智能紅外遙控窗簾升降器的畢業(yè)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　0.1 課題背景1</p><p>　　0.2 國內外概況1</p><p>　　0.3 課題的研究工作2</p><p>　　第一章 核心芯片結構

2、原理介紹4</p><p>　　1.1 中央控制芯片 AT89C20514</p><p>　　1.11 AT89C2051的特點4</p><p>　　1.12 AT89C2051的引腳功能4</p><p>　　1.2 紅外線接受模塊 TSOP18xx5</p><p>　　1.21

3、 紅外線一體化接受頭5</p><p>　　1.22 紅外線發(fā)射碼組成6</p><p>　　1.3 時鐘芯片 DS13026</p><p>　　1.31 DS1302引腳功能及結構7</p><p>　　1.32 DS1302的控制字7</p><p>　　1.33 數據輸入與輸出(I/

4、O)7</p><p>　　1.34 DS1302的寄存器8</p><p>　　1.35 DS1302與CPU的連接8</p><p>　　第二章 硬件電路設計9</p><p>　　2.1 電源部分硬件電路設計9</p><p>　　2.2 顯示部分硬件電路設計10</p>&

5、lt;p>　　2.3 鳴響部分硬件電路設計11</p><p>　　2.4 紅外接收部分硬件電路設計11</p><p>　　2.5 時鐘控制部分硬件電路設計12</p><p>　　2.6 電機部分硬件電路設計12</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計14</p><p>　　3.1

6、 紅外線解碼的設計14</p><p>　　3.2 DS1302的控制程序15</p><p>　　3.3 數碼顯示設計17</p><p>　　3.4 遙控控制部分18</p><p><b>　　總 結19</b></p><p><b>　　致 謝20</b

7、></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　附 錄22</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　本章闡述了單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)的市場價值、研究背景、國內外的現狀、以及發(fā)展方向,明確指出了

8、單片機控制的紅外線遙控自動窗簾系統(tǒng)所面臨的問題及一些解決方案。</p><p><b>　　0.1 課題背景</b></p><p>　　生活在提高,時代在進步,人類在向文明邁進,不同的時代對居住空間、環(huán)境有不同的要求,這是社會的必然潮流。單片機控制的自動窗簾遙控系統(tǒng),既能解決每天手拉開和關上窗簾的不便,又顯示出了生活的檔次,同時還可以根據光線的明暗來自動控制窗簾的

9、開關,以調節(jié)室內的光線,更進一步地滿足了人們的享受要求。所以該產品能形成大規(guī)模生產,很快會普及全國市場,產生巨大的經濟效益；另外，除了廣大市民住宅使用外,該遙控窗簾器還可以廣泛應用于別墅、公寓、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會議廳、銀行、學校、醫(yī)院等各種公共場所,因此該產品具有廣闊的市場前景。</p><p>　　遙控自動窗簾系統(tǒng)在我國還剛剛興起,但其發(fā)展前景廣闊,推廣和應用自動窗簾系統(tǒng)具有重要的現實意義。

10、其一,改變人們的生活方式。單片機控制的遙控自動窗簾系統(tǒng)具有豐富的智能化功能,為家庭用戶營造一個高效、舒適、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。單片機控制的遙控自動窗簾只用一個多功能遙控器就能控制和監(jiān)測住房的窗簾開關問題，給人們日上生活帶來極大的方便。這些都將改變人們傳統(tǒng)的生活方式,并提高了人們的生活質量。其二,牽動一大批產業(yè)。單片機控制的遙控自動窗簾產品面向家庭用戶,其應用市場是龐大的,發(fā)展前景也是廣闊的,必將吸引大批有遠見的各類企業(yè)介入,從而牽動一

11、大批產業(yè)的發(fā)展。這里最先受益的應該是房地產業(yè)，單片機控制的遙控自動窗簾不僅是一個很好的概念與“賣點”，同時也是直接提升住宅檔次的一個條件,這將會給房地產商帶來新的利潤空間。在家居集成化、網絡化的趨勢下,家居集成也成為一種潮流,許多更專業(yè)的、美觀的、智能化的家居集成產品相繼出現。其三,開拓一個嶄新的市場。遙控自動窗簾系統(tǒng)牽動了許多的行業(yè),它將不僅僅是目前的IT系統(tǒng)集成商或建筑弱電工程總包商的市場,而且是專業(yè)公司和智能化裝飾公司的市場。&l

12、t;/p><p>　　0.2 國內外概況</p><p>　　在歐美等發(fā)達國家,電動窗簾已廣泛應用。在10年前,電動窗簾就已經進入我國,可一直沒有大的推廣,這兩年,隨著電控技術的不斷提高及價格的不斷下降,電動窗簾熱才又卷土重來。據了解,全國共有170多種電動窗簾器獲得了國家專利,但就其技術本身而言,還是大同小異,但售價卻有很大差別,貴的要數千元,便宜的只要500塊。</p>&

13、lt;p>　　盡管遙控自動窗簾系統(tǒng)在國內是一個新興的行業(yè),但是,它也正以不可抵擋之勢迅速崛起。遙控自動窗簾系統(tǒng)走進中國以來,在短短四年的時間里,遙控自動窗簾系統(tǒng)生產商由最初的幾家公司增加到如今的百余家企業(yè),其行業(yè)發(fā)展之迅速是目前國內任何其它行業(yè)所無法比擬的。目前,我國遙控自動窗簾系統(tǒng)生產廠商、分銷商、集成商與裝飾公司都形成了相當規(guī)模,不少國內知名企業(yè)紛紛涉足遙控自動窗簾系統(tǒng)行業(yè),如青島海爾、清華同方、TCL等,并涌現出一些較具影響

14、力的智能家居專業(yè)廠商,如上海索博智能電子有限公司、北京九州易居科技有限公司、天津瑞朗智能家居電子科技有限公司、深圳市正星特科技有限公司等。自動窗簾產品已開始走進中國的家庭。具報道,我國2004年售出商品房1.9億m²,如果每20 m²需要一套窗簾架產品,僅此一項就可以年新增窗簾架產品近千萬套加上。年新增窗簾架產品市場需求將不低于2000萬套。如果單片機控制的遙控自動窗簾,銷售占市場的5%左右,就可實現年產值上億元。&

15、lt;/p><p>　　隨著自動窗簾熱潮在世界范圍內的日漸興起，隨著中國電子技術的飛速發(fā)展、人們生活水平的不斷提高以及智能電子技術在生活中的廣泛應用,自動窗簾已經成為未來家居裝飾潮流發(fā)展的最新方向,在不久的將來,沒有自動窗簾系統(tǒng)的住宅肯定不合潮流。從目前的發(fā)展趨勢來看,在未來的20年時間里,自動窗簾行業(yè)將成為中國的主流行業(yè)之一,其市場的發(fā)展前景是非常廣闊的。</p><p>　　0.3 課題

16、的研究工作</p><p>　　智能家居系統(tǒng)是一個大的社會系統(tǒng)工程，我們應當加快我國智能家居標準化進程。自動窗簾系統(tǒng)作為智能家居中一個很重要的部分,需要在我國智能家居這一領域,建立起一個具有中國特色的新興、健康的產業(yè)鏈。讓自動窗簾系統(tǒng)在我國并不是遠在天邊，而是近在眼前?，F有的電動窗簾機的控制方式有固定式開關控制、遙控、光控、聲控等,其中以前兩種形式居多。就實用程度和經濟角度來說，用固定式開關控制方式較好，這是因為

17、窗簾的開閉不像電視機等家電產品開閉得那樣頻繁,每天開閉的次數不多,因此安裝在固定的地方使用也相當方便，如把開關裝在床頭柜等電器綜合控制系統(tǒng)中,睡在床上就能控制窗簾的開閉。利用觸摸開關,實現全自動斷電,既安全又節(jié)能,但最重要的一點就是沒有實現完全的自動化,沒的擺脫對人的依賴作用。而采用遙控控制時,需要候機電源,不可能完全斷電而且增加遙控功能,也增加了成本,售價也相應提高。</p><p>　　窗簾機的控制方式大體上

18、有三種:聲控、光控、時控,聲控和遙控屬于半自動類;而光控雖屬全自動式,但因光敏器件的靈敏度,冬夏等不同季節(jié)的光照度的不同,以及人們對起閉窗簾在時間上的要求不同,而難以實施和普及。因此，時控式的全自動窗簾機便成了專業(yè)以及業(yè)余電子設計人員的熱門課題。根據以上自動窗簾有些不能實現完全的自動化;有些雖然實現了完全的自動化,但結構復雜,性能不夠穩(wěn)定；有些雖然實現了完全的自動化,且性能還可以,但價格昂貴不適合普通消費者使用。所以我想利用價格相對便宜

19、的紅外線遙控發(fā)射芯片、單片機作為主要控制器件,來完成該系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)主要有如下幾方面的特點:</p><p>　　1.發(fā)射紅外線的發(fā)射裝置采用一般彩色電視機的遙控器，這樣既方便又實惠，可謂一物兩用。</p><p>　　2.時間控制開關窗簾。通過對DS1302芯片的設定,讓用戶可以隨自己的生活習慣方便的自動開關窗簾,無需手動。</p><p>　　3.采用紅外遙

20、控方式,不會干擾其它電器的正常工作,也不會影響鄰近的無線設備。超距離遙控,可達8～9m。</p><p>　　4.另一種控制方式為手動控制方式,防止停電后采用手動控制。</p><p>　　5.美觀。以往的遙控電動窗簾都是向一邊拉或向上拉,而本設計為向兩邊打開,隨個人的愛好可以控制其大小。</p><p>　　6.體積小、結構簡單、靈敏度高、抗干擾性強、經濟實用、工

21、作可靠。</p><p>　　第一章 核心芯片結構原理介紹</p><p>　　為使基于單片機控制的紅外線遙控系統(tǒng)在實際使用過程中方便快捷,并且具有較高的性能/價格比,所以對該系統(tǒng)的原器件作了精心挑選。按在實際工作中的作用,可分為以下幾個部分:AT89C2051單片機是整個電路的核心,它控制其它模塊來完成各種復雜的操作;紅外線一體化接受頭負責接受命令;芯片DS1302負責時鐘的運行及設

22、置參數的存儲。</p><p>　　1.1 中央控制芯片 AT89C2051</p><p>　　89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機,95年出現在中國市場。其主要特點為采用Flash存貯器技術,降低了制造成本,其軟件、硬件與MCS-51完全兼容,且采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造,將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,可以很快被中國廣大用戶接

23、受。其程序的電可擦寫特性,使得開發(fā)與試驗比較容易,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　1.11 AT89C2051的特點</p><p>　　89C2051有很寬的工作電源電壓,可為2.7～6V,當工作在3V時，電流相當于6V工作時的1/4。89C2051工作于12Hz時,動態(tài)電流為5.5Ma,空閑態(tài)為1mA,掉電狀態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合

24、于電池供電的小型控制系統(tǒng)。</p><p>　　AT89C51具有以下幾個特點：</p><p>　　?AT89C2051與MCS-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容；</p><p>　　?片內有4k字節(jié)在線可重復編程快擦寫程序存儲器；</p><p>　　?全靜態(tài)工作,工作范圍:0Hz～24MHz；</p><

25、p>　　?三級程序存儲器加密;</p><p>　　?128×8位內部RAM;</p><p>　　?32位雙向輸入輸出線;</p><p>　　?兩個十六位定時器/計數器;</p><p>　　?五個中斷源,兩級中斷優(yōu)先級;</p><p>　　?一個全雙工的異步串行口;</p><

26、;p>　　?間歇和掉電兩種工作方式。</p><p>　　1.12 AT89C2051的引腳功能</p><p>　　AT89C2051的接口線包括：P0、P1、P2、P3共四個八位口。</p><p>　　1.P0口是三態(tài)雙向口,通稱數據總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。P0口也用以輸出外部存儲器的低8位地圖1址。由于是分時輸出,故

27、應在外部加鎖存器將此地址數據鎖存,地址鎖存,信號用ALE。</p><p>　　2.P1口是專門供用戶使用的I/O口,是準雙向口。</p><p>　　3.P2口是從系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。不擴展外部存儲器時,P2口也可以作為用戶I/O口線使用,P2口也是準雙向口。</p><p>　　4.P3口是雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一I/O功能或第二

28、I/O功能。</p><p>　　作為第一功能使用時操作同P1口。P3口的第二功能如表1.1所示。</p><p>　　1.2 紅外線接受模塊 TSOP18xx</p><p>　　遙控器發(fā)射裝置首選家用彩電遙控器。因為目前,彩電和VCD已走進千家萬戶，而其所帶的紅外線遙控器給這些家電的操作帶來了極大的方便,而接受只需一個紅外線一體化接受頭就行了。</

29、p><p>　　近年來，隨著信息技術的飛速發(fā)展,無線通信技術正在向各個領域滲透,特別是利用紅外線進行通信無論從小型化、輕量化、還是從安全性等方面考慮,其可行性都比較高。紅外數據通訊實際是利用紅外線作為通訊載體,由紅外發(fā)射器和紅外接收器來完成信號的無線收發(fā)。在發(fā)射端,對發(fā)送的數字信號經適當的調制后,送入電光變換電路,驅動紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光脈沖;在接收端,紅外接收器對收到的紅外信號進行光電變換,并進行解調后,恢復出

30、原信號。在紅外數據通訊中,紅外接收器件的選擇是紅外數據通訊中至關重要的因素。</p><p>　　1.21 紅外線一體化接受頭</p><p>　　TSOP18xx系列是Temic公司新近推出的一體化紅外線接收模塊,集紅外線接收、放大、解調于一體,不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作；而體積只有普通三極管大小一樣，適合各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸

31、,其傳輸距離大于4米。</p><p>　　紅外線接收模塊TSOP18xx系列的管腳分布如圖1.2所示，1、2分別為電源和地,3為信號輸出端,其輸出電平和TTL電平兼容。TSOP18xx系列的特性如下：</p><p>　　?多種接收頻率可供選擇:30KHz、33KHz、36KHz、36.7K Hz、38KHz、40KHz、56KHz；</p><p>　　?大范圍

32、工作電壓:(3-6) V；</p><p>　　?工作電流:3mA；</p><p>　　?遙控距離:大于4m.</p><p>　　?內置金屬保護裝置；</p><p>　　?綜合限幅電路功能；</p><p><b>　　?多種主要傳輸碼；</b></p><p>　　

33、?智能自動增益控制 (AGC)。</p><p>　　TSOP18 xx系列紅外線模塊接收器的受光面一側為黑色環(huán)氧聚焦濾波透鏡，此透鏡消除了可見光對它的干擾,對于提高可靠性及濾除光噪聲至關重要。模塊內含紅外線 PIN接收管、前置放大器和解調器。當紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號經空間傳送到 TSOP18 xx系列模塊時,模塊內部 PIN紅外線接收管將紅外光轉換為電信號,該信號經前置放大、解調后由 3腳輸出與 TTL電平兼容

34、的電信號,該信號能直接送入到微控器等要求 TTL電平信號輸入的芯片中。</p><p>　　1.22 紅外線發(fā)射碼組成</p><p>　　要使用紅外線一體化接受頭接受遙控器發(fā)射的紅外線,再通過單片機解碼，那就。必須先了解紅外線發(fā)射器所發(fā)射的紅外線碼的組成。</p><p>　　一般的彩電、VCD遙控器的編碼,大概有以下兩種編碼格式（Format）。第一種格式為1

35、913、9012、1621格式；第二種為3010格式。其中尤以第一種格式用得最多。要識別一個遙控器的格式很簡單,只要把遙控器拆開,看它所用的集成塊型號就知道,比如uPD1621、SAA3010,其格式就是1621、3010格式。下面分別具體說明這兩種編碼格式。</p><p>　　第一種格式以1621為例,當按下遙控器上的某個按鍵時,遙控器將發(fā)射出一幀數據,幀數據的編碼格式由三部分組成：引導碼（Lead code

36、）、客戶碼(Custom code)和數據碼（Data code）， </p><p>　　對于一個遙控器來說,每個按鍵所發(fā)射的幀數據的客戶碼總是一樣的,有區(qū)別的只是數據碼。其中9012和1913、1621格式的唯一區(qū)別就是引導碼的高電平寬度不一樣，9012格式為4.5ms,1913和1621格式為9ms。幀結構中的客戶碼和數據碼各有兩個字節(jié),第一個字節(jié)和第二個字節(jié)互為按位取反,其中客戶碼的高4 位與低4位又互為

37、按位取反?！?’碼由0.56ms高電平和0.565ms低電平組合而成、‘1’碼由0.56ms高電平和1.69ms低電平組合而成。碼元的高電平信號采用38kHz矩形波(載波)調制發(fā)射，載波占空比(Duty)為1/3，低電平無信號發(fā)射。</p><p>　　第二種格式3010與第一種格式截然不同,它是以信號脈沖的上升沿和下降沿來分別表示‘1’碼和‘0’碼的。每一幀由起始位(Start bit)、擴展位(Enlarge

38、d bit)、翻轉位(Toggle bit)、系統(tǒng)位(System bit)和數據位(Data bit)組成。</p><p>　　1.3 時鐘芯片 DS1302</p><p>　　DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時,具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CP

39、U進行同步通信,并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳,同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。</p><p>　　1.31 DS1302引腳功能及結構</p><p>　　DS1302的引腳排列,

40、其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1＋0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線，通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯,允許地址/命令

41、序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數據傳送被初始化,允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數據傳送,I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數據輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK為時鐘輸入端。 下圖1.3為DS1302的引腳

42、功能圖：</p><p>　　1.32 DS1302的控制字</p><p>　　DS1302 的控制字如圖1.4示?？刂谱止?jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數據寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。&

43、lt;/p><p>　　1.33 數據輸入與輸出(I/O)</p><p>　　在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時，數據被寫入DS1302，數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時從低位0位到高位7。</p><p>　　1.34 DS1302的寄存器</p>

44、<p>　　DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為BCD碼形式,其日歷、時間寄存器及其控制字見圖1.5。</p><p>　　此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單

45、元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。</p><p>　　1.35 DS1302與CPU的連接</p><p>　　DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。其中，時鐘的顯示用L

46、CD。</p><p>　　實際上，在調試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz的晶振即可。只是選擇晶振時，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入DS18B20，同時顯示實時溫度。只要占用CPU一個口線即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛(wèi)信杰科技發(fā)展有限公司生產的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動電路，并有內置顯示

47、RAM，可顯示任意字段筆劃，具有3－4線串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時電流為2μA (典型值)，省電模式時小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。</p><p>　　第二章 硬件電路設計</p><p>　　電路分為七個部分，分別是電源部分、顯示部分、鳴響提示部分、紅外線接收部分、時鐘控制部分、電機控制執(zhí)行部分、單片機主控器件部分。下面逐一分析：&

48、lt;/p><p>　　2.1 電源部分硬件電路設計</p><p>　　通過一帶有整流電路的12V變壓器外接市電（220V）后，輸入直流12V電壓，如圖2.1所示。右邊兩個是12伏的電源濾波電容，一般大電容旁邊并聯(lián)一個小電容的目的是降低高頻內阻，因為大的電解電容一般采用卷繞工藝制造，所以等效電感較大，小電容可以提供一個小內阻的高頻通道，降低電源全頻帶內阻。然后輸出電壓為+12V的VDD，為

49、控制繼電器提供工作電壓。同時經過3端集成穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓后輸出+5V電壓VBB,為訊響電路、紅外接收電路、顯示電路提供電源，5V電源經過二極管D4、限流電阻R18=51后，為單片機提供VCC電壓，BATTERY是直流供電電源，電壓為3V～3.6V,在本電路中為了節(jié)省成本，使用兩節(jié)5號普通電池，C6和C7是單片機電源濾波電容。平時交流電正常的情況下，5V電源為單片機供電的同時，也為電池浮充電，大大延長了電池的使用壽命，當交流電停電的

50、時候，電池僅為單片機供電，單片機在掉電狀態(tài)下維持時鐘的正常走時，VBB供電被D4隔斷。在控制器設置成手動控制時，單片機除執(zhí)行任務外，均處于睡眠狀態(tài)，遙控器信號的到來，單片機從睡眠中喚醒，恢復正常工作，所以手動狀態(tài)下當交流停電時，電池的耗電電</p><p>　　2.2 顯示部分硬件電路設計</p><p>　　顯示電路設計，考慮到本設計是作為一般家庭的自動控制窗簾，所以采用的是四位數碼管

51、來顯示實時時間、調開窗簾時間、關窗簾時間，在開窗簾、關窗簾的時候在數碼管上不作任何提示，但是伴隨有聲音提示。這部分電路最大的優(yōu)點就是經濟實惠，最大的缺點就是欠美觀及不能反映窗簾動作情況。如果此系統(tǒng)作為大型別墅、賓館、飯店、寫字樓、歌舞廳、影劇院、會議廳、銀行、學校、醫(yī)院等各種公共場所，可以把這部分電路設計為液晶屏顯示，當然顯示的就不僅僅是時間了，還包括年、月、星期。</p><p>　　四位數碼管顯示，如圖2.2

52、所示，在一般情況下顯示實時時間，在需要調節(jié)開窗簾時間的時候，通過軟件的控制作用，數碼管將顯示此開定時時間；同樣在需要調節(jié)關窗簾時間的時候，數碼管將顯示此關定時時間。因為在開窗簾、關窗簾、停窗簾的時候有明顯的動作現象，很容易觀察到，所以沒有設定在數碼管上顯示出來。P1口的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分別接四個三極管，當其中一個引腳背拉為低電平的時候，與該引腳相連的三極管便導通，此三極管便驅動與它相連接的數碼管，然后送入該位應該顯

53、示的字形碼。</p><p>　　2.3 鳴響部分硬件電路設計</p><p>　　鳴響電路可以設計成一個單獨的單元來控制，用一個獨立的按鍵來控制它的開與關，但是紅外線發(fā)射遙控器是采用彩色電視機上的遙控器，而非專用遙控器，考慮到使用的按鍵較多時容易讓用戶記不清各個鍵對應的功能，所以容易產生誤操作；別外考慮到可以選取一個功率比較小，聲音比較悅耳的陶瓷喇叭，這個喇叭一方面能掩蓋電機和窗簾發(fā)出

54、來的噪聲，另一方面也能作為檢錯用。一般情況下人們不會把它當噪聲來看待。</p><p>　　鳴響電路與單片機的一個P口引腳相連，應程序設定在開窗簾和關窗簾的時候都會伴隨著聲音。喇叭采用小功率的陶瓷音源，聲音不會很大。音頻信號輸出，音頻信號通過R20、C10輸入到三極管V6的基極上，放大后推動發(fā)聲器Y1發(fā)。二極管D3用來提供C10的放電回路，保證交流信號的正常耦合。</p><p>　　2.

55、4 紅外接收部分硬件電路設計</p><p>　　紅外線接收電路使用一個集成紅外接收器，型號是TSOP1838，靜態(tài)時輸出端輸出高電平，當接收到紅外信號后，按紅外信號的數據波形輸出負脈沖數據信號。紅外信號輸出到單片機的P3.2 ，該口對應的第二功能是外部中斷0 (INT0)，利用該口的第二功能，一旦紅外線信號到來，P3.2被拉低，單片機中止當前的工作轉移到接收、處理紅外信號。開啟中斷功能的目的，既減輕了單片機的

56、工作負擔，又保證接收到的紅外信號的完整性，同時在手動工作狀態(tài)下，單片機進入睡眠后，利用外部中斷功能完成對單片機的喚醒。</p><p>　　2.5 時鐘控制部分硬件電路設計</p><p>　　DS1302主要特點是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關閉充電功能。采用普通32768Hz晶振，開窗簾時間，關窗簾時間都保存在DS1302自帶的RAM中，不需要單獨

57、的EEPROM。</p><p>　　要特別說明的是備用電源B1，可以用電池或者超級電容（10萬uF以上）。雖然DS1302在主電源掉電后，耗電很小，但如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的那種3.6V充電電池。如果斷電時間較短（幾小時或幾天）時，就可以用漏電較小的普通電解電容代替。100uF就可以保證1小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，須進行初始化操作，初始化后就可以按

58、正常方法調整時間及升降窗簾時間。如下圖2.5所示。</p><p>　　2.6 電機部分硬件電路設計</p><p>　　電機執(zhí)行電路，為了減輕單片機的工作負荷，提高單片機的抗干擾能力，所以電機不直接由單片機來驅動。當繼電器的觸點打開時,沒有漏電流.也就是說,斷開狀態(tài)的電阻非常大(接近無窮大),此時觸點兩側的電壓可達1500V;當觸點合上時,接通電阻極低,所以繼電器的功率非常小.因此繼電

59、器不會發(fā)熱,通常也不需要散熱器;電磁繼電器的購買成本通常比半導體驅動器件低;繼電器的打開時間一般是毫秒級的,相比之下,半導體開關的開關時間是微秒級的。</p><p>　　電機執(zhí)行部分完全受單片機的控制，通過單片機的P3.0和P3.1完成。單片機復位狀態(tài)下P3.0和P3.1輸出高電平，三極管V1、V2，V4、V5截止，兩個繼電器J1、J2釋放狀態(tài)，方向可逆的電動機因無電源供電而停止。當P3.0或者P3.1其中有一

60、個被拉低后，兩個繼電器便會有一個導通，例如P3.0拉低后V1導通、V4導通，J1吸合，電機得電轉動，當只有P3.1拉低后，電機則反方向轉動，實現了窗簾的拉開和關閉。兩個繼電器的工作狀態(tài)受單片機控制，在同一個時間內兩個繼電器僅能有一個吸合。即便是在電機工作期間，操作了反向轉動按鍵，單片機也是先釋放當前工作的繼電器，并延時一段時間后再吸合另外一個繼電器，防止了電機正反工作線圈同時通電的冒險。電路圖見下圖2.6。</p><

61、;p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　該系統(tǒng)最重要的部分就是程序的編寫，如果軟件編寫的科學就能體現出該系統(tǒng)功能的完整性、實用性、經濟性。軟件部分的編寫主要分為紅外線解碼程序、時鐘芯片DS1302控制程序、數碼顯示程序、遙控控制程序這四大部分來闡述。</p><p>　　3.1 紅外線解碼的設計</p><p>　　該系統(tǒng)采用長虹彩電K11F

62、型遙控器，產生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定高8位地址為0BFH，低8位地址為40H；后16位為8位操作碼(功能碼)及其反碼。</p><p>　　遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制"0"和"1"

63、的個數不同而不同，大約在45～63ms之間。</p><p>　　當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼(9ms),一個結果碼(4.5ms),低8位地址碼(9ms~18ms),高8位地址碼(9ms~18ms),8位數據碼(9ms~18ms)和這8位數據的反碼（9ms~18ms）組成。如果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼(連發(fā)代碼)

64、將僅由起始碼(9ms)和結束碼(2.5ms)組成。</p><p><b>　　代碼寬度算法：</b></p><p>　　16位地址碼的最短寬度：1.12×16=18ms 16位地址碼的最長寬度：2.24ms×16=36ms。</p><p>　　易知8位數據代碼及其8位反代碼的寬度和不變:(1.12ms+2.24ms)&

65、#215;8=27ms。所以得32位代碼的寬度為(18ms+27ms)~(36ms+27ms)</p><p>　　解碼的關鍵是如何識別"0和"1",代碼格式(以接收代碼為準,接收代碼與發(fā)射代碼反向)。從位的定義我們可以發(fā)現"0"、"1"均以0.56ms的低電平開始,不同的是高電平的寬度不同,"0"為0.56ms,"

66、;1"為1.68ms,所以必須根據高電平的寬度區(qū)別"0"和"1"。如果從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為"0"，反之則為"1"，為了可靠起見，延時必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為"0"，讀到的已是下一位的高電平，因此取(1.12ms+0.56ms)/

67、2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可；根據碼的格式，應該等待9ms的起始碼和4.5ms的結果碼完成后才能讀碼。</p><p>　　根據以上分析可得出解碼程序流程如下：</p><p>　　有信號產生中斷→EA清零→延時小于9ms(低電平)→等待高電平的到來→延時小于4.5ms(高電平)→等待下一次高電平的到來→延時0.84ms左右→讀區(qū)P3.2腳電平值→再等待下一次高電平

68、的到來→延時0.84ms左右→讀取P3.2腳電平值,依次取得32位代碼,前16位為識別碼,后18位既為8位數據碼和8位數據反碼。集體流程框圖見3.1。</p><p>　　3.2 DS1302的控制程序</p><p>　　I2C總線是由數據線SDA和時鐘SCL構成的串行總線,可發(fā)送和接收數據。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路

69、均并聯(lián)在這條總線上,但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作,所以每個電路和模塊都有唯一的地址,在信息的傳輸過程中, I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器(或被控器),又是發(fā)送器(或接收器),這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分,地址碼用來選址,即接通需要控制的電路,確定控制的種類;控制量決定該調整的類別(如對比度、亮度等)及需要調整的量。這樣,各控制電路雖然掛在同一條總線上,卻彼此獨立,互不相關

70、。</p><p>　　I2C總線在傳送數據過程中共有三種類型信號,它們分別是:開始信號、結束信號和應答信號。</p><p>　　開始信號:SCL為高電平時,SDA由高電平向低電平跳變,開始傳送數據。</p><p>　　結束信號:SCL為低電平時,SDA由低電平向高電平跳變,結束傳送數據。 </p><p>　　應答信號:接收數據的IC在

71、接收到8bit數據后,向發(fā)送數據的IC發(fā)出特定的低電平脈沖,表示已收到數據。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后,等待受控單元發(fā)出一個應答信號,CPU接收到應答信號后,根據實際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號,由判斷為受控單元出現故障。</p><p>　　目前有很多半導體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機有:CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87LPC7XX系列,

72、MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲器、監(jiān)控芯片等也提供I2C接口,DSl302有單字節(jié)傳送方式和多字節(jié)傳送方式。通過把復位線驅動至高電平來啟動所有的數據傳送。復位線有兩種功能,首先接通控制邏輯,允許地址／命令序列送入移位寄存器;其次,提供了中止單字節(jié)或多字節(jié)數據傳送的手段。 </p><p>　　數據輸入時,時鐘的上升沿數據必須有效,數據的輸出在時鐘的下降沿。如果為低電平,那么所有的

73、數據傳送將被中止且I／0引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。上電時，在Vcc>2.5伏之前,必須為邏輯0。當把驅動至邏輯1狀態(tài)時，SCLK必須為邏輯0。</p><p>　　單字節(jié)數據輸入跟隨在寫命令字節(jié)的8個SCLK周期之后,在隨后的8個SCLK周期的上升沿輸入數據字節(jié),數據從位0開始輸入,如圖3.3。多字節(jié)數據輸出跟隨在輸入讀命令字節(jié)的8個SCLK周期之后,在隨后的8個SCLK周期的下降沿輸出數據字節(jié),數據從位0開始輸出

74、,如圖3.4。</p><p>　　讀取實時時間過程流程見框圖3.2；DS1302初始化流程見框圖3.5；修改RAM值見框圖3.6。</p><p>　　3.3 數碼顯示設計</p><p>　　數碼管的顯示程序由定時計數器來設定,既大約200ms后定時計數器就會產生中斷,在中斷子程序里面,數碼管會根據具體情況執(zhí)行不同的顯示子程序。第一種顯示方式:正常時間顯示,先

75、使與第一個數碼管相連的三極管導通即把P1.3置一,接著把分鐘個位(61H的低四位)的字形碼送入P0口,延時一段時間,讓第一個三極管截止,第二個三極管導通,把分鐘十位(62H的高四位)的字形碼送如P0口,延時一段時間,至此分鐘就顯示完了。接著以同樣的方式送第三位、第四位到小時的個位、十位;第二種顯示方式:調開窗簾的時間,如果02H為高電平就表明用戶在調開窗簾的定時時間,這樣就必須顯示開窗簾的定時時間(6AH、6BH),顯示方式與正常時間顯

76、示一樣。第三中顯示方式:調關窗簾的時間,如果03H為高電平就表明用戶在調關窗簾的定時時間,這樣就必須顯示關窗簾的定時時間(6CH、6DH),顯示方式與正常時間顯示一樣?？驁D見3.7。</p><p>　　3.4 遙控控制部分</p><p>　　遙控控制部分就是根據遙控器發(fā)送的編碼來執(zhí)行需要的任務,其中包括：開窗簾、關窗簾、停止移動(把窗簾設置成半開狀態(tài))、調節(jié)實時時間,(按一下此鍵,再

77、按加、減鍵即可使實時時間增加一或減小一)、調節(jié)開窗簾時間、調節(jié)關窗簾時間、時間增加、時間減小、開/關自動開關簾、開/關自動關窗簾。具體實施措施為: </p><p>　　1.接收到的紅外線碼值為10H,轉入執(zhí)行stop子程序,此時P3.0、P3.1兩個引腳都將被置為高電平,控制電機的四個三極管都處于截止狀態(tài),電機不執(zhí)行任何動作既窗簾停止不動; </p><p>　　2.接受到的紅外線值為1

78、6H,轉入執(zhí)行OPEN子程序,在此程序中P3.0將被置"1",與P3.0相連接的兩個三極管導通,電機正轉,延時一段時間也就是窗簾全部打開的時候P3.0又被置"0",電機停止運動; </p><p>　　3.接收到的紅外線值為44H,轉入執(zhí)行CLOSE子程序,在此程序中P3.1將被置"0",與P3.1相連接的兩個三極管導通,電機反轉,延時一段時間也就是窗簾

79、全部被關上的時候P3.1又被置"01",電機停止運動; </p><p>　　4.接收到的紅外線值為0CH,就使01H取反,開始01H應該為"0",取反后01H變?yōu)?quot;1"如果此時再按加一或是減一鍵,系統(tǒng)便會轉入執(zhí)行STIME子程序,使實時時間加一或是減一后放入DS1302的RAM中,如果再次按到0CH這個鍵,那么01H取反被設置為"0"

80、;,按加或是減鍵的時候就不能改變實時時間的值了; </p><p>　　5.接受到的紅外線值為46H、47H的時候與第四基本上相同,不同之出就是46H為調節(jié)開窗簾的定時時間,47H為調節(jié)關窗簾的定時時間;</p><p>　　6.接受到的紅外線值為49H時,為開/關自動開窗簾,中斷程序將把03H取反,03H開始應該為"0",取反后變?yōu)?quot;1",系統(tǒng)在去

81、讀取DS1302實時時間的時候如果發(fā)現03H為"1"就會把讀得的實時時間與開窗簾的定時時間想比較,相等就會執(zhí)行開窗簾子程序;如果再次按到該鍵,03H將被值"0",在讀取實時時間的時候就不在作比較了,而是直接退出中斷程序;</p><p>　　7.接受到的紅外線值為50H時,為開/關自動關窗簾,與開/關自動開窗簾設計一樣。</p><p><b&

82、gt;　　總 結</b></p><p>　　現象觀察:在MCS-51仿真器上通過編譯、加載、運行后可以觀察到,在沒有調時鍵被按下時,數碼管顯示正常的實時時間,因為在分鐘和小時中間沒有設置準確的秒鐘閃爍信號,所以只能看到在小時和分鐘間有個點在閃爍。在P3.0、P3.1口上分別接一發(fā)光二極管,在送入低電平的時候亮,高電平的時候不亮。在有鍵被按下時,程序自動轉入相應的中斷子程序,如:P2.1口手動開簾鍵被

83、按下時,P3.0口上接的發(fā)光二極管亮;P2.1口上的鍵被按下時,P3.1口上接的發(fā)光二極管亮,這說明程序能夠正常的運行,能夠使繼電器導通,帶動電機向正確的方向轉動。</p><p>　　經過在MCS-51仿真器上調試運行,此電路及程序基本上達到了預期目的,當然在程序中也還有很多可以改進的優(yōu)化設計,也還可以添加一些輔助功能這些都還有待更好的改進。</p><p>　　本文主要完成了如下工作：

84、</p><p><b>　　硬件部分</b></p><p>　　?采用自制5V穩(wěn)壓電源。先用一變壓器把市電(220V交流電)變成12V,經整流、濾波后,再用一集成穩(wěn)壓管(74L05)把電壓穩(wěn)定在5V以供單片機使用；</p><p>　　?單片機選用89C2051,是整個系統(tǒng)的核心部件,擔負整個系統(tǒng)的管理控制任務；</p>&l

85、t;p>　　?紅外線遙控方式。發(fā)射部分采用普通的彩電遙控器,既節(jié)約成本又方便;接收部分采用一紅外線接頭,主要是通過89C2051解碼,分析出需要執(zhí)行的命令,再由單片機去完成；</p><p>　　?采用四位數碼管來顯示時間及要求的動作指示；</p><p>　　?設有鳴響提示喇叭；</p><p>　　?數據存儲設定。選用時鐘日歷芯片DS1302作為萬年歷,因

86、為他帶有32字節(jié)的RAM,并且?guī)в泻髠潆娫床慌聰嚯?所以兼做數據存儲器使用,保存用戶設定的一些參數。</p><p>　　?窗簾用能正反轉的電動機來拖動,電機的轉動方向由繼電器來控制。</p><p><b>　　軟件部分：</b></p><p>　　?對DS1302芯片進行初始化,I2C總線進行單字節(jié)數據讀寫傳送、多字節(jié)數據讀寫傳送；<

87、;/p><p>　　?利用紅外線一體化接收頭對紅外線遙控器發(fā)射的編碼進行接收,然后由單片機根據接收到的信號進行解碼；</p><p>　　?控制程序,根據解碼得到的結果去執(zhí)行需要的操作。開窗簾、關窗簾、停止移動、調節(jié)實時時間、調節(jié)開窗簾時間、調節(jié)關窗簾時間、時間增加、時間減小、開/關自動開關簾、開/關自動關窗簾；</p><p>　　?顯示電路。實時時鐘顯示、開窗簾調時

88、顯示、關窗簾調時顯示。</p><p>　　本課題的研究雖然取得了一定的收獲，但在很多方面還有待于進一步的改進和完善。如:鳴響電路沒有作為一個單獨的單元來控制,這樣在每次開關窗簾的時候有會伴隨著喇叭的聲音,如果把鳴響電路設計成單獨的控制單元,并且在執(zhí)行不同操作時會伴隨不同的樂曲聲,那樣將是最理想的;還有就是沒有設計光控電路,以便根據光線強弱自行調整升降。</p><p><b>

89、　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際,我首先要對我的指導老師**老師和幫助過我的所有同學及提供給我實驗條件的高老師表示最真摯的謝意。在整個論文的選題、理論研究、需求分析和系統(tǒng)設計的過程中,他們給了我不少啟發(fā)，并對論文的設計方案提出了許多至關重要的建議,在實驗過程中幫我解決了不少的難題。</p><p>　　在論文寫作期間曾經遇到過很多的阻力,但是在大家的幫助下

90、總算是順利地度過了,現在一切都好了。</p><p>　　在論文的完成過程中,我還要特別感謝向老師給予了我無私的幫助,正是在他的鼓勵和幫助之下,才使得我的實驗能順利的完成;同時,得到了其他許多讓我分享他們寶貴經驗和知識的老師以及同學的熱心幫助，向他們表示由衷的感謝;我還要感謝這一領域的學者們,是他們給我經驗和研究方向,文中引用了一些他們研究成果,在此一并表示衷心的感謝。</p><p>　

91、　由于本人學識有限,加之時間倉促,文中不免有錯誤和待改進之處,真誠歡迎各位師長、同行提出寶貴意見。謝謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[ 1] 楊恢先,黃輝先.單片機原理及應用.長沙:國防科技大學出版社,2003.</p><p>　　[ 2] 陽憲惠.現場總線技術及其應用.北京:清華大學出版社,1999.

92、</p><p>　　[ 3] 張友德,等.單片機原理應用與實驗.上海:復旦大學出版社,2000.</p><p>　　[ 4] 李朝青.單片機原理及接口技術.北京:北京航空航天大學出版社,1996.</p><p>　　[ 5] 閻石.數字電子技術基礎.北京:高等教育出版社,1998.</p><p>　　[ 6] 陳玉宏,向鳳紅.自動控制

93、原理.重慶:重慶大學出版社,2003.</p><p>　　[ 7] 楊幫文.新編傳感器實用寶典.北京:機械工業(yè)出版社,2005.</p><p>　　[ 8] 鄭啊奇.Visual Basic教程.清華大學出版社,2007.</p><p>　　[ 9] 杜文潔.電路基礎.科學出版社,2007.</p><p>　　[10] 俞志根.傳感器

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