基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 09 級 機電一體化 專業(yè)題 目： 基于單片機的 燈光控制系統(tǒng)設(shè)計 畢業(yè)時間： 二O一二年六月 學(xué)生姓名： 周維強 指導(dǎo)教師： 李玉軍 班 級： 09機電5班 2011 年 11月23日 計算機控制技術(shù)課程設(shè)計酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆各專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表姓名周維強班級09機電5班專業(yè)機電一體化指導(dǎo)教師第一次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師第二次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師第三次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師評語及評分成績： 簽字（蓋章） 年 月 日答辯小組評價意見及評分成績： 簽字（蓋章） 年 月 日教學(xué)系畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)小組意見簽字（蓋章） 年 月 日學(xué)院畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)委員會審核意見簽字（蓋章） 年 月 日說明：1、以上各欄必須按要求逐項填寫.。2、此表附于畢業(yè)論文 (設(shè)計)封面之后3 目錄一、引言6二、總體方案設(shè)計7（一）硬件方案論證71. 微處理器的選擇72. 傳感器的選擇73. 顯示器的選擇84. 通信方式的選擇85. 串行總線接口的選擇9（二）系統(tǒng)總體設(shè)計91. 系統(tǒng)的設(shè)計思路92. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖11（三）系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計11三、系統(tǒng)單元電路的設(shè)計13（一）主控制機電路設(shè)計13主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖5 所示： 1. 鍵盤的接口設(shè)計13（四）信號采集電路設(shè)計201. 光信號取樣電路設(shè)計202. TLC1549的接口設(shè)計203. TLC1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計214. 人體信號采集電路設(shè)計225. 人體紅外檢測探頭226. 比較電路237. DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計238. 輸出驅(qū)動電路設(shè)計24四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計25（一）鍵盤掃描程序設(shè)計25（二）LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計26（二）照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計261. 全部啟停控制程序設(shè)計272. 單獨啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計28（三）照明控制程序設(shè)計301. 全部定時控制程序設(shè)計302. 單獨定時控制程序設(shè)計31（四）RS485通信程序設(shè)計321. 主機部分通信程序設(shè)計322. 從機部分通信程序設(shè)計33五、總 結(jié)34六、致謝35七、參考文獻36八、附錄:系統(tǒng)硬件總原理圖37基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：現(xiàn)在的大學(xué)，由于學(xué)校開放型的管理模式，加之學(xué)生節(jié)能意識的淡薄，學(xué)校的很多教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然存在開燈現(xiàn)象；或者夜間許多教室，即使僅有幾個學(xué)生在教室自習(xí)，但室內(nèi)照明全部開啟。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。這種有意和無意的浪費，不僅是浪費了國家資源，而且給學(xué)校帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。本文介紹了基于單片機的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計算機控制技術(shù)，利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制，從而達到節(jié)能的目的。系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51和AT89C2051單片機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了通信、控制與顯示等功能。文中詳細地描述了控制電路的設(shè)計過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對于軟件設(shè)計主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計以及燈光控制、定時控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設(shè)計。在本次課程設(shè)計中首先是硬件方案的確定，接下來是對系統(tǒng)整體電路中各子模塊電路的設(shè)計，包括檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微控制器的工作電路、顯示電路測量電路的設(shè)計。通過不斷的摸索，最終實現(xiàn)了對燈光的控制。關(guān)鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89C51；AT89C2051；節(jié)能；采集電路一、引言隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、控制等技術(shù)的發(fā)展,智能建筑的發(fā)展越來越迅猛。目前，國內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當(dāng)自然光照度很好時，燈不能及時關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時，又不能及時打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費，而且不能滿足人對照明的基本需求，同時也給人的視力造成了很大的影響?，F(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，將更注重能量的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學(xué)的個性方面的要求。特別是近年來利用計算機工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復(fù)雜程度大大增加。所以要做到合理、經(jīng)濟、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電光源、燈具、照明控制系統(tǒng)。因此，適應(yīng)不同個人和工作需要，結(jié)合自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少了。而在大學(xué)校園的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也意識到了智能照明的重要性。相對商業(yè)樓宇而言，大學(xué)校園里的大功率動力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關(guān)鍵。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平，而且還能節(jié)省開支。二、總體方案設(shè)計（一）硬件方案論證對于燈光控制系統(tǒng)來說，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的設(shè)計成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設(shè)計，硬件的選擇和所選硬件的性能對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精度都有直接的影響。本系統(tǒng)硬件方案論證包括單片機、燈光控制系統(tǒng)的傳感器、通信方式、總線接口及顯示電路的選擇。1. 微處理器的選擇方案一：8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴程序存儲器,由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購買其它的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時/計數(shù)器（PWM）等芯片，從而造成成本較高，性價比低。方案二： ATMEL公司MCS-51系列單片機中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器，128字節(jié)內(nèi)部隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），15個IO口線，兩個16位定時計數(shù)器，個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口。根據(jù)本設(shè)計的要求，AT89C51芯片完全能夠滿足燈光控制系統(tǒng)所需要的處理器的性能和內(nèi)存。故本設(shè)計采用該AT89C51芯片。2. 傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計的要求，該控制系統(tǒng)需要兩種傳感器：一種是人體信號采集傳感器，另一種是光信號強度采集傳感器。用于人體信號采集的傳感器和光信號強度采集的傳感器有很多，這里根據(jù)設(shè)計的要求采用了以下傳感器：（1）熱釋電紅外傳感器：熱釋電紅外傳感器是一種基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。（2）光敏電阻式傳感器：光敏電阻會感應(yīng)光照強度的變化，自己電阻隨著光強度的增加而減小，進而通過電阻上的電壓變化來反應(yīng)光照強度的變化。傳感器輸出變化的電壓信號給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號的變化來決定下一步將要執(zhí)行的動作。光敏電阻是一種非常常用的光電組件。它可以十分快捷的反正出光照的變化，應(yīng)用電路也十分的簡單、實用。3. 顯示器的選擇方案一：LCD數(shù)碼管液晶顯示,由單片機驅(qū)動.它主要用來顯示大量數(shù)據(jù)、文字、圖形，能夠顯示的位數(shù)多，顯示得清晰多樣、美觀，但同時液晶顯示器的編寫程序復(fù)雜，價格昂貴，從而降低了整個系統(tǒng)的性價比，故不采用此種方案。方案二：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機多個I/O口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排除此方案。方案三：LED數(shù)碼管顯示器動態(tài)顯示方式下，將所有位的段選線并聯(lián)在起，由位選線控制哪位接收字段碼。采用動態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時刻只有一位顯示，其它各位熄滅。利用顯示器的余輝和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示足夠短，則人看到的就是五位數(shù)碼管同時顯示。在動態(tài)顯示方式下電路設(shè)計簡單，故采用此方式。本系統(tǒng)采用了四位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。4. 通信方式的選擇方案一：并行通信是指一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時傳送的通信方式。并行通信的特點是：各數(shù)據(jù)位同時傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，且只使用于近距離(十幾距數(shù)米)的通信，故不采用。方案二：串行通信是指一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式。串行通信的特點是：數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進行，最少只一需根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通信的距離可以從幾米到幾千米。由于串行通信方式具有使用線路少、成本低、特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用，因此本設(shè)計采用串行通信。5. 串行總線接口的選擇在串行通信時，要求通信雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，是不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通信。當(dāng)前流行的接口有：RS-232-C和RS-485。方案一：RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50，75，100，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制。例如，采用1 50pFm的通信電纜時，最大通信距離為l 5m。傳輸距離短的另一原因是RS一232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。方案二：RS-485總線，通信距離為幾十米到上千米時，因此長距離要求時被廣泛采用。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS一485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。故本系統(tǒng)采用RS-485接口。（二）系統(tǒng)總體設(shè)計1. 系統(tǒng)的設(shè)計思路本系統(tǒng)主要由三部分組成：（1）主系統(tǒng)；（2）次系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1。主控制器分控制器分控制器分控制器RS485接口RS485接口RS485接口RS485接口圖 1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖主系統(tǒng)：系統(tǒng)的主控制器通過RS-485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時將信息送給數(shù)碼顯示單元進行顯示，并有看門狗電路對運行程序進行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對照明燈具進行開關(guān)控制，并且利用實時時鐘芯片對照明燈具進行定時開關(guān)控制。電源8 9 C 5 1單片機數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路通信接口電路鍵盤晶振圖 2 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)看門狗電路次系統(tǒng)：分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖3 所示。系統(tǒng)在單片機的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統(tǒng)正常工作的工具。光信號采集電路89C2051單片機看門狗晶振時鐘電路人體信號采集電路可控硅控制電路圖 3 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)：該多機通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機，從機主要負(fù)責(zé)對分布的照明燈具進行控制，用中斷的方式接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖AC220V串口開關(guān)輸出圖 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計圖光敏管人體探測TLC1549DS12887AT89C2051從機1從機nAT89C51驅(qū)動繼電器AT89C51主機鍵盤LED顯示器電源電壓輸出（三）系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)作息時間、氣候、人體等因素全天候自動模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時開燈，雨天陰天時開燈，無人時關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時關(guān)燈，休息時間關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時，可有效防止無人燈（無人時開燈）無效燈（光線亮?xí)r開燈）、無限燈（休息時間開燈），從而達到節(jié)電目的。根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯菜單，如表1-1所示：表1-1控制系統(tǒng)邏輯菜單信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號電燈的開關(guān)狀態(tài)參數(shù)自然光照度人體作息時間邏輯狀態(tài)強無休息斷強無上課斷強有休息斷強有上課斷弱無休息斷弱無上課斷弱有休息斷弱有上課合如果假設(shè)：室內(nèi)光線強度為A：光線弱時A=1，光線強時A=0；人體信號為B：有人時B=1，無人時B=0；作息時間為C：上課時C=1，休息時C=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時D=1，斷開時D=0。則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2：表1-2控制系統(tǒng)邏輯菜單信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號電燈的開光狀況參數(shù)自然光信號人體作息時間符號ABCD邏輯狀態(tài)00000010010001101000101011001111由上述的真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達式為：D=ABC三、系統(tǒng)單元電路的設(shè)計本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心外加多種接口電路組成，共有六個主要部分：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、光信號采集電路、人體信號采集電路、時鐘控制電路DS12887、輸出控制電路、定時監(jiān)視器電路，如圖 4 所示。（一）主控制機電路設(shè)計主控制器采用AT89C51單片機作為微處理器，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖5 所示： 1. 鍵盤的接口設(shè)計鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)使用的是44矩陣式鍵盤，第一行從左到右為1、2、3、4，第二行為5、6、7、8，第三行為9、0、開、關(guān)，第四行為增值、減值、定時、確認(rèn)。該形式的鍵盤，每個按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連。每當(dāng)按下一個鍵時，對應(yīng)的行線與列線就會連通，這樣單片機就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。如圖6 ： 2. LED數(shù)碼顯示接口設(shè)計數(shù)碼顯示與驅(qū)動電路由74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段高有效譯碼器/驅(qū)動器、4個數(shù)碼管以及5個A1015三極管組成。由單片機的P0.0P0.3口輸出的四位BCD碼，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并輸出點亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機的P0.4、P0.5口輸出的信號經(jīng)74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號加在A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。4個7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。如圖7 ： 3. 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗，與AT89C51的接口電路附錄所示。MR與WDO經(jīng)過一個二極管連接起來，WDI接單片機的P2.7口，RESET接單片機的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：（1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。（2）對+5V電源進行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時，RESET為低電平，單片機正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時，RESET輸出高電平，對單片機進行復(fù)位。（3）看門狗定時器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機時，CPU不能在16s內(nèi)給出“喂狗”信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機復(fù)位，看門狗定時器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。（4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進行有效的復(fù)位。如圖8： （二）分控制器電路的設(shè)計分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機作為微處理器，AT89C2051也是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。分控制器系統(tǒng)的硬件電路如下：AC220V開關(guān)輸出圖 9 分控制器系統(tǒng)的硬件電路光敏管人體探測TLC1549DS12887AT89C2051驅(qū)動繼電器電源電壓輸出通信口AT89C2051單片機共有二十個引腳。P1口8個引角，準(zhǔn)雙向端口。P3口7個引角，準(zhǔn)雙向端口，并且每個端口都可復(fù)用，P3.0 、P3.1的串行通迅功能，P3.2、P3.3的中斷輸入功能，P3.4、P3.5的定時器輸入功能。根據(jù)各引角功能及本設(shè)計要求，將其接口電路設(shè)計如下：（三）RS485通信電路設(shè)計主機RXD TXDRXD TXD從機1RXD TXDRXD TXD從機n在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺單片機作為主機，多個單片機作為從機，主機控制整個系統(tǒng)的運行；從機采集信號，實現(xiàn)現(xiàn)場控制；主機和從機之間通過總線相連，如圖10 所示。主機通過TXD向各個從機（點到點）或多個從機（廣播）發(fā)送信息，而各個從機也可以向主機發(fā)送信息，但從機之間不能自由通信，其必須通過主機進行信息傳遞。 圖 10多機通信時，單片機的串行口只能工作在方式2、3。此時單片機發(fā)送或接收的一幀信息都是11位，1位起始位、9位數(shù)據(jù)位、1位停止位，其中第9位數(shù)據(jù)發(fā)送或接收是通過TB8或RB8實現(xiàn)的。當(dāng)主機發(fā)送地址信息時，使TB8=1，所有SM2=1的從機都將產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進行比較，其中被主機呼叫的從機的SM2位被清“0”；主機發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，使TB8=0，僅有SM2=0的從機才將產(chǎn)生中斷，接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機不予理睬。本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進行通信。在這里使用的是主從式通信方式，主機由主控制器充當(dāng)，從機為分控制器。主機處于主導(dǎo)和支配地位，從機以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，從機發(fā)送的信息只能為主機接收，從機之間不能直接通信。主機與從機的通信電路圖分別如圖 11與圖 12 所示。 圖 11 主機通信電路圖 圖 12 從機通信電路圖主機與從機選用的RS485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS 485通信的低功率收發(fā)器件，采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 A，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。 （四）信號采集電路設(shè)計信號采集電路設(shè)計包括光信號取樣電路的設(shè)計和人體信號采集電路的設(shè)計。1. 光信號取樣電路設(shè)計光信號取樣電路如圖 13 所示，圖中主要由光信號采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。在本次設(shè)計中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡寫為TI）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有自動采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達到()1LSB Max，芯片體積小等特點。同時它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統(tǒng)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機的接口電路簡單，占用I/O口資源少。 圖 13 光信號取樣電路2. TLC1549的接口設(shè)計TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口如圖 14 所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時，轉(zhuǎn)換時序開始允許I/O CLOCK工作并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從主機串行接口接收長度在10和16個時鐘之間的輸入序列。開始10個I/O 時鐘提供采樣模擬輸入的控制時序。 圖 14 TLC1549引腳及A/D接口電路 圖 15 TLC1549 方式 1 時序圖在CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機串行接口。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要10個時鐘脈沖。如果I/O CLOCK 傳送大于10個時鐘長度，那么在的10個時鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時間內(nèi)CS端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時要小心防止CS被拉至低電平。時序圖如圖 15 。3. TLC1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計/*- AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集-*/sbit ADCLK=P10;sbit ADOUT=P11;sbit ADCS=P12;/*-*/Void AetAD()uchar i=1,w,PickCount;uint vol;for(w=1;w=PickCount;w+)ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=0;/開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1;i=10;i+)/采集10位串行數(shù)據(jù)/給一個脈沖ADCLK=1;vol=1;if(ADOUT)vol|=0x01;ADCLK=0;ADCS=1;delay(21);/兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff;/P0口置初始輸入狀態(tài)4. 人體信號采集電路設(shè)計人體信號采集由人體紅外檢測探頭和比較電路組成。5. 人體紅外檢測探頭人體紅外檢測探頭由菲涅爾透鏡、熱釋紅外傳感器P2288組成。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基與熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器（以下簡稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。圖 16-1為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖 16-2為底視圖，圖 16-3為側(cè)視圖， P1、P2為兩個敏感單元，面積約21mm2，間距1mm。 圖 16-1傳感器頂圖 16-2傳感器底圖 16-3 傳感器側(cè)6. 比較電路比較電路如圖 17所示，由兩個運算放大器組成，輸入信號來自于紅外人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個獨立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓分別為0.45V和2.0V。圖 17人體信號比較電路通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號輸出。當(dāng)被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號后，運算放大器的“2腳”或“5腳”的電壓降為3.0V；當(dāng)被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號時，“2腳”或“5腳”的電壓降為1.0V。探頭故障斷路時，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。7. DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計圖 18 DS12887芯片管腳圖本次系統(tǒng)設(shè)計中，燈光設(shè)計有以時間作為基準(zhǔn)信號，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887為DALLAS公司生產(chǎn)的實時時鐘芯片，除具有實時鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時鐘芯片備份鋰電池，而且它與目前應(yīng)用廣泛的時鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容。采用DS12887芯片設(shè)計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。圖 18 顯示了DS12887管腳排列圖：DS12887接口設(shè)計原理圖如圖 19 ：圖 19 DS12887接口設(shè)計原理圖8. 輸出驅(qū)動電路設(shè)計單片機輸出控制信號電路如圖 20所示，由P2.0和P2.1口輸出的控制信號來實現(xiàn)室內(nèi)燈光的控制功能。 圖 20輸出控制電路當(dāng)P2.0口輸出的是“0”電平時，則由Q1、Q2兩個三極管組成的信號放大電路就被截止，則繼電器回路中無電流，所以，繼電器線圈無法工作，使得繼電器開關(guān)觸點斷開，電燈回路不通，電燈不亮。當(dāng)P2.1口輸出的是“0“電平時，三極管Q3截止，發(fā)光LED管電路不導(dǎo)通，發(fā)光LED管不亮，反之，發(fā)光LED管則亮。該發(fā)光LED管作為系統(tǒng)的故障提示燈來使用。該P2.1口有四種信號狀態(tài)并對應(yīng)不同的用戶提示信息，即常“1”（正常）：開啟室內(nèi)照明電器。?！?”（正常）：關(guān)閉室內(nèi)照明電器。四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計本燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括照明啟?？刂瞥绦颉⒄彰髁炼瓤刂瞥绦?、照明定時控制程序、人機交互程序以及串行通行等。 人機交互程序設(shè)計系統(tǒng)的人機交互程序設(shè)計，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。 （一）鍵盤掃描程序設(shè)計鍵盤掃描程序的流程圖如圖 21所示：圖 21鍵盤掃描程序的流程圖本系統(tǒng)的鍵盤采用的是44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。（二）LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計 LED數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖 22所示：圖 22 LED數(shù)碼顯示程序的流程圖（二）照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計照明的啟?？刂浦饕怯芍骺刂破靼l(fā)出指令，通過RS485通信方式或無線數(shù)傳方式控制全部或部分分控制器所控制照明燈具的啟停，因此照明啟?？刂瞥绦蛴蓛刹糠纸M成，即全部啟?？刂婆c單獨啟?？刂苾刹糠?。1. 全部啟停控制程序設(shè)計全部照明啟停控制系統(tǒng)是利用主控制器上的開、關(guān)按鍵來控制全部照明燈的啟停，控制命令是通過串口通信方式傳達到分控制器，分控制器再依據(jù)命令向P3.7口輸出高低電平，來達到控制燈泡亮和滅的目的。系統(tǒng)的主機和從機的控制程序流程圖如圖 23和圖 24所示：圖23全部啟?？刂浦鳈C程序流程圖 圖 24全部啟?？刂茝臋C程序流程圖2. 單獨啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計單獨照明啟?？刂葡到y(tǒng)是通過主機發(fā)送給指定的從機命令信息，來實現(xiàn)照明燈的啟?？刂?。主機首先發(fā)送從機地址，被叫到的從機向主機發(fā)送本機地址，然后主機向從機傳送數(shù)據(jù)，從機根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。該系統(tǒng)的主機和從機控制程序流程圖分別如圖 25與圖 26所示：圖 25 單獨啟?？刂浦鳈C程序流程圖 圖 26 單獨啟?？刂茝臋C程序流程圖（三）照明控制程序設(shè)計照明控制系統(tǒng)是利用從機即單片機AT89c51和時鐘芯片DS12887進行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實時數(shù)據(jù)，主機采用串口通信方式對從機進行定時時間的設(shè)置，從機然后根據(jù)設(shè)定的時間進行照明燈的啟?？刂?。1. 全部定時控制程序設(shè)計在全部定時控制系統(tǒng)中是通過主控制器向所有的分控制器發(fā)送廣播地址，分控制器在收到廣播地址后，使自己處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，然后主控制器向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送時間數(shù)據(jù)信息，分控制器在收到時間數(shù)據(jù)后寫入DS12887芯片，等到設(shè)定時間到達后，單片機發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。該系統(tǒng)的主機控制流程圖同圖 20 所示，從機的控制流程圖如圖 27 所示。圖 27 全部定時控制從機程序流程圖2. 單獨定時控制程序設(shè)計單獨定時控制的主機程序流程圖同圖 25所示，從機程序流程圖如圖 28所示。圖 28單獨定時控制從機控制程序流程（四）RS485通信程序設(shè)計RS485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機對從機的查詢方式通信。1. 主機部分通信程序設(shè)計系統(tǒng)中的主機通信程序分為4個部分，分別為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和發(fā)送數(shù)據(jù)部分。主機的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下：該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖 29所示。圖 29主機數(shù)據(jù)通信流程圖2. 從機部分通信程序設(shè)計從機通信程序也被分為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和接收數(shù)據(jù)部分4個部分。流程圖如下：圖 30