基于MSP430单片机的智能窗帘控制系统设计

基于MSP430单片机的智能窗帘控制系统设计

一、选题简介、意义

选题简介：

智能家居是物联网在于人们生活中的具体体现，它通过物联网技术将家中的各种设备连接在一起从而使家具自动化、智能化。说到智能家居就不得不说道家庭自动化，家庭自动化是智能家居的一个重要系统它利用微处理电子技术来集成或控制家中的电子电器或系统。所以今天为了顺应时代的发展与企业的需求，我决定开发一款新的窗帘控制系统。在如今的生活里为了对于隐私的保护以及良好光线的追求，使窗帘已经遍布了每个人的家庭里。然而随着经济的发展，人们家里开始出现阳光房、大的客厅，那么大的窗帘方便的拉开和关闭成为了巨大的问题。所以顺应人们的需求智能系统便横空出世了，智能窗帘系统可以根据光照、湿度与温度的监测能够适时的关闭与开启窗帘，也可以使用遥控器及其定时器进行控制，当电源发生断电时，可以手动开启及关闭系统。

智能窗帘系统的客户来源定位于那些追求生活质量的已工作的成年人以及追求时尚以及科技感的青少年，所以客户人群广大、利润空间深厚。

系统的搭建是基于STM32 单片机，利用C语言程序，进行对于窗帘的控制。然而STM32单片机的功能强大，外围接口丰富，处理速度迅速属于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核，性能优越。所以十分适合对于产品的进一步优化和开发，这样有利于公司的可持续发展。

选题意义：

窗帘作为目前生活中不可或缺的一部分，拥有充足的可利用空间通过更低的成本和人力达到预期的效果和公用。

1.通过遥控可控制窗帘的开启或关闭来达到节省人力的效果。

2.可以在一些特定的时间里通过调节以至于最大化的保障室内隐私。

3.为了提供适宜的居住环境看，恶意根据不同的光线调节透光度。

4.有了适宜的居住环境后，健康也是不可忽视的智能窗帘能够有效的阻挡紫外线对于人体的伤害确保家人安全。

5.智能窗帘功能强大，符合现代人的生活需求，具有不可估量的利润空间。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

课题研究：

通过MSP430单片机设计一款智能窗帘可以通过对于温度、湿度以及光照的测量与监视来适时的关闭或开启测量。主要采用C语言环境下，对于MSP430单片机的开发来保证数据的稳定。然后还要将光敏电阻、温度传感器以及湿度传感器与MSP430单片机的连接以及MSP430单片机与继电器和步进电机的连接。编写C语言程序确定光敏电阻、两个传感器以及步进电机的正常工作，完成在温度、湿度和光照发生变化时步进电机可以进行正传或反转从而控制窗帘的开启与关闭。完成遥控器可以控制窗帘的开启与关闭。后期工作还可以进行改进，让智能窗帘可以进行软件和硬件上的升级与更新换代。

主要研究的内容：

硬件：主要是各个传感器、MSP430单片机、继电器、步进电机的连接与测试。

软件：主要是C语言程序的编码，进行数据采集，信号的转换从而影响步进电机的正传和反转进而控制窗帘的开启和关闭。

解决的问题：

硬件：解决传感器和MSP430单片机和继电器的焊接问题，电路连接问题以及最后的信号调试问题。

软件：主要是程序编写上的问题，要看程序是否真的能够在这套系统上是能够起到作用的要保证程序是没有出错的。

预期目标：

前期能够完成对于原理图的绘制保证在电路图上是没有出错的防止一步错步步错的问题出现。然后按照原理图进行电路板的制作，随后进行元器件的安装与焊接和线路的连接然后进行调试保证元器件是没有问题的。最后进行C语言程序的编写然后将其烧如单片机中让其完成预期的功能。

研究步骤：

1.本系统是属于物联网基于MSP430单片机，对于智能窗帘的研究。

2.整理所有关于智能窗帘、MSP430单片机、步进电机的书籍。

3.根据所需的功用，绘制原理图。

4.根据原理图完成对于电路板的制作。

5.完成C语言程序的编写，并验证亲是否有效。

6..完成智能窗帘的组装进行进一步的调试与验证。

研究方法、措施：

1．到图书馆查找MSP430和步进电机的相关书籍。

2．上网百度搜索所不理解的问题。

3．通过电话、网络联络工具询问相关的指导老师，解决问题。

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

1.设计体系:

（1）设计出符合本系统的原理图，这个是构建系统的第一步，原理图的绘制除了要保证系统功能的实现还要让其成本达到最低化。（2）如何构建这个系统可以对于STM32单片机的书籍可以进行一定的参考。（3）温度、湿度、光照的数据采集可以使用各种传感器来实现从而也可以对步进电机进行控制。（4）同时还要保证步进电机是能够正常使用的是可以在电路中进行连接的。

2.系统功能模块结构图:

3.主要用到的技术:

（1）单片机应用技术（2）电路基础

（3）电子设计（4）C语言编程

第一章绪论 1

1.1课题背景 1

1.1.1物联网介绍 1

1.1.2智能家居的介绍 1

1.2国内外发展趋势 2

1.2.1国外发展现状 2

1.2.2国内发展现状 2

1.2.3发展趋势 3

1.3课题研究内容 3

第二章智能窗帘控制系统的总体设计 4

2.1智能窗帘控制系统设计方案 4

2.2智能窗帘控制系统的总体结构规划 5

2.2.1智能窗帘控制系统结构图 5

第三章智能窗帘控制系统的硬件设计 6

3.1窗帘模块 6

3.1.1窗帘的材料选择 6

3.2单片机核心电路设计 7

3.2.1单片机的选择 7

3.2.2MSP430最小系统电路设计 8

3.2.3电源电路 9

3.3数据采集电路设计 10

3.3.1温湿度传感器 10

3.3.2光敏电阻传感器 12

3.4远程控制电路设计 13

3.4.1红外遥控器的工作原理 14

3.5步进电机 14

3.6显示电路设计 15

3.7按键控制电路设计 16

第四章智能窗帘控制系统软件部分 17

4.1主流程图设计 17

4.2主要子程序流程图 18

4.2.1传感器流程图 18

4.2.2步进电机子流程图设计 19

4.2.3键盘子流程图设计 20

第五章仿真与调试 21

5.1软件的介绍与使用 21

5.1.1 IAR的介绍 21

5.1.2IAR的使用流程 21

5.2安装与调试 22

第六章总结与展望 23

小结与致谢 24

参考文献 25

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1物联网介绍

由于现在处于一个科技大爆炸的时代里，在技术的不断发展下，计算机已经是一个户户都拥有的一个科技产品，这让互联网也进入了人们的视线之中。这一现象的出现加快了人们的信息交流速度，减少了人们之间的“距离”使偌大的地球成为了一座“地球村”。信息之多、信息传播速度之快都是让人们所以想不到的，因此这是一个互联网的时代，是一个信息大爆炸的时代。互联网让人们的交流不在拘泥于面对面，使其即使不在同一地点只要拥有网络就可以进行通讯，这就容易引发人们的思考那么物与物之间是否也可以这样呢？这一问题很快便得到了答案：是可以的。“物联网”这一概念的提出是由美国麻省理工学院的一位教授教授说明的，物联网的核心仍然是互联网，同时也是互联网技术的延伸与拓展，同年麻省理工学院建立了“自动识别中心”并提出“万物皆可通过网络互联”。随后各个国家相继将对“物联网”给以了足够的重视与关注，所以物联网成为了新一代信息技术的重要成分之一，同时也是“信息化时代”的重要发展阶段。

1.1.2智能家居的介绍

智能家居是以住宅为核心，为了给人们建造一个舒适、安全和便利的居住环境就让其能够高度的智能化。这样的住宅不在是一个死物，智能化、自动化这些给以它灵魂。也真是因为它拥有属于自己的灵魂，这样可以通过适当的调整，智能家居便可以根据主人的意愿来进行行动，从而达到节能、高效的效果。

智能家居是现如今社会中最热门的话题之一，它的目的是通过通信技术对家居设备进行远程控制，为了能够很好的体现出智能家居的两个特点：“智能化”与“远程控制”。我们给予智能家居以眼睛也就是各种传感器，传感器可以采集各种数据交给单片机处理，然后由其内部程序来决定动作。

1.2国内外发展趋势

1.2.1国外发展现状

智能家居是物联网在人类生活的的具现化，智能家居通过物联网技术将家庭设备连接在一起并进行控制。这看起来是有点不可思议，但是“智能家居”这一概念起源是很早的，但是一直没有具体事例出现，直到1984年美国的联合科技公司将“智能化”这一概念运用到了美国的康涅狄格州的哈特佛市，随之移动网“智能型建筑”便出现在人们的眼前。这一“智能型建筑”的出现，让一些经济较发达的国家相继提出了智能家居的方案，也因为这样智能家居在这些国家里都得到了广泛的应用。

1.1984年美国出现第一幢智能建筑，众多国家提出智能家居方案。

2.1998 年新加坡举行的一个科技博览会中，它并提出新加坡自己的家庭智能化系统，这表明其智能家居得到了有效的发展。

3.在20世纪末美国市场里的智能家居的销售额在不断的增长着，而根据一些专家的预测，在21世纪初也就是近2000年的时候智能家居的销售额能够达到约24亿然后会持续增长到2004年的时候会到达148亿，这一数据就充分显示了智能家居的前景可观。

1.2.2国内发展现状

在国内智能家居仍然是作为一个新型产业，人们的消费观念还未形成，对智能家居这一新鲜事物还未有足够的认知所以国内市场并未打开。不过相信随着智能家居的推广普及，人们消费观念的形成，这可想而知智能家居的市场前景是非常光明的。也是因为这样，国内对智能家居这一行业愈来愈得到企业的重视，这让国内的相关企业如雨后春笋般的冒出来。

智能家居在中国的发展历程：

1.认知期（1994~1999）：中国刚开始接触智能家居这一行业对其还没有足够的认知。因此这时候还处于对这一行业的认知期间，这是也就是深圳有几家公司从事代理。

2.开创期（2000-2005）国内的沿海城市如上海、杭州、厦门等地，信后成立50多家智能家居研发企业，智能家居的市场开始得到改善国内的需求开始可以自给自足脱离进口。

3.徘徊期（2006~2010）：这一段时间由于上一次的恶性竞争，给智能家居行业带来负面影响：产品的不稳定、商家的夸大其词让用户对其效果产生了质疑。这让行业受到了一定冲击。这让国外的品牌看准了这一次的机会重新进入了中国市场，不过也是因为这样有外国的前车之鉴让国内的智能家居大公司找准了目标开始得到发展。

4.融合演变期（2011~2020）：进入2011年后智能家居的市场明显的看到了其增长的势头。接下来年进入了以个相对快速发展的阶段，不过也因为这样竞争便出现了行业内的并购现象成为了主流。

1.2.3发展趋势

智能家居的成功与否在于能不能够实现便捷高质量的生活，所以智能家居系统设计时便要遵循：实用便利、可靠、标准、方便、轻巧，这几个原则。但随着智能家居的快速发展越来越多的家居开始引进智能系统，所以智能家居所包括的内容应向多个方向开始拓展，这样有助于智能家居各个部分的系统兼容性，让它的控制手段得到增加。

1.3课题研究内容

对于这个课题的研究主要是让更多的人可以接收到智能家居所带来的便利生活，让智能家居的价格可以让大众也可以接受。

本片论文主要写的是基于单片机的智能窗帘控制系统。这个系统拥有多种控制手段即遥控和手动，同事这个控制系统还可以通过温度与亮度的变化自动让窗帘进行开或关。还有一块显示屏可以显示出当时屋内的温度、湿度这样可以有效的提醒主人环境的变化。

论文主要是写系统总体设计方案的研究，智能窗帘在控制器、通信模块、传感器模块的硬件设计和软件设计，系统的调试看是否能够达到预计效果。

参考文献

[1] 王静霞.片机应用技术（C语言版）.电子工业出版.2009.

[2]唐继贤.SP430超低功耗16位单片机开发实例 .北京航空航天大学出版社.2014.

[3]常慧玲.感器与自动检测.电子工业出版社.2009.

[4]阳宇轩.智能窗帘系统设计.电子技术与软件工程.2013.