4、C5是用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小，在这取0.4uF。

电容C3、C6、C7用于消除输出电压中的高频噪声，在这取10uF。

电容C8的作用是减小R2上的纹波电压，在这取0.01uF。

电路中D5、D6是W7800L、W7900L的保护二极管，正常情况下处于截止状态。当负载接在W7800L和W7900L的输出端之间时，如果工作过程中某一芯片输入电压断开而没有输出，则另一芯片的输出电压将通过负载施加在没有输出的芯片输出端，造成芯片的损坏。接入D5、D6可保护两芯片。

在电路中，R1取240Ω，R2取5.5KΩ，根据公式UO=（1+R2/R1）*1.25式中的1.25为W317L的基准电压，得出UO的值近似为30V。

U21C52200uFC40.1uFINMC7806OUTGND2C30.1uFC610uFJ212DC6V3J3C82200uFC70.1uF2C9IN1C1021DC5V3GNDOUTU3MC78050.1uF10uF

U12INLM317OUTADJ3R1120J412DC12VC210uFC10.1uF

1R22K

图2-7-4 稳压电路

2.7.2 直流稳压电源的整体电路

直流稳压电源的整体电路如图2-7-5所示。

U2MC78061C52200uF/25v0.1uFC4INOUTGND32C30.1uFC610uFJ212DC6VJ3J1321AC220V2F1T1C8D22200uF/25v0.1uF2C7C9IN1C1021DC5V3GNDOUTU3MC78050.1uF10uFU1LM317INOUTADJD013R1120J412DC12VC210uFC12200uF/50vR22K

图2-7-5 直流稳压电源整体电路

2.8 手动功能概述

当系统由于停电或者系统故障等原因需要手动时，通过操作,拉窗户窗帘来实现窗户窗帘的开与关。

2.9 本章小节

本章主要就各个模块的工作原理及电路设计做了详细的介绍，具体的内容分为以下几个部分：

（1）对压力检测模块,湿度检测模块,人体红外检测模块的工作原理做了简要说明并阐述单片机控制各模块的流程图及列出程序清单

（2）对报警电路，直流稳压电源的原理及电路进行了详细的分析。

（3）就AT89S52做了简单的介绍，对单片机的控制原理做了详细的说明。

（４）对无线遥控发射与接收电路工作原理及与单片机连接做了详细分析．

（５）对步进电机的工作原理、驱动电路进行了详细的分析。并简要说明并阐述单片机控制各模块的流程图及列出程序清单。

3 设计的总体电路的工作原理介绍

窗户窗帘的智能控制系统的总电路图如图3-1-1，该设计电路的工作原理如下介绍。

电源部分就是单相交流经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压，分别是输出为5V，6V，12V的电源为各个模块提供工作电压。单片机40脚接5V电源，20脚接地，传感检测电路分为压力传感检测电路，湿度传感检测电路，人体红外检测电路，但是由于市面上传感装置价格昂贵而且较难买，所以这里用电阻，电位器分压，并用发光二极管指示和按钮开关组成的电路来代替作为传感器检测电路发出信号的装置，这里叙述下用电位器代替传感器的调试工作原理，用于调试程序。本系统的工作原理就是当压力传感器检测装置检测到有风时，压力就增大，并将压力信号转化为电压信号，并成线性关系，因为传感器输出电压很小只有0V—32MV,通过压力检测电路里面的单电源低电压高速运算放大器MC33274将压力传感器检测的压力信号放大125倍后，输出电压范围为0V—4V,并设置一个参考电压即阈值电压，通过电压比较器LM339将电压信号转换为电平信号，当压力传感器输出电压大于阈值电压时，送出高电平到AT89S52，说明风力达到了一定的级别应控制电机关窗户，即通过使用软件控制单片机的输出口P2口输出信号，控制电机的正转，同时单片机输出一定频率的脉冲控制环形分配器，为了能够驱动步进电动机及使步进电机能够满足各种要求的输出，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。形分配器通过功率放大器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。步进电动机转子转动的速度取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲数。在本文设计中，脉冲发生器采用单片机软件产生脉冲，即脉冲分配器采用单片机软件环分；功率驱动器采用单电压驱动的方式, 在步进电机的驱动电路中,当输入信号为高电平时，晶体管处于饱和状态，若忽略饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上，电机转动；当输入信号为低电平时，晶体管处于截止状态，电机停止转动。电路中二极管D在晶体管截止时，起着续流和保护作用，以防止晶体管截止瞬间绕组产生的反电势造成管子击穿，串联电阻R12使电流下降的更快，从而使绕组电流波形后沿变陡，从而使电动机发生正转和反转的转动来实现窗户的开和关。湿度检测装置检测到下雨时，发出高电平信号控制窗户关和人体红外检测发出高电平信号控制报警器装置的电路与上诉压力传感器检测电路的是同一个的原理。通过P2.0产生高电平,使报警电路产生电压,电路导通,二极管发光,蜂鸣器报警,这就实现了当有窃贼进入时的声光报警功能,通过单片机的9脚所连的电路为上电复位电路.

窗帘部分是通过单片机的P2.1和P2.2控制的，因为P2.1接有上拉电阻,继电器KA[7]一直吸合,TA一直导通为常闭触点,K1, K2为行程开关即常闭触点,J1_1,J2_1为自锁开关常开,J1_2,J2_2为互锁开关为常闭.当单片机发出关窗帘命令时,P2.2口输出高电平时,继电器K吸合,QA闭合,电路产生电流,因为J1通路中含有两个二极管和电解电容 ,所以继电器J2比J1先吸合,J2控制自锁开关J2_1闭合实现自锁功能,同时控制互锁开

关J2_2断开实现互锁功能即使继电器J2一直供电，继电器J1不供电，继电器J2吸合使J2.3, J2-4闭合,电机正转。当窗帘拉到底后行程开K2关断开，继电器J2断电使J2.3,

J2-4断开而使电机停止转动，关窗帘过程完成。单片机P2.2再次输出高电平时，由于K2断开，J2不能吸合，J1吸合，J1－1闭合，电路自保，J1－2断开，电路互锁，J1－3、J1－4闭合，电机得电反转，窗帘拉开。窗帘完全拉开后，行程开关K1被拉线拉动而断开，J1失电释放，J1－1断开，整个电路断电停止工作。通过控制电机的正反转；来控制窗帘的开和关，达到实现智能控制窗帘的功能。当需要窗帘停在任意位置时，只要在窗帘运动过程中，单片机P2.1输出低电平即可.

另外程序设计也是通过精心设计的，整套系统采用中断控制方式，一开机对单片机进行初始化让单片机处于等待状态模式工作，无线遥控发射信号４个按键用于触发ＩＮＴ０；３个传感器检测信号用于触发ＩＮＴ１．当有传感器信号或无线发射信号输入是才触发INT0或INT1，单片机则由等待状态工作模式进入正常工作模式后进入中断处理子程。INT0信号产生则去扫描无线发射按键，INT1信号产生则去扫描三个传感器输入信号，处理完中断程序后单片机又由正常工作模式转换为等待状态模式工作，３种工作方式的电耗消耗见表2－1－６

所示．让单片机在无中断触发下工作于等待方式，这样做有利于单片机省电，以大大降低功耗，增长单片机的使用寿命。

4 软件调试

根据方案设计的要求，电路按模块调试，各模块逐个调试通过后再联调。单片机软件在最小系统上调试，确保所有部分工作正常之后，再与硬件系统联调。由于实验设备、时间等因素限制，本设计没有进行软件调试。在此，对调试作理论分析。

压力传感器的信号传递,是通过运算放大器将信号放大,通过电阻的比值算出一定放大的倍数,然后将信号传递到单片机。

步进电机的顺逆时针方向转动，仅改变加电顺序即可。

软硬联调：

遥控器对窗户窗帘的控制，通过遥控器的按键发出信号，通过单片机反馈并发脉冲，使窗户窗帘的电路通路产生电流，然后带动电动机正反转，实现智能化控制。

结果分析：

通过遥控器可控制电机运动，但在实际测试中由于控制系统的滞后因素，经过一些软件处理措施后，能大大提高反应速度，但也存在波动。经反复调试，可达到一个较理想的结果。

5 扩展及展望部分

5.1 扩展

设计一个由一台电动机系统。主站部分功能：具有定点和巡回检测方式；可显示从站传输过来的从站号和点滴速度；在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号、和各从站的点滴速度；收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号，可手动解除报警状态。还可以用于石油工业领域。

5.2 展望

能通过红外遥控器控制，实现红外快速检测，以及雨天,大风天窗户的智能控制；能通过一定方式使系统可以实现窗户窗帘的智能控制,即能窗户窗帘的自动开与关；，从而可实现系统的智能化管理。

在本文中，单片机还有很多多余的端口，可以通过接口来实现设备的可扩展性，来提高系统的实用性。

总 结

经过几个月的艰苦努力，我们在本次设计中通过对窗户窗帘的智能化控制系统的设计体会到，要对窗户窗帘智能化控制不是一个简单的控制问题，它涉及到机械学、物理学及自动控制理论等多方面的知识，特别是用单片机软件处理控制过程，是单片机在自动控制领域中的灵活运用。而且在实际应用过程中，理论上可行的方案在实际中可能较难实现时，就需要灵活机动地运用各方面的知识，找到简单可行的方案。

本系统设计以单片机为核心部分，利用湿度传感,压力传感,以及红外传感技术实现对雨,风,以及窃贼的侵入与否进行检测，通过软件的编程实现窗户窗帘的智能控制关与开,以及是否报警功能，通过控制电机正反转来控制窗户窗帘的开关，来实现智能化控制的自动调节。通过本次设计，使我对这四年来所学的知识有了完整的了解，并在以前的基础上得到了进一步巩固。在本次设计的过程中，让我对很多新的器件有了一定的了解，同时遇见了很多以前学习的基础知识，通过复习，使自己的基础知识得到了一定的巩固。这次设计中让我感受最大的是通过查找资料及编写论文，使我的思维开阔了很多，同时解决问题的能力得到了很大的提高。

致 谢

本设计论文是在罗勇老师精心指导和大力支持下完成的。罗老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。由于所设计的课题涉及的专业领域较广、知识点较多，在整个过程中，得到了许多老师及同学的帮助，在这半年来的设计过程中我请教了系里的好多老师，他们对我的毕业设计提了很多宝贵的意见。还有我的搭档，他帮我找了很多相关资料，使我得以顺利完成论文。同时还得到很多同学的帮助，他们帮我收集资料。现在设计已经结束，在这里一并向这些老师和同学们表示感谢。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。

参考文献

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Education, 1987

附录１

各模块与单片机系统的连接模块

附录2 系统程序清单

；调试程序

0000: AJMP START

0003: AJMP MVINT0

0013: AJMP MVINT1

;初始化程序段

ORG 0030H

START： SETB EA ; SETB EX1

SETB EX0

SETB IDL ; SJMP $

;进入中断0

MVINT0： JB P1.0, P1.0H ; JB P1.1, P1.1H

JB P1.2, P1.2H

JB P1.3, P1.3H

RETI

P1.0H: SETB P2.1 ; JB P1.0, $

RETI

P1.1H: SETB P2.2

JB P1.1, $ ; RETI

P1.2H: CPL P2.5 ; SETB P2.3

JB P1.3, P1.3H

LCALL DELAY10S

RETI

P1.3H: CLR P2.5

JB P1.3, $

总开 INT0开 INT1开

进入等待方式

按键扫描

控制窗帘电机停止

控制窗帘电机正反转

控制窗户电机正反转

控制窗户电机停止

RETI

;传感器中断

MVINT1: JB P1.4, P1.4H

JB P1.5, P1.5H

JB P1.6, P1.5H

RETI

P1.4H: SETB P2.0

LCALL DELAY10s

CLR P2.0

RETI

P1.5H: SETB P2.4 ; SETB P2.3

LCALL DELAY10S

RETI

DELAY10S: MOV R3, #0AH

DELAY1S: MOV R1, #0AH

DL0: MOV R2, #18H

DL1: NOP

NOP

DJNZ R2, DL1

DJNZ R1, DL0

DJNZ R3, DELAY1S

RET

;主要程序

0000: AJMP START

0003: AJMP MVINT0

001B: AJMP MVINT1

;初始化程序段

ORG 0030H

START： SETB EA ; SETB EX1

SETB EX0

SETB TR0

SETB TR1

控制窗户电机正转

总开 INT0开 INT1开

MOV 50H, #100 ;控制步进电机正转初值

MOV 51H, #O ;控制步进电机反转初值

SETB IDL ;进入等待方式

SJMP $

;进入中断0

MVINT0： JB P1.0, P1.0H

JB P1.1, P1.1H

JB P1.2, P1.2H

JB P1.3, P1.3H

RETI

P1.0H: SETB P2.1 ; JB P1.0, $

RETI

P1.1H: SETB P2.2 ; JB P1.1, $

CLR P2.2

RETI

P1.2H: SETB EA ; SETB ET0

MOV TMOD, #00000001; MOV TH0 MOV TL0 SETB TR0 ; CPL P2.3

LCALL KZCHDJ

RETI

KZCHDJ: SETB P2.4

LOOP5: JB P2.3, LOOP2

MOV R0,51H

LOOP3: SETB P2.5

MOV A, R0

JZ LOOP4

SJMP LOOP5

RETI

控制窗帘电机停止

控制窗帘电机正反转

总开 INT0开

设置T0工作方式T0为定时器方式1

， #D8H ;T0初值,即PWM的频率为50HZ

， #F0H

启动T0

LOOP4: CLR PZ.5

RETI

LOOP2: MOV R0,50H

SJMP LOOP3

MVT0: CPL P2.4

MOV TH0， #D8H ;T0初值重加载,即PWM的频率为50HZ

MOV TL0， #F0H

SETB EA

SETB ET0

SETB ER0

JB P2.3,LOOP6

DEC 51H

INC 50H

SJMP LOOP5

LOOP6: DEC 50H

INC 51H

SJMP LOOP5

RETI

;进入中断1

MVINT1: LCALL DELAY1S

JB P1.4, P1.4H

JB P1.5, P1.5H

JB P1.6, P1.5H

RETI

P1.4H: SETB P2.0

LCALL DELAY10s

CLR P2.0

RETI

P1.5H: SETB P2.3 ; LCALL KZCHDJ

RETI

DELAY10S: MOV R3,#0AH

DELAY1S: MOV R1,#0AH

控制窗户电机正转

DL0: MOV R2,#18H

DL1: NOP

NOP

DJNZ R2, DL1

DJNZ R1, DL0

DJNZ R3, DELAY1S

RETI

附录1 各模块与单片机系统的连接模块

U21C52200uFC40.1uFINMC7806OUTGND2C30.1uFC610uFJ212DC6V3J3J1321AC220V2F1T1C8D22200uF0.1uF2C7C9IN1C1021DC5V3GNDOUTU3MC7805D10.1uF10uFR13.3KR847870pF3121110R5R6R7S1S2S3S4TAF2S8050J121DC12VKA4098TAR3C1L12SC4226C2VT19pFU1INLM317OUTADJ3R1120J412DC12VC210uF123456789U0A0A1A2A3A4A5A6/D6A7/D7VSSVDDDATA OUTOSC1PT2262OSC2TEA11/D11A10/D10A9/D9A8/D8GDX31512P2.1R251K200KD2D3D4J1_3K1K2R105.1KD8D01D51N4148C10.1uFR22K20pF240R115.1KD7QAS8050VCC+6VJ1_1J2_1J2_2C10100/25VC11100/25V2AT89S52VCCP0.0 (AD0)P0.1 (AD1)P0.2 (AD2)P0.3 (AD3)P0.4 (AD4)P0 .5 (AD5)P0.6 (AD6)P0.7 (AD7)P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7ALE/PROGPSENEA/VPP443332R51KC25V高响度报警器DS20.1uFINT0VCCJ2_4J1KQAD10J2_3VCC+6VD111N4001J1_4P2.2R9C3+B2J1_2J2A-R4---R710KX412v天线VCCVCCVT1011315MHZ12GND131U17P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7U1:1RP1MU23R81KLM7808IN1C11uF+12VGNDVCC+635U3VCCHN911LP1.4无线遥控接收U1:234INT1146ANTOUTGND22C21uFP3.0 (RXD)P3.1 (TXD)P3.4(T0)P3.2 (INT0)P3.3 (INT1)P3.5 (T1)P3.6 (WR)P3.7 (RD)XTAL2XTAL1RSTGNDVCC+12vD12MPX210034VCCBAGND21R61206531MC332741R56.4KU1:39103MC332748R209013C230pF1R415KU1:14IN6810R910KBG1C130pF5.1KR0212223R1246.8K25262728302931VCCQ0S8050VCC+12VR7C133nFU8VCCP2.5P2.31EN22KVCC+5VC5100uFY112MHz1819920R120.5/5WC7100nF/20VP1.510KC3U1:2MC33274720.1uFR2U1:413124MC3327414UIN1K2KUR45U4:1R106.8KVCC162R12K2C322uFD1VSABCDD2D3D4GNDOSC9412U7467912107556VSSVSLM3392U1:3INT1S0R2100R1Rp0100KR3VCC10KCW/CCWCLKL297P2.4IN4IN3IN2IN1OUT1GND1N4007X82D8C313B14D5D6D7D8A四相步进电机B1MR7Rp1200+2.5220R3VCC+12VR1810KBG210KR4U679013R21.1K62C11.1uFVCCRSTDISC10KVCCOUT3S0R155KVCCR10500KINH286EN A1113CVOLT2+1.0V31LM2241R132.4KU3:39R14+5VVCC2KIN6810URLM224D28UIND3IN68107U4:261LM339R196.8K9TRIGGNDRP22K+5VU3:1R2110KNE555N5U1:48INT1C222nF1R0500KR161KR810KVCCR22R9151R23R101欧/2WX4R121K6E1HM1500R152K5+5VU3:22LM2247R162.4K10R172K3

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文 献 综 述

在如今的信息化时代，科学技术的发展使得人们能够去追求更加舒适、便捷、安全的生存环境。因此，人们对其主要的生活、工作环境――楼房提出了更高的智能要求。现在，智能楼房技术成为了建筑领域的研究热点。该技术的产生、发展是建立在现代计算机技术、控制技术、网络技术等基础上。本文献重点讲述窗户窗帘的智能化控制。

本设计主要是设计用于家庭及宾馆安装智能控制性的窗户、窗帘。实现在日常生活中操作简便，智能化控制的窗户系统具有防风、防雨、防盗、红外、烟感、煤气自动检测控制与报警和自动远程报警、安全控制优先与自动保护等全部功能，所有功能控制都具有高稳定高可靠性高灵敏度高人性化等的自动检测控制。可真正的且具有人性化的任意遥控控制窗的开、关、停与且开合度可随意控制，操作自如简便，目前，我国的智能家居发展受到多重阻碍，同时国外的智能化控制系统的家居生活用品的发展也受到一定的阻碍，这种“未来之家”家庭智能化窗户系统，市场真正启动尚需时日。由于智能化的诱人前景和巨大市场，尽管国内外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止研究人员去研究智能化控制系统，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。为的是使人们的生活更加简便，可随意控制。只有更加贴近实用、易用和人性化的智能化概念，才能真正提高人们的生活品质，才能真正体现其价值，这也是现代科技价值的核心所在。本论文在设计过程中，查找了很多相关资料。其中包括中文文献11篇，外文文献5篇。其中很多内容对本课题研究非常有帮助。

文献【1】丁元杰。单片微机原理及应用

本书介绍了微型计算机的基本概念，MCS-51系列单片机的硬件结构和指令系统及应用，是一本深入浅出的课程教材。书中介绍了MCS-51系列单片机的硬件结构及其扩展，包括对6224静态RAM、总线驱动器74LS244、锁存器74LS373等芯片的介绍及其应用，为本设计中单片机基本系统的设计提供了基本素材。

此外，书中还介绍了继电器、晶闸管元件、LED显示与单片机的接口，A/D、D/A转换新片与单片机接口电路，这些都是本设计涉及的内容，此书也提供了基本素材。

文献【7】 罗勇。电流继电器在控制线路中的应用

本文介绍了电流继电器灵活应用的几个具体实例，如应用电流继电器检测电阻丝烧断的控制电路，检测电动机断相故障，将电流继电器应用到电热膜元件检测装置中等。同时，也分析了应用电路的工作原理。电流继电器具有接线简单、

动作迅速可靠、维护方便、使用寿命长的优点，作为保护元件广泛应用于电动机、变压器和输电线路的过载和短路的继电保护线路中。本设计在设计断相报警电路时参照了这篇论文的一些设计方法。

文献【10】王树德 .AT89C51单片机在智能窗控制系统中的应用,成都师范高等专科学校2007中讲述了以AT89C51 单片机为中央控制器的智能窗控制系统。该控制系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室内温度、湿度、有害气体(如媒气) 浓度等环境参数,然后与由控制键盘预置的参数临界值相比较,

从而作出开P关窗、转动P停止换气扇、降P升温(湿) 等判断, 再结合窗状态检测电路所检测到的窗状态, 发出一系列的控制命令, 完成下雨则自动关窗、室内有害气体超标则自动开窗(同时转动换气扇) 、恒温(湿) 等自动控制功能。人们还可通过控制键盘, 直接控制窗户的开P关、换气窗的转P停、温(湿) 的升P降、选择所显示参数的种类等。

文献【11】楚萍.串行A/D、D/A转换器与89S52单片机的接口设计﹝J﹞.仪表技术，由范风强，等.单片机语言C51实战集锦﹝M﹞.北京：电子工业出版社，2002.；胡汗才. 单片机原理及其接口技术﹝M﹞. 北京：清华大学出版社，2002.这本书了解到，该书则详细讲述了AT89S52，AT89S52是新一代单片机系列的代表产品， AT89S52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其功能强大，可ISP在线编程功能，工作率为33MHz，更快的计算速度，全新的加密算法，兼容性好。综合选择，本文采用AT89C52做为CPU芯片。这两本书中还有学到了单片机编程及管脚扩展和借口等很多方面的知识。

文献【16】Jingwen Tian. Meijuan Li .Intelligent Window

Based on Embedded g Union University .Beijing University of

Chemical Technology, 2006, (4):26-28.中讲述了基于嵌入式系统的智能窗户设计，在该系统中的控制器能根据湿度或风速自动控制窗户的开、关。另外，该系统还包含有网络交互以及网络远程控制功能。作者设计了一个由温度和风速两种输入组成的模糊推断模块，而网络交互功能使的远程监视变得十分便捷。该系统采用了S3C2410ARM芯片作为主控制器，Ominivision公司的OV6630作为图像传感器、步进电机作为窗户的驱动器并且采用霍尔传感器感应窗户的位置。该窗户智能控制系统在获取湿度传感器的信息后，判断天是否下雨，如果是雨天，那么则确保窗户是关闭状态。该智能窗户控制系统甚至能根据温度和风速来控制窗