华科学院本科毕业设计（论文）

第2章 系统方案论证

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性得到了人们的好评，所以本设计采用的控制元器件选用单片机。

单片机的选择：

单片机自70年代问世以来都以微处理器（MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，通过广泛的应用领域拉动得到了蓬勃发展，单片机功能也日渐完善。由于单片机的应用，使许多领域的技术水平和自动化程度都大大提高，可以不夸张的说当今世界正在经受着一场以单片机技术为标志的新技术革命浪潮冲击。主要的单片机类型如下：

(1)MCS-51系列单片机

MCS-51系列单片机主要指Intel公司生产的以51位内核的单片机芯片，具有8位CPU、4K字节的ROM、128字节的RAM、同时可扩展外部64K字节RAM和ROM、两个16位的定时器、四个8位并行I/O口、一个全双工串行I/O口、21字节专用寄存器、五个中断源、片内自带振荡器、片内单总线等功能部件。 （2）AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能的CMOS 8位微处理器，俗称为单片机。AT89C2051单片机是一种带2K字节闪存，可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，和工业标准的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了单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，而AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性较高且价廉的方案。外形及引脚的排列如图2-1所示：

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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

图2.1 AT89C单片机外形及引脚排列

AT89C51单片机主要的特性如下： （1） 和MCS-51产品指令系统完全兼容

（2） 4K字节在线编程Flash存储器，1000次擦写周期 （3） 工作电压范围4.0～5.5V （4） 全静态工作模式：0～33MHz

（5） 三级程序存储器锁?内部RAM128×8字节

（6） 三十二个可编程I/O口线?两个16位定时/计数器 （7） 六个中断源

（8） 全双工串行UART通道 （9） 低功耗空闲和掉电模式 （10）中断可从空闲模式唤醒系统 （11）看门狗（WDT）和双数据指针 （12）掉电标识和快速编程的特性 （13）具有掉电状态下中断恢复功能

（14）灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

因为AT89C51单片机片内有4K字节的在线编程Flash存储器，而且可以擦写1000

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次，具有掉电模式，而且具有掉电状态下中断恢复功能，对设计开发非常实用。所以选用AT89C51单片机作为自动窗帘系统的控制单片机。

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）基于温度检测以及声控检测器件的自动控制 方案（二）基于光照强度器件以及湿度检测器件的自动控制 方案（一）的系统框图如图2.2所示：

声控检测 电源模块 89C51 单片机 键盘模块 液晶模块 温度检测

图2.2 方案（一）的原理框图

方案（二）的系统框图如图2.3所示：

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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

时钟模块 电源模块 89C51 单片机键盘模块 光照检测 显示模块

图2.3 方案（二）的原理框图

这两个方案都是基于单片机控制的，采用步进电机控制以及液晶显示器，不同的设计部分在于检测器件的选取上。

方案（一）与方案（二）的区别主要在于检测器件的应用，方案（一）采用温度采集和声音检测原件，通过设定的温度来控制窗帘的开闭，以减少光照对室内的温度影响，利用声音控制虽然方便性有所提高，但是其误差较大。方案（二）采用的时钟模块实用性更强，且手动控制不容易出现误差。综合考虑以上因素，系统设计采用方案（二）。

2.2 总体设计方案

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。 2.2.1 系统基本功能

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收到家庭的关注。但传统的窗帘绝大部分是用手去开关，每天开关

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不仅不省力，而且还可能错过最佳的光照时间，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，自动窗帘遍由此产生。现有的窗帘基本上都可以利用按键控制，自动开关窗帘，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，具体有一下几大功能： （1）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，此功能可以使窗帘的开闭处于任何一种状态；

（2）光敏控制：根据光的强弱，实现窗帘的自动开关。

（3）雨滴传感器控制：若传感器上有雨滴，则窗帘自动关闭，水干后，自动开启。 （4）时间自动控制：根据用户设置的时间来控制开启或者关闭窗帘。 2.2.3 系统总体结构设计

自动窗帘控制系统设计的总体框图如图 2.4所示

光敏、雨滴传感器 信号校正 A/D转换 89C51 显示模块 键盘模块 步进电机

图2.4 智能窗帘控制结构框图

通过传感器采集的信号利用信号校正电路放大，滤波后输入到A/D转换器，传入的信号是由AT89C51单片机来控制，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时间以及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显示模块

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