帶時間控制的燈泡控制器

1、【 摘 要 】介紹無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的組成、AT89C51單片機串行口的工作方式及其與無線數(shù)字電臺接口的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)方法。一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過傳感器將捕捉的現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進行處理。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是一套利用無線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測量站發(fā)送到主控站的設(shè)備?！娟P(guān)鍵字】 無線數(shù)據(jù)傳輸 AT89C51單片機 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC采樣 采集 信號【Abstract】Introduction of wireless data transmission system co

2、mponents, AT89C51 Serial port works and wireless digital radio interface with the hardware and software design and implementation.Digital acquisition system in general, is to capture the scene through the sensor signal is converted to electrical signals by analog / digital converter ADC sampling, qu

3、antization, encoding, in order to digital signals into data memory, or sent to the microprocessor, or send the data wirelessly to the receiver for processing. Wireless data transmission system is kind of a use of wireless means, to collect the data sent by the stations to the master control station

4、equipment.【Key words】 Wireless data transmission AT89C51 Microcontroller A / D converter ADC sampling Collection Signal1 引言本設(shè)計采用STC單片機實現(xiàn)對紅外線發(fā)射接收及繼電器的控制，系統(tǒng)由STC單片機控制部分和紅外遙控及液晶顯示部分、 等組成。該系統(tǒng)由單片機作為主控機控制各個模塊的運行，定位控制準確，響應(yīng)及時，報警迅速并且還有人機界面，能夠在電腦上實現(xiàn)控制各個家居電器的狀態(tài)。除此以外，該系統(tǒng)還能夠進行簡單的單片機實驗，包括程序下載、串口調(diào)試、液晶顯示等。從實際運行情況看，該

5、系統(tǒng)工作穩(wěn)定，定位控制準確、響應(yīng)及時、編程靈活、功能齊全，比較理想的實現(xiàn)了設(shè)計指標的要求。一 系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計要求（1）基本要求：能夠?qū)崿F(xiàn)用紅外線或無線電控制家居電器的工作狀態(tài)，家電可以用發(fā)光二極管仿真替代，具備家庭防盜報警功能。（2）發(fā)揮部分：人機界面友好，能夠通過網(wǎng)絡(luò)控制家電。二 總體設(shè)計方案2.1設(shè)計思路題目要求設(shè)計一個家居電器控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)用紅外線或無線電控制家居電器的工作狀態(tài)。設(shè)計中為了提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，控制部分我們采用STC單片機完成，通過遙控器發(fā)射紅外線控制繼電器，從而間接去控制各個電器的狀態(tài)。防盜報警部分，我們采用熱釋電傳感器，預(yù)置報警電路工作時在檢測到人體的紅外信號后執(zhí)

6、行相應(yīng)的報警動作。2.2方案論證與比較 控制部分設(shè)計方案論證與選擇方案一、使用高端的ARM芯片和FPGA芯片作為主控芯片，可以輕松實現(xiàn)高速實時同步的功能，但是由于目前智能家居的實場競爭力相當大，若為了設(shè)計的簡單而失掉了產(chǎn)品最重要的價格優(yōu)勢，那么我們的產(chǎn)品將永遠對在實驗室里。方案二、采用性價比很高的STC單片機控制，既可實現(xiàn)穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計，又可以使生產(chǎn)成本控制在很低的范圍，所以，采用方案二。2.2.2 顯示部分設(shè)計方案論證與選擇方案一、采用兩個四位七段數(shù)碼管顯示，控制簡單易行，所占體積較小，但需要額外的驅(qū)動或擴展芯片，整體結(jié)構(gòu)不夠直觀大方。方案二、使用128X64LCD顯示，感覺美觀大方，顯示清

7、晰明了，所需的元件也較少。綜上所述，LCD電路簡單，性價比高，又能很好完成驅(qū)動作用，選擇方案二。在方案二的基礎(chǔ)上，我們還做了一個人機界面，能夠更加直觀方便的利用網(wǎng)絡(luò)進行控制。系統(tǒng)組成本系統(tǒng)由PC主機和單片機客戶端兩大部分組成，兩部分通過RS232協(xié)議通訊，實現(xiàn)實時同步數(shù)據(jù)的功能。單片機客戶端有以下部分主成：串口通信、PS2鍵盤控制、紅外遙控控制、光電傳感、熱釋電、溫度傳感、12864液晶模塊顯示、蜂鳴器報警、8路開關(guān)控制；PC主機端自身擁有人機交流模塊，用戶也可在PC端通過鍵盤和鼠標實現(xiàn)8路開關(guān)的控制；同時PC主機端負責接收并處理來自單片機客戶端的控制數(shù)據(jù)和防區(qū)數(shù)據(jù)，通過一定的算法實現(xiàn)單片機客

8、戶端與PC主機端的數(shù)據(jù)同步；PC主機端還負責同步系統(tǒng)時鐘和顯示溫度數(shù)據(jù)的功能；PC端在處理防區(qū)數(shù)據(jù)時有辨別防區(qū)和記錄最新防區(qū)報警時間的功能；其中實現(xiàn)實時同步的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)交流和中斷處理，以下在我們的系統(tǒng)總方框圖中將給出我們的處理算法。單片機客戶端系統(tǒng)總方框圖如圖-1所示。圖2-1 單片機客戶端系統(tǒng)總方框圖PC機主機端系統(tǒng)總方框圖如圖-2所示。三 單元電路設(shè)計3.1控制部分電路如圖3.1所示圖3.1 控制部分連接圖3.2 PS2部分電路如圖3.2所示：圖3.2 PS2接口硬件連接圖液晶顯示部分電路圖顯示部分電路如圖3.3所示：圖3.3 12864串行通信電路圖溫度傳感器部分溫度傳感器我們使用的是D

9、S1820 單線數(shù)字溫度計，DS1820數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。 DS1820通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS1820之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。 因為每個DS1820都有一個獨特的片序列號，所以多只DS1820可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。DS1820依靠一個單線端口通訊。在單線端口條件下，必須先建立 ROM操作協(xié)議，才能進行存儲器和控制操作。因此，控制器

10、必須首先提供下面5個ROM操作命令之一：1）讀ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳過ROM，5）報警搜索。這些命令對每個器件的激光ROM部分進行操作，在單線總線上掛有多個器件時，可以區(qū)分出單個器件，同時可以向總線控制器指明有多少器件或是什么型號的器件。成功執(zhí)行完一條ROM操作序列后，即可進行存儲器和控制操作，控制器可以提供6條存儲器和控制操作指令中的任一條。 一條控制操作命令指示DS1820完成一次溫度測量。測量結(jié)果放在DS1820的暫存器里，用一條讀暫存器內(nèi)容的存儲器操作命令可以把暫存器中數(shù)據(jù)讀出。溫度報警觸發(fā)器TH和TL各由一個EEPROM字節(jié)構(gòu)成。如果沒有對DS1820使用報警

11、搜索命令，這些寄存器可以做為一般用途的用戶存儲器使用?？梢杂靡粭l存儲器操作命令對TH和TL進行寫入，對這些寄存器的讀出需要通過暫存器。所有數(shù)據(jù)都是以最低有效位在前的方式進行讀寫。 圖2.7溫度傳感器控制電路電源部分本設(shè)計用到的電源主要為+5V 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖2.8 圖2.8 電源方框及波形圖a 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓U2變換成脈動電壓U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓U4。b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓U4受負載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加

12、了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓U0。圖2.9中電路提供+5V的電源；主要用于STC單片機、LCD顯示、鍵盤; 圖2.9電源部分 揚聲器控制電路在該智能打鈴系統(tǒng)中，我們用的是交流蜂鳴器，由于一般I/O口的驅(qū)動能力有限，在此我們采用了三極管9013來驅(qū)動蜂鳴器，其硬件原理圖如圖3.0所示。Beep與P3.7口相連，當Beep輸出高電平是蜂鳴器不響，而Beep輸出低電平時蜂鳴器發(fā)出響聲。我們只要控制Beep輸出高低電平的時間和變化頻率，就可以讓蜂鳴器發(fā)出悅耳的音樂了。 圖3.0揚聲器原理圖紅外遙控鍵盤控制部分矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線

13、和列線的每一個交叉點上，設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O口的利用率。先從P1口的高四位輸出低電平，低四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個鍵的特征編碼。舉例說明如何得到按鍵的特征編碼：假設(shè)“1”鍵被按下，找其按鍵的特征編碼。從P1口的高四位輸出低電平，即P1.4P1.7為輸出口。低四位輸出高電平，即P1.0P1.3為輸入口。讀P1口的低四位狀態(tài)為“ 1101”

14、，其值為“0DH”。再從P1口的高四位輸出高電平，即P1.4P1.7為輸入口。低四位輸出低電平，即P10P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為“E0H”。將兩次讀出的P0口狀態(tài)值進行邏輯或運算就得到其按鍵的特征編碼為“EDH”。用同樣的方法可以得到其它15個按鍵的特征編碼。矩陣鍵盤電路如圖3.1所示: 圖3.1鍵盤控制原理圖紅外遙控器整體電路圖如圖3.2所示圖3.2 紅外遙控器整體電路圖3.8串口部分電路串口調(diào)試原理圖如圖3.3所示： 圖3.3 串口調(diào)試原理圖家居控制電路家居控制電路如圖3.4所示：圖3.4 家居電器控制電路圖四 .軟件設(shè)計單片機主控部分：單片機部分采用C語

15、言編寫，共有9個模塊；PC機部分：PC機部分采用VB編寫，共有4個窗體；數(shù)據(jù)在單片機端經(jīng)過系統(tǒng)分析，簡圖如圖4.1所示，從中找出了不希望的中斷處理：圖3.5 多中斷穩(wěn)定性分析圖外串外串主主串外主串外主· ：表示該處產(chǎn)生的外部中斷數(shù)據(jù)不能譯出。主：表示該處為主程序。串：表示串口中斷接收到數(shù)據(jù)的處理程序。外：表示外部中斷接收到數(shù)據(jù)的處理程序。因此，最終采用了以下的算法實現(xiàn)了雙機實時同步通信！PS2模塊：第2套鍵掃碼單鍵舉例：組合鍵舉例：通碼和斷碼是以什么樣的序列發(fā)送到計算機使得字符出現(xiàn)在你的字處理軟件G里呢？因為這是一個大寫字母，需要發(fā)生這樣的事件次序 ：按下鍵 - 按下G 鍵 - 釋放

16、G鍵 - 釋放 Shift鍵，因此，發(fā)送到你的計算機的數(shù)據(jù)應(yīng)該是12h 34h F0h 34h F0h 12h 。因此，我們的PS2鍵盤數(shù)據(jù)讀取的算法如下表3.6所示：圖3.6 PS2算法流程圖第六節(jié) 時間控制一、時間繼電器時間繼電器也稱為延時繼電器，是一種用來實現(xiàn)觸點延時接通或斷開的控制電器。時間繼電器種類: 空氣阻尼式、電動式、晶體管式及直流電磁式等幾大類。時間繼電器按延時方式可分為：通電延時型和斷電延時型兩種。通電延時型時間繼電器在其感測部分接收信號后開始延時，一旦延時完畢，就通過執(zhí)行部分輸出信號以操縱控制電路，當輸入信號消失時，繼電器就立即恢復(fù)到動作前的狀態(tài)（復(fù)位）。斷電延時型與通電延

17、時型相反，它是在其感測部分接收輸入信號后，執(zhí)行部分立即動作，但當輸入信號消失后，繼電器必須經(jīng)過一定的延時，才能恢復(fù)到原來（即動作前）的狀態(tài)（復(fù)位），并且有信號輸出。1、外形結(jié)構(gòu)（a）外形圖 （b）結(jié)構(gòu)圖1線圈 2反力彈簧 3銜鐵 4靜鐵心 5彈簧片 6、8微動開關(guān) 7杠桿 9調(diào)節(jié)螺釘 10推桿 11活塞桿 12寶塔彈簧空氣阻尼式時間繼電器的外形結(jié)構(gòu)如圖所示。 它由電磁系統(tǒng)，延時機構(gòu)和工作觸點三部分組成。將電磁機構(gòu)翻轉(zhuǎn)180°安裝后，通電延時型可以改換成斷電延時型，同樣，斷電延時型也可改換成通電延時型。2、動作原理通電延時時間繼電器：通電時，電磁線圈1產(chǎn)生電磁，電磁力大于彈簧拉力，動鐵

18、心3被靜鐵心2吸引，推板5迅速頂?shù)轿娱_關(guān)，觸點進行動作，由于橡皮膜10內(nèi)有空氣，形成負壓，弱彈簧9的移動受到空氣阻尼作用，活塞桿6緩慢向上移動，到達設(shè)定的時間，桿杠7頂?shù)接|點微動開關(guān)15，觸點進行動作，微動開關(guān)15的動作相對于通電時間而言有一個延時，斷電時，微動開關(guān)15及16迅速復(fù)位。3、符號時間繼電器的符號分通電延時型和斷電延時型兩種，其文字符號為KT。（a）通電延時線圈（b）斷電延時線圈 （d）斷電延時斷開觸頭（c）通電延時閉合觸頭 （e）通電延時斷開觸頭 （f）斷電延時閉合觸頭4、型號含義JS結(jié)構(gòu)設(shè)計改進代號基本規(guī)格代號設(shè)計序號時間斷電器二、通電延時型時間繼電器控制線路 通電型時間繼電器控制線路 斷電型時間繼電器控制線路線路動作原理為：按下起動按鈕SB2，中間繼電器KA與時間繼電器KT同時通電，經(jīng)過一定的延時后，時間繼電器KT動作，接觸器KM通電。即： SB2± KA+ t KT+ KM+三、斷電型時間繼電器控制線路圖中時間繼電KT為斷電型時間繼電器，其動合延時斷開觸點在KT線圈得電時閉合，KT線圈斷電時，經(jīng)延時后該觸點斷開。線路動作原理為：SB2± KA+ KT+ KM+SB1+ KA- KT- KM-（延時）控制是以時間為參量進行的