畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于AT89S51單片機(jī)的教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

1、摘 要 1 摘 要 本課題針對教室燈光的控制，分析了教室燈光智能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法， 提出了基于單片機(jī)設(shè)計教室燈光智能控制系統(tǒng)的思路，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了智 能控制系統(tǒng)的硬件模塊和相應(yīng)軟件部分。 該系統(tǒng)以 AT89S51 單片機(jī)作為控制模塊的核心部件，采用熱釋紅外人體傳 感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教 室合理開燈的條件，通過對人體存在信號和環(huán)境光信號的識別與判斷，完成對 教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有報警功能；同 時還采用了軟/硬件的“看門狗”等抗干擾措施。 本系統(tǒng)程序部分采用 C語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、條理清晰、通用性 好

2、，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，針對性強(qiáng)， 性價比高等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類院校對教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到 節(jié)能目的。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：智能控制器 熱釋紅外傳感器 單片機(jī) 引言 2 引言 當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。 作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。尤其現(xiàn)今越來越提倡低碳生活， 節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。但 是目前在校園內(nèi)，教室燈火通明，卻空無一人的現(xiàn)象屢見不鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源 浪費(fèi)，也對高校的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光控制

3、系統(tǒng)就可以很好地 實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的作用。 1 系統(tǒng)硬件組成 整個系統(tǒng)由中央控制電路、24 按鍵電路、光敏傳感電路、繼電器驅(qū)動電路、時鐘電路、 液晶顯示電路六個模塊組成。其中，光敏傳感電路模塊主要完成對教室當(dāng)前光線明暗程度 的判定，時鐘電路主要實(shí)現(xiàn)時基功能，兩者分別提供光照和定時數(shù)據(jù)供以單片機(jī)為核心的 中央控制模塊進(jìn)行邏輯判斷，單片機(jī)最終將運(yùn)算結(jié)果輸出到液晶顯示屏，同時對教室燈光 進(jìn)行控制。整個系統(tǒng)的硬件框圖如圖 1 所示。 11 中央控制模塊 系統(tǒng)中，中央控制器主要用于接收兩個外部數(shù)據(jù)，由此判斷是否定時時間已到，教室光 照是否充足?？刂破鞲鶕?jù)這兩個外部數(shù)據(jù)來進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)定時開關(guān)燈、刷新

4、液 晶顯示屏，同時可以通過鍵盤設(shè)置時間日期、查看相關(guān)信息 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，控制器選擇了宏晶科技公司提供的STCl2C4052AD 型單片機(jī)。該 款是一種高速、高可靠性單片機(jī)，工作電壓 5534V，F(xiàn)lash程序存儲器4K 字節(jié)， SRAM 為256 字節(jié)，2 個定時器，8 路 8 位 AD 轉(zhuǎn)換器，可通過串口實(shí)現(xiàn)在線編程、 AD 轉(zhuǎn)換、看門狗等功能。 12 液晶顯示電路 為了實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互界面，在本系統(tǒng)中采用 1602 液晶顯示屏來顯示用戶的設(shè)定作息 時間及用戶所查詢的信息。 點(diǎn)陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號及少量自定義符號的顯示 器。這類顯示器把 LCD 控制器點(diǎn)

5、陣驅(qū)動器字符存貯器全做在一塊印刷板上。系統(tǒng)選用 日立公司的 HD44780 液晶顯示。HD44780 具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移 動閃爍等功能。與 MCU 的傳輸可采用8 位并行傳輸或 4 位并行傳輸 2 種方式。液晶顯示 電路如圖 2 所示。 3 13 其他電路 按鍵電路主要由一個 24 的按鍵陣列組成，主要用于完成作息時間、當(dāng)前時間、定時時 間段的設(shè)定。光敏傳感電路實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的采集，其門限值可通過可調(diào)電阻調(diào) 節(jié)。指示燈主要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)工作狀態(tài)，如系統(tǒng)工作于自動控制模式還是強(qiáng)制模式，滅燈或 亮燈狀態(tài)等的指示。 2 系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)能夠采集室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并結(jié)合學(xué)

6、校作息時間對教室燈光進(jìn)行實(shí)時控制，達(dá) 到方便和節(jié)約能源的目的。電路存在兩種工作模式：自動控制模式和強(qiáng)制模式。 21 自動控制模式 系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)工作在自動控制模式，當(dāng)教室內(nèi)自然光線弱，光敏傳感器把感應(yīng)到的光強(qiáng) 信號送至單片機(jī)處理，輸出照明命令，則打開教室燈光，但因系統(tǒng)定時關(guān)燈時間與學(xué)校作 息時間一致，因此在非需要開燈的時間段內(nèi)，教室燈光自動關(guān)閉，達(dá)到節(jié)約用電的效果。 系統(tǒng)考慮到如果教室外自然光很強(qiáng)，但因某種需求需要拉上窗簾，這樣室內(nèi)光照就不太 理想，需要開燈，因而設(shè)置了兩路光敏傳感器，一路探測室內(nèi)光強(qiáng)，一路探測室外光強(qiáng)， 這體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。 22 強(qiáng)制模式 系統(tǒng)正常工作的情況下，通過按下

7、強(qiáng)制按鈕，就能對燈進(jìn)行強(qiáng)制開關(guān)的控制，通過該按 鈕也能使電路切換回自動控制狀態(tài)。設(shè)置強(qiáng)制按鈕主要考慮到有時需要對燈進(jìn)行強(qiáng)制控制， 例如需要在教室通過投影儀觀看電影時，為達(dá)到最佳的收看效果，需要關(guān)上燈。 3 軟件設(shè)計 系統(tǒng)采用 STC12C4052AD 單片機(jī)作為控制的核心，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算，因此軟件 設(shè)計是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行以及能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計功能的關(guān)鍵。本系統(tǒng)中 STCl2C4052AD 單片機(jī) 主要完成接收外部數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出控制數(shù)據(jù)。所以軟件的重點(diǎn)是：如何接收外部數(shù) 據(jù)，如何處理以及如何輸出控制數(shù)據(jù)。 因此，在該軟件實(shí)現(xiàn)中我們采用了模塊化的方案，整個軟件設(shè)計由初始化模塊、鍵盤 接收模

8、塊、中斷處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和定時輸出模塊五個模塊組成，系統(tǒng)程序主流程 框圖如圖 3 所示。 引言 4 初始模塊主要完成 IO 口、定時計數(shù)器、中斷以及液晶顯示屏的初始化，鍵盤接收模 塊主要用于接收初始變量，如當(dāng)前時間、作息時間等的設(shè)定。同時也接受相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢， 如查詢設(shè)定好的作息時間、光照閾值等，數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示當(dāng)前的時間、定時開關(guān)時 間以及用戶要查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)。 4 調(diào)試和總結(jié) 在整個系統(tǒng)設(shè)計完成之后我們在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對什么光線情況下應(yīng)該 開燈及系統(tǒng)在根據(jù)學(xué)校的作息時間上進(jìn)行了設(shè)定驗證、調(diào)試，結(jié)果顯示本系統(tǒng) 可以穩(wěn)定運(yùn)行且效果理想。 本系統(tǒng)主要應(yīng)用于教室的燈光控制，但是對于一

9、些公共場合，如會議室、辦 公室、樓道等場所，只要在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改動，也可以很好地滿足其需 要，因此本系統(tǒng)的可移植性好，具有比較大的市場潛力和廣泛的應(yīng)用前景. 目 錄 V 目 錄 摘摘 要要.I 第一章第一章 教室燈光控教室燈光控制器簡介與制器簡介與方案分析方案分析.1 1.1 教室燈光控制器簡介.1 1.2 系統(tǒng)控制方案分析.1 第二章第二章 系統(tǒng)控制模系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)塊的硬件設(shè)計計.3 2.1 系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡介.3 2.2 系統(tǒng)控制的主要硬件電路.3 2.2.1 系統(tǒng)主控電路.3 2.2.2 系統(tǒng)供電電路.4 2.2.3 數(shù)據(jù)采集電路.5 2.2.4 系統(tǒng)時鐘電路.7

10、2.2.5 繼電器驅(qū)動電路.8 2.2.6 超時報警電路.8 2.2.7 按鍵控制電路.9 2.2.8 系統(tǒng)看門狗電路.9 第三章第三章 控制模塊軟控制模塊軟件設(shè)計件設(shè)計.13 3.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊.13 3.1.1 系統(tǒng)自檢初始化.13 3.1.2 定時中斷處理設(shè)計.14 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊.14 3.2.1 人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn).14 3.2.2 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn).14 3.3 時鐘模塊.15 3.3.1 數(shù)據(jù)輸入輸出.15 3.3.2 時鐘程序設(shè)計.16 3.4 顯示驅(qū)動模塊.18 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分行及問題分析析.21 4.1 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及

11、步驟.21 4.2 主要問題分析.22 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.25 5.1 總結(jié).25 5.2 展望.25 致致 謝謝.27 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29 第一章 教室燈光控制器簡介與方案分析 1 第一章第一章 教室燈光控教室燈光控制器簡介與制器簡介與方案分析方案分析 1.1 教室燈光教室燈光控制器控制器簡簡介介 本課題設(shè)計的控制器可有效的實(shí)現(xiàn)教室燈光的智能控制。其輸入?yún)?shù)主要 是人體存在信號和環(huán)境光強(qiáng)度信號等外界因素。環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時不 開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時開燈，實(shí)驗證明這種方案可以 實(shí)現(xiàn)對教室燈進(jìn)行智能控制。 教室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開電燈直射

12、的位置，且人體傳感器安 置時應(yīng)使人體活動方向與人體傳感器中兩個熱釋電元連線方向垂直，這樣可使 人體存在信號采集更加靈敏、可靠，同時還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體 傳感器。 1.2 系系統(tǒng)統(tǒng)控制控制方案分析方案分析 該控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn) 自動與手動控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時，無論人是否存在，都 不開燈；在自然環(huán)境光較弱時，有人存在且超過一定時間，控制器自動打開電 燈，直到人離開后再延時一定時間后關(guān)燈。同時，還可設(shè)置作息時間來控制， 夜晚超過 12 點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動控制器的運(yùn)行，改用開關(guān)來手動控 制，以解決因特殊情況下，自動控制

13、器的不人性化運(yùn)行。 所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是 前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺。而軟件部 分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所 要實(shí)現(xiàn)的各項功能，達(dá)到設(shè)計目的。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 2 第二章第二章 系統(tǒng)控制模系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)塊的硬件設(shè)計計 2.1 系系統(tǒng)統(tǒng)控制控制模模塊塊的硬件的硬件構(gòu)成及構(gòu)成及簡簡介介 系統(tǒng)控制單元是以 AT89S51單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包 括：環(huán)境光采集電路、時鐘模塊、熱釋紅外傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵電 路、EEPROM 存儲模塊、超時報

14、警模塊、數(shù)碼管顯示模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示。 AT89S51 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 熱釋紅外傳感器 環(huán)境光采集電路 超時報警模塊 按鍵電路 數(shù)碼管顯示模塊 看門狗模塊 時鐘模塊 EEPROM 存儲器 模塊 圖 2-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖 環(huán)境光模塊采用光敏三極管來檢測環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時，電阻減小， 隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號轉(zhuǎn)化成電信號，實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)度 的檢測。 人體存在傳感器模塊采用 HP-208 是基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對人 體存在的檢測。 硬件時鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄 存器的實(shí)時時鐘芯片 DS1302。該電路

15、的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣 泛的使用。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護(hù)部分由 X5045 組成，X5045是一種串行通訊的 512 字節(jié) EEPROM，同時兼有看門狗和電源監(jiān)控功能鍵盤模塊。 2.2 系系統(tǒng)統(tǒng)控制控制的主要硬件的主要硬件電電路路 考慮到本系統(tǒng)安裝時受環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存 在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計過程中， 電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問題。 2.2.1 系系統(tǒng)統(tǒng)主控主控電電路路 本系統(tǒng)的主控模塊采用AT89S51 作為主控芯片，它是一種低功耗，8 位 CMOS 工藝處理器，具有 8K 在線

16、可編程 Flash 存儲器，片內(nèi)的 Flash 可多次編 程，為在線編程提供了方便。片內(nèi)有 128 字節(jié)的 RAM，4KB 的 EEPROM，由 于合理的安排使用片內(nèi) RAM 空間，所以沒有片外擴(kuò)展的 RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡 第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計 3 潔。該芯片的主要特征見如表 2.1： 表 2.1 AT89S51 主要特征 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 2-2 所示： 圖 2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng) (1) 40（Vcc）20（GND）腳間的電壓應(yīng)有 5V 。 (2) 18、19 腳分別與 20 腳間有 1.72.5V 電壓 (3) 9（RST）腳與 GND間電壓基本為 0 。 (4) 31 腳

17、（EA）與 20 引腳（GND）間電壓為 5V 。 2.2.2 系系統(tǒng)統(tǒng)供供電電電電路路 系統(tǒng)供電原理如圖 2-3 所示，采用+5V 電壓供電。本設(shè)計采用輸出電壓為 9V 的變壓器。系統(tǒng)接通 220V 交流電源后，將 220V交流電變壓到 9V，經(jīng)過二 極管全波整流、電解電容 C1，C2 濾波，再經(jīng)正輸出穩(wěn)壓器 LM7805，為了緩沖 負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容 C3，C4，最后得到+5V 的直流 電壓，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的 Vcc 端供電。. AT89S51 引腳外圍器件引腳說明 P0. 0-P0. 7ULN2803數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口 P2. 0-P2.

18、 7PNP-9012 基極數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口 P1. 0X5045SIX5045串行輸入端 P1. 1X5045SCKX5045串行時鐘端 P1. 2X5045CSX5045片選端 P1. 3 X504550 X5045串行輸出端 P1. 4工作狀態(tài)指示燈 P1. 5 DS1302CLK DS1302 時鐘線 P1.6 DS1302I/O DS1302 數(shù)據(jù)線 P1. 7 DS1302RST DS1302 復(fù)位線 P3. 0- P3. 1數(shù)據(jù)采集輸入端 P3. 3人體存在傳感器輸出信號端 P3. 4超時報警信號輸入端 P3. 7光敏三極管輸入信號端 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 4 圖 2-

19、3 系統(tǒng)供電電路 2.2.3 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集電電路路 教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的 環(huán)境光照強(qiáng)度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象。常見的環(huán)境光強(qiáng)度采 集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較高 的光敏三極管。此外，人體存在傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 一、環(huán)境光強(qiáng)度采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為電量的傳感器。采用的光敏三極管除了 具有光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的功能外，還具有對電信號的放大功能。 在無光照時，三極管的穿透電流很小，為暗電流，有光照時，產(chǎn)生的 Ib增大， 成為光電流Ie，光電流的大小與光照強(qiáng)度成正

20、比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨 光照強(qiáng)度變化而變化的電信號。光敏三極管具有靈敏度高，體積小，工作電壓 低，工作電流小，發(fā)光均勻穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，壽命長等特點(diǎn)。 環(huán)境光采集電路原理如圖為 2-4 所示。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時，光 敏三極管D6 呈現(xiàn)低阻狀態(tài)1K，三極管 Q12 的基極電壓升高，Q12 管飽和導(dǎo) 通，集電極輸出低電平。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度小于一定程度時，光敏三極管D6 呈現(xiàn)高 阻狀態(tài)100，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。其中調(diào)節(jié) R26 阻值， 可使三極管Q12 受環(huán)境光強(qiáng)度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。 圖 2-4 環(huán)境光電路 R25 10k Q12 NPN D6 PHOT

21、O R26 470k +5v p27 第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計 5 二、人體存在信號采集電路 人體存在傳感器采用 HP-208-N-L 人體感應(yīng)模塊(低電平輸出)。基于紅外線 技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器中。 人體傳感器的 1 號引腳為電源信號端 VCC，2 號引腳為采集信號輸出端 OUT，3 號引腳為地信號端 GND。其硬件連接如圖 2-5。 1 2 3 HP-208 C 680pf VCC p3.3 圖 2-5 人體存在信號采集電路 HP-208-N-L 功能特點(diǎn)： 全自動感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出低電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延 時關(guān)閉低電平，

22、輸出待機(jī)時的高電平。 兩種觸發(fā)方式：a.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，延時時間段一 結(jié)束，輸出將自動從低電平變?yōu)楦唠娖?；b.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平 后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持低 電平，直到人離開后至延時結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到人體 的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延 時時間的起始點(diǎn)). 具有感應(yīng)封鎖時間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時時間一結(jié)束， 可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。 此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于

23、 間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時 間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒幾十秒鐘)。 微功耗：靜態(tài)電流50 微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品； 輸出高電平信號：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對接； 技術(shù)參數(shù)：工作電壓：DC4.5V 至 DC24V 均可； 輸出低電平：0V，待機(jī)時的高電平為 3.3V； 延時時間：可制作范圍零點(diǎn)幾秒十幾分鐘； 封鎖時間：可制作范圍零點(diǎn)幾秒幾十秒； 觸發(fā)方式：L 不可重復(fù)；H 可重復(fù)； 感應(yīng)范圍：Vcc1+0.2V 時，由 Vcc2向 DS1302 供電，當(dāng) Vcc20； i- ) /循環(huán) 8 次移位 SCLK = 0； temp = addr； DI

24、O = (bit)(temp&0 x01)； /每次傳輸?shù)妥止?jié) addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； /發(fā)送數(shù)據(jù) for ( i=8； i0； i- ) SCLK = 0； temp = dat； DIO = (bit)(temp&0 x01)； dat = 1； SCLK = 1； CE = 0； /數(shù)據(jù)讀取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) unsigned char i，temp，dat1，dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 16 /發(fā)送地址 for ( i=

25、8； i0； i- ) /循環(huán) 8 次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0 x01)； /每次傳輸?shù)妥止?jié) addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； /讀取數(shù)據(jù) for ( i=8； i0； i- ) ACC_7=DIO； SCLK = 1； ACC=1； SCLK = 0； CE=0； dat1=ACC； dat2=dat1/16； /數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換 dat1=dat1%16； /十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制 dat1=dat1+dat2*10； return (dat1)； /初始化 DS1302 void Initial(void) Writ

26、e1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； /禁止寫保護(hù) Write1302 (WRITE_SECOND，0 x56)； /秒位初始化 Write1302 (WRITE_MINUTE，0 x34)； /分鐘初始化 Write1302 (WRITE_HOUR，0 x12)； /小時初始化 Write1302 (WRITE_PROTECT，0 x80)； /允許寫保護(hù) 3.4 顯顯示示驅(qū)動驅(qū)動模模塊塊 系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對話的一個重要通道。通過的顯示 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而方便對整個系統(tǒng)進(jìn)行 第三章 控制模塊軟件設(shè)計 17 必要的操作。本系統(tǒng)

27、中采用共陽極的數(shù)碼管，其中采用 ULN2803 作為驅(qū)動數(shù)碼 管的段選的芯片，采用簡單又便宜的 9012 三極管來驅(qū)動數(shù)碼管的位選，節(jié)約成 本，程序編寫簡單。 考慮到數(shù)碼管驅(qū)動信號要求的電流較大，采用功率驅(qū)動器件 ULN2803芯片。 此芯片是八組 NPN 型達(dá)林頓功放三極管集成芯片，典型的輸入電壓是 5V，集 電極輸出功率可達(dá) 50V0.6A。因此采用 ULN2803 共陽極數(shù)碼管的段信號驅(qū)動 器。而共陽極數(shù)碼管的位信號驅(qū)動則采用 8 個晶體管 9012來實(shí)現(xiàn)。又由于 ULN2803為低電平驅(qū)動，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取 反。然后將數(shù)據(jù)送到 ULN2803 輸入端相連接

28、單片機(jī)的 P0 端口即可。 每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)，然后再送該位數(shù)碼管的地址字節(jié)，直到 8 位顯示完全。 本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要顯示查看的數(shù)據(jù)有時鐘及顯示數(shù)值。正常工作中8 位顯示器顯示實(shí)時時鐘，顯示小時、分鐘、秒，其中有兩位用來顯示“” ，用 以分隔顯示小時、分鐘和秒，這樣顯示更加清晰。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 18 第四章第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分行及問題分析析 4.1 單單片機(jī)系片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試統(tǒng)調(diào)試方法方法及步及步驟驟 單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及 軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求。 在對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時，首先

29、應(yīng)對硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時對系統(tǒng)軟件 進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對軟件和硬件進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常 工作. (1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在將芯片、傳感器等 元件連接到電路板上時，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性 接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行， 特別注意芯片的方向不要插反。 (2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時采用在計算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的 硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試 過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示 出來，通過這些顯示結(jié)果隨時跟蹤程

30、序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯誤。 (3)動態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開發(fā)系 統(tǒng)不能對硬件部分進(jìn)行診斷，同時也不能實(shí)時在線仿真，所以用戶程序還需跟 硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時對軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個單片機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行在線調(diào)試時，需借助仿真開發(fā)工具來對用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào) 試。 在應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時就 能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行程序。 而對于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動程序等，則需要配合硬件，進(jìn) 行在線調(diào)試，如果有邏輯錯誤，也要及時糾正修改。 程序調(diào)試完畢后，利用編程

31、器將程序固化到單片機(jī)中，使整個系統(tǒng)運(yùn)行起 來。 各模塊電路調(diào)試流程圖如下示： 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 19 圖 4-1 電源調(diào)試 圖 4-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 圖 4-3 按鍵電路調(diào)試 圖 4-4 顯示電路調(diào)試 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 20 圖 4-5 采集電路調(diào)試 4.2 主要主要問題問題分析分析 在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題的分析與解決方案。 1電源供電電路中集成穩(wěn)壓器溫度過高。 分析解決：穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是：變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn) 壓器上的電壓較高，使 7805上的壓降過大。此問題可通過選用輸出電壓低些的 變壓器，并在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同

32、時增大散熱片來解決。 2人體存在傳感器有人存在時輸出高電平的電壓偏低 分析解決：人體存在傳感器輸出高電平的電壓偏低，單片機(jī)會產(chǎn)生誤判， 或采集不到正確的信號，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個 100K 的上拉 電阻。 3人存在的教室中，若人體超過十秒沒有活動，人體傳感器是不會有信號 輸出的，那么如何判定教室此時有人的問題。 分析解決 ：此問題在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，可將采集有人體信號存在的狀態(tài)適 當(dāng)延長保持二至五分鐘，并加以后續(xù)處理。 4單片機(jī)控制信號輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計產(chǎn)生動作。 分析解決：單片機(jī)輸出控制信號，在控制繼電器時，必須加三極管來驅(qū)動， 否則信號電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動作

33、，而且必須采用三極管的集電 極來驅(qū)動繼電器，最后再帶動負(fù)載。繼電器驅(qū)動電路中還需注意的是要與繼電 器線圈并聯(lián)一個續(xù)流二極管，增加對驅(qū)動三極管的保護(hù)。 5每次開機(jī)插上電源后，硬件時鐘顯示的時間都從所設(shè)初始值開始計時。 分析解決：硬件時鐘顯示的時間不正常。 解決辦法：一方面是充電電池沒有充電功能；另一方面是應(yīng)對硬件時鐘進(jìn) 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 21 行自檢。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 22 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 5.1 總結(jié)總結(jié) 該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89S51 單片機(jī)芯片為核心，通過相關(guān)電路的 驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設(shè)備(電燈)的控制，采用一個二極管閃爍顯示整個系

34、統(tǒng)的工作 狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中 多采用集成電路(ULN2803，DS1302，X5045等)，簡化了電路設(shè)計，同時節(jié)省了 單片機(jī) I/O 口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計，經(jīng) 實(shí)驗初步證實(shí)了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。 在保證穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件設(shè)計上盡量采用性價比高的元器件， 以降低成本。軟件設(shè)計上采用多任務(wù)形式對信號的采集、處理，達(dá)到最終控制 燈光的目的。 本控制系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時，不需要對原有設(shè)備電路進(jìn)行大 的改動，以降低實(shí)現(xiàn)教室燈光智能控制的成本。 5.2 展望展望 由于教室大小面積各不相同