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德州科技职业学院毕业实习论文设计课题__窗帘的设计院系名称机电工程系班级10机电3班学生姓名张云凤学号100201324指导老师万俊贺时间摘要本论文主要对利用__C51单片机ATmega16设计一种智能遥控窗帘系统设计的问题进行了研究针对智能遥控窗帘系统的功能要求,本设计以ATmega16单片机为核心器件其主要模块有单片机控制系统,电机驱动模块,光敏检测模块,红外线收发模块,显示模块和电源模块利用光敏二极管检测光照强度的变化,单片机通过电机驱动模块控制着电机的正反转实现窗帘的来回__,由遥控器控制选择工作模式,构成一个只能遥控窗帘控制系统其中,光敏控制模块由光敏二极管和NE555定时器构成,电机驱动模块采用ULN2003实现电机的驱动,而红外线收发模块由红外遥控器和红外线一体化接受头构成,电源模块实现给整个系统供+5V的电源经过程序编制,制作电路板和调试,基本达到了我们所期望的系统功能本文设计具有硬件结构简单、操作方便、功能实用和在智能家居等领域应用前景广泛等的特点关键词__C51单片机;智能;红外线遥控;光敏电阻AbstractInthisthesistheuseof__C51microcontrollerATmega16designanin____igentremotecontrolthecurtainsystemdesignissues.In____igentremotecontrolcurtainsystemfunctionalrequirementsthedesignATmega16microcontrollerasthecoredevi__.The__inmoduleisasinglechipcontrolsystemmotordrivemodulephotosensitivedetectionmoduleinfraredtrans__ivermoduledisplaymoduleandpowermodule.Photodiodesdetectlightintensitychangesthemicrocontrollerthroughthemotordrivemodulecontrolsthethemotorreversingcurtainsmovebackandforthcontrolledbytheremotecontroltoselecttheoperatingmodeconstituteonlyaremotecurtaincontrolsystems.PhotosensitivecontrolmoduleconsistsofaphotodiodeandNE555timerULN2003driverofthemotorthemotordrivemoduleinfraredtrans__ivermoduleintegrationbyinfraredremotecontrolandinfraredtoac__ptthefirstconstitutionthepowersupplymodulefor+5Vtotheentiresystempowersupply.Afterprogrammingtheproductionofcircuitboardsanddebuggingreachesthedesiredsystemfunctionality.Thisdesignhasa______hardwarestructureeasytooperatefunctionalandpracticalandwidely-to-peerapplicationprospectsinthefieldofin____igenthomefeatures.Keywords:__C51microcontroller;in____igen__;infraredremotecontrol;photoresistor目录TOC\o1-3\h\z\u摘要IIAbstractIII绪论1
一、声控窗帘的基本原理
21.__C51单片机ATmega16简介22驱动芯片ULN2003简介
33.红外线接收的基本原理
44.光敏电阻的基本原理4
二、系统概要设计
51.声音控制基本原理
52.声音识别系统设计
63.__命令提取单元
64.__识别单元
75.逻辑控制电路8结论1绪论生活在提高时代在进步人类在向文明迈进不同的时代对居住空间、环境有不同的要求这是社会的必然潮流单片机控制的声控窗帘遥控系统既能解决每天手拉开和关上窗帘的不便又显示出了生活的档次同时还可以根据光线的明暗来自动控制窗帘的开关以调节室内的光线更进一步地满足了人们的享受要求所以该产品能形成大规模生产很快会普及全国市场产生巨大的经济效益;另外,除了广大市民__使用外该遥控窗帘器还可以广泛应用于__、__、宾馆、饭店、___、歌舞厅、影剧院、会议厅、银行、学校、医院等各种公共场所因此该产品具有广阔的市场前景声控窗帘系统在我国还刚刚兴起但其发展前景广阔__和应用声控窗帘系统具有重要的现实意义其一改变人们的生活方式单片机控制的遥控声控窗帘系统具有丰富的智能化功能为家庭用户营造一个高效、舒适、便利、环保的居住环境单片机控制的遥控声控窗帘只用一个多功能遥控器就能控制和监测住房的窗帘开关问题,给人们日上生活带来极大的方便这些都将改变人们传统的生活方式并提高了人们的生活质量其二牵动一大批产业单片机控制的遥控声控窗帘产品面向家庭用户其应用市场是庞大的发展前景也是广阔的必将吸引大批有远见的各类企业介入从而牵动一大批产业的发展这里最先受益的应该是房__业,单片机控制的遥控声控窗帘不仅是一个很好的概念与“卖点”,同时也是直接提升__档次的一个条件这将会给房__商带来新的利润空间在家居集成化、网络化的趋势下家居集成也成为一种潮流许多更专业的、美观的、智能化的家居集成产品相继出现其三开拓一个崭新的市场遥控声控窗帘系统牵动了许多的行业它将不仅仅是目前的IT系统集成商或建筑弱电工程总包商的市场而且是专业公司和智能化装饰公司的市场随着声控窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起,随着中国电子技术的飞速发展、人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用声控窗帘已经成为未来家居装饰潮流发展的最新方向在不久的将来没有声控窗帘系统的__肯定不合潮流从目前的发展趋势来看在未来的20年时间里声控窗帘行业将成为中国的主流行业之一其市场的发展前景是非常广阔的
一、声控窗帘的基本原理
1.__C51单片机ATmega16简介单片机是本设计的核心部分,主要担任驱动电机、处理光感__和驱动LED闪烁等作用,由于本设计无需做大量的运算和控制,采用一个8位的MCU即可,常用的单片机有51系列、PIC系列和__C51系列等考虑到__C51的mega16单片机集成功能强大,运算速度快,__低廉,性价比高,故优选之作品的电机部分和旋转显示部分各需要一片单片机,其中电机部分不做过多的要求,选用常规40引脚M16单片机即可,而对于旋转显示部分,为了降低电机的功率,要求模块体积尽量小、轻,故选择44引脚贴片M16ATmega16是基于增强的__C51RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾 ATmega16__C51内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器所有的寄存器都直接与运算逻单元ALU相连接,使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个__的寄存器这种结构大大提高了代码效率,并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率 ATmega16有如下特点16K字节的系统内可编程Flash具有同时读写的能力,即RWW,512字节EEPROM,1K字节SRAM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,用于边界扫描的JTAG接口,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器T/C,片内/外中断,可编程串行USART,有起始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益TQFP封装的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI串行端口,以及六个可以通过软件进行选择的省电模式 工作于空闲模式时CPU停止工作,而USART、两线接口、A/D转换器、SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I/O模块的工作,以降低ADC转换时的开关噪声;Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力;扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作 本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的片内ISPFlash允许程序存储器通过ISP串行接口,或者通用编程器进行编程,也可以通过运行于__C51内核之中的引导程序进行编程引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区ApplicationFlashMemory在更新应用Flash存储区时引导Flash区BootFlashMemory的程序继续运行,实现了RWW操作通过将8位RISCCPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内,ATmega16成为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案2动芯驱片ULN2003简介ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中,可直接驱动继电器等负载输入5VTTL电平,输出可达500__/50VULN2003是高耐压、大电流达林顿阵列,由7个硅NPN达林顿管组成该电路的特点如下ULN2003的每一对达林顿管都串联一个
2.7kΩ的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和COMS电路直接连接ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适用于各类要求高速大功率驱动的系统ULN2003是高耐压、大电流、内部由7个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片,其引脚图如图2所示图2ULN2003引脚图ULN2003的封装采用DIP16或SOP16ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性,并带有共阴极的续流二极管,使器件可用于开关型感性负载每对达林顿管的额定集电极电流是500__,达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力
3.红外线接收的基本原理红外数据通讯实际是利用红外线作为通讯载体由红外发射器和红外___来完成__的无线收发在发射端对发送的数字__经适当的调制后送入电光变换电路驱动红外发光二极管发射红外光脉冲;在接收端红外___对收到的红外__进行光电变换并进行解调后恢复出原__在红外数据通讯中红外___件的选择是红外数据通讯中至关重要的因素
4.光敏电阻的基本原理光线采集部分采用光敏电阻感光,通过测量它的电压来判断光的强弱采用光敏电阻主要原因是,它的用途很广泛,而且容易__,它的分类也有很多种,所以我们要先了解一下它的结构及其原理,才能选择好我们这次设计所需要的型号,下面介绍光敏电阻的基本情况光敏电阻器的简介光敏电阻器属半导体光敏器件,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器是一种对光敏感的元件,它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)变化而变化光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示,电路符号光敏电阻的结构图3光敏电阻的结构1--光导层; 2--玻璃窗口;3--金属外壳;4--电极;5--陶瓷基座;6--黑色绝缘玻璃;7--电阻引线管芯是一块__在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体光导体吸收光子而产生的光电效应,只限于光照的表面薄层,虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去,但扩散深度有限,因此光电导体一般都做成薄层为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极一般采用硫状图案,结构见下图图4金属封装的硫化镉光敏电阻结构图常用的光敏电阻器有MG41~MG45系列,它们的额定功率均在200mW以下
2、系统概要设计
1.声音控制基本原理声控技术是模拟人的听觉和理解系统而实现控制的技术一般的声控电脑设备在应用之前都要进行长时间“训练”这个“训练”过程类似教婴儿听说,首先,要把我们知道的告诉声控智能设备,比如一句话怎么说才正确,智能设备在“学习”这些话时,会把这些话拆成字或拼音中的声母和韵母去一点一点学习这个“训练”或“学习”过程很费时间,当然,“学习”时间越长,该声控设备也越灵当经过多次训练,电脑的记录与人们的正常发音匹配后,即可实现__控制即操__发出某声控智能设备学习过的__指令,该设备会采集__,并自动分析、对照,当接收的__指令,与智能设备的记录相匹配时,即可触发智能设备相应动作,该设备即可根据事先编制的程序,自动实现一系列的操作声音识别的过程如下图所示图1声音识别工作流程
2.声音识别系统设计____输入后首先经过滤波器,去除干扰及可能造成混淆的成分,然后由前端处理模块提取__识别所需的特征参数当前__识别所用的特征参数主要有两种类型线性预测倒谱系数(LPCC)和MEL频标倒谱系数(MFCC)LPCC系数主要是模拟人的发声模型,未考虑人耳的听觉特性它对元音有较好的描述能力,对辅音描述能力及抗噪性能比较差,而其优点为计算量小,易于实现MFCC系数则考虑到了人耳的听觉特性,具有较好的识别性能但是,由于它需要进行快速傅立叶变换,将____由时域变换到频域上处理,因此其计算量和计算精度要求高,必须在智能控制器上完成__识别模块的作用是将输入__的特征与模板库中已训练好的__模板进行比较识别,找到最好的识别结果现在应用较为广泛的__识别的算法主要有以下几种动态时间规整、离散隐马尔可夫模型、连续隐马尔可夫模型、人工神经网而由于要利用声音识别芯片组成一个完整的__识别系统,因此除了__识别功能以外,为了有一个好的人机界面和识别正确与否的验证,该系统还必须具备__提示(__合成)及__回放(__编解码记录)功能
3.__命令提取单元__命令提取单元可在电视话音和其它噪音背景下,完成提取出操____命令功能,其示意图如图3所示MIC选用驻极体送话器,它具有结构简单、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点,但灵敏度较低,必须再加放大器才行由于输出阻抗可高达108Ω数量级,所在必须进行阻抗变换后才能与放大器配合使用放大器采用差分放大电路,一个驻极体送话器面对送话者,其输出接送放大器正向输入端;另一个驻极体送话器背对送话者,其输出接放大器负向输入端由于两个送话器相对于电视机和其它噪声源的位置基本一样远,可以近似认日通过二者输入的干扰是一样的但考虑到送话器具有方向性,前者送入的操____命令远远大于后者,适当选择各电阻值可以抵消掉各种干扰放大器采用运放(OPAmps)__X495(单电源供电+
2.7~+6V)
4.__识别单元__识别单元主要由LD3320和非易失性SRAM组成,大体构成如图4所示__识别功能由专用__芯片LD3320完成,LD3320是一种新颖功能齐全的__识别集成电路,内含除SRAM以外__识别所需的全部电路,如CPU、A/D转换器、ROM、__放大器、压缩器、滤波器、振荡器及接口电路等TSG410具有双列直插和贴片两种封装方式,可工作在CPU控制和人工控制两种模式下__识别的响应时间典型值日300ms,最长不超过600ms且识别容量大,最多可识别40个字段,且分段方式灵活为了CPU管理方便,可以将多个字段进行分组,分别编号LD3320左右为宜因此,电灯控制命令设计“开灯”、“观灯”、“闪灯”三种,窗帘控制命令则设计“关窗帘”、“开窗帘”、“停”、“继续”四种__命令差别越大越不容易出现错误识别系统要正常工作,必须首先建立__样本,为防止__样本因为掉电丢失,SRAM选用内带掉电保护电池的非易失性SRAM,即NVSRAM(non-volatileSRAM),掉电后其数据可保存10年以上,用法同普通RAM
5.逻辑控制电路整个逻辑控制电路如图5所示LD3320通过电路输出端子排输出识别结果,经必要的译码、并加载驱动后,即可用于控制后面的执行装置结论本次毕业设计的主要内容是关于__C51单片机的智能遥控窗帘的设计给出了各个模块的硬件电路设计,同时也介绍了软件设计通过本次毕业设计,设计出了一种__C51单片机的声控窗帘系统从硬件的选择到程序的设计都考虑__的成本和系统的整体的性能要求做到体积小、重量轻、单一电源、低功耗、功能强、__低廉、抗干扰能力强等特性致谢经过自己不断的搜索努力以及万老师的耐心指导和热情帮助,本论文已经完成在这段时间里,万老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩,她的指导使我受益非浅通过这次毕业论文,使我深刻地认识到学好专业知识的重要性,也理解了理论__实际的含义,并且检验了大学三年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善由于自身水平有限,论文中一定存在很多不足之处,敬请各位老师批评指正参考文献
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