1 窗自动控制系统 摘要：本设计以MSP430F149单片机为主控核心,集温度控制、湿度控制、光照
度控制、无线遥控及液晶显示为一体。系统主要通过光敏传感器来检测环境光照强度,利用A/D转换，最终通过直流电机来实现窗帘的各种不同开度,利用无线遥控及实时显示技术,实现窗及窗帘的开度控制，基本实现了智能化及人机交互的基本要求。该系统具有抗干扰能力强、灵敏度高、可扩展性强、成本低廉、维护方便等特点,不仅克服了传统窗帘功能单一、缺乏智能化的缺点,而且能适应多种复杂环境状况,具有良好的发展前景和应用价值。
关键词：MSP430F149，液晶显示，无线遥控 Summary of automatic control system for Windows Abstract: the core design for MSP430F149 microcontroller as the main
control, temperature control, humidity control, light control, wireless remote control and LCD as a whole. System mainly by light sensors to detect the ambient light intensity, using the A/D conversion, ultimately through the DC motors to achieve various different opening curtains, using wireless remote control and real-time display technology to achieve opening of window and curtain control, the basic realization of the basic requirements for intelligence and human-computer interaction. The system has a strong anti-interference ability, high sensitivity, good scalability, low cost and easy maintenance features, overcomes the shortcomings of traditional curtain features a single, lack of intelligence, and can adapt to a variety of complex environmental condition, has good prospects for development and application value.
Key words: MSP430F149, LCD display, wireless remote 2
1. 系统方案选择与论证 1.1. 总体设计 初步确定设计系统是由控制器模块、红外检测模块、温度测量模块、湿度检测模块、电机驱动模块、无线收发模块、键盘模块、液晶显示模块以及供电系统等模块组成。其系统框图如图1.1所示。
图1.1系统框图 1.2. 设计论证
1.2.1. 控制系统 方案一：采用FPGA控制。FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件，FPGA的集成密度和性能提高很快，其集成密度最高达500万门/片以上，系统性能可达200MHz。由于FPGA器件集成密度高，方便易用，开发和上市周期短，在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，并一在高密度的可编程逻辑器件领域中独占鳌头。但是基于SRAM编程的FPGA，其编程信息需存放在外部存储器上，需外部存储器芯片，且使用方法复杂，保密性差，而其对于一个简单的控制系统而言，使用FPGA有点大材小用，成本太高。 方案二：采用51系列单片机，该种芯片由。STC公司所生产的一种历史悠久的单片机。在运用方面相对很成熟，且有一套相对稳定的操作系统。但是该单片机的功耗较大,内部存储容量少,运行速度慢，在长时间的使用中会消耗大量的电量。 方案三：采用Msp430单片机。该系列单片机功耗低，速度块，适合于手持式检测设备。MSP430F149单片机是一款超低功耗单片机。2个16位定时器、8路快速12位A/D转换器、2个通用串行同步/异步通信信号接口和48个I/O口，片上集成60KB的FLASH等，有丰富的资源。软件没有限制，价格适宜。 通过比较上述三种方案的论证和比较，从设计的实用性、方便性和成本等诸多方面考虑，最终选择了以MSP430F149单片机作为系统主控芯片，采取方案三。
控
制
器
模
块
电机驱动模块
直流电机舵 机窗 帘
窗 红外检测模块
温度测量模块水滴检测模块
供 电 系 统无线收发模块无线收发模块
遥 控 器控
制
芯
片
键盘模块显示模块光强检测模块 3
1.2.2. 电机的论证与选择 方案一：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，很容易实现PWM调速。很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止、调速等操作。 方案二：采用舵机，它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度（比如180度。）与普通直流电机的区别主要在，直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动，不能一圈圈转（数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换，没有这个问题）。普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以。用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用。 综合本系统实际情况考虑，我们选择方案一的直流电机作为窗帘的驱动电机。选择方案二的舵机作为窗的驱动电机。
1.2.3. 定位模块 方案一： 采用超声波模块。超声波的检测距离长，可达到4.5m，而且该模块的反应速度也较快。但需要在碰到障碍物之后才会有返回值，而且该模块电路结构复杂，成本较高，功耗较大。 方案二：采用红外对管。红外对管由一对红外发射管和红外接收管组成。有一定的红外频率当两管靠近对齐时，即红外线照到接收管，则导通其导通特性与普通二极管相似。一般来说红外对管的有效距离为数米，而且灵敏度较高，控制方便，电路结构相对较简单 通过比较上述方案论证和比较，从设计的方便、功耗和成本等诸多方面考虑，最终选择了方案二，采用红外对管作为定位模块。
1.2.4. 温度采集部分 方案一：采用热敏电阻，可满足 40 摄氏度至 90 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于 1 摄氏度的信号是不适用的。 方案二：采用温度传感器DS18B20。DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源，测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃ 。单片机直接从中读出数据转换成十进制就是温度，使用方便。 基于DS18b20的以上优点，我们决定选取DS18b20来实现温度采集。
1.2.5. 显示部分 方案一：采用LCD1602液晶显示。它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，但不能显示较为复杂的汉字，屏幕相对较小，所显示的内容相对较少。 方案二：采用LCD12864液晶显示。LCD12864具有8位并行和串行数据传输，具有控制简单，操作方便显示内容丰富等特点。 通过以上两种方案的论证和比较，最终从课题的要求和实际情况的综合考虑，显示部分采用LCD1602液晶显示。采取方案二。 4
2. 系统硬件电路设计 2.1. 电机驱动电路 电机驱动电路主要有L298N芯片及外围电路组成，其驱动电路原理图如图2.1所示。该电路具有信号指示、转速可调 、抗干扰能力强、具有过电压和过电流保护、可单独控制两台直流电机、可单独控制一台步进电机、PWM脉宽平滑调速、正反转、采用光电隔离等特点。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。
图2.1 电机驱动原理图 2.2. 温度采集电路 温度测量传感器采用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625℃，采用寄生电源工作方式， CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图2.2所示。
图2.2 DS18B20接口图 2.3. 红外定位检测电路 红外对射探测器由收、发两部分组成，其电路原理图如图2.3所示。其中D2为红外发射管，D3为红外接收管。D3收到由D2发出的红外光信号而令 IC LM393电压比较器的3脚电位下降，2脚和3脚的电压比较(10k可调电阻的可以调节其灵敏度)，如果3脚电压小