学士学位论文—-基于单片机的遥控窗帘设计.doc

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1、基于单片机的遥控窗帘课程设计报告河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告 基于单片机的遥控窗帘设计姓 名： 郭栋 李榕 学 号： 310908020108 02 专业班级： 自动化0901 指导老师： 王新 所在学院：电气工程与自动化学院2012年7月 1日摘要本设计是基于AT89S52单片机的遥控电动窗帘的设计，根据设计要求和现有器件，设计采用单片机AT89S52作为主控制器，使用PT2262与PT2272通用编码解码电路作为遥控发射和接受装置，单片机通过检测PT2272解码的信号，做出开关窗帘等动作，采用两个霍尔传感器44E938作为位置检测设备，以检测窗帘的运行位置，实现防过卷的功能，同

2、时本控制器还有手动控制，通过三个按键开关实现窗帘的正反停控制。本电路的直流电机由L298N驱动控制，通过控制L298N实现电机的正反转及停转，达到控制窗帘的目的。遥控发射电路由PT2262集成电路组成，本系统直接采用做好的发射模块遥控器，共ABCD四路输出，当按下相应的按钮时，对应的以PT2272为核心的遥控解码电路有输出，经测试ABCD分别对应D0、D1、D2、D3，所以将D0、D1、D2、D3分别接到单片机的I/O口，通过检测对应端口的电平输出高低，系统受程序控制做出相应的动作，将控制信号送至电机驱动L298N从而实现对电机的控制，电机转轴通过传动机构与窗帘相连，从而实现对窗帘的控制。同时

3、本系统也设置了手动控制方式，通过三个按键开关实现正反和停转。具体电路是按键的一端接地，另一端接到单片机对应的I/O口，当单片机检测到低电平时，输出相应的信号给电机驱动模块，从而达到与遥控控制一样的效果，在编程时要注意消除按键的抖动，防止误操作！显示模块由红绿两个LED灯组成，当电机正转打开窗帘时红灯亮；当电机反转关闭窗帘时绿灯亮，这样就能很容易的观察到窗帘的运行状态。防过卷电路由两个霍尔传感器组成，将输出端接到单片机的I/O口，通过检测相应端口的电平实现对电机的控制，当窗帘没有达到指定位置时，输出为高电平，电机正常运转；当霍尔传感器检测到有磁场时（窗帘两端可以固定两个磁钢产生磁场），输出低电平

4、，从而控制电机马上停转，达到防过卷的作用。软件设计使用C语言编程，对输入信号采用软件防抖，采用C语言编程，程序易读易移植，整个程序十分简洁易懂，经下载测试能很好的实现系统的各个功能。关键字：单片机、无线遥控、C语言编程 直流电机目录1 概述1.1项目背景及应用1.2遥控电路的设计1.3手动控制电路1.4直流电机驱动电路1.5防过卷限位电路1.6程序设计2 系统整体方案及硬件设计2.1 系统总体方案2.2 PT2262/2272遥控模块2.3 按键电路2.4 44E938防过卷电路2.5 主控制器2.6 直流电机驱动电路3 软件设计3.1 变量的定义与I/O口分配3.2 系统子功能程序设计3.3

5、系统主程序 4 Proteus软件仿真5课程设计体会参考文献附录1：源程序代码附录2：系统原理图1 概述1.1项目背景及应用 随着科学的发展，社会的进步，人民生活水平的提高，工作压力也越来越大，人人都希望回到家或是在办公室都有一个舒适的环境。能得到很好的休息，这就使得自动化技术快速发展。当今，技术发展飞速，为了进一步满足人们高水准生活的需要，家用电器产品性能也在不断的更新挽代，从始初的晶体管、到电子管；由模拟到数字；由分立元件到集成电路；从普通向高性能、多功能型；由手动控制向无线遥控、向智能化发展。遥控窗帘设计使用51单片机作为主控制器，使用PT2262遥控编码模块作为发射模块，使用PT227

6、2解码模块作为接收模块，将遥控信号解码后转换为TTL电平，供单片机读取；手动控制采用微动开关，低电平输入；输出控制直流电机使用直流电机专用芯片L298N，；窗帘的防过卷使用两个霍尔传感器44E938，通过放在窗帘上的强磁钢感应窗帘的位置，实现窗帘的防过卷。系统的程序设计使用C编程，对按键采用软件防抖处理。1.2遥控电路的设计 遥控部分电路使用PT2262和PT2272遥控模块，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，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

7、,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。这里使用做好的遥控发射接收模块，直接将遥控解码，转化为相应的TTL电平信号，供单片机读取。1.3手动控制电路 采用三个按键分别控制电机正转、反转、停转，软件设计时加入延时消抖，保证按键的正确响应。1.4直流电机驱动电路 对直流电机的驱动这里使用直流电机专用驱动芯片L298N，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。本设计中使用5V

8、直流电机，电流较小，并且只是用一路输出。1.5防过卷限位电路为了防止窗帘开或关到位后电机仍没有停止，需要加防过卷限位电路路这里选用霍尔传感器44E938，该器件集成了电压调节器，动态偏差补偿系统的霍尔传感器，施密特触发器和开漏输出驱动于一个封装内。由于它宽的工作电压范围和扩展的温度范围，使其非常适合于汽车电子，工业和消费电子的应用范畴。这里使用44E938作为限位传感器，当窗帘运行到上限或下限时，固定在窗帘上的强磁达到传感器位置，发出限位信号，主控制器停止电机，实现防过卷。1.6程序设计对单片机的程序设计使用汇编或C语言，汇编编程程序代码编译效率高，但程序的易读性差，不易移植；C语言的代码效率

9、虽然没有汇编高，但程序易读易写，且程序的可移植性好，可以借鉴其他例程或一边写好的程序模块。本设计采用C语言编程。2 系统整体方案及硬件设计2.1 系统总体方案遥控窗帘的硬件设计共分为三大部分：信号采集转换电路、单片机主控电路和直流电机驱动电路，其中信号采集电路由遥控解码电路和手动按钮两部分组成。系统框图如图1，直流电机电机驱动 电路（L298N）霍尔传感器主控制器AT89S52按 键PT2272解码模块 图1 系统框图如图1，主控制器检测来自PT2272解码模块、按键和霍尔传感器44E938的信号，根据输入端的信号控制驱动电路，驱动电路控制直流电动机带动窗帘运动。遥控器或按键发出开、关窗帘的信

10、号后，经单片机处理后，控制L298N输出控制电机正、反转，电机通过机械装置带动窗帘运动，当窗帘运动到上限或下限时，固定在窗帘上的强磁促发相应的霍尔传感器，霍尔传感器发出信号给单片机，单片机将电机停止。窗帘在开关过程中按下遥控或者按键的停止按钮，则电机停止运行，实现窗帘的开关程度的控制。2.2 PT2272遥控解码模块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，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

11、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。 PT2262每次发射时至少发射4组字码，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”

12、驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以丢弃处理。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PT2

13、262和PT2272芯片如下图2，图2 图3 PT2262/2272引脚图表1 PT2262引脚功能名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 VCC18电源正端（）VSS9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； Dout17编码输出端（正常时为低电平）表2 PT2272引脚功能名称 管脚说 明 A0-A111-8、10-13地

14、址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 VCC18电源正端（）VSS9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端； VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）遥控模块是已做好的，使用315MHz的频率，遥控模块接收解码模块共有四

15、个输出，当没有信号时，对应的引脚为低电平，当收到对应的通道Y有遥控信号时，如通道D2与输入信号C，则PT2272的D2引脚输出高电平。并根据芯片类型的不同D2口的电平自锁或点动，单片机读取接收解码模块的信号做出动作。2.3 按键电路按键是单片机的常用输入设备，电路简单且成本低，这里对按键的防抖采用软件延时处理。按键使用常用的按钮式微动开关，按键电路如下图4，图4 按键电路2.4霍尔传感器防过卷限位电路限位开关用于检测窗帘运行到上、下限位置时动作发出信号给控制器，以防止窗帘过卷损坏机械设备或电机。常用的限位装置使用行程开关、光电开关或接近开关，这里选用霍尔传感器44E938作为限位传感器。44E

16、938是低功耗CMOS工艺的霍尔传感器，TO-92封装的如下图5，其内部结构如图6： 图5 接线原理图 图6 内部结构TO-90封装的引脚定义同TO-92封装，引脚1为电源正极VDD，引脚2为GND，44E938的工作电压为3.5-28V，引脚3为信号输出引脚OUT。从内部结构原理图中可以看到，霍尔元件产生的霍尔电动势加到运放的同相和反向输入端，当霍尔元件受到不同方向的磁场时，传感器会输出不同的电平，如图7，图7 霍尔传感器电平输出传感器电路如图8，图8 霍尔传感器电路44E938感应到强磁铁的磁场后，发出信号给单片机。2.5 主控制器遥控窗帘的主控制器选用MCS51系列单片机，MCS51是指

17、由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用51来称呼MCS51系列单片机。这里选用ATMEL公司的AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有

18、灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52的引脚如图9， 图9 AT89S52引脚图对AT89S52的各引脚定义和作用这里不再赘述。2.6 直流电机驱动电路 遥控窗帘的执行部件为一个5v的直流电动机，窗帘的开关通过控制直流电机的正反转实现，驱动电路的作用是接受单片机输出的控制信号并根据控制信号驱动电机正反转或停止。要实现直流电机的正反转，只需改变加在直流电机转自线圈两端的电压极性。实现电机的正反转控制可通过多种方法来实现，如使用两个继电器，或使用可控电力电子器件做成逆变桥（H桥），对于小功率直流电机使用小功率开关三极管

19、如13002即可，或使用集成的直流电机控制芯片，如集成有桥式电路的电机专用驱动芯片，如L298N、LMD18200、MC33886，ML4428，性能比较稳定可靠。这里选用L298N。L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其实物及引脚图10和图11所示： 图11 L298N引脚图 图10封装图 图12 L298N内部结构原理图如图12为L298N的内部原理图，L298有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V为动力电源输入端VSS。SE

20、NSEA和SENSEB分别为A路和B路的驱动电源的输入端。ENA、ENB为电机控制A路和B路的是能端，高电平有效；IN1、IN2、IN3、IN4为电机的正反转控制信号端。其控制逻辑如表3：表3 L298N控制逻辑IN1IN2ENA电机状态XX0停止101顺时针011逆时针000停止110停止由于微控制器的工作电压多为5V和3.3V，与L298N及驱动电机的几十伏的驱动电压相差较大，常使用光电耦合电路实现通电压的信号耦合，本设计中控制电路与驱动电路使用相同的工作电压本设计中只使用A路驱动控制电机，单片机的端口驱动控制L298N的A路驱动直流电机。硬件电路的整体设计就是这些，具体还要通过硬件的焊接

21、完成后测试。 3 软件设计 硬件系统搭建完成后，就要根据系统的控制要求和现有的硬件资源，编写合理的系统程序。程序的编写要根据控制要求，充分运用系统的硬件资源，编写简单无漏洞的系统程序，为保证系统的可靠长时间运行，还可使用AT89S52的软件看门狗，这里程序较为简单，就不再使用。遥控窗帘的系统软件的主要任务是检测来自键盘、遥控解码模块和霍尔传感器的信号，通过信号判断做出的动作，输出控制信号控制控制直流电机驱动模块驱动电机运行，实现窗帘的开关控制。对系统程序的编写使用KEIL软件并使用C语言编程，在系统主函数中单片机对输入信号进行不停的扫描，当检测到输入信号时，调用相应的子函数执行动作，各子函数完

22、成不同的动作。3.1变量的定义与I/O口分配 C语言中可以对变量采用宏定义，以方便在程序中读懂和使用变量，在这里定义的变量与I/O口分配如下：bit a0=1;/按键正转按下的返回值bit a1=1; /按键反转按下的返回值bit a2=1; /按键停转按下的返回值sbit ajz=P20正转;sbit ajf=P21反转;sbit ajt=P22停转; /手动按键sbit A=P04 正转;sbit D=P03反转;sbit C=P02停转; /无线模块输出sbit IN1=P10;sbit IN2=P11; /电机输入端sbit huo1=P23 正转;sbit huo2=P24反转; /

23、霍尔传感器输出sbit ZLED=P25正转;sbit FLED=P26反转; /电机状态指示3.2系统子功能程序设计系统功能的实现不同的控制功能，如窗帘的开关等，本程序中共用到以下几个子函数：void delay(uint x);/延时函数1msvoid csh();/程序初始化Void ajsm();/按键扫描各子函数如下:延时函数 /通过for循环执行空操作来实现延void delay(uchar j)uchar c,d; for(c=j;c0;c-) for(d=110;d0;d-); 为控制器在每次启动或重启后要进行初始化，以使内部个寄存器的值被清零或置位或对程序中间变量赋予相应的值

24、，本设计的初始化程序主要完成输入端口的置位和输出端口的置位，如下初始化函数： void csh() IN1=0; /电机初始状态为停转 IN2=0; huo1=1;/霍尔传感器正常输出为高电平 huo2=1; ajz=1; /按键初始状态 ajf=1; ajt=1; ZLED=0; /LED初始状态全灭 FLED=0; a0=0; a1=0; a2=0; 按键扫描程序： uchar ajsm() if(ajz=0) /正转按键 delay(10); If(ajz=0) a0=1; Return a0; if(ajf=0) /反转按键 delay(10); If(ajf=0) a1=1; ret

25、urn a1; if(ajt=0) /停转按键 delay(10); If(ajt=0) a2=1; return a2; 3.3 系统主程序 系统主程序设计每一个C函数都必须有一个并且只有一个主函数，系统开始执行程序是从主函数开始。本设计没有使用中断，以键盘的扫描为主，主函数内主要完成输入口状态的扫描，并调用相应子函数完成相应功能，主程序流程图如下：图15 主程序流程图主函数中完成系统初始化后，死循环while（1）不停地对输入端口进行检测，当对应的输入端口有使能信号时执行相应的操作，操作完成后又接着检测输入口。到此系统的软件设计完成，还需对软件的运行情况做进一步仿真并下载到硬件测试，有漏洞

26、及时修正。 4 Proteus软件仿真 在系统硬件焊接之前，应该首先进行软件模拟调试，protues是一款对于单片机的调试非常有用的软件，Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设

27、计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、keil和MPLAB等多种编译。根据自己的实际硬件电路图，在软件中进行仿真调试，导入程序，观察是否能正常工作，软件调试顺利通过！只有确认硬件无误并且相应的软件也正常工作后，才能进行实际的物理焊接 。 本次课程设计，不经锻炼了我们的动手能力，还使我对软件的使用更为熟练，对

28、于以后的工作和学习都有很大的作用，所以感觉确实获益匪浅！ 5课程设计体会通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际，避免只会纸上谈兵。在进行硬件焊接的时候应提前布好元件的位置，尽量使整个板子布局更

29、加合理，尽量使每个焊点标准焊接，防止虚焊，影响后续的硬件调试工作，在软件的设计中，应使程序尽量简单，但是应以能满足系统要求为前提，充分考虑到可能发生的各种情况，使程序紧凑合理，防止出现明显的漏洞！ 在设计的过程中，我还要特别感谢老师和同学的无私帮助，正是他们的鼓励和帮助之下，才使得我们我们的课程设计能顺利的完成；课程设计中又让我体会到了合作和团结的力量当遇到不会或设计不了出来的地方，我们会一起相互讨论相互帮助，这次设计进一步认识了只有团结互助，才能更好的完成设计任务。最后再次感谢老师对我们的精心指导，感谢同学们的热心帮助。参考文献1余发山，王福忠等编著.单片机原理及应用技术，江苏，中国矿业大学

30、 2谭浩强. C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社,2005 3李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京：北京航空航天大学出版社 19994何立民.单片机高级教程.北京:北京航空航天大学出版社，19995李群芳.单片微型计算机与接口技术.北京:电子工业出版社，20016朱定华.单片微机原理与应用.北京:清华大学出版社，20037马淑华，王凤文，张美金编著. 单片机原理与接口技术（第二版）.北京:北京邮电 大学出版社，2007 8李维祥.单片机原理与应用.天津:天津大学出版设，20019钱逸秋.单片机原理与应用.北京:电子工业出版社，200210 戴佳.51单片机C语言应用程序设计

31、实例精讲（第2版）.北京，200811 赵亮.单片机C语言编程与实例. 人民邮电出版社： 北京，200312 边海龙. 单片机开发与典型工程项目实例详解.北京电子工业出版社，2008附一：源程序代码#include /库文件#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit ajz=P03; /手动按键正转sbit ajf=P04; /手动按键反转 sbit ajt=P05; /手动按键停转sbit IN1=P06; /电机输入端sbit IN2=P07;sbit Z=P12; /正转 /无线接收模块sbit F=P11; /反转s

32、bit T=P10; /停转sbit huo1=P13; /正转限位防过卷 /霍尔接收端sbit huo2=P14; /反转限位防过卷 uchar a0=0; /按键扫描程序返回值uchar a1=0; uchar a2=0; uchar a3=0; /正转、反转变量uchar a4=0; sbit ZLED=P00; /电机正转指示灯sbit FLED=P01; /电机反转指示灯uchar ajsm(); /按键扫描程序void delay(uchar j); /1ms延时函数void csh(); /初始化函数void main() /主函数 csh(); while(1) ajsm（）；

33、 if(a0=1|Z=1) /电机正转 if(a3=0) /a3=0是正转的一个附加条件，当电机正转时将其置1 /自我封锁，防止再次启动时电机仍正转造成窗帘的损坏， ZLED=1; /同时将反转的附加条件a4清零，为下次反转做好准备相当 FLED=0; /于为反转解锁，同理反转时亦之！ while(a2=1&huo1=1&T=0) IN1=1;IN2=0; csh(); a3=1;a4=0; if(a1=0|F=1) /电机反转 if (a4=0) FLED=1;ZLED=0;while(a2=1&huo2=1&T=0) IN2=1;IN1=0; csh(); a4=1;a3=0; void

34、delay(uchar j) /延时子程序uchar c,d;for(c=j;c0;c-)for(d=110;d0;d-);void csh() /初始化子程序 ZLED=0; FLED=0; IN1=0; IN2=0; ajz=1; ajf=1; ajt=1; Z=0; F=0; T=0; huo1=1; huo2=1; a0=0; a1=0; a2=0;uchar ajsm() /按键扫描子程序 if(ajz=0) /正转按键 delay(10); /延时10ms，消抖 if(ajz=0) a0=1; return a0; if(ajf=0) /反转按键 delay(10); if(ajf=0) a1=1; return a1; if(ajt=0) /停转按键 delay(10); if(ajt=0) a2=1; return a2; 附2 系统原理图