光感自动窗帘控制系统设计

2023年4月21日发(作者：网络机顶盒怎么安装)

目录

1

概述 ....................................

1.1

研究背景 ................................

1.2

设计思想及基本功能 ...........................

2

总体方案设计 .................................

2.1

方案选取 ................................

2.2

系统框图 ................................

2.3

总体方案设计 ..............................

3

硬件电路设计 ..................................

3.1

电源电路设计 ..............................

3.2

晶振电路 ................................

3.3

复位电路 ................................

3.4

时钟电路 ................................

3.5

键盘电路 ................................

3.6

显示电路 ................................

3.7 A/D

转换电路 .............................

3.8

光敏传感器 ................................

3.9

步进电机 ................................

4

系统软件设计 ..................................

4.1

主程序软件设计 ..............................

4.2

键盘程序设计 ..............................

4.3

定时程序设计 .............................

4.4

步进电机程序设计 ............................

5

总结 ....................................

附录系统原理图 ..................................

1 概述

1.1

研究背景

伴随着信息化时代的到来，人们的生活速度以及对生活质量的追求也在大 幅提高。智能

化的产品设计在改变人们工作方式与生活习惯的同时，让人们对 生活质量的提升提出了更高

的要求，方便、舒适成了人们所追求的生活方式， 在现代家庭生活环境中，居家环境早已不

仅仅局限在物理空间上，人们更为关 注的是一个安全、方便、舒适的环境。智能化的电子产

品以及设计将以前的被 动静止物体转变为人们能够方便操控的工具，这些产品具有提供全方

位的信息 交换的功能，不仅能够优化人们的生活方式，帮助人们合理的安排时间，增强 居家

环境的安全性，甚至还可以为各种能源费用节约资金。

在智能化产品中，单片机的应用已经越来越广泛，单片机以它体积小、质 量轻、耗电

省、可靠性高、价格低等优点，开始不断发展，并广泛应用于仪器 仪表、家用电器、医疗设

备、航天航空领域、工业专用设备的管理及过程控制 等领域，在很多的大中型的电气设备以

及小型的电子产品中也用到了单片机进 行控制。

针对人们对智能化的需求以及对舒适生活的追求，窗帘自动控制系统改变 了传统窗帘的

劣势，它可以根据外界光照强度的不同而自动开闭窗帘，也可以 根据人们设定的时间来控制

窗帘。该系统利用光敏电阻检测光照强度的变化， 并且将光敏检测模块的电阻变化转化为电

压变化，然后将电压变化的信号送单 片机，单片机通过电机驱动模块控制着步进电机的正反

转实现窗帘的来回移动。 本设计正是把利用单片机的优点以及简单实用性，顺利

AT89C51

的完成了对智 能控制的要求，并且为智能化的家居设备提供了良好的基础。此外，对该系统

进行扩展，比如可以加上防火，防盗，甚至室内煤气浓度监测等功能，会使该 系统更具有实

用性，而且也完善了系统。

1.2

设计思想及基本功能

该系统具有一般的窗帘控制系统的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭 窗帘，在此基

本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据光照强度和 设定时间自动开闭窗帘的功

能，在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本 着简单实用经济的思想，尽量简化电路设

计，用最简单的电路布线和选用最经 济实用的器件来达到设计要求。

光感自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能：

（）手动控制：该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功 能可以使窗

1

帘处于开闭的任何一种状态；

（）自动控制：系统可以通过感光器采集室内光照强度，根据亮度的不同 而自动控制

2

窗帘的打开程度；

（）时间控制：此功能是根据用户设定的时间在特定的时间点一次性开关 窗帘。

4

2 总体方案设计

2.1

方案选取 单片机在各种电子产品中的应用已经越来越广泛，很多的电子产品利用单 片

机所取得的便利得到了人们的好评，针对单片机控制的自动窗帘控制系统的 智能化要求，实

现其自动控制的方案有两种：

方案（一）系统的传动机构使用直流电机，窗帘只有两个简单的状态：完 全打开和完全

关闭；

方案（二）系统的传动机构使用更精确灵敏的步进电机，使得窗帘从关闭 到完全打开之

间有 个不同的等级。

6

这二个方案都是基于单片机控制的，光线感应以及数码管显示，不同的设 计部分在于传

动机构和窗帘的设计形式的选取上。

方案（一）的窗帘由于只有完全开与完全关两种状态，所以窗帘本身设计 不需要太复

杂，采用普通的卷帘即可。关闭时，电机旋转全部放下卷帘；打开 时，电机将卷帘全部卷

起。

方案（二）的窗帘从完全关闭到完全打开按打开程度有 〜共六个等级,

05

窗帘设计成类似百叶窗的形式，通过步进电机可以精确控制每个叶片的旋转角 度，从而控制

开关程度的大小。当叶片与窗户面平行时，窗帘完全关闭；当叶 片与窗户面垂直时，窗帘完

全打开。

下面图 所示是方案（一）的效果图；图 是方案（二）的效果图：

2.1 2.2

图 2.1 方案（一）卷帘效果图

图 2.2 方案（二）百叶窗式效果图

鉴于方案一这种卷帘现在市场上已经发展很好，没有太多继续研究的价值， 并且其窗帘

控制过于单一，而且不如方案二的百叶窗式的窗帘美观。图 所 示是百叶窗关闭打开的原

2.3

理图，图 是步进电机驱动百叶窗各叶片的物理截 面图，其根据光照强度的大小有不同程

2.4

度的打开，能够更精确的满足用户的需 求，所以本设计选择方案二。

图 2.3 百叶窗原理图

图 2.4 步进电机与百叶窗叶片连接截面图

2.2

系统框图

方案（二）的系统框图如图 。

2.5

图 2.5 系统框图

2.3

总体方案设计

自动窗帘控制系统总体方案设计是基于满足设计要求的前提并且根据理论 上的可实现性

和硬件上的经济实用性，而进行设计的重要环节。本章从人们对 系统功能需求出发，在综合考

虑各种因素的情况下，设计出自动控制系统的总 体构架，并且在基本功能需求的基础上尽可能

考虑系统的可扩展性。

伴随着科学技术的发展和人民生活水平的日益提高，人们对生活舒适性的 追求越来越强

烈，而窗帘在每个家庭生活是必备的，其基本功能是保护住户的 隐私以及遮蔽阳光等。基于这

些作用窗帘的便利性自然也受到家庭的关注。但 传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关

不仅不省力，而且还可能错过最 佳光照时间，尤其是大窗帘，比较重，而且长，在开闭时需要

费很大力气才能 开关窗帘，特别不方便；针对这种现象，电动窗帘便由此产生。现有的电动窗

帘基本上都可以利用按键控制，自动开关闭窗帘，虽然省了力气，但是有些方 面的设计还是不

够人性化。对此，本控制系统提出可以根据光照以及定时等开 关窗帘，具体有以下几大功能：

（）手动控制状态：此功能使自动窗帘控制系统具有手动拉开、关闭的功 能，方便用

1

户控制。

（）亮度自动控制：此功能是根据室内光照强度的大小，来决定百叶窗每 个叶片的旋

2

转角度从而控制窗帘打开的大小程度。

（）时间自动控制：此功能根据用户需要，设定需要开闭窗帘的时间，通 过输入的开

3

启或关闭时间，控制窗帘开关。

光感自动窗帘控制系统设计的总体框图如图 所示。

2.6

图 2.6 电动窗帘控制器结构框图

根据光照来开闭窗帘主要原理是用光敏电阻采集外界的光强度，从光传感

器采集的信号利用信号校正电路放大，滤波后输入到 转换器，由于转换 器件的转换

A/DA/D

需要一定时间，一旦在这段时间内信号发生变化，转换结果将会出 现偏差，所以在转换期间要

应该采用采样保持电路。传入的信号由 单片机

89C51

来控制，并且做出响应，以实现电机的正转、反转与停止。显示模块是用来显 示自动窗帘控

制器的各种状态。键盘作为输入设备，通过不同按键来控制单片 机进行各种运转状态。

3 硬件电路设计

3.1

电源电路设计

单片机正常工作电压为 ,因此设计的电源电路主要是提供单片机工作电 压。图

5V3.1

是为单片机提供电压的电源电路。在这个电路中采用了三端集成稳 压器可以输出

LM7805

5V

的直流电压以供给单片机。

图 3.1 电源电路图

3.2

晶振电路 电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于石英晶体震荡器具有非常好的频率

稳定性和抗外界干扰的能力，所以，石英晶体震荡器是用来产生基准频率的。 通过基准频率

来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流， 向单片机发出时钟信号。

图 是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电

3.2

路, 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近 晶振频率，

CPU

一般多在〜之间选取。、是反馈电容，其值在〜 之间选

1.2MHz24MHzC1C220pF100pF

取，典型值为。本电路选用的电容为,晶振频率为振荡周期= ;

30pF30pF12MHz

机器周期

Sm 1 s

指令周期=~。

14 s

1 12 s

XTAL1XTAL2

接外部晶体的一个引脚，接外晶体的另一端。在单片机内部， 接至上述

振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对 单片机，

HMO

该引脚接外部振。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率 的机械变形，

而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。 一般情况下，无论是机械

振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是， 当交变电场的频率为某一特定值时，振

幅骤然增大，产生共振，称之为压电振 荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐

振频率。石英晶振起振后 要能在线上输出一个左右的正弦波，以便使

XTAL23VMCS-51

片内的路 按石英晶振相同频率自激振荡。通常，勺输出时钟频率为

OSCOSCfOSC

t

0.5MHz-16MHz12MHz11.0592MHz.C1C2

典型值为或者电容和可以帮助起振， 典型

值为，调节它们可以达到微调的目的。

30pFfOSC

图3.2 单片机晶振电路图

3.3

复位电路

复位电路的主要功能是使单片机进行初始化，在初始化的过程中需要在复 位引脚上加大

于个机器周期的高电平。复位后的单片机地址初始化为

20000H,

然后继续从单元开始执行程序。在复位电路中提供复位信号，等到系统 电源稳定

0000H

后，再撤销复位信号。但是为了在复位按键稳定的前提下，电源稳定 后还要经一定的延时才

撤销复位信号，以防在按键过程中引起的抖动而影响复 位。图所示的复位电路可以

3.3RC

实现上述基本功能。

图3.3 复位电路图

3.4

时钟电路

DS12887AT89C5I3.4

芯片和单片机的接口电路如图所示。

图3.4 时钟电路图

其中勺模式通过选择脚接地来确定，勺中断输出端

DS12887M0DS12887IQR

和的外部中断接口相联接口与单片机的接口相连；

89C51INTO89C51RD/W

，R/W

而勺端口和单片机的端直接相联。勺端与单片机

DS12887AS89C51AIEDS12887SQ

89C5TODS12887P2. 7DS128878

啲端相连。勺高位地址由端口 来片选，勺高位地

址设定为低位由芯片内部各单元的地址来定。

7FH8

DS12887/14

内部由振荡电路，分频电路，周期中断方波选择电路，字节时

钟和控制单元，字节用户非易失十进制二进制累加器，总线接口电路,

114RAM/

MOT

匚

NC

VCC

电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组 成。

4321098 7 65 4 3 Z 2 2 2 2 I I I I 1 I I

DS1288

引脚分配如图所示：

NC

Vcc +5V5V

:直流电源电压。当电压在正 常

范围内时，数据可读写；当 低于读写

Vcc4.25V,

被禁止，计时功能仍继续；当 下降到 以下

Vcc3V

ADI

AD2

0 12

12 3 45 6 78911

—

AD4 DS

AD5

□

JNC

(VW

3 AS

时，和计时器供电被切换到内部锂 电池。

RAM

MOT（MOTVcc

模式选择）：引脚接到时，

选择序，当接到寸，选择

MOTOROLAGNDIntel

AD7 [

□ CS

时序

SQWSQW1513

（方波信号输出）：引脚能从实时钟内部级分频器的个抽头中

选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器 编程改变

A

AD0-AD7 /Motorola

（双向地址数据复用线）：总线接口，可与 微机系列和

In tel

微机系列接口。

AS AD/ALE

（地址选通输入）：用于实现信号分离，在的下降沿把地址锁入

DS12887

DS DS/RDMOTH

（数据选通或读输入）：引脚有两种操作模式，取决于 脚的 电平，

当使用时序时，是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为 数据选通；在读周

MotorolaDS

期，指示驱动双向总线的时刻；在写周期，的 后沿使锁存写数

DSDS1288DSDS1288

据。选择时序时，称作（，与典型存贮 器的允许信号（的定义相同。

IntelDSRDRDOE

R/W /R/WMotorolaR/W

（读写输入）：引脚也有两种操作模式。选 时序时，是低电

平信号时，指示当前周期是读或写周期， 为高电平时，高电平指

DSR/W

示读周期，信号一低电平信号，称为 在此模式下，引脚与通用的写允许

R/WWRR/WRAM

信号（的含义相同。

WE

CS DS12887

（片选输入）：在访问勺总线周期内，片选信号必须保持为低。

IRQ

（中断申请输入）：低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断的 条件满足

时，处于高阻态。线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。

IRQIRQ

RESET（200msDS1288

复位输出）：当该脚保持低电平时间大于保证有效 复位。

3.5

键盘电路

键盘在由单片机控制的窗帘自动控制系统中的主要作用是通过按键向单 片机输入指

令，其中主要包括设定时间，控制窗帘的开关等等功能，是人工控 制单片机的主要手段。在

窗帘控制系统设计中的键盘采用的是 矩阵键盘。

4

X4

这 个按键分别为： 设定键主要是用来设定自动窗帘打开或者关闭的时间； 数字键，

16 0-9

其作用主要是用于设定时间；复位键主要应用在程序出错以及误操作 的时候使单片机复位，

从而重新设定；反转键是使步进电机反转，控制窗帘关 闭；正转键是使步进电机正转，从而

控制窗帘打开；停止键可以控制步进电机 停止工作，窗帘控制器停止运行；确定键主要是用

于在时间设定完成后的确定 输入。

由于按键比较多，单独设置按键会增加总体设计的复杂性，而且为了减少

所占用的端口，可以将按键组成一个矩阵，如图 所示。

3.5

图 3.5 键盘接口电路

3.6

显示电路

显示电路主要是用于显示时间。采用数码管进行显示是因为数码管 具有以下

LEDLED

几个优点： 能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与 、电路兼容。⑵

（1） CMOSITL

发光响应时间极短卩，高频特性好，单色性好，亮度高。

（＜0.1s）

（3）

体积小，重量轻，抗冲击性能好。

数码管有共阴极和共阳极两种类型， 其公共端主要进行位控制， 笔画端

则是进行字符控制，数码管有静态显示和动态显示两种方法，说明如下：

(1) 静态显示驱动:

静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机的

I/O

进行驱动，或者使用如 码二一十进位器进行驱动。静态驱动 的优点是编程简单，显示

BCD

亮度高，缺点是占用 多，如驱动个数码管静态

I/O5

显示则需要= 根来驱动，要知道一个单片机可用的才个。故实

58 40I/O89C51I/O32

X

际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。

(2) 动态显示驱动：

数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一， 动态驱动是

将所有数码管的个显示笔划、、、、、、、的同名端连在一起， 另外为每个

8"abcdefgdp "

数码管的公共极 增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立 的线控制，当单片

COMI/O

机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码， 但究竟是那个数码管会显示出字形，

取决于单片机对位元选通 端电路的控

COM

制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形， 没有选通的

数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个 数码管的端，就

LEDCOM

使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位元数 码管的点亮时

间为〜由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应， 尽管实际上各位数码管并非

12ms

同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象 就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁

感，动态显示的效果和静态显示是一样 的，能够节省大量的口，而且功耗更低。

I/O

本设计采用的是位数码管的串行驱动电路来达到显示的目的。驱动 器采用

4LED

74LS164,89C51P3.0P3.1LED3.6

由单片机的和来控制数码管的显示。显 示电路图如

所示。

图3.6 显示电路

74LS1648

是位串行输入， 并行输出的移位寄存器。其引脚及各个引脚的

作用如下图所示：

3.7

符号 引脚 说明

DSA

1

数据输入

图3.7 74LS164 引脚及说明

DSB

3.7 A/D

转换电路

1

数据输入

输出 Q0~Q3 3~6

地(0 V) GND 7

时钟输入(低电平到高电平

A/D

转换的作用是进行模 数

转换，把接收到的模拟信号 转换成

数字信号输出。在选择 转换

A/D

时，先要确定 转 换精度、转

A/D

换速度以及转换位 数等，转换

A/D

CP 8

边沿触发)

中央复位输入(低电平有

的位数确定与 整个测量控制系统所

/MR 9

需测量 控制的范围和精度有关，在

效)

自 定窗帘控制系统中采用了 位

8

10~1

Q4~Q7

3

VCC 14

正电源

输出

A/D ADC0809

转换器

ADC0809

是美国国家半导

体公司生产的艺通 道，位逐次逼近式转换器。路模拟信号的分时采

CMOS88A/D8

：

集，片内有 路模拟选

8

通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电 路，其转

换时间为左右。

100

^s

n

一

1

21

■弋 ■

IK——

IITj —

巩

一 码

一

1

——巩

—码

—叫

ADC0809

勺主要特性有：

(1) 路输入通道，位转换器， 即分辨率为

88A/D

STAKT—

E0C —

©

——ADDB

—ADDC

8

位。

(2) 具有转换起停控制端。

(3) 转换时间为卩时钟为时，

100s(640kHz )130

卩(时钟为时)

s 500kHz

(4) 模拟输入电压范围〜+ 不需 零点和满刻度

05V,

校准。

$

ADC0809

QE —

CLOCK —

宁

¥ —

片总;

一

£

11

11

(5) 工作温度范围为〜+ 摄氏度

-4085

(6) 低功耗，约

15mW/

ADC08089C513.874LS373

听单片机的连接示意图如图所示，其中为锁存 器，当三

态允许控制端 为低电平时，为正常逻辑状态，可用来驱动 负载或总线。当 为

OEO0-O7OE

高电平时， 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总 线的负载，但锁存器内部的逻辑操作

O0-O7

不受影响。

图 3.8 ADC0809 与单片机连接示意图

3.8

光敏传感器

电动窗帘要根据光照的情况而自动开关窗帘，因而需要使用到光电传感器。 这里使用光

敏电阻。光敏电阻是用光电导体制成的光电器件，又称光导管，他 是基于半导体光电效应工

作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使 用时可以加直流偏压，也可以加交流电

压。当无光照时，光敏电阻值（暗电阻） 很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长

范围的光照时，它的阻值急 剧减少，因此电路中电流迅速增加。光敏电阻具有很高的灵敏

度，很好的光谱 特性，光谱响应从紫外区一直到红外区。而且体积小、重量轻、性能稳定。

因 此在自动化技术中得到广泛的应用。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制 和光电转换

（将光的变化转换为电的变化） 。通常，光敏电阻器都制成薄片结构， 以便吸收更多的光

能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出 电子—空穴对，参与导电，使电

路中电流增强。

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵

敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于 探测紫外线。

红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器， 广泛用于导

弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外 通信等国防、科学研究和

工农业生产中。

可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、 硫化锌光敏

电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航 标灯、路灯和其他照明系

统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的 自动保护装置和 “位置检测器”，极薄

零件的厚度检测器， 照相机自动曝光装置， 光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方

面。这里选用① 系列的

其亮电阻在〜暗电阻为

1020K,1M.

QQ

光敏电阻连接如图 所示。

3.9

3GL3526

C7

阻

电

敏

光

R17

1K

R6

IN

O

R15

10K

图3.9光敏传感器

在模拟信号采集过程中，难免会碰到采集信号过于微弱，难以接收到，此

时必须采用一个信号放大电路对信号进行一定倍数的放大才能满足 转换器

A/D

对输入信号电平的要求，并且放大器还不能产生干扰信号，因此必须选择一种 符合要求的放

大器。此外，进行信号采集时，采集到的信号不仅是有用的信号, 还有很多干扰信号，应该选

用具有频率选择作用的滤波器，这样可以比较有效 地滤除噪声和分离各种不同信号在本设

，

计中采用了低通滤波器。

积分运算电路具有低通特性，而通带放大倍数取决于电阻组成的负反馈网 络，故在积分

运算电路中电容上并联一个电阻，得到反相输入一阶低通滤波电 路，该电路具有放大和滤波

功能。

3.9

步进电机

步进电机为一种数字伺服执行元件，具有结构简单、运行可靠、控制方便、 控制性能好

等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了 实现步进电机的简易运动

控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过 步进电机专用驱动芯片实现步进电机的

速度和位置定位控制

单片机在本次试验中对步进电机的控制从而达到对转角和位移的控制的 方法。本次设

计采用两个型号为的三相反应式步进电机对旋转角 度和位移进行控制，该步

130HZ308-450

进电机力矩大、耐负载冲击、精度高。

其步距角为°，即卩。，即本次设计的测控系统对回转台转角的

1.2 =1.2

N

控制精度可以达到。。步进电机的驱动电路是根据控制信号工作的。 而本次

1.2

测控系统是以单片机位控制中心的，下面将介绍步进电机控制系统。

步进电机控制系统主要由脉冲分配器，功率驱动电路，步进电机几部分构

成的。步进电机控制系统的方框图如图 所示：

3.10

脉冲信

步进

图3.10 步进电机控制系统方框图

单片机输出步进脉冲后，再由脉冲分配电路按事先确定的顺序控制各相的 通断。本设计

由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可 根据应用系统的需要，灵活

地改变步进电机的控制方案。软件控制脉冲将在软 件设计部分说明。如图所示，是步进

3.11

电机控制系统的电路图。

步进电机功率驱动电路工作在较大脉冲电流状态， 采用光电耦合器将单片机

与步机电机隔离可以避免单片机与步进电机功率回路的共地干扰，防止强功率 的干扰信号反

串进主控系统。此外，万一驱动电路发生故障，也不致让功放中 较高的电压串入单片机而使

其损坏。

图3.11 步进电机控制系统电路图

步进电机的驱动电路有很多种，但最为常见的就是用单电压驱动，双电压 驱动，斩波驱

动，细分驱动等。但电压驱动是步进电机控制中最为简单的一种 驱动电路，它在本质上是一个

单间的反相器。它最大的特点是结构简单，工作 效率低。而且它的外接电阻要消耗相当一部分

能量，这样会影响电路的稳定性。 双电压驱动电路是采用两种电源电压，缺点在于在高低电压

连接处电流出现谷 点，这样必然引起力矩在谷点处下降，不易于电机的正常运行。对于斩波驱

动 则可以克服这种缺点，并且还可以提高步进电机的效率。从提高效率的角度来 看这是一个

很好的驱动电路，它可以用较高的电源电压，同时无需外接电阻来 限定额定电流和减少时间常

数。但由于其波形顶部呈现锯齿形波动，所以产生 较大的电磁噪声。细分驱动是用脉冲电压来

供电的，对于一个电压脉冲，转子

就可以转动一步。本设计采用的是恒频脉宽调制细分驱动电路。

4系统软件设计

系统软件设计主要包括显示子程序，键盘子程序，时钟程序，步进电机控 制程序设计

及部分构成。本章节系统的介绍了电动窗帘的主程序和各主要功能 子程序的设计流程，具

体的程序代码见附录。

4.1

主程序软件设计

主程序构成无限循环，主要完成单片机初始化，关中断，菜单显示内容初 始化，按键

扫描，电机运行，计时等功能。

主程序的流程图如图所示。

4.1

开始

图4.1主程序流程图

主程序流程说明： 电路主要分为以下几个部分，分别是电源部分、显示

部分、按键部分、步进

电机控制部分、 转换部分、 单片机主控器件部分， 各部分具有不同的子程序。 主程

AD

序的作用主要是先初始化寄存器以及显示内容；然后查询按键操作，

并且对按键进行分析以及处理，通过分析处理，对于设定键，则设定时间，到 了设定的时

间后步进电机工作。对于控制键，执行窗帘开闭的工作。如果经过 分析后都不是，采取复

位的操作。

4.2

键盘程序设计 在操作按键时，无论是按下还是松开，触点在闭合和断开时均会产生抖

动， 此时逻辑电平是不稳的，如果得不到正确处理，可能会引起单片机对按键命令 的错误

执行。解决这个问题的简单方法是利用软件延时。在单片机处理按键操 作后都延时如

5ms

果确定是按键后再延时 这样基本可以避免键盘的抖 动。然后由单片机进行键码分

12ms

析，并执行相应的命令，显示并且返回。图 是键盘程序设计流程图。

4.2

图 4.2 键盘程序流程图

按键设置采用了扫描法，要判断键盘中有无键按下时将全部行线 置 低电平，

Y0-Y3

列线置高电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表 示键盘中有键被按

下，而且闭合的键位于低电平线与 根行线相交叉的 个按 键之中。若所有列线均为高

44

电平，则键盘中无键按下。

判断闭合键所在的位置时，在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键 的过程。其

方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其 它线为高电平。在确定

某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状 态。若某列为低，则该列线与置为

低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

例如将单片机的 口用作键盘 口，键盘的列线接到 口的低 位， 键盘的

P1 I/O P1 4

行线接到 口的高 位。列线 分别接有 个上拉电阻到正电 源并把列

P1 4P1.0-P1.3 4+5V,

线设置为输入线，行线设置为输出线。根行线和 根列线形成

P1.0-P1.3P1.4-P.174 4

16

个相交点，这些交点即为键盘按键。

在单片机应用系统设计中，系统有两性能很大一部分取决于键盘处理 程序。在按

键时按得快了没有反应，按慢了一连响应几次，总给人迟钝感，不 能使人满意。在该设计

中用以下思路设计的键处理程序。 首先要判断有没有键值，若有键值，再判断是否为首次

按下：

（）若首次按下：判断是否与上次按下的键值相同

1

a. 300ms

若相同再判断：是否已经按下了 ？

1）. 300ms

2）. 20ms

若已经按下 则将此键做为连键处理。

若不是连键则判断：是否按下 ？

1>. 20ms

若确认按下得到有效键值等待弹起

2>. 20msret

若不是按下直接结束处理（）。

b. ret

若不相同则将标志清零结束处理（ ）。

（ ）若不是首次按下：将键值暂存起来，标志置位结束处理。

2

如果无键值，则判断是否有键值已被确认

（ ）若有键已被确认：判断按键是否首次抬起

1

a. 20mS

1>.

2>. ret

b. ret

若首次抬起：判断抬起延时时间（是否到达

若延时到则将标志处理结束处理。

若延时未到直接结束处理（ ）。

若非首次抬起：直接结束处理（ ）。

（ ）若没有键被确认：直接结束处理（ ）。

2ret

4.3

定时程序设计 定时程序的主要作用是在用户设定的时间后能够使单片机收到一个中断

信

号，从而发出相应的指令，控制窗帘的开关。时钟芯片发出 的信号给单片 机后，计

50ms

数器开始工作，计数器记到 ，则时间即为 秒，秒单元加 ，当秒 单元计数到 ，

201 160

分单元加 ，此时秒单元清零。当时单元计数到 ，时单元清 零。图 是定时程序流

1 244.3

程图。

图 4.3 定时程序流程图

4.4

步进电机程序设计 步进电机是操控窗帘开闭的主要执行器件，其设计主要是按照单片

机指令

以及按键指令进行正转或者反转。图 是步进电机程序流程图。

4.4

图 4.4 步进电机程序流程图

步进电机程序设计的主要任务是：

(1) 判断旋转方向；

(2) 按顺序传送控制脉冲；

(3) 判断所要求的控制步数是否传送完毕。

对于三相单三拍的设计，其控制方式模型如下:

步 工作 控制

序 模型 状态

控制位

P.7 P.6 P.5 P.4 P.3

P.2 P.0

CA

相 相

P.1

B

相

0 1 1 0 0 0 0 0 0

1 0 2 0 0 0 0 0 0 B 02H

0 0 3 0 0 0 0 0 1 C 04H

A 01H

总之，只要按一定的顺序改变 〜三位通电的状况，即可控制步

P1.0P1.2

进电机依选定的方向步进。而对于节拍比较多的控制程序，通常采用循环程序 进行设计。

5总结

经过一周的资料查找和设计，我已完成了计算机控制的课程设计。本文设 计了光感

电动窗帘控制器的智能系统，介绍了电动窗帘控制器的硬件电路设计 到软件设计的一系列

步骤。本设计采用步进电机作为执行元件，以光敏电阻作 为检测元件，单片机作

89C51

为控制芯片，辅助键盘和显示，实现了电动窗帘控 制器的多项智能项目。

纵观整个设计系统，单片机使用了常用的 单片机，从而使整个控

AT89C51

制芯片了如指掌。熟悉的控制芯片设计起来也是得心应手。所用芯片简单实用， 减少了开

发和硬件开销。传感器部分使用光敏电阻，可以持续性的检测外界光 强变化，通过电桥电

路后的信号进入比较器，可以得出一个信号，此信号经过 放大，转换后进入单片机，

A/D

通过单片机的脉冲信号进而控制步进电机的运行。 本设计的步进电机可以很好的执行单片

机的命令。步进电机为一种数字伺服执 行元件，具有结构简单、运行可靠、控制方便、控

制性能好等优点。使得窗帘 的开关更加的准确，稳定。设计的时钟电路配合单片机的定时

功能，加上光电 传感器的检测光强很好的解决了自动控制这项功能。

同时，由于设计的时间和能力有限，还有许多功能和技术没有充分研究， 可能存在不

合理的地方。其次，显示功能中还没有显示电动窗帘控制器的工作 方式。控制器固定，没

有蓝牙和红外控制功能。但是，一个完整的课程设计过 程，让我掌握了单片机系统和电子

操作软件等方面的知识，尤其是熟悉了用 画电路原理图和用 画程序流程图。

protel visio

这使我在动手能力方面有很大 的提升，也给今后更成功、完善的设计打下坚实的基础。

参考文献

[1] C51 2007

杨家成．单片机原理与应用及 程序设计．北京：清华大学出版社，

[2] Protel 99se

夏路易 石宗义． 电路原理图与电路板设计教程．北京：北京 希望电子

出版社，

2004

[3] 2010

[4] 2010

朱玉玺．计算机控制技术．北京：电子工业出版社，

邓兴成．单片机原理与实践指导．北京：机械工业出版社，

[5] .. ,2005

瞿贵荣电动窗帘红外遥控电路 家庭电子

[6] . . :,2009.

阎石数字电子技术基础 北京高等教育出版社

附录 系统原理图