华科学院本科毕业设计（论文）

采用24 或12 小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES 复位（2）I/O 数据线（3）SCLK串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW

DS1302 是由DS1202 改进而来增加了以下的特性：双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1 为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。下面将主要的性能指标作一综合：

（1） 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力。

（2）31 8 位暂存数据存储RAM。

（3）串行 I/O 口方式使得管脚数量最少。 （4）宽范围工作电压2.0 5.5V。 （5）工作电流 2.0V 时,小于300nA。

（6） 读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式。 （7） 8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配。 （8）简单 3 线接口。 （9） 与 TTL 兼容Vcc=5V。 （10）可选工业级温度范围-40 +85。 （11）双电源管用于主电源和备份电源供应。

DS1302芯片和AT89C51单片机的接口电路如图3.5所示：

图3.5 DS1302芯片和AT89C51单片机的接口电路图

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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

3.2.2 检测电路设计

自动窗帘要根据光照和是否有雨的情况而自动开关窗帘，因而需要用到光传感器和雨滴传感器。 光敏传感器：

在本设计中采用了光敏电阻，光敏电阻与碳膜电阻不同，它对光的变化非常敏感，再光的照射下，阻值会明显变小，所以叫他光导器件。光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏 电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。

光敏电阻的结构简单，它是在陶瓷基片上积淀一层光敏半导体，再接上两根引出电极组成的。该电路中的光敏器件选用的是硫化镉光敏电阻。 雨滴传感器：

雨滴传感器又叫雨滴检测传感器，用于检测是否下雨及雨量的大小，广泛用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统和智能天窗系统中。在雨滴传感刮水系统中，用雨滴检测传感器检测出雨量，并利用控制器将检测出的信号进行变换，根据变换后的信号自动地按雨量设定刮水器的间歇时间，以便随时控制刮水器电动机；在汽车智能灯光系统中检测车辆行驶的环境，自动调整灯光模式，提高车辆在恶劣环境下行驶的安全性；在智能天窗系统中传感器一旦检测到下雨，会自动关闭天窗。

传感器控制电路是由运算放大器组成比较电路，在运算放大器同相输入端用两个电阻分压，得到的电压值作为基准电压，在反相输入端则用光敏电阻对光和湿度变化采集，由于光敏电阻具有根据光照强度阻值变化的特点，雨滴传感器根据是否有水滴阻值变化的特点，可以得到反向输入端的电压值。然后将得到的两组电压值进行比较，比较后的信号经过A/D转换送入单片机89C51的P35和P36接口，单片机处理后输出命令控制电机正转或者反转，以实现通过光照和雨滴控制窗帘的开关功能。 集成运算放大电路：

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集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和地输入电阻的多级直接耦合放大电路，它的种类很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，集成运放的内部电路组成的原理框图如图3.6所示。

差分输入级 电压放大级 输出级 偏置电流

图3.6 集成运放的内部电路组成的原理框图

本设计选用的器件是LM393。LM393的主要优势是：（1）高精度比较器；（2）减少由于温漂引起的失调电压；（3）工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源： 2～ 36V，双电源：±1～±18V； （4）输入工模电压范围接近地电平；（5）兼容逻辑电路。LM393的功能框图如图3.7所示。

图3.7 LM393的功能框图

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路媛：基于单片机的自动窗帘系统设计

LM393是高增益,宽频带器件，象大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC(集成电路板integrated circuit，缩写：IC) 并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。

使用LM393时必须要注意，比较器的所有没有用的引脚必须接地。 LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V无关。

差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压压向负端超过-0.3V。

LM393的输出部分是集电极开路，发射极接地的 NPN输出晶体管，可以用多集电极输出提供或OR ing 。

传感器电路如图3.8所示

图3.8 传感器电路图

3.2.3 执行电路设计 步进电机

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步进电机作为执行原件是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步进电机（hb）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

本设计采用的步进电机是混合式步进电机。混合式步进电机混合了永磁式和反应式步进电机的优点它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。所以，本设计采用此种步进电机。

步进电机28BYJ-48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或者两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。） 驱动方式：

表3.1 步进电机驱动方式

导线颜色 5红 4橙 3黄 2粉 1蓝 1 + — 2 + — — 3 + — 4 + — — 5 + — 6 + — — 7 + — 8 + — - 19 -