重庆航天职业技术学院
（CHONGQING AEROSPACE PLOYTECHNIC）
毕业文（设计）
设计题目：基单片机光控窗帘
系 部：电子工程系
班 级：物联网应技术1班
学 号：20170069
姓 名：周鹏
指导教师：汤
成 绩：
二0九年十月
学 号
姓 名
学 制
三年
专 业
物联网应技术
年 级
三年级
班 级
班
指导教师
汤
复审教师
设 计 题 目
指导教师评语：
成绩： 指导教师签名： 年 月 日
系复审意见：
成绩： 复审签名： 年 月 日
系部终审意见：
公章 年 月 日
答 辩 题 目
答 辩 情 况
正确
基
正确
提示
回 答
正确
未回答
1 设计采什传感器检测光强度？
2 设计采种单片机？
3 设计判断光？
4 控制程序中步进电机工作方式相拍？
5 设计控制步进电机？
表持答辩志填写
答辩委员会（组）评语：
成绩： 持答辩签名： 职称： 月 日
毕业设计务书
设计题目：基单片机光控窗帘
二选题背景
采单片机完成窗帘动控制根光电传感器采集光强度控制电机实现窗帘动开启关闭光线强关闭窗帘光线弱开窗帘采单片机完成该设计
三毕业设计求
1设计容设计：基单片机光控窗帘
2设计求
求完成设计（方案概述（系统框图）器件选型（列出做成表格器件进行参数规格说明）制作电路图画出流程图编写控制程序）
3设计参数
（1）求够采光敏电阻采集光强度输入单片机进行判断
（2）通继电器控制窗帘电机正反转完成窗帘开启关闭
（3）毕业设计先提交电子文档
（4）制作PPT准备毕业答辩（专升没顶岗实学）
四毕业文格式
毕业设计（文）容：封面首页摘关键词目录引言正文结致谢参考文献附录等字数少10000字
五参考资料
[1] 丘利丽波基C语言Proteus联合仿真单片机技术 [M] 电子工业出版社20195
[2] 栾秋宋维单片机技术应项目教程[M] 电子工业出版社20196
[3]] 汤 单片机仿真实战项目化教程 [M] 化学工业出版社20135
[4] 中国传感器网 httpwww8339org
[5] 晶宏网站 httpwwwstcispcomstcmcu_whatsnewhtml
六毕业设计时间期限：
2019年9月6日2019年11月10日
指导教师：汤
2019 年 9月 6 日
目录
1 背景意义 3
11 光控动窗帘系统背景意义 3
12 国外研究现状 4
2方案述 8
21方案设计说明 8
22方案选择说明 8
3硬件设计 10
31 光电传感器信号采集模块设计 10
32 单片机信号处理模块设计 14
33 执行单元模块设计 18
4软件设计 24
41程序流程 24
42 程序设计 25
5 总体设计 27
PROTEL总电路图&&PROTUES仿真图 28
6．结 30
7 致谢 30
参考资料 31
1 背景意义
11 光控动窗帘系统背景意义
着生活提高时代进步居住空间周围环境更高求社会必然潮流单片机控制动窗帘系统解决天手拉开关窗帘便显示出生活便捷档次室设计言窗帘仅具遮光作更美化功仅协调居室色彩搭配够柔化空间造型线条营造温馨惬意环境[1]时根光线明暗动控制窗帘开光调节室光线更进步满足享受求着高新技术电子器件发展光控温控遥控窗帘应运生生活带方便时生活环境智家居实现提供研究设计智窗帘控制系统具深远现实意义[2] 产品形成规模生产必快普国市场产生巨济效益外广市民住宅外该遥控窗帘器广泛墅公寓宾馆饭店歌舞厅写字楼银行歌剧院会议厅学校医院等种公场该产品具广阔市场前景
光感动窗帘系统国刚刚兴起发展前景广阔推广应动窗帘系统具重现实意义改变生活方式单片机控制光感动窗帘系统具丰富智化功家庭户营造环保高效便利舒适居住环境单片机控制光感动窗帘三钮环境光控制窗帘开关解决手动开关窗帘问题日生活带极方便改变传统生活方式提高生活质量二开拓崭新市场遥控动窗帘系统牵动许行业仅仅目前IT系统集成商建筑弱电工程总包商市场专业公司智化装饰公司市场三牵动批产业单片机控制遥控动窗帘产品面家庭户应市场庞发展前景广阔必吸引批远见类企业介入牵动批产业发展里先受益应该房产业单片机控制遥控动窗帘仅概念卖点时直接提升住宅档次条件会房产商带新利润空间家居集成化网络化趋势家居集成成种潮流许更专业美观智化家居集成产品相继出现
现厂家生产动窗帘（含门帘）控制系统机（微电脑芯片核心组成智控制中心）种传感器（红外线传感器风雨信号传感器等温度传感器烟雾传感器等）种报警终端（警灯警笛电话报警器接警指挥中心等）遥控器系列机械传动装置组成种具智化性化网络化高科技产品文讲述单片机结合软件采集光强控制步进电机转动控制窗帘开闭
12 国外研究现状
121光电传感器
通光电传感器采集数(光强度)反映出光信号变化然助光电元件进步光信号转换成电信号光电检测方法具精度高反应快非接触等特点测参数传感器结构简单形式灵活样设计通检测光线强弱根光线强弱动窗帘开关闭实现动控制功极方便日常生活生活中广泛应
光敏电阻采半导体材料制作利光电效应工作光电元件光敏电阻称光导纯电阻元件工作原理基光电导效应光时光敏电阻值(暗电阻)电路中电流(暗电流)光敏电阻受定波长范围光时阻值(亮电阻)急剧减电路中电流迅速增般希暗电阻越越亮电阻越越时光敏电阻灵敏度高光线作阻值黑暗环境里电阻值高受光时光敏电阻阻值降光愈强阻值越低入射光消失光敏电阻阻值逐渐恢复原值光敏电阻两端金属电极间加电压中便电流通受适波长光线射时电流会光强增加变实现光电转换般暗电流越亮电阻越光敏电阻灵敏度越高光敏电阻暗电阻阻值般MΩ数量级亮电阻千欧暗电阻亮电阻般102～106间定度流光敏电阻电流光敏电阻两端电压关系称光敏电阻伏安特性光敏电阻定电压范围IU曲线直线[5]
光敏电阻光特性描述光强度光电流I间关系绝数光敏电阻光特性曲线非线性光敏电阻入射光光谱具选择作光敏电阻波长入射光灵敏度[6]光敏电阻相光敏灵敏度入射波长关系称光敏电阻光谱特性称光谱响应光敏电阻光电流着光强改变立刻变化材料光敏电阻具时间常数(ms数量级)频率特性相
122单片机
单片机称单片微控制器完成某逻辑功芯片计算机系统集成芯片概括讲：块芯片成台计算机体积质量轻价格便宜学应开发提供便利条件说二十世纪跨越三电时代电气时代电子时代现已进入电脑时代种电脑通常指计算机简称PC机机键盘显示器等组成类计算机数熟悉种计算机智赋予种机械单片机顾名思义种计算机系统片集成电路进行简单运算控制体积通常藏控机械肚子里整装置中起着类头脑作出毛病整装置瘫痪现种单片机领域已十分广泛智仪表实时工控通讯设备导航系统家电器等种产品旦单片机起产品升级换代功效常产品名称前冠形容词——智型智型洗衣机等
目前单片机民工业测 控领域广泛应彩电冰箱空调录机VCD遥 控器游戏机电饭煲等处见单片机影子单片机早已深深 溶入生活中 单片机提高产品智性易性节性等性指标生活带舒适方便时工农业生产 极提高生产效率产品质量
单片机途体分两类： 1通型单片机 2专型单片机专型单片机指途较专出厂时程序已次性固化 修改单片机例电子表里单片机中种 生产成低通型单片机途广泛接口电路编制应程序完成功家电器仪器仪表机器设备整套生产线单片机实现动化控制
前国外单片机发展现状良技术较先进稳定十种：
1Motorola单片机
Motorola世界单片机厂商品种全选择余新产品8位机方面68HC05升级产品68HC0868HC0530系列200品种产量超20亿片 16位单片机68HC16十品种32位单片机683XX系列十品种
2Microchip 单片机
Microchip单片机市场份额增长快单片机产品16C系列8位单片机CPU采 RISC 结构仅 33条指令运行速度快低价位著称
3Scenix单片机
Scenix单片机IO模块创意IO模块集成组合技术单片机技术缺少重方面 Scenix单片机IO模块处理引入虚拟IO概念 Scenix单片机采RISC结构CPUCPU高工作频率达50MHz运算速度接50MIPS
4NEC单片机
NEC 单片机成体系 8 位机 78K 系列产量高16 位32位单片机16位单片机采部倍频技术降低外时钟频率
5东芝单片机
东芝单片机4位64 位门类齐全4 位机家电领域较市场8 位机 870 系列90系列等该类单片机允许慢模式CPU部组寄存器中断响应处理更加快捷
6富士通单片机
富士通 8 位16 位 32 位单片机 8 位机 16 位 CPU 核说 8 位机16位机指令相开发较容易8位机名MB8900系列16位机MB90系列
7Epson单片机
Epson公司擅长制造液晶显示器著称Epson单片机该公司生产LCD配套单片机LCD驱动做特低电压低功耗方面特色
88051单片机
早Intel公司推出805131类单片机世界量种单片机目前8051类单片机Philips三星华帮等公司接手公司保持8051单片机兼容基础改善8051许特点提高速度降低时钟频率放宽电源电压动态范围降低产品价格
9Zilog单片机
Z8 单片机该公司产品采累加器结构较强中断处理力产品OTP型Z8 单片机开发工具说物美价廉
10Atmel单片机
ATMEL公司世界著名高性低功耗非易失性存储器数字集成电路流半导体制造公司ATMEL公司单片机动化工业控制宇航设备仪器仪表种消费类产品中着广泛应前景外ATMAL增强型51系列单片机目前市场然十分流行中AT89S51十分活跃
11TI 公司 MSP430 系列单片机
MSP430 系列单片机 TI公司开发 16 位单片机突出特点超低功耗非常适合种功率求低场合典型应流量计智仪表医疗设备保安系统等方面较高性价格应已日趋广泛
12NS单片机
COP8 单片机美国国家半导体公司产品该公司生产先进模拟电路著称生产高水数字模拟混合电路COP8 单片机部集成 16 位 AD
13STC 单片机
STC单片机完全兼容51单片机独处抗干扰性强加密性强超低功耗远程升级部 MAX810 专复位电路价格较便宜
14三星单片机
三星单片机 KS51KS57系列4位单片机KS86KS88系列8位单片机KS17 系列 16位单片机KS32系列32位单片机
15凌阳单片机
中国台湾凌阳科技股份限公司致力8位16位机开发系列芯片中相片硬件功模块具相资源特点型号芯片片资源进行删减特点超强抗干扰
16华帮单片机
华帮单片机属8051类单片机W78系列标准8051兼容W77系列增强型518051时序做改进样时钟速度快少
17 SST 单片机
美国 SST 公司推出 SST89 系列单片机标准 51 系列单片机8052系列单片机兼容提供系统线编程(ISP 功)部 flash 擦写次数 1 万次程序保存时间达 100年
123步进电机
步进电机种电脉转化角位移执行机构通俗点讲：步进驱动器接收脉信号驱动步进电机设定方转动固定角度通控制脉数控制角位移量达准确定位目时通控制脉频率控制电机转动速度加速度达调速目
目前较常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）等步进电动机普通电动机区脉驱动形式步进电动机现代数字控制技术相结合步进电动机控制精度速度变化范围低速性方面传统闭环控制直流伺服电动机应精度求特高场合步进电机应数控机床制造领域需AD转换够直接数字脉信号转化成角位移直认理想数控机床执行元件
外步进电动机存许缺陷步进电机存空载启动频率步进电机低速正常运转高定速度时法启动伴尖锐啸声厂家细分驱动器精度差细分数越精度越难控制步进电机低速转动时较振动噪声赞
2方案述
文采单片机AT89C52作系统核心控制器件通光电传感器采集数（数字信号）单片机根接收信号控制步进电机转动方步数根光线变化动调整窗帘开度
21方案设计说明
考虑动窗帘成巨市场空间文提出种方案应光控原理工作光亮定程度窗帘动开光线变暗窗帘动关闭实现光控电动动窗帘设计成低环保方便实现框图图1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：设计实现方框图
该系统具抗干扰力强结构简单性稳定成低廉利推广等特点够满足智家居需求具良市场应前景
22方案选择说明
文设计核心控制器选AT89C52单片机光线采集选光电传感器ULN3330输出单片机读入数字信号然L298驱动芯片驱动步进电机转动调节转动角度电机选较容易进行角度调节步进电机单片机步进电机间连接采L298驱动器种两相四相步进电机专驱动芯片
221 硬件方案选择说明
硬件电路绘图台PROTEL软件 元器件绘出例AT89C52微控制器电机驱动芯片L29842BYG系列步进电机电阻电容键肖特基二极转换开关等
逻辑框图图2示
光电
传感器
步进电机
步进电机
驱动器
单
片
机
图2系统硬件电路设计
光检测模块
选集成光电传感器ULN3330器件顶部受50 Lx[4]光时输出高电负载没电流光足45 Lx时器件输出低电负载电流通
单片机模块
选MCS51单片机系列AT89C52单片机
步进电机驱动模块
选步进电机专驱动芯片L298采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电电机进行正反转停止操作
步进电机选
步进电机步距角选18度步（四相电机）
222软件方案设计说明（控程序流程图）
软件开发台Keil软件C语言编写具体程序代码控程序流程图图3示
开始
数字信号送入单片机
高电压？
正转
反转
达顶部？
否
达底部？
停止
否
否
光敏传感器ULN3330
图3：控程序流程图
3硬件设计
31 光电传感器信号采集模块设计
331 光电传感器ULN3330介绍
光电传感器输出信号开关型模拟型 开关型转速测量 模拟开关 位置开关等模拟型光电式位移计 光电色计等 光电检测必须具备光源 测物光电元件
ULN3330美国摩托罗拉公司生产集成光电传感器 种新颖光电开关 光敏二极 低电放器 电探测器 输出功率驱动器稳压电路等五部分集成块1×18(mm×mm)硅片 形成种具驱动力光敏功率器件 该器件众光敏器件场合 光敏器件应变更简单
ULN3330电路框图图4示光敏二极光敏区域约11×11(mm×mm)峰值波长880 nm 受光时会产生微安数量级光电流低电放器种低噪声电流放器微安级光电流进行放电位移输出供电探测器进行鉴电 电探测器施密特电路构成具约20％滞特性 输出功率驱动器NPN中功率晶体通100 mA电流直接驱动种负载 稳压电路确保电压4～15 V范围变化时电路稳定工作ULN3330接电源负载 需元件工作器件顶部受50 Lx光时 输出高电负载没电流光足45 Lx时器件输出低电负载电流通
ULN3330引脚说明
脚USS接端
脚OUT PUT输出端
脚UDD+12V电源输入端
图4 ULN3330部电路原理图
表1 ULN3330电参数
312 传感器信号采集模块设计
光电传感器ULN3330直接输出数字信号单片机连接电路间需模数转换电路
ULN3330控制电路基思路：
光强度
OUTPUT输出端
窗帘开合状态
E>50LX
高电1
开
E<45LX
低电0
关
表2 光强度窗帘状态关系
面两图光电传感器ULN3330模块电路连接图：
左图：
光电传感器输出端OUTPUT接单片机P30口输出端高低电送单片机口电源端接+12V直流电压VSS端接
外界逐渐变亮光电传感器件顶部受50 Lx光时输出高电单片机驱动电路L298驱动步进电机正转窗帘开光电传感器件顶部光足45 Lx时光电传感器件输出低电单片机驱动电路L298驱动步进电机反转窗帘闭合
右图：
开关模拟光电传感器开关端接单片机P30口端接端单片机电端口高电开关断开时P30口高电窗帘开开关闭合时开关接P30口低电窗帘闭合
图光电传感器ULN3330电路连接图：
图5 ULN3330单片机连线图
图6 PROTUES中连线图
说明：PROTUES软件仿真中器件库中没光敏块开关代左图光电传感器单片机连接图右图开关代光电传感器单片机连接图
32 单片机信号处理模块设计
321 MCS51单片机结构
单片机全称单片微型计算机顾名思义指种单硅片集成微型计算机功部件集成芯片单片机出现功规模集成电路技术发展组织功言微型计算机系统部集成中央处理器机数存储器读程序存储器定时器计数器输入输出（IO）接口电路串行通信接口等功部件里51单片机指Intel公司MCS51系列单片机属系列单片机芯片许种805180528031803287528751等基组成基性指令系统相
（1）MCS51单片机部结构
单片机块芯片中继承CPURAMROM定时计数器功IO接口等计算机需基功部件规模集成电路称MCU51系列单片机包含列部件：
·18CPU
·1片振荡器时钟电路
·4KB ROM程序存储器
·128B RAM数存储器
·寻址64KB外部数存储器64KB外部程序存储器控制电路
·32条编程IO线（48位行IO接口）
·216位定时计数器
·1编程全双工串行接口
·5中断源2优先级嵌套中断结构
51系列单片机部结构图图7示功部件部总线连接起程序存储器部分ROM代80518052EPROM代87518752掉ROM80318032FLASH EPROM代89C5189S52
基准频率源 脉技术输入
外部中断 控制 行IO接口 串行输入 串行输出
图7 MCS51单片机部结构框图
（2）引脚功
总线扩展51单片机44引脚方形封装形式40引脚双列直插式封装形式文40引脚双列直插式封装形式 40引脚封装引脚图图8引脚功说明
AT89C52引脚
A T89C52单片机40脚
哥 G ND 2
XTAL1 XTAL2 2
RESET 1
EAVpp 1
ALEPROG 1
PSEN 1
P00—P07 8
P10—P17 8
P20—P27 8
P30—P37 8
图8 AT89C52单片机引脚图
·GND：接端
·VCC：电源端接+5V
·XTAL1：接外部晶体引脚CHMOS单片机采外部时钟信号时外部时钟信号引脚接入
·XTAL2：接外部晶体引脚HMOS单片机采外部时钟信号时外部时钟信号引脚接入
·RST：①复位信号输入②VCC掉电引脚接备电源低功耗条件保持部RAM中数
·ALERPOG：①址锁存允许单片机访问外部存储器时该引脚输出信号ALE锁存P0端口低8位址ALE输出频率时钟振荡频率16②8751单片机片EPROM编程时编程脉该引脚接入
·PSEN：程序存储器允许输出读外部程序存储器选通信号取指令操作期间PSEN频率振荡频率16期间访问外部数存储器操作时机器周期中PSEN信号出现
·EAVPP： ①EA0单片机访问外部程序存储器8031单片机引脚必须接EA1单片机访问部程序存储器部程序存储器8XX51单片机引脚应接高电址值超4KB范围单片机动访问外部程序存储器②8751单片机EPROM编程期间引脚接入21V编程电源VPP
·P00～P07 P0数低八位址复总线端口具双重功：①作输入输出口外接输入输出设备②外接存储器IO接口时常作低8位址数总线低8位址数线分时P0口低8位址ALE信号跳锁存外部址锁存器中尔P0口出现数信息
·P10～P17：P1静态通端口具单接口功P1口位作编程输入输出口线
·P20～P27：P2高八位址总线动态端口具双重功：①作输入输出口外接输入输出设备②外接存储器IO接口时作系统址总线输出高8位址P0口低8位址起组成16位址总线部程序存储器单片机说P2口作址总线作IO接口
·P30～P37：P3双功静态端口①作输入输出口外接输入输出设备②作第二功
时位功定义表3示
端口引脚
端口引脚
第二功
P30
RXD(串行输入线)
P31
TXD(串行输出线)
P32
INT0（外部中断0输入线）
P33
INT1（外部中断1输入线）
P34
T0（定时器0外部计数脉输入）
P35
T1（定时器1外部计数脉输入）
P36
WR(外部数存储器写选通信号输出)
P37
RD(外部数存储器读选通信号输出)
表3 P3口第二功说明
(3)单片机身微电路
图9 单片机微系统连线图
图单片机系统包含片振荡电路复位电路
片振荡电路：通常外接晶振两电容 电容值取值范围15~45pf取值范围晶振值0~24MHZ时钟电路单片机产生时序脉单片机运动控制程统时序脉驱动进行时钟电路心脏果心脏停止工作没生命样果单片机时钟电路停止工作单片机停止运行
复位电路：振荡器运行时引脚出现2机器周期高电单片机复位般引脚VSS间接拉电阻VCC引脚间接电容单片机复位程序存储器0000H单元执行程序初始化专寄存器复位状态值文中单片机复位电路连接图：外接10μf电容10KΩ电阻分电复位电路手动&电复位电路文手动&电复位电路
33 执行单元模块设计
331 驱动电机部分&&行程开关
（1）L298芯片介绍
L298 意利SGS半导体公司生产双全桥步进电机专驱动芯片( Dual FullBridge Driver ) 部包含4信道逻辑驱动电路种二相四相步进电机专驱动器时驱动2二相1四相步进电机含二HBridge 高电压电流双全桥式驱动器接收标准 TTL逻辑准位信号驱动46V2A步进电机直接透电源调节输出电压芯片直接单片机IO端口提供模拟时序信号 L298 接脚图9 示 OUTlOUT2 OUT3OUT4 间接步进电机input1~input4 输入控制电位控制电机正反转Enable 控制电机停转文采L298驱动芯片通单片机IO输入改变芯片控制端电电机进行正反转停止操作
图10 L298部逻辑图
输入引脚输出引脚逻辑关系表（ENB引脚ENA引脚）：
L298功引脚模块
ＥNＡ
IN1
IN2
运转状态
0
×
×
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
1
1
1
刹停
1
0
0
停止
表 4 L298功引脚模块
图11 L298引脚图
（2）芯片（采powerso20封装）引脚说明：
+5V：芯片电压5V功率电源电压引脚必须连接100nF电容器
VCC：电机电压接50V逻辑电源电压 引脚必须连接100nF电容器
GND：接法
EnAEnB接控制端高电效ENAENB分 IN1IN2IN3IN4端
IN1~ IN4：输入控制电控制电机正反转输入端电输出端电应
OUT1~ OUT4：输出端接电机
L298需外部接两电压电机L298芯片
图12 双四拍模式波形图
（3）位置开关（行程开关）
步进电机正转反转位置末端分安装行程开关窗帘运动末端位置时会碰行程开关开关常开触头闭合旦常开触头闭合电机停止正转反转天亮天暗时步进电机会反方运动开关障碍物常开触头恢复实现步进电机末端停止控制没碰常开触头电机会直运转样窗帘拉极限位置保证室私密性性
位置开关（称限位开关）种种常电流令电器利机械运动部件碰撞出头动作实现接通断开控制电路达定控制目控制行程进行终端限位保护通常类开关限制机械运动位置行程运动部件暗特定位置行程动停止反运动变速运动动返运动等
电气控制系统中位置开关作实现序控制定位控制位置状态检测控制机械设备行程限位保护般限位开关操作头触点系统外壳组成
实际生产中行程开关安装预先定位置安装机械运动部件模块撞击行程开关时行程开关触点动作实现电路切换说行程开关种根运动部件行程位置切开电路开关作原理钮相似
行程开关安装相静止物体（固定架门框等简称静物）者运动物体（行车门等简称动物）动物接静物时开关连杆驱动开关接点引起闭合接点分断者断开接点闭合开关接点开合状态改变控制电路机构动作
文选直动式行程开关
直动式行程开关动作原理钮类似：手动运动部件撞块碰撞外界运动部件撞块碰压钮触头动作运动部件离开弹簧作触头动复位
1：推杆
2&4：弹簧
3：动断触点
5：动合触点
图13 直动式位置开关示意图
332 步进电机选
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角文选混合式步进电机混合式步进电机混合永磁式反应式优点分两相五相：两相步进角般18度五相步进角般072度种步进电机应广泛
（1）表5步进电机动态指标：
步距角精度
步进电机转步距角实际值理值误差百分表示：误差步距角*100运行拍数值四拍运行时应5八拍运行时应15
失步
电机运转时运转步数等理步数称失步
失调角
转子齿轴线偏移定子齿轴线角度电机运转必存失调角失调角产生误差采细分驱动解决
空载起动频率
电机某种驱动形式电压额定电流加负载情况够直接起动频率
空载运行频率
电机某种驱动形式电压额定电流电机带负载高转速频率
运行矩频特性
电机某种测试条件测运行中输出力矩频率关系曲线称运行矩频特性电机诸动态曲线中重电机选择根图示：
特性惯频特性起动频率特性等
电机旦选定电机静力矩确定动态力矩然电机动态力矩取决电机运行时均电流（非静态电流）均电流越电机输出力矩越电机频率特性越硬 均电流提高驱动电压采电感电流电机
电机振点
步进电机均固定振区域二四相感应子式步进电机振区般180250pps间（步距角18度）400pps左右（步距角09度）电机驱动电压越高电机电流越负载越轻电机体积越振区偏移反然电机输出电矩失步整系统噪音降低般工作点均应偏移振区较
电机正反转控制
四相步进电机说电机绕组通电时序ABBCCDDA时正转通电时序DACABCAB时反转
（2）步进电机控制波形（PWM信号）
单四拍双四拍八拍工作方式电源通电时序波形分图11abc示：
a 单四拍 b 双四拍 c八拍
图11步进电机工作时序波形图
（3）文中步进电机42BYG（250）系列混合式步进电动机
表6 步进电机规格
驱动方式
恒流斩波驱动
励磁方式
2相励磁(四相四拍运行)正反旋转
转
ABBCCDDA序通电
额定电流(单相)
04A DC
额定电压
12V
步距角
18°四拍运行时步距角θ360度（50*4）18度（俗称整步）
绝缘等级
B级绝缘
表7 步进电机参数
工作条件
环境温度24～60℃相湿度 90％MAX安装位置轴水垂直安装
绕组直流电阻(20℃)
30Ω±10％
绕组电感
32mH±20％
定位转矩
118mNm REF
保持转矩
≥210mNm(I04A)
空载起动频率
≥2000pps
空载运行频率
≥3000pps
温升(两相时通额定电压12V)
﹤80 K
步距角精度
18°±009°
转动惯量
38gcm2
重量
020Kg REF
轴间隙
≤008mm
径间隙
≤002mm
轴伸径图跳动
≤0025mm
安装配合面垂直度
≤003mm
安装配合面心度
≤005mm
电机定子铁芯接线端子间冷态绝缘电阻应100MΩ(DC500V兆欧表测量)
333 执行单元模块电路连接
（1）电机驱动电路连接
文采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电改变绕组脉信号序电机实现正反转
L298输入引脚单片机P10~P13口分相连IN1~IN4引脚单片机输入控制电控制步进电机正反转OUT1~OUT4分接步进电机四相线ENA ENB接控制端控制步进电机转停ENA ENB时接高电时L298芯片工作端效控制IN1~IN4引脚电频率控制步进电机转速芯片输出引脚分接2续流二极起保护电路作芯片VCCVSS引脚必须连接100nF电容器图中01μF100μF电容联100nf
动系统设计必须满足户想窗帘停某位置停需求设计步进电机停止开关简化程序更加利L298芯片身功文采单刀双掷开关SW1开关端接端ENA ENB两端段接+5V电源芯片端提供高电外端接限制端开关接时两端接L298芯片起作电机停止运动达停止目
电机控制窗帘两极限位置窗帘两端电机停问题解决两种方案种计算步进电机窗帘开合长度中转圈数根步进电机身步长计算电机转数写入程序里进行控制种利行程开关进行控制窗帘走极限位置时会碰行程开关行程开关闭合里行程开关接端开关闭合关闭端电机停止转动分析较两种方案认种较简便居室严密性保证受限步进电机身精确度丢步失步现象电机难免会某时刻出现丢步窗帘没完全拉合状态停止
行程开关控制步进电机极限位置停止：天亮时光敏传感器接受高电程序设步进电机正转时针转动窗帘某速度慢慢拉开走极限位置时窗帘碰右端行程开关SW3开关闭合端关闭电机停止转动天暗时光敏传感器输出低电电机逆时针转动窗帘开障碍物开关断开端开电机反转样电机反转碰左边行程开关SW4时开关闭合端关闭电机停止转动
鉴述考虑设计电路图示：
图12 L298控制电机电路
图13 行程开关电路部分
4软件设计
41程序流程
51单片机开发需硬件支持外样离开软件CPU真正执行机器码汇编语言C语言等高级语言编写源程序必须转机器码执行转化方法手动汇编机器汇编两种前者已少机器汇编通汇编软件源程序转换机器码编译方法种汇编软件称编译器keil目前流行51单片机开发软件keil提供集成开发环境uVision包括编译器宏汇编连接器库理功强仿真调试器样开发应软件程中编辑编译汇编连接调试等阶段集中环境中先编译器编写程序接着调编译器进行编译连接直接运行样免先编译器进行编译退出编辑状态进行编译调试调编译器反复程缩短开发周期
选软件开发台Keil软件C语言编写具体程序代码控程序流程图图14示
开始
数字信号送入单片机
高电压？
正转
反转
达顶部？
否
达底部？
停止
否
否
光敏传感器ULN3330
图14：控程序流程图
42 程序设计
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code ffw[]{0xfc0xf60xf30xf9 } 2相励磁正转表
uchar code rev[]{0xf90xf30xf60xfc } 2相励磁反转表
sbit k1P3^0 定义K1开关
uint m1
void delay(uint x) 延时函数
{
uchar i
while(x) ix延时约x毫秒
for(i0i<60i++)
}
********步进电机正转函数********
void setp_motor_ffw(uchar n)
{
uchar ij
for(i0i<5*ni++) 转n圈
{
for(j0j<4j++)
{
P1ffw[j] 取正转数
delay(250) 转角度停留时间调节转速
}
}
}
********步进电机反转函数********
void setp_motor_rev(uchar n)
{
uchar ij
for(i0i<5*ni++) 转n圈
{
for(j0j<4j++)
{
if(k20) break
P1rev[j] 取反转数
delay(250) 转角度停留时间调节转速
}
}
}
* 程序 *
void main()
{
while(m) 电机转m圈
{
if(k11) K1送入高电
{ delay(10)
if(k11)
{
setp_motor_ffw(3) 调电机正转函数
}
}
else K1送入低电
{
delay(10)
setp_motor_rev(3) 调电机反转函数
}
}
}
5 总体设计
着社会发展生活追求式样窗帘出现窗帘仅具遮挡作 具美观性家带美视觉享受居室舒适度动化程度求越开越高满足生活需通通拉动窗帘开闭较费事易损坏设计种够控制居室窗帘检测动控制装置够夜间关闭白天开具强实性
文设计通光电传感器采集数 (光强度)反映出光信号变化然光电元件光数字信号输送单片机中光电检测方法具精度高反应快非接触等特点测参数传感器结构简单形式灵活样该设计通检测光线强弱根光线强弱动窗帘开关闭实现动控制功极方便日常生活生活中广泛应
PROTEL总电路图&&PROTUES仿真图
图15 基单片机室光线动控制系统总体原理图
图设计完整原理图文光敏传感器ULN3330开关型光电传感器直接输出数字信号OUTPUT端根外部光度变化输出相应数字信号高电低电ULN3330相应引脚分接电源然OUTPUT端接单片机P30端口
单片机身包括复位电路振荡电路片振荡电路：通常外接晶振两电容 电容值取值范围15~45pf取值范围晶振值0~24MHZ复位电路：振荡器运行时引脚出现2机器周期高电单片机复位般引脚VSS间接拉电阻VCC引脚间接电容
驱动步进电机芯片采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电改变绕组脉信号序电机实现正反转L298输入引脚单片机P10~P13口分相连IN1~IN4引脚单片机输入控制电控制步进电机正反转OUT1~OUT4分接步进电机四相线ENA ENB接控制端控制步进电机转停ENA ENB时接高电时L298芯片工作端效控制IN1~IN4引脚电频率控制步进电机转速芯片输出引脚分接2续流二极起保护电路作芯片VCCVSS引脚必须连接100nF电容器图中01μF100μF电容联100nf
动系统设计必须满足户想窗帘停某位置停需求设计步进电机停止开关简化程序更加利L298芯片身功文采单刀双掷开关SW1开关端接端ENA ENB两端段接+5V电源芯片端提供高电外端接限制端开关接时两端接L298芯片起作电机停止运动达停止目
行程开关控制步进电机极限位置停止：天亮时光敏传感器接受高电程序设步进电机正转时针转动窗帘某速度慢慢拉开走极限位置时窗帘碰右端行程开关SW3开关闭合端关闭电机停止转动天暗时光敏传感器输出低电电机逆时针转动窗帘开障碍物开关断开端开电机反转样电机反转碰左边行程开关SW4时开关闭合端关闭电机停止转动
图16 基单片机室动光线控制仿真图
52 元器件清单：
器件名称
器件数量
AT89C52微控制器
1片
电机驱动芯片L298
1片
42BYG型号步进电机
1
电阻电容键肖特基二极等
干
表8 元器件清单
6．结
四月努力终完成基单片机室动光线系统设计然部分功尚未实现总体完成硬件软件完整设计流程
文设计核心控制器选AT89C52单片机光线采集选光电传感器ULN3330输出单片机读入数字信号然L298驱动芯片驱动步进电机转动调节转动角度电机选较容易进行角度调节步进电机单片机步进电机间连接采L298驱动器种两相四相步进电机专驱动芯片
该系统次改进参考现实际电路通做法现技术状态项指标已达技术求身水限电路中技术方面进步加强电路进步调试精确度灵敏度通光敏电阻更加准确控制窗帘升降通次毕业设计进步熟悉MCS51单片机步进电机工作原理应C51程序设计编写较熟练锻炼独立思考勤快耐心力设计程中通查阅量关资料学交流验学老师请教等方式学少知识历少艰辛收获样巨整设计中懂许东西培养独立工作力树立工作力信心相信会学工作生活非常重影响提高动手力充分体会创造程中探索艰难成功时喜悦然设计做足处设计程中学东西次毕业设计收获财富终身受益
7 致谢
感谢指导老师颜丙生老师悉心指导感谢老师帮助颜老师整系统设计程中帮助文务制定时仅肯定项目方帮具体分析设计模块室动光线控制具体目标设计时起估量作受力限制文提纲制定时思路清晰老师指导设计思路逐渐明晰完成初步方案证颜老师认真查方案指出方案中存问题软件仿真环节遇许困难请教老师时颜老师负责耐心解决法解决问题次修改文程中极耐心帮助修改文深受感动时感谢教导帮助老师正年孜孜倦教诲专业技提高感谢整文写作程中帮助位校友宿友
参考资料
[1]光敏窗帘动控制器设计陈莉明彭芳芳江科技2008年第三期
[2]动窗帘控制系统设计孙勇杨文月赵宇新电子技术应
[3]光电传感器动窗帘中应刘芹秦魏赵继聪科技导2011年第08期
[4]余瑞芬传感器原理[M]北京：航空工业出版社1995
[5]康华光．电子技术基础高等教育出版2006．
[6]沈聿农．传感器应技术化学工业出版社2002
[7]戴维戴卫恒编著 51单片机C语言应程序设计实例精讲 北京：电子工业出版社 2006
[8]孙余凯 吴鸣山 项绮明编著 传感器应电路300例 北京：电子工业出版社 20083
[9]朱云芳 江桦 翟旭编著 PROTEL99SE电路设计制板 北京：机械工业出版社 200711
[10]刘建清编著 轻松玩转51单片机C语言 北京：北京航空航天学出版社 20113
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（CHONGQING AEROSPACE PLOYTECHNIC）
毕业文（设计）
设计题目：基单片机光控窗帘
系 部：电子工程系
班 级：物联网应技术1班
学 号：20170069
姓 名：周鹏
指导教师：汤
成 绩：
二0九年十月
学 号
姓 名
学 制
三年
专 业
物联网应技术
年 级
三年级
班 级
班
指导教师
汤
复审教师
设 计 题 目
指导教师评语：
成绩： 指导教师签名： 年 月 日
系复审意见：
成绩： 复审签名： 年 月 日
系部终审意见：
公章 年 月 日
答 辩 题 目
答 辩 情 况
正确
基
正确
提示
回 答
正确
未回答
1 设计采什传感器检测光强度？
2 设计采种单片机？
3 设计判断光？
4 控制程序中步进电机工作方式相拍？
5 设计控制步进电机？
表持答辩志填写
答辩委员会（组）评语：
成绩： 持答辩签名： 职称： 月 日
毕业设计务书
设计题目：基单片机光控窗帘
二选题背景
采单片机完成窗帘动控制根光电传感器采集光强度控制电机实现窗帘动开启关闭光线强关闭窗帘光线弱开窗帘采单片机完成该设计
三毕业设计求
1设计容设计：基单片机光控窗帘
2设计求
求完成设计（方案概述（系统框图）器件选型（列出做成表格器件进行参数规格说明）制作电路图画出流程图编写控制程序）
3设计参数
（1）求够采光敏电阻采集光强度输入单片机进行判断
（2）通继电器控制窗帘电机正反转完成窗帘开启关闭
（3）毕业设计先提交电子文档
（4）制作PPT准备毕业答辩（专升没顶岗实学）
四毕业文格式
毕业设计（文）容：封面首页摘关键词目录引言正文结致谢参考文献附录等字数少10000字
五参考资料
[1] 丘利丽波基C语言Proteus联合仿真单片机技术 [M] 电子工业出版社20195
[2] 栾秋宋维单片机技术应项目教程[M] 电子工业出版社20196
[3]] 汤 单片机仿真实战项目化教程 [M] 化学工业出版社20135
[4] 中国传感器网 httpwww8339org
[5] 晶宏网站 httpwwwstcispcomstcmcu_whatsnewhtml
六毕业设计时间期限：
2019年9月6日2019年11月10日
指导教师：汤
2019 年 9月 6 日
目录
1 背景意义 3
11 光控动窗帘系统背景意义 3
12 国外研究现状 4
2方案述 8
21方案设计说明 8
22方案选择说明 8
3硬件设计 10
31 光电传感器信号采集模块设计 10
32 单片机信号处理模块设计 14
33 执行单元模块设计 18
4软件设计 24
41程序流程 24
42 程序设计 25
5 总体设计 27
PROTEL总电路图&&PROTUES仿真图 28
6．结 30
7 致谢 30
参考资料 31
1 背景意义
11 光控动窗帘系统背景意义
着生活提高时代进步居住空间周围环境更高求社会必然潮流单片机控制动窗帘系统解决天手拉开关窗帘便显示出生活便捷档次室设计言窗帘仅具遮光作更美化功仅协调居室色彩搭配够柔化空间造型线条营造温馨惬意环境[1]时根光线明暗动控制窗帘开光调节室光线更进步满足享受求着高新技术电子器件发展光控温控遥控窗帘应运生生活带方便时生活环境智家居实现提供研究设计智窗帘控制系统具深远现实意义[2] 产品形成规模生产必快普国市场产生巨济效益外广市民住宅外该遥控窗帘器广泛墅公寓宾馆饭店歌舞厅写字楼银行歌剧院会议厅学校医院等种公场该产品具广阔市场前景
光感动窗帘系统国刚刚兴起发展前景广阔推广应动窗帘系统具重现实意义改变生活方式单片机控制光感动窗帘系统具丰富智化功家庭户营造环保高效便利舒适居住环境单片机控制光感动窗帘三钮环境光控制窗帘开关解决手动开关窗帘问题日生活带极方便改变传统生活方式提高生活质量二开拓崭新市场遥控动窗帘系统牵动许行业仅仅目前IT系统集成商建筑弱电工程总包商市场专业公司智化装饰公司市场三牵动批产业单片机控制遥控动窗帘产品面家庭户应市场庞发展前景广阔必吸引批远见类企业介入牵动批产业发展里先受益应该房产业单片机控制遥控动窗帘仅概念卖点时直接提升住宅档次条件会房产商带新利润空间家居集成化网络化趋势家居集成成种潮流许更专业美观智化家居集成产品相继出现
现厂家生产动窗帘（含门帘）控制系统机（微电脑芯片核心组成智控制中心）种传感器（红外线传感器风雨信号传感器等温度传感器烟雾传感器等）种报警终端（警灯警笛电话报警器接警指挥中心等）遥控器系列机械传动装置组成种具智化性化网络化高科技产品文讲述单片机结合软件采集光强控制步进电机转动控制窗帘开闭
12 国外研究现状
121光电传感器
通光电传感器采集数(光强度)反映出光信号变化然助光电元件进步光信号转换成电信号光电检测方法具精度高反应快非接触等特点测参数传感器结构简单形式灵活样设计通检测光线强弱根光线强弱动窗帘开关闭实现动控制功极方便日常生活生活中广泛应
光敏电阻采半导体材料制作利光电效应工作光电元件光敏电阻称光导纯电阻元件工作原理基光电导效应光时光敏电阻值(暗电阻)电路中电流(暗电流)光敏电阻受定波长范围光时阻值(亮电阻)急剧减电路中电流迅速增般希暗电阻越越亮电阻越越时光敏电阻灵敏度高光线作阻值黑暗环境里电阻值高受光时光敏电阻阻值降光愈强阻值越低入射光消失光敏电阻阻值逐渐恢复原值光敏电阻两端金属电极间加电压中便电流通受适波长光线射时电流会光强增加变实现光电转换般暗电流越亮电阻越光敏电阻灵敏度越高光敏电阻暗电阻阻值般MΩ数量级亮电阻千欧暗电阻亮电阻般102～106间定度流光敏电阻电流光敏电阻两端电压关系称光敏电阻伏安特性光敏电阻定电压范围IU曲线直线[5]
光敏电阻光特性描述光强度光电流I间关系绝数光敏电阻光特性曲线非线性光敏电阻入射光光谱具选择作光敏电阻波长入射光灵敏度[6]光敏电阻相光敏灵敏度入射波长关系称光敏电阻光谱特性称光谱响应光敏电阻光电流着光强改变立刻变化材料光敏电阻具时间常数(ms数量级)频率特性相
122单片机
单片机称单片微控制器完成某逻辑功芯片计算机系统集成芯片概括讲：块芯片成台计算机体积质量轻价格便宜学应开发提供便利条件说二十世纪跨越三电时代电气时代电子时代现已进入电脑时代种电脑通常指计算机简称PC机机键盘显示器等组成类计算机数熟悉种计算机智赋予种机械单片机顾名思义种计算机系统片集成电路进行简单运算控制体积通常藏控机械肚子里整装置中起着类头脑作出毛病整装置瘫痪现种单片机领域已十分广泛智仪表实时工控通讯设备导航系统家电器等种产品旦单片机起产品升级换代功效常产品名称前冠形容词——智型智型洗衣机等
目前单片机民工业测 控领域广泛应彩电冰箱空调录机VCD遥 控器游戏机电饭煲等处见单片机影子单片机早已深深 溶入生活中 单片机提高产品智性易性节性等性指标生活带舒适方便时工农业生产 极提高生产效率产品质量
单片机途体分两类： 1通型单片机 2专型单片机专型单片机指途较专出厂时程序已次性固化 修改单片机例电子表里单片机中种 生产成低通型单片机途广泛接口电路编制应程序完成功家电器仪器仪表机器设备整套生产线单片机实现动化控制
前国外单片机发展现状良技术较先进稳定十种：
1Motorola单片机
Motorola世界单片机厂商品种全选择余新产品8位机方面68HC05升级产品68HC0868HC0530系列200品种产量超20亿片 16位单片机68HC16十品种32位单片机683XX系列十品种
2Microchip 单片机
Microchip单片机市场份额增长快单片机产品16C系列8位单片机CPU采 RISC 结构仅 33条指令运行速度快低价位著称
3Scenix单片机
Scenix单片机IO模块创意IO模块集成组合技术单片机技术缺少重方面 Scenix单片机IO模块处理引入虚拟IO概念 Scenix单片机采RISC结构CPUCPU高工作频率达50MHz运算速度接50MIPS
4NEC单片机
NEC 单片机成体系 8 位机 78K 系列产量高16 位32位单片机16位单片机采部倍频技术降低外时钟频率
5东芝单片机
东芝单片机4位64 位门类齐全4 位机家电领域较市场8 位机 870 系列90系列等该类单片机允许慢模式CPU部组寄存器中断响应处理更加快捷
6富士通单片机
富士通 8 位16 位 32 位单片机 8 位机 16 位 CPU 核说 8 位机16位机指令相开发较容易8位机名MB8900系列16位机MB90系列
7Epson单片机
Epson公司擅长制造液晶显示器著称Epson单片机该公司生产LCD配套单片机LCD驱动做特低电压低功耗方面特色
88051单片机
早Intel公司推出805131类单片机世界量种单片机目前8051类单片机Philips三星华帮等公司接手公司保持8051单片机兼容基础改善8051许特点提高速度降低时钟频率放宽电源电压动态范围降低产品价格
9Zilog单片机
Z8 单片机该公司产品采累加器结构较强中断处理力产品OTP型Z8 单片机开发工具说物美价廉
10Atmel单片机
ATMEL公司世界著名高性低功耗非易失性存储器数字集成电路流半导体制造公司ATMEL公司单片机动化工业控制宇航设备仪器仪表种消费类产品中着广泛应前景外ATMAL增强型51系列单片机目前市场然十分流行中AT89S51十分活跃
11TI 公司 MSP430 系列单片机
MSP430 系列单片机 TI公司开发 16 位单片机突出特点超低功耗非常适合种功率求低场合典型应流量计智仪表医疗设备保安系统等方面较高性价格应已日趋广泛
12NS单片机
COP8 单片机美国国家半导体公司产品该公司生产先进模拟电路著称生产高水数字模拟混合电路COP8 单片机部集成 16 位 AD
13STC 单片机
STC单片机完全兼容51单片机独处抗干扰性强加密性强超低功耗远程升级部 MAX810 专复位电路价格较便宜
14三星单片机
三星单片机 KS51KS57系列4位单片机KS86KS88系列8位单片机KS17 系列 16位单片机KS32系列32位单片机
15凌阳单片机
中国台湾凌阳科技股份限公司致力8位16位机开发系列芯片中相片硬件功模块具相资源特点型号芯片片资源进行删减特点超强抗干扰
16华帮单片机
华帮单片机属8051类单片机W78系列标准8051兼容W77系列增强型518051时序做改进样时钟速度快少
17 SST 单片机
美国 SST 公司推出 SST89 系列单片机标准 51 系列单片机8052系列单片机兼容提供系统线编程(ISP 功)部 flash 擦写次数 1 万次程序保存时间达 100年
123步进电机
步进电机种电脉转化角位移执行机构通俗点讲：步进驱动器接收脉信号驱动步进电机设定方转动固定角度通控制脉数控制角位移量达准确定位目时通控制脉频率控制电机转动速度加速度达调速目
目前较常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）等步进电动机普通电动机区脉驱动形式步进电动机现代数字控制技术相结合步进电动机控制精度速度变化范围低速性方面传统闭环控制直流伺服电动机应精度求特高场合步进电机应数控机床制造领域需AD转换够直接数字脉信号转化成角位移直认理想数控机床执行元件
外步进电动机存许缺陷步进电机存空载启动频率步进电机低速正常运转高定速度时法启动伴尖锐啸声厂家细分驱动器精度差细分数越精度越难控制步进电机低速转动时较振动噪声赞
2方案述
文采单片机AT89C52作系统核心控制器件通光电传感器采集数（数字信号）单片机根接收信号控制步进电机转动方步数根光线变化动调整窗帘开度
21方案设计说明
考虑动窗帘成巨市场空间文提出种方案应光控原理工作光亮定程度窗帘动开光线变暗窗帘动关闭实现光控电动动窗帘设计成低环保方便实现框图图1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：设计实现方框图
该系统具抗干扰力强结构简单性稳定成低廉利推广等特点够满足智家居需求具良市场应前景
22方案选择说明
文设计核心控制器选AT89C52单片机光线采集选光电传感器ULN3330输出单片机读入数字信号然L298驱动芯片驱动步进电机转动调节转动角度电机选较容易进行角度调节步进电机单片机步进电机间连接采L298驱动器种两相四相步进电机专驱动芯片
221 硬件方案选择说明
硬件电路绘图台PROTEL软件 元器件绘出例AT89C52微控制器电机驱动芯片L29842BYG系列步进电机电阻电容键肖特基二极转换开关等
逻辑框图图2示
光电
传感器
步进电机
步进电机
驱动器
单
片
机
图2系统硬件电路设计
光检测模块
选集成光电传感器ULN3330器件顶部受50 Lx[4]光时输出高电负载没电流光足45 Lx时器件输出低电负载电流通
单片机模块
选MCS51单片机系列AT89C52单片机
步进电机驱动模块
选步进电机专驱动芯片L298采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电电机进行正反转停止操作
步进电机选
步进电机步距角选18度步（四相电机）
222软件方案设计说明（控程序流程图）
软件开发台Keil软件C语言编写具体程序代码控程序流程图图3示
开始
数字信号送入单片机
高电压？
正转
反转
达顶部？
否
达底部？
停止
否
否
光敏传感器ULN3330
图3：控程序流程图
3硬件设计
31 光电传感器信号采集模块设计
331 光电传感器ULN3330介绍
光电传感器输出信号开关型模拟型 开关型转速测量 模拟开关 位置开关等模拟型光电式位移计 光电色计等 光电检测必须具备光源 测物光电元件
ULN3330美国摩托罗拉公司生产集成光电传感器 种新颖光电开关 光敏二极 低电放器 电探测器 输出功率驱动器稳压电路等五部分集成块1×18(mm×mm)硅片 形成种具驱动力光敏功率器件 该器件众光敏器件场合 光敏器件应变更简单
ULN3330电路框图图4示光敏二极光敏区域约11×11(mm×mm)峰值波长880 nm 受光时会产生微安数量级光电流低电放器种低噪声电流放器微安级光电流进行放电位移输出供电探测器进行鉴电 电探测器施密特电路构成具约20％滞特性 输出功率驱动器NPN中功率晶体通100 mA电流直接驱动种负载 稳压电路确保电压4～15 V范围变化时电路稳定工作ULN3330接电源负载 需元件工作器件顶部受50 Lx光时 输出高电负载没电流光足45 Lx时器件输出低电负载电流通
ULN3330引脚说明
脚USS接端
脚OUT PUT输出端
脚UDD+12V电源输入端
图4 ULN3330部电路原理图
表1 ULN3330电参数
312 传感器信号采集模块设计
光电传感器ULN3330直接输出数字信号单片机连接电路间需模数转换电路
ULN3330控制电路基思路：
光强度
OUTPUT输出端
窗帘开合状态
E>50LX
高电1
开
E<45LX
低电0
关
表2 光强度窗帘状态关系
面两图光电传感器ULN3330模块电路连接图：
左图：
光电传感器输出端OUTPUT接单片机P30口输出端高低电送单片机口电源端接+12V直流电压VSS端接
外界逐渐变亮光电传感器件顶部受50 Lx光时输出高电单片机驱动电路L298驱动步进电机正转窗帘开光电传感器件顶部光足45 Lx时光电传感器件输出低电单片机驱动电路L298驱动步进电机反转窗帘闭合
右图：
开关模拟光电传感器开关端接单片机P30口端接端单片机电端口高电开关断开时P30口高电窗帘开开关闭合时开关接P30口低电窗帘闭合
图光电传感器ULN3330电路连接图：
图5 ULN3330单片机连线图
图6 PROTUES中连线图
说明：PROTUES软件仿真中器件库中没光敏块开关代左图光电传感器单片机连接图右图开关代光电传感器单片机连接图
32 单片机信号处理模块设计
321 MCS51单片机结构
单片机全称单片微型计算机顾名思义指种单硅片集成微型计算机功部件集成芯片单片机出现功规模集成电路技术发展组织功言微型计算机系统部集成中央处理器机数存储器读程序存储器定时器计数器输入输出（IO）接口电路串行通信接口等功部件里51单片机指Intel公司MCS51系列单片机属系列单片机芯片许种805180528031803287528751等基组成基性指令系统相
（1）MCS51单片机部结构
单片机块芯片中继承CPURAMROM定时计数器功IO接口等计算机需基功部件规模集成电路称MCU51系列单片机包含列部件：
·18CPU
·1片振荡器时钟电路
·4KB ROM程序存储器
·128B RAM数存储器
·寻址64KB外部数存储器64KB外部程序存储器控制电路
·32条编程IO线（48位行IO接口）
·216位定时计数器
·1编程全双工串行接口
·5中断源2优先级嵌套中断结构
51系列单片机部结构图图7示功部件部总线连接起程序存储器部分ROM代80518052EPROM代87518752掉ROM80318032FLASH EPROM代89C5189S52
基准频率源 脉技术输入
外部中断 控制 行IO接口 串行输入 串行输出
图7 MCS51单片机部结构框图
（2）引脚功
总线扩展51单片机44引脚方形封装形式40引脚双列直插式封装形式文40引脚双列直插式封装形式 40引脚封装引脚图图8引脚功说明
AT89C52引脚
A T89C52单片机40脚
哥 G ND 2
XTAL1 XTAL2 2
RESET 1
EAVpp 1
ALEPROG 1
PSEN 1
P00—P07 8
P10—P17 8
P20—P27 8
P30—P37 8
图8 AT89C52单片机引脚图
·GND：接端
·VCC：电源端接+5V
·XTAL1：接外部晶体引脚CHMOS单片机采外部时钟信号时外部时钟信号引脚接入
·XTAL2：接外部晶体引脚HMOS单片机采外部时钟信号时外部时钟信号引脚接入
·RST：①复位信号输入②VCC掉电引脚接备电源低功耗条件保持部RAM中数
·ALERPOG：①址锁存允许单片机访问外部存储器时该引脚输出信号ALE锁存P0端口低8位址ALE输出频率时钟振荡频率16②8751单片机片EPROM编程时编程脉该引脚接入
·PSEN：程序存储器允许输出读外部程序存储器选通信号取指令操作期间PSEN频率振荡频率16期间访问外部数存储器操作时机器周期中PSEN信号出现
·EAVPP： ①EA0单片机访问外部程序存储器8031单片机引脚必须接EA1单片机访问部程序存储器部程序存储器8XX51单片机引脚应接高电址值超4KB范围单片机动访问外部程序存储器②8751单片机EPROM编程期间引脚接入21V编程电源VPP
·P00～P07 P0数低八位址复总线端口具双重功：①作输入输出口外接输入输出设备②外接存储器IO接口时常作低8位址数总线低8位址数线分时P0口低8位址ALE信号跳锁存外部址锁存器中尔P0口出现数信息
·P10～P17：P1静态通端口具单接口功P1口位作编程输入输出口线
·P20～P27：P2高八位址总线动态端口具双重功：①作输入输出口外接输入输出设备②外接存储器IO接口时作系统址总线输出高8位址P0口低8位址起组成16位址总线部程序存储器单片机说P2口作址总线作IO接口
·P30～P37：P3双功静态端口①作输入输出口外接输入输出设备②作第二功
时位功定义表3示
端口引脚
端口引脚
第二功
P30
RXD(串行输入线)
P31
TXD(串行输出线)
P32
INT0（外部中断0输入线）
P33
INT1（外部中断1输入线）
P34
T0（定时器0外部计数脉输入）
P35
T1（定时器1外部计数脉输入）
P36
WR(外部数存储器写选通信号输出)
P37
RD(外部数存储器读选通信号输出)
表3 P3口第二功说明
(3)单片机身微电路
图9 单片机微系统连线图
图单片机系统包含片振荡电路复位电路
片振荡电路：通常外接晶振两电容 电容值取值范围15~45pf取值范围晶振值0~24MHZ时钟电路单片机产生时序脉单片机运动控制程统时序脉驱动进行时钟电路心脏果心脏停止工作没生命样果单片机时钟电路停止工作单片机停止运行
复位电路：振荡器运行时引脚出现2机器周期高电单片机复位般引脚VSS间接拉电阻VCC引脚间接电容单片机复位程序存储器0000H单元执行程序初始化专寄存器复位状态值文中单片机复位电路连接图：外接10μf电容10KΩ电阻分电复位电路手动&电复位电路文手动&电复位电路
33 执行单元模块设计
331 驱动电机部分&&行程开关
（1）L298芯片介绍
L298 意利SGS半导体公司生产双全桥步进电机专驱动芯片( Dual FullBridge Driver ) 部包含4信道逻辑驱动电路种二相四相步进电机专驱动器时驱动2二相1四相步进电机含二HBridge 高电压电流双全桥式驱动器接收标准 TTL逻辑准位信号驱动46V2A步进电机直接透电源调节输出电压芯片直接单片机IO端口提供模拟时序信号 L298 接脚图9 示 OUTlOUT2 OUT3OUT4 间接步进电机input1~input4 输入控制电位控制电机正反转Enable 控制电机停转文采L298驱动芯片通单片机IO输入改变芯片控制端电电机进行正反转停止操作
图10 L298部逻辑图
输入引脚输出引脚逻辑关系表（ENB引脚ENA引脚）：
L298功引脚模块
ＥNＡ
IN1
IN2
运转状态
0
×
×
停止
1
1
0
正转
1
0
1
反转
1
1
1
刹停
1
0
0
停止
表 4 L298功引脚模块
图11 L298引脚图
（2）芯片（采powerso20封装）引脚说明：
+5V：芯片电压5V功率电源电压引脚必须连接100nF电容器
VCC：电机电压接50V逻辑电源电压 引脚必须连接100nF电容器
GND：接法
EnAEnB接控制端高电效ENAENB分 IN1IN2IN3IN4端
IN1~ IN4：输入控制电控制电机正反转输入端电输出端电应
OUT1~ OUT4：输出端接电机
L298需外部接两电压电机L298芯片
图12 双四拍模式波形图
（3）位置开关（行程开关）
步进电机正转反转位置末端分安装行程开关窗帘运动末端位置时会碰行程开关开关常开触头闭合旦常开触头闭合电机停止正转反转天亮天暗时步进电机会反方运动开关障碍物常开触头恢复实现步进电机末端停止控制没碰常开触头电机会直运转样窗帘拉极限位置保证室私密性性
位置开关（称限位开关）种种常电流令电器利机械运动部件碰撞出头动作实现接通断开控制电路达定控制目控制行程进行终端限位保护通常类开关限制机械运动位置行程运动部件暗特定位置行程动停止反运动变速运动动返运动等
电气控制系统中位置开关作实现序控制定位控制位置状态检测控制机械设备行程限位保护般限位开关操作头触点系统外壳组成
实际生产中行程开关安装预先定位置安装机械运动部件模块撞击行程开关时行程开关触点动作实现电路切换说行程开关种根运动部件行程位置切开电路开关作原理钮相似
行程开关安装相静止物体（固定架门框等简称静物）者运动物体（行车门等简称动物）动物接静物时开关连杆驱动开关接点引起闭合接点分断者断开接点闭合开关接点开合状态改变控制电路机构动作
文选直动式行程开关
直动式行程开关动作原理钮类似：手动运动部件撞块碰撞外界运动部件撞块碰压钮触头动作运动部件离开弹簧作触头动复位
1：推杆
2&4：弹簧
3：动断触点
5：动合触点
图13 直动式位置开关示意图
332 步进电机选
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角文选混合式步进电机混合式步进电机混合永磁式反应式优点分两相五相：两相步进角般18度五相步进角般072度种步进电机应广泛
（1）表5步进电机动态指标：
步距角精度
步进电机转步距角实际值理值误差百分表示：误差步距角*100运行拍数值四拍运行时应5八拍运行时应15
失步
电机运转时运转步数等理步数称失步
失调角
转子齿轴线偏移定子齿轴线角度电机运转必存失调角失调角产生误差采细分驱动解决
空载起动频率
电机某种驱动形式电压额定电流加负载情况够直接起动频率
空载运行频率
电机某种驱动形式电压额定电流电机带负载高转速频率
运行矩频特性
电机某种测试条件测运行中输出力矩频率关系曲线称运行矩频特性电机诸动态曲线中重电机选择根图示：
特性惯频特性起动频率特性等
电机旦选定电机静力矩确定动态力矩然电机动态力矩取决电机运行时均电流（非静态电流）均电流越电机输出力矩越电机频率特性越硬 均电流提高驱动电压采电感电流电机
电机振点
步进电机均固定振区域二四相感应子式步进电机振区般180250pps间（步距角18度）400pps左右（步距角09度）电机驱动电压越高电机电流越负载越轻电机体积越振区偏移反然电机输出电矩失步整系统噪音降低般工作点均应偏移振区较
电机正反转控制
四相步进电机说电机绕组通电时序ABBCCDDA时正转通电时序DACABCAB时反转
（2）步进电机控制波形（PWM信号）
单四拍双四拍八拍工作方式电源通电时序波形分图11abc示：
a 单四拍 b 双四拍 c八拍
图11步进电机工作时序波形图
（3）文中步进电机42BYG（250）系列混合式步进电动机
表6 步进电机规格
驱动方式
恒流斩波驱动
励磁方式
2相励磁(四相四拍运行)正反旋转
转
ABBCCDDA序通电
额定电流(单相)
04A DC
额定电压
12V
步距角
18°四拍运行时步距角θ360度（50*4）18度（俗称整步）
绝缘等级
B级绝缘
表7 步进电机参数
工作条件
环境温度24～60℃相湿度 90％MAX安装位置轴水垂直安装
绕组直流电阻(20℃)
30Ω±10％
绕组电感
32mH±20％
定位转矩
118mNm REF
保持转矩
≥210mNm(I04A)
空载起动频率
≥2000pps
空载运行频率
≥3000pps
温升(两相时通额定电压12V)
﹤80 K
步距角精度
18°±009°
转动惯量
38gcm2
重量
020Kg REF
轴间隙
≤008mm
径间隙
≤002mm
轴伸径图跳动
≤0025mm
安装配合面垂直度
≤003mm
安装配合面心度
≤005mm
电机定子铁芯接线端子间冷态绝缘电阻应100MΩ(DC500V兆欧表测量)
333 执行单元模块电路连接
（1）电机驱动电路连接
文采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电改变绕组脉信号序电机实现正反转
L298输入引脚单片机P10~P13口分相连IN1~IN4引脚单片机输入控制电控制步进电机正反转OUT1~OUT4分接步进电机四相线ENA ENB接控制端控制步进电机转停ENA ENB时接高电时L298芯片工作端效控制IN1~IN4引脚电频率控制步进电机转速芯片输出引脚分接2续流二极起保护电路作芯片VCCVSS引脚必须连接100nF电容器图中01μF100μF电容联100nf
动系统设计必须满足户想窗帘停某位置停需求设计步进电机停止开关简化程序更加利L298芯片身功文采单刀双掷开关SW1开关端接端ENA ENB两端段接+5V电源芯片端提供高电外端接限制端开关接时两端接L298芯片起作电机停止运动达停止目
电机控制窗帘两极限位置窗帘两端电机停问题解决两种方案种计算步进电机窗帘开合长度中转圈数根步进电机身步长计算电机转数写入程序里进行控制种利行程开关进行控制窗帘走极限位置时会碰行程开关行程开关闭合里行程开关接端开关闭合关闭端电机停止转动分析较两种方案认种较简便居室严密性保证受限步进电机身精确度丢步失步现象电机难免会某时刻出现丢步窗帘没完全拉合状态停止
行程开关控制步进电机极限位置停止：天亮时光敏传感器接受高电程序设步进电机正转时针转动窗帘某速度慢慢拉开走极限位置时窗帘碰右端行程开关SW3开关闭合端关闭电机停止转动天暗时光敏传感器输出低电电机逆时针转动窗帘开障碍物开关断开端开电机反转样电机反转碰左边行程开关SW4时开关闭合端关闭电机停止转动
鉴述考虑设计电路图示：
图12 L298控制电机电路
图13 行程开关电路部分
4软件设计
41程序流程
51单片机开发需硬件支持外样离开软件CPU真正执行机器码汇编语言C语言等高级语言编写源程序必须转机器码执行转化方法手动汇编机器汇编两种前者已少机器汇编通汇编软件源程序转换机器码编译方法种汇编软件称编译器keil目前流行51单片机开发软件keil提供集成开发环境uVision包括编译器宏汇编连接器库理功强仿真调试器样开发应软件程中编辑编译汇编连接调试等阶段集中环境中先编译器编写程序接着调编译器进行编译连接直接运行样免先编译器进行编译退出编辑状态进行编译调试调编译器反复程缩短开发周期
选软件开发台Keil软件C语言编写具体程序代码控程序流程图图14示
开始
数字信号送入单片机
高电压？
正转
反转
达顶部？
否
达底部？
停止
否
否
光敏传感器ULN3330
图14：控程序流程图
42 程序设计
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code ffw[]{0xfc0xf60xf30xf9 } 2相励磁正转表
uchar code rev[]{0xf90xf30xf60xfc } 2相励磁反转表
sbit k1P3^0 定义K1开关
uint m1
void delay(uint x) 延时函数
{
uchar i
while(x) ix延时约x毫秒
for(i0i<60i++)
}
********步进电机正转函数********
void setp_motor_ffw(uchar n)
{
uchar ij
for(i0i<5*ni++) 转n圈
{
for(j0j<4j++)
{
P1ffw[j] 取正转数
delay(250) 转角度停留时间调节转速
}
}
}
********步进电机反转函数********
void setp_motor_rev(uchar n)
{
uchar ij
for(i0i<5*ni++) 转n圈
{
for(j0j<4j++)
{
if(k20) break
P1rev[j] 取反转数
delay(250) 转角度停留时间调节转速
}
}
}
* 程序 *
void main()
{
while(m) 电机转m圈
{
if(k11) K1送入高电
{ delay(10)
if(k11)
{
setp_motor_ffw(3) 调电机正转函数
}
}
else K1送入低电
{
delay(10)
setp_motor_rev(3) 调电机反转函数
}
}
}
5 总体设计
着社会发展生活追求式样窗帘出现窗帘仅具遮挡作 具美观性家带美视觉享受居室舒适度动化程度求越开越高满足生活需通通拉动窗帘开闭较费事易损坏设计种够控制居室窗帘检测动控制装置够夜间关闭白天开具强实性
文设计通光电传感器采集数 (光强度)反映出光信号变化然光电元件光数字信号输送单片机中光电检测方法具精度高反应快非接触等特点测参数传感器结构简单形式灵活样该设计通检测光线强弱根光线强弱动窗帘开关闭实现动控制功极方便日常生活生活中广泛应
PROTEL总电路图&&PROTUES仿真图
图15 基单片机室光线动控制系统总体原理图
图设计完整原理图文光敏传感器ULN3330开关型光电传感器直接输出数字信号OUTPUT端根外部光度变化输出相应数字信号高电低电ULN3330相应引脚分接电源然OUTPUT端接单片机P30端口
单片机身包括复位电路振荡电路片振荡电路：通常外接晶振两电容 电容值取值范围15~45pf取值范围晶振值0~24MHZ复位电路：振荡器运行时引脚出现2机器周期高电单片机复位般引脚VSS间接拉电阻VCC引脚间接电容
驱动步进电机芯片采L298通单片机IO输入改变芯片控制端电改变绕组脉信号序电机实现正反转L298输入引脚单片机P10~P13口分相连IN1~IN4引脚单片机输入控制电控制步进电机正反转OUT1~OUT4分接步进电机四相线ENA ENB接控制端控制步进电机转停ENA ENB时接高电时L298芯片工作端效控制IN1~IN4引脚电频率控制步进电机转速芯片输出引脚分接2续流二极起保护电路作芯片VCCVSS引脚必须连接100nF电容器图中01μF100μF电容联100nf
动系统设计必须满足户想窗帘停某位置停需求设计步进电机停止开关简化程序更加利L298芯片身功文采单刀双掷开关SW1开关端接端ENA ENB两端段接+5V电源芯片端提供高电外端接限制端开关接时两端接L298芯片起作电机停止运动达停止目
行程开关控制步进电机极限位置停止：天亮时光敏传感器接受高电程序设步进电机正转时针转动窗帘某速度慢慢拉开走极限位置时窗帘碰右端行程开关SW3开关闭合端关闭电机停止转动天暗时光敏传感器输出低电电机逆时针转动窗帘开障碍物开关断开端开电机反转样电机反转碰左边行程开关SW4时开关闭合端关闭电机停止转动
图16 基单片机室动光线控制仿真图
52 元器件清单：
器件名称
器件数量
AT89C52微控制器
1片
电机驱动芯片L298
1片
42BYG型号步进电机
1
电阻电容键肖特基二极等
干
表8 元器件清单
6．结
四月努力终完成基单片机室动光线系统设计然部分功尚未实现总体完成硬件软件完整设计流程
文设计核心控制器选AT89C52单片机光线采集选光电传感器ULN3330输出单片机读入数字信号然L298驱动芯片驱动步进电机转动调节转动角度电机选较容易进行角度调节步进电机单片机步进电机间连接采L298驱动器种两相四相步进电机专驱动芯片
该系统次改进参考现实际电路通做法现技术状态项指标已达技术求身水限电路中技术方面进步加强电路进步调试精确度灵敏度通光敏电阻更加准确控制窗帘升降通次毕业设计进步熟悉MCS51单片机步进电机工作原理应C51程序设计编写较熟练锻炼独立思考勤快耐心力设计程中通查阅量关资料学交流验学老师请教等方式学少知识历少艰辛收获样巨整设计中懂许东西培养独立工作力树立工作力信心相信会学工作生活非常重影响提高动手力充分体会创造程中探索艰难成功时喜悦然设计做足处设计程中学东西次毕业设计收获财富终身受益
7 致谢
感谢指导老师颜丙生老师悉心指导感谢老师帮助颜老师整系统设计程中帮助文务制定时仅肯定项目方帮具体分析设计模块室动光线控制具体目标设计时起估量作受力限制文提纲制定时思路清晰老师指导设计思路逐渐明晰完成初步方案证颜老师认真查方案指出方案中存问题软件仿真环节遇许困难请教老师时颜老师负责耐心解决法解决问题次修改文程中极耐心帮助修改文深受感动时感谢教导帮助老师正年孜孜倦教诲专业技提高感谢整文写作程中帮助位校友宿友
参考资料
[1]光敏窗帘动控制器设计陈莉明彭芳芳江科技2008年第三期
[2]动窗帘控制系统设计孙勇杨文月赵宇新电子技术应
[3]光电传感器动窗帘中应刘芹秦魏赵继聪科技导2011年第08期
[4]余瑞芬传感器原理[M]北京：航空工业出版社1995
[5]康华光．电子技术基础高等教育出版2006．
[6]沈聿农．传感器应技术化学工业出版社2002
[7]戴维戴卫恒编著 51单片机C语言应程序设计实例精讲 北京：电子工业出版社 2006
[8]孙余凯 吴鸣山 项绮明编著 传感器应电路300例 北京：电子工业出版社 20083
[9]朱云芳 江桦 翟旭编著 PROTEL99SE电路设计制板 北京：机械工业出版社 200711
[10]刘建清编著 轻松玩转51单片机C语言 北京：北京航空航天学出版社 20113
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