基于单片机的光控自动窗帘控制系统设计说明书1 - 图文(2)

2019-03-28 22:59

系列,90系列等.该类单片机允许使用慢模式,CPU内部多组寄存器的使用,使得中断响应与处理更加快捷.

6.富士通单片机:

富士通也有 8 位,16 位和 32 位单片机,但是 8 位机使用的是 16 位的 CPU 内核.也就是说 8 位机与16位机指令相同,使得开发比较容易.8位机有名是MB8900系列,16位机有MB90系列.

7.Epson单片机:

Epson公司以擅长制造液晶显示器著称,故Epson单片机主要为该公司生产的LCD配套.其单片机的LCD驱动做的特别好.在低电压,低功耗方面也很有特色.

8.8051单片机

最早有Intel公司推出8051/31类单片机,也是世界上使用量最大的几种单片机之一.目前,8051类单片机主要有Philips,三星,华帮等公司接手.这些公司在保持与8051单片机兼容基础改善了8051的许多特点.提高了速度,降低了时钟频率,放宽了电源电压的动态范围,降低了产品价格.

9.Zilog单片机:

Z8 单片机是该公司的产品,采用多累加器结构,有较强中断处理能力.产品为OTP型,Z8 单片机的开发工具可以说是物美价廉.

10.Atmel单片机:

ATMEL公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司,ATMEL公司的单片机在自动化工业控制宇航设备仪器仪表和各种消费类产品中有着广泛的应用前景.另外ATMAL的增强型51系列单片机目前在市场上仍然十分流行,其中AT89S51十分活跃.

11.TI 公司的 MSP430 系列单片机:

MSP430 系列单片机是由 TI公司开发的 16 位单片机。其突出特点是超低功耗,非常适合于各种功率要求低的场合。典型应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比,应用已日趋广泛。

12.NS单片机:

COP8 单片机是美国国家半导体公司的产品,该公司以生产先进的模拟电路著称,能生产高水平的数字模拟混合电路.COP8 单片机内部集成了 16 位 A/D。

13.STC 单片机:

STC单片机完全兼容51单片机,并有其独到之处,其抗干扰性强,加密性强,超低功耗,可以远程升级,内部有 MAX810 专用复位电路,价格也较便宜。

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14.三星单片机:

三星单片机有 KS51和KS57系列4位单片机,KS86和KS88系列8位单片机,KS17 系列 16位单片机和KS32系列32位单片机。

15.凌阳单片机:

中国台湾凌阳科技股份有限公司致力于8位和16位机的开发.。在系列芯片中相同的片内硬件功能模块具有相同的资源特点;不同型号的芯片只是对片内资源进行删减.其最大的特点就是超强抗干扰。

16.华帮单片机:

华帮单片机属于8051类单片机,它们的W78系列与标准的8051兼容,W77系列为增强型51,对8051的时序做了改进.同样时钟下速度快了不少.

17. SST 单片机:

美国 SST 公司推出的 SST89 系列单片机为标准的 51 系列单片机,它与8052系列单片机兼容.提供系统在线编程(ISP 功能).内部 flash 擦写次数 1 万次以上,程序保存时间可达 100年.

1.2.3步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

目前,比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)等。步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,因此,步进电动机多和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机;所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。步进电机主要应用在数控机床制造领域,由于其不需要A/D转换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。

此外,步进电动机也存在许多缺陷;由于步进电机存在空载启动频率,所以步进电机可以低速正常运转,但若高于一定速度时就无法启动,并伴有尖锐的啸叫声;不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大,细分数越大精度越难控制;并且,步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。赞同

2.方案论述

本文采用单片机AT89C52作为系统的核心控制器件,通过光电传感器采集数据(数字信号),

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经单片机根据接收到的信号来控制步进电机的转动方向及步数,并根据光线变化自动调整窗帘的开度。

2.1方案设计说明

考虑到自动窗帘的成本和巨大的市场空间,本文提出一种方案,应用光控原理工作,光亮在一定程度窗帘自动打开,光线变暗窗帘自动关闭,实现光控电动自动窗帘的设计,成本低,环保且方便使用。实现框图如图1所示:

光敏 电阻 采集 光强 电路 单片机 驱动电机芯片 步进电机正反转控制窗帘开闭

图1:本设计实现的方框图

该系统具有抗干扰能力强、结构简单、性能稳定,成本低廉,利于推广等特点,能够满足智能家居需求,具有良好的市场应用前景.

2.2方案选择说明

论文设计的核心控制器选用的是AT89C52单片机,光线采集选用光电传感器ULN3330。它输出单片机能读入数字信号,然后由L298驱动芯片驱动步进电机转动,调节其转动角度。电机选用比较容易进行角度调节的步进电机,单片机与步进电机之间的连接采用L298驱动器,它是一种两相和四相步进电机专用驱动芯片。 2.2.1 硬件方案选择说明

硬件电路绘图平台为PROTEL软件, 所用元器件在其上绘出,例如AT89C52微控制器、电机驱动芯片L298、42BYG系列步进电机、电阻、电容、按键、肖特基二极管、转换开关等。

逻辑框图如图2所示。

光电 传感器 单 片 机 步进电机 步进电机 驱动器

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图2.系统硬件电路设计

○1光检测模块

选用集成光电传感器ULN3330,当器件顶部受到大于50 Lx[4]的光照时就输出高电平,负载上没有电流;当光照不足45 Lx时,器件就输出低电平,负载上有电流通过。

○2单片机模块

选用MCS-51单片机系列,AT89C52单片机。 ○3步进电机的驱动模块

选用步进电机专用驱动芯片L298,采用L298,通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平,即可以对电机进行正、反转、停止的操作。

○4步进电机选用

步进电机的步距角选用1.8度/步(四相电机)。 2.2.2软件方案设计说明(主控程序流程图)

软件开发平台为Keil软件,用C语言编写具体的程序代码。主控程序流程图如图3所示。

开始 光敏传感器ULN3330 数字信号送入单片机 是 高电压? 否 正转 反转 否 到达顶部? 是 到达底部? 是 否 停止 8

图3:主控程序流程图

3.硬件设计

3.1 光电传感器信号采集模块设计

3.3.1 光电传感器ULN3330介绍

光电传感器按输出信号有开关型和模拟型, 开关型用于转速测量、 模拟开关、 位置开关等;模拟型用于光电式位移计、 光电比色计等。 光电检测必须具备光源、 被测物和光电元件。

ULN3330是美国摩托罗拉公司生产的集成光电传感器。 它是一种新颖的光电开关, 将光敏二极管、 低电平放大器、 电平探测器、 输出功率驱动器和稳压电路等五部分都集成在了一块131.8(mm×mm)的硅片上, 形成一种具有驱动能力的光敏功率器件。 该器件可用于众多使用光敏器件的场合, 使光敏器件的应用变得更简单、 可靠。

ULN3330的内电路框图如图4所示。光敏二极管的光敏区域约为1.131.1?(mm×mm),峰值波长为880 nm。 当它受到光照时,会产生微安数量级的光电流。低电平放大器是一种低噪声小电流放大器,能对微安级的光电流进行放大、电平位移,最后输出可供电平探测器进行鉴别的电平。 电平探测器是由施密特电路构成的,它具有约20%的“滞后”特性。 输出功率驱动器是NPN中功率晶体管,最大可通过100 mA的电流,可以直接驱动各种负载。 稳压电路可确保当电压在4~15 V范围内变化时电路也能稳定地工作。ULN3330接上电源与负载后, 不需要其他元件就能工作。当器件顶部受到大于50 Lx的光照时, 就输出高电平,负载上没有电流;当光照不足45 Lx时,器件就输出低电平,负载上有电流通过。

ULN3330各引脚说明 1脚USS----接地端 ○

2脚OUT PUT----输出端 ○

3脚UDD----+12V电源输入端 ○

图4 ULN3330内部电路原理图

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