智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(畢業(yè)設(shè)計(jì)) 定稿

1、河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文論文題目 智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(畢業(yè)設(shè)計(jì))專 業(yè)： 信息工程系 班 級(jí)： 11-1 學(xué)生姓名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)教師： * 完成日期： 2014-4-21 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文I 摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文介紹了基于單片機(jī)AT89C51 的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有

2、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(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)照明的控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)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(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了通信、信號(hào)采集、控制與顯示等功能。使用光電子鎮(zhèn)流器，使光源具備自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括：光信號(hào)取樣電路、人體信號(hào)采集電路、鍵盤與 LED 顯示電路、RS485 通信電路、照明燈控制電路、看門狗電路以及信號(hào)處理電路等。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計(jì)以及燈光控制、定時(shí)控制、鍵盤掃描與 LED 顯示等程序

3、設(shè)計(jì)。工作時(shí),光信號(hào)取樣電路采集光照強(qiáng)弱、人體信號(hào)采集電路采集室內(nèi)是否有人、是否為工作時(shí)間等信息并將信號(hào)送到單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)這些信息通過(guò)控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作,從而實(shí)現(xiàn)照明控制,以達(dá)到節(jié)能的目的。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字 智能控制，主控制器，分控制器，單片機(jī)，定時(shí)控制河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文II ABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, the system of control based on Single-chip Microcomputer is widely applied in indust

4、ry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional systemelectronic circuit. At the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the su

5、bstantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some effective and energy saving control strategys of lighting system

6、are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system includes hardware and software design in two parts. The host controller of the control system

7、for lighting is based on AT89C51 single-chip microcomputer, and the auxiliary ones are based on AT89c2051. The system can do many jobs, such as wired communication, Signal Acquisition,wireless data transmitting, controlling and display.Use of electonic ballasts;the light source with automatic adjust

8、ment function .The paper describes the designing process of the circuit at length, including: Optical signal sampling circuit, the body signal acquisition circuit, keyboard and LED display circuit, RS485 communication circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circ

9、uit, etc. The designing of software mainly includes the several programming, such as wired communication, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning ,LED displaying and signal processing circuit. The wired communication programming function is that through Master-slave communication

10、 method based on RS485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc. Work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoo

11、r collecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,MCUcontrol circuiti based on these information through the switching operation of lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy.Key Words:

12、 Intelligent control，Host controller, Auxiliary controller, Single-chip microcomputer, Timed controlling河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文III 目目 錄錄摘要 .IABSTRACT .II1 緒論 .111 課題研究背景 .112 課題研究的目的和意義.113 智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 .214 國(guó)內(nèi)外智能照明發(fā)展?fàn)顩r .215 智能照明系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) .316 智能照明控制系統(tǒng)的組成 .317 現(xiàn)有智能照明系統(tǒng)的分析 .32 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .421 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) .422 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 .5

13、221通信系統(tǒng).5222上位機(jī)系統(tǒng).5223下位機(jī)系統(tǒng).63 硬件電路設(shè)計(jì) .83.1 系統(tǒng)硬件總述 .83.2 CPU 性能介紹 .9河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文IV 3.3 主控室電路設(shè)計(jì) .93.3.1鍵盤接口設(shè)計(jì).103.3.2數(shù)碼顯示設(shè)計(jì).103.3.3看門狗監(jiān)控電路設(shè)計(jì).113.4 分控制器的電路設(shè)計(jì) .113.5 光信號(hào)取樣電路 .123.6 人體信號(hào)采集模塊 .133.6.1人體紅外探頭.133.6.2信號(hào)處理電路.143.6.3比較電路.153.7 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .164 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) .174.1 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì) .184.1.1鍵盤掃描程序設(shè)計(jì).184

14、.1.2數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì).214.2 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì) .214.3 通信程序設(shè)計(jì) .244.3.1主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì).264.3.2從機(jī)部分通訊設(shè)計(jì)程序.265 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì).275.1 干擾產(chǎn)生的后果 .275.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) .285.3 軟件抗干擾技術(shù) .28河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文V 5.3.1數(shù)據(jù)采集誤差的軟件.285.3.2程序運(yùn)行失控的軟件對(duì)策.28總結(jié) .30致 謝 .31參考文獻(xiàn) .32附 錄 .33河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文1 1 緒論11 課題研究背景改革開放 30 年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民生活水平質(zhì)量

15、也得到了巨大的提高，人們對(duì)照明的需求也越來(lái)越高。從最初只提供亮度的基本功能到現(xiàn)在產(chǎn)了多方面的需求：除了提供適宜的環(huán)境亮度以外，還要營(yíng)造優(yōu)雅舒適的氛圍；用戶方要求控制方式靈活方便，能實(shí)現(xiàn)按需配置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低運(yùn)行費(fèi)用；施工方要求安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；設(shè)計(jì)方要求系統(tǒng)能提供滿足用戶多樣性要求的各種技術(shù)手段。需求的變化導(dǎo)致控制方式的改進(jìn)：從傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)演變?yōu)殡娮蛹夹g(shù)的智能照明系統(tǒng)。能源短缺是 21 世紀(jì)國(guó)際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以如何來(lái)節(jié)省電力能源也成為了一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。從節(jié)約資源、對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)、節(jié)省部門經(jīng)費(fèi)支出等多方面考慮，辦公

16、室、高校教室等公共場(chǎng)所照明的節(jié)電問(wèn)題不得不提到重要的議事日程上來(lái)。目前常用的節(jié)電方式為手工控制，聲控型，太陽(yáng)能燈等。手工方式操作起來(lái)不靈活，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。聲控型往往判斷不準(zhǔn)確，不需要的時(shí)候也也會(huì)經(jīng)常亮。太陽(yáng)能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響。因此市場(chǎng)上迫切需要一種操作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。12 課題研究的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明器具節(jié)能和科學(xué)管理提出了更高的求，使得照明控制在智能樓宇領(lǐng)域的地位越來(lái)越重要。而在樓宇大廈建設(shè)熱潮中各公司和企業(yè)也意識(shí)到了智能照明的重要性。商業(yè)樓宇中大功率設(shè)備一般數(shù)量較少。而照明器具則比較多。使用照明控制系統(tǒng)更能體現(xiàn)在

17、節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢(shì)，提高建筑的科學(xué)管理水平。傳統(tǒng)樓宇公共區(qū)域的照明模式，只能是白天關(guān)燈、河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文2 晚上開燈，而采用智能照明控制系統(tǒng)后，用戶可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同的人流量，對(duì)時(shí)間段和工作模式進(jìn)行劃分，把不必要的照明燈具關(guān)掉，在需要時(shí)自動(dòng)開啟；同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，在保證必要照明的同時(shí)，有效減少了燈具的工作時(shí)間，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長(zhǎng)了燈具的壽命。雖然智能照明系統(tǒng)最基本的功能是開關(guān)作用，與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)似乎并無(wú)差異，但前者以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔，在一般的情況下，不需要用戶的參與，照明系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能大大減少了人們的管理工作。 智能照明控制系

18、統(tǒng)減少燈具使用時(shí)間，能有效節(jié)約能源，由于我國(guó)以前的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式已經(jīng)導(dǎo)致資源匱乏，這種一味地靠資源和犧牲環(huán)境來(lái)?yè)Q取 GDP 的增長(zhǎng)的外延擴(kuò)展方式已經(jīng)走到盡頭，所以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在照明行業(yè)推廣智能照明系統(tǒng)具有重要的意義。13 智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀智能控制技術(shù)發(fā)展方向主要有基于人工智能技術(shù)的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向，在智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向上，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機(jī)結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來(lái)的一個(gè)熱門課題。14 國(guó)內(nèi)外智能照明發(fā)展?fàn)顩r “智能建筑”是綜合計(jì)算機(jī)、信息通信等方面最先進(jìn)的技術(shù)，使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防

19、盜、運(yùn)輸設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合管理自動(dòng)化、遠(yuǎn)程通信和辦公自動(dòng)化的有效運(yùn)作，并使這三種功能結(jié)合起來(lái)的建筑。人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。正如英國(guó)的 Glasgow 市報(bào)指出： “Glasgow 正在成為一個(gè)研究和發(fā)展太空時(shí)代智能建筑的國(guó)際組織的神經(jīng)中樞。在智能建筑中的智能照明、供熱、空調(diào)、通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制與管理。 ”河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文3 面對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了不少智能照明設(shè)計(jì)，如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開發(fā)的 Dynalie 智能照明控

20、制系統(tǒng)，美國(guó)的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。15 智能照明系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)智能照明控制系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)并輔助以其它手段，對(duì)電力照明實(shí)行自動(dòng)控制，提供合適照明光環(huán)境的同時(shí)降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費(fèi)用。智能照明控制系統(tǒng)于手動(dòng)照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛，改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長(zhǎng)光源壽命，管理維護(hù)方便等。 16 智能照明控制系統(tǒng)的組成智能照明控制系統(tǒng)主要由輸入裝置、處理器和執(zhí)行器三個(gè)部分組成。輸入裝置可以不斷檢測(cè)周圍環(huán)境的照度水平，可以探測(cè)到某個(gè)區(qū)域是否有人移動(dòng)，以及輸入人們的控制指令，并把相應(yīng)的信號(hào)傳送給處理器。輸

21、入裝置包括傳感器、定時(shí)裝置和控制面板或遙控器。處理器接受輸入裝置的信號(hào)，經(jīng)過(guò)信息處理、判斷、分析，輸出控制信號(hào)。執(zhí)行器與燈具直接連接，控制燈光回路的閉合或斷開和調(diào)節(jié)燈光到相應(yīng)的水平，包括手動(dòng)開關(guān)17 現(xiàn)有智能照明系統(tǒng)的分析澳大利亞邦奇開發(fā)的 Dynalite 分布式智能照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是模塊化結(jié)構(gòu)和分布式控制，各功能模塊之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線直接相互通信，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其它模塊，可靠性高。美國(guó) LC&D 智能照明控制系統(tǒng)是一套由計(jì)算機(jī)微處理器控制的低壓繼電器配電盤組成，按照客戶對(duì)室內(nèi)外照明的具體要求，設(shè)定照明控制的時(shí)間、區(qū)域、方法來(lái)控制每一個(gè)獨(dú)立的回路，也有手動(dòng)開關(guān)直接控制。

22、河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文4 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能照明系統(tǒng)具有集中控制、多點(diǎn)操作、集中顯示、停電自鎖、免打擾、遙控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒適。但是，國(guó)內(nèi)外智能照明系統(tǒng)的研究存在著如下問(wèn)題：（1）現(xiàn)有國(guó)外智能照明系統(tǒng)主要控制照度這個(gè)數(shù)量指標(biāo)，國(guó)外的研究主要集中于辦公室照明，以節(jié)能為主要目的，但據(jù)照明科技最新研究成果表明，非定量指標(biāo)（如舒適性和藝術(shù)性等）對(duì)室內(nèi)照明光環(huán)境質(zhì)量影響更大。（2）國(guó)內(nèi)一些智能照明控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和集中顯示，具有一定的智能性，但其只能控制房間中的一個(gè)燈或一組燈的開、關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制，也不能對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生多種照明效果。（3）

23、針對(duì)住宅照明光環(huán)境研制的智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品很少，還有很大的開發(fā)前景。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章根據(jù)論文課題要求的性能指標(biāo)進(jìn)行方案論證，給出課題要求的性能指標(biāo)，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)

24、計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文5 語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主

25、控制器通過(guò)有線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。221 通信系統(tǒng)該多機(jī)通信系統(tǒng)采用 RS-485 半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來(lái)的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。如圖 2-1 所示222 上位機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的主控制器通過(guò) RS-485 總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 2-2 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和命令，通河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文6 過(guò)可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制，并且利用

26、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制223 下位機(jī)系統(tǒng)分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來(lái)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(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文7 室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)氣候、人體等因素全天候自動(dòng)模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時(shí)開燈，雨天陰天時(shí)開燈，無(wú)人時(shí)關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時(shí)關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時(shí)，可有效防止無(wú)人燈（無(wú)人時(shí)開燈）無(wú)效燈（光線亮?xí)r開燈） ，從而達(dá)到節(jié)電目

27、的。根據(jù)上述要求，可以畫出如表 2-1 所示控制系統(tǒng)邏輯功能表。關(guān)系如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為 A：光線強(qiáng)時(shí) A=1，光線弱時(shí) A=0；人體信號(hào)為 B：有人時(shí) B=1，無(wú)人時(shí) B=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為 D：合時(shí) D=1，斷開時(shí) D=0。由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為： D=A 非B表 2-1 系統(tǒng)邏輯 (真值表)河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文8 3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件總述系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心外加多種接口電路組成，共有六個(gè)主要部分： STC89C52RC 芯片、光信號(hào)采集電路、人體信號(hào)采集電路、時(shí)鐘控制電路 DS1302、輸出控制電路、定時(shí)監(jiān)視器電路，如圖 3-1 所示河南

28、建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文9 3.2 CPU 性能介紹STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KBEEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作

29、，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。3.3 主控室電路設(shè)計(jì)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(dòng)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 3-2 所示。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文10 3.3.1 鍵盤接口設(shè)計(jì)鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)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

30、、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、取消、確認(rèn)。該形式的鍵盤，每個(gè)按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)的 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 相連。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通，這樣單片機(jī)就能檢測(cè)出信號(hào)，并通過(guò)鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。3.3.2 數(shù)碼顯示設(shè)計(jì)顯示模塊采用點(diǎn)陣字符液晶顯示器 LCD1602， LCD1602 專門用來(lái)顯示數(shù)字、河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文11

31、 字母、常見圖形符號(hào)。顯示器把 LCD 控制器、點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器、字符存儲(chǔ)器集成在一起，字符型液晶顯示模塊由內(nèi)置 192 個(gè)字符，所以使用起來(lái)非常的方便，而且顯示界面非常清晰，能較好的顯示當(dāng)前的年、月、日、時(shí)、分、秒及相關(guān)信息。3.3.3 看門狗監(jiān)控電路設(shè)計(jì)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 STC89C52RC 的接口電路如圖 3-2 所示。MR 與 WDO 經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連接起來(lái)， WDI 接單片機(jī)的 P3.3 口， RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET， MR 經(jīng)過(guò)一個(gè)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

32、上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過(guò)復(fù)位門限電壓4.65V， RESET 端輸出 200ms 的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。（2）對(duì)+5V 電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V 電源正常時(shí)， RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V 電源電壓降至+4.65V 以下時(shí)， RESET 輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。（3）看門狗定時(shí)器被清零， WDO 維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)， CPU 不能在 1 6s 內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)， WDO 跳變?yōu)榈碗娖?，由?MR 端有一個(gè)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(jī)復(fù)位，看門狗定時(shí)器清零， WDO 又恢復(fù)成高電平。（4）

33、手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。3.4 分控制器的電路設(shè)計(jì)由于條件限制，分控制器仍采用采用 STC89C52 單片機(jī)作為微處理器。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文12 3.5 光信號(hào)取樣電路光信號(hào)取樣電路如圖 3-7 所示，圖中主要由光信號(hào)采集電路和比較輸出電路組成。信號(hào)經(jīng)過(guò)采集送入 MAX485 同相輸入端，通過(guò)芯片處理后，最終由 Ro 腳輸出相應(yīng)高電平或低電平，送入單片機(jī) P2.1 口，由單片機(jī)接收并作為開關(guān)等的依據(jù)。電路中電位器可調(diào)節(jié) B 端的輸入電壓，從而調(diào)節(jié)在不同光強(qiáng)下設(shè)置開關(guān)燈門限。在此電路中，光敏電阻在不同光強(qiáng)下呈現(xiàn)不同阻

34、值，當(dāng)光照強(qiáng)度變小時(shí)，其阻值變大，使得加在光敏電阻上的電壓變大，經(jīng)過(guò) 82K 電阻再次分壓后，如達(dá)到導(dǎo)通三極管電壓，即加在 MAX485 的 A 腳的電壓隨之變化，達(dá)到比較效果。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文13 3.6 人體信號(hào)采集模塊人體信號(hào)采集由人體紅外檢測(cè)探頭和比較電路組成，本設(shè)計(jì)中直接使用夠買的成品人體紅外感應(yīng)報(bào)警模塊。3.6.1 人體紅外探頭熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí),在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這樣可大大提高接收靈敏度,增加檢

35、測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明,熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡,則其檢測(cè)距離僅為2 m左右;而配上菲涅爾透鏡后,其檢測(cè)距離可增加到10 m以上。靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出。動(dòng)態(tài)情況下，人體經(jīng)過(guò)探頭先后被A源或被B源感應(yīng)， SaSb河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文14 產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出。3.6.2 信號(hào)處理電路本設(shè)計(jì)采用 BIS0001 來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BIS0001 是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路,它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等

36、構(gòu)成。圖 3-10 中,熱釋電傳感器 S 極輸出信號(hào)送入 BIS0001 的 14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后,由 C3 耦合從 12 腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,最后從 12 腳輸出信號(hào) (Vo )送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。實(shí)驗(yàn)所得,當(dāng)傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí),Vo =4V 無(wú)人時(shí) Vo =0.4 V。BIS0001 的 1 腳接高電平,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出 Vo (高電平)的延遲時(shí)間 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小調(diào)整;觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 由外部 R9 和 C6 的大小調(diào)整。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)

37、院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文15 3.6.3 比較電路比較電路如圖 3-11 所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號(hào)來(lái)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(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供 電路比較所用。 即運(yùn)算放大器 D1 的 6 腳和 D2 的 1 腳電壓分別為 0.45V 和 2.0V。 通過(guò)比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)被動(dòng)紅外探頭 在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的“2 腳”或“5 腳”的電壓降 為3.0V；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒(méi)有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)， “2 腳”或“5 腳”的電壓降為 1.0V。探頭故障斷路時(shí)，則“2 腳”或“5 腳”的電壓降 為 0V。1.

38、探頭工作正常 “1 腳”的電壓恒定為 2.0V， “2 腳”的電壓有 1V 或是 3.0V 兩種狀態(tài)， “6 腳”的電壓恒定為 0.45V， “5 腳”的電壓與“2 腳”的電壓保持一致。 探頭將會(huì)根據(jù)有無(wú)人體信號(hào)在“2 腳”產(chǎn)生 1.0V 或 3.0V 兩種電壓信號(hào)。2.探頭工作不正常（由于故障或沒(méi)有安裝探頭） “1 腳”的電壓恒定為 2.0V， “2 腳”的電壓為 0V， “6 腳”的電壓恒定為 0.45V， “5 腳”的電壓為 0V。 探頭將只會(huì)產(chǎn)生一種電壓信號(hào) 0V。 具體的比較結(jié)果如下表 3-1 所示。表 3-1 探頭采集信號(hào)輸出狀態(tài)表通過(guò)比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時(shí)被動(dòng)紅外探頭

39、的對(duì)外界人體紅外信號(hào)的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過(guò)被動(dòng)紅外探頭的兩根電源線同時(shí)也傳輸了所采集的周圍環(huán)境的紅外信號(hào)，一舉兩得。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文16 3.7 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作 電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 是一個(gè) 7 路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí) ULN2003 輸出端為低電 平， 當(dāng)輸入端為低電平時(shí) ULN2003 輸出端為高電平， 繼電器得電吸合。 功能特點(diǎn)： 高電壓輸出 50V輸出鉗位二極管輸入兼容各種類型的邏輯電路應(yīng)用繼電器驅(qū)動(dòng)器輸出控制電路如圖

40、3-12 所示， 單片機(jī) P2.0 腳接 ULN2003 芯片 IN7 腳， 單片機(jī)向 IN7 輸入一個(gè)高電平時(shí)，芯片從 OUT7 腳輸出低電平，繼電器得電閉合。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文17 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)、中斷程序設(shè)計(jì)三大塊。軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是由軟件來(lái)定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，串行通信程序來(lái)完成控制功能，通過(guò)軟件定義鍵盤功能，通過(guò)編程完成 LED 數(shù)碼顯示等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一

41、個(gè)重要組成部分。 該照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明定時(shí)控制程序、人機(jī)交互程序以及串行通信等。本著軟件設(shè)計(jì)的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計(jì)方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法來(lái)完成的。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法雖然是早期的程序設(shè)計(jì)方法，但該方法還一直被廣泛地使用。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。照明控制系統(tǒng)軟件程序結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文18 4.1 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)，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。鍵盤用來(lái)輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管

42、用來(lái)顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的人機(jī)交互形式。4.1.1 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)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(diǎn)上。一個(gè) 44 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16 個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O 口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，在進(jìn)行鍵盤掃描時(shí)，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測(cè)矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號(hào)，如果有信號(hào)，那么就證明這根行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機(jī)就讀入這個(gè)鍵值。如果所有的四根行線都沒(méi)有信號(hào)，那么就換成把第二根列線

43、置高，再一次檢測(cè)行線有沒(méi)有信號(hào)，然后依次類推。由于一般人按鍵會(huì)有抖動(dòng)，抖動(dòng)信號(hào)造成鍵盤掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，或是掃描不進(jìn)數(shù)據(jù)，或是重復(fù)輸入很多次數(shù)據(jù)，因此需要有一個(gè)消除抖動(dòng)的程序。讓單片機(jī)不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)，而只響應(yīng)一次確實(shí)存在的按鍵信號(hào)。消抖動(dòng)程序是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，并不立即認(rèn)為是一次按鍵，而是延河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文19 時(shí)一段時(shí)間以后再進(jìn)行檢測(cè)，如果三次檢測(cè)都有信號(hào)，那么就認(rèn)為有一次按鍵動(dòng)作發(fā)生了。延時(shí)的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動(dòng)的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯(cuò)過(guò)較多的按鍵信號(hào)。鍵盤掃描程序的流程圖如圖 4-2 所示。 系統(tǒng)的按鍵定義除了

44、基本的數(shù)字鍵（09）外，將其它的鍵依次定義為開、關(guān)、增值、減值、取消、確認(rèn)六個(gè)命令鍵，其控制的基本功能是：（1） 通過(guò)數(shù)字鍵、確認(rèn)鍵輸入分控制器的地址以及定時(shí)功能的時(shí)間設(shè)置。 （2） 利用開、關(guān)鍵控制照明燈具的啟停。 （3） 利用增值、減值鍵控制照明燈具的亮度。 （4） 通過(guò)定時(shí)鍵來(lái)對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)控制的設(shè)置。 系統(tǒng)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)該功能，即定義開、關(guān)、增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)等命令鍵，利用鍵盤掃描程序獲取對(duì)應(yīng)命令鍵的鍵值，然后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文20 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文21 4.1.2 數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 LC

45、D1602 顯示模塊，利用單片機(jī)顯示程序讀取 DS1302 時(shí)鐘芯片時(shí)間，然后送 1602 顯示。 數(shù)碼顯示程序如圖 4-34.2 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)照明的啟?？刂浦饕怯芍骺刂破靼l(fā)出指令，通過(guò) RS485 通信方式或無(wú)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。主機(jī)與從機(jī)的數(shù)據(jù)通信波特率定為 9600 波特，每個(gè)從機(jī)都有唯一的地址號(hào)，用來(lái)區(qū)分各從機(jī)。單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時(shí)器 T1 為波特發(fā)生器，數(shù)據(jù)傳送格式為 1 位起始位，8 位數(shù)據(jù)位，1 位停止位，1 位可編程位（TB8） 。工作方式：定時(shí)器 T1 設(shè)置為方式 2，串口設(shè)置為工作方式 3。本系統(tǒng)的通信原理為：主機(jī)發(fā)送

46、地址有通用地址和單機(jī)地址兩種。控制全部從機(jī)是發(fā)送通用地址，控制單個(gè)從機(jī)時(shí)發(fā)送此機(jī)唯一地址。從機(jī)在建立與主機(jī)通信之前所有分機(jī)的 SM2 都置 1，即隨時(shí)處于對(duì)通信線路監(jiān)聽的狀態(tài)，只能收到主機(jī)發(fā)送來(lái)的機(jī)號(hào)信息。當(dāng)主機(jī)發(fā)送地址信息時(shí)，每幀數(shù)據(jù)的第 9 位都為 1，所有從河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文22 機(jī)都接收到地址信息，然后判斷主機(jī)是否呼叫本機(jī)或呼叫通用地址。如果呼叫通用地址則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，清除 SM2 位，不需要回復(fù)主機(jī)，開始接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的命令。如果呼叫本機(jī)則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，清除 SM2，并把本機(jī)地址號(hào)發(fā)送給主機(jī)作為應(yīng)答，然后才開始接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的信息。而其它從機(jī)由于地址號(hào)不符，

47、他們的 SM2 位仍然為 1，仍處于偵聽狀態(tài)，無(wú)法接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息。主機(jī)收到從機(jī)發(fā)送來(lái)的回應(yīng)信息后，比較主機(jī)已發(fā)送的地址號(hào)與剛接收的地址號(hào)是否相符，如果不符，則發(fā)出錯(cuò)誤信息；如果相符，則正式發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這時(shí)發(fā)送的每幀的第 9 位都為 0。只有 SM2=0 的從機(jī)才能接收到主機(jī)發(fā)送的信息。從機(jī)根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如果為打開命令，則輸出高電平閉合繼電器開關(guān)，開啟照明燈；如果為關(guān)閉命令，則輸出低電平斷開繼電器開關(guān)，停掉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)的控制程序流程圖如圖 4-4 和圖 4-5 所示。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文23 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文24 4.3 通

48、信程序設(shè)計(jì)在通信中，主機(jī)與各個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信，必須能對(duì)各個(gè)從機(jī)進(jìn)行識(shí)別，這一識(shí)別功能是利用串口控制寄存器 SCON 的 SM2 位實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)串口以方式 3 工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一幀信息都是 11 位，其中第 9 位數(shù)據(jù)位是可編程的，通過(guò)對(duì)SCON 寄存器的 TB8 位置 1 或置 0，以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀（規(guī)定地址幀的第 9 位為 1，數(shù)據(jù)幀的第 9 位為 0） 。若從機(jī)的控制位 SM2 被設(shè)為 1，則當(dāng)接收的是地址幀時(shí)，數(shù)據(jù)裝入 SBUF，并置 RI=1，向 CPU 發(fā)出中斷申請(qǐng)，若接收的是數(shù)據(jù)幀，則不產(chǎn)生中斷，信息被拋棄。若 SM2 被設(shè)為 0，則無(wú)論是地址幀還是數(shù)據(jù)幀都將產(chǎn)生

49、RI=1 中斷標(biāo)志，數(shù)據(jù)裝入 SBUF。利用這一功能，可以按照如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)通信： （1） 將所有 SM2 位置 1，使其處于只接收地址幀的狀態(tài)。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文25 （2） 主機(jī)發(fā)送一幀地址信息，其中前 8 位數(shù)據(jù)位表示通信的從機(jī)地址，第9 位為 1，表示當(dāng)前幀為地址幀。 （3） 從機(jī)接收到地址幀后，如果是廣播地址幀，則所有從機(jī)都將其 SM2 位置 0，準(zhǔn)備接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)或命令；如果不是廣播地址幀，則將本機(jī)地址與幀中地址進(jìn)行比較。如果地址相同，則將其 SM2 位置 0，并發(fā)送本機(jī)地址幀，然后準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。如果地址不同，則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)，SM2 位不變。 （4） 主機(jī)

50、發(fā)送數(shù)據(jù)幀，相應(yīng)的從機(jī)接收，其他從機(jī)則不受影響。 （5） 當(dāng)主機(jī)需要與其他從機(jī)通信時(shí)，可以再次發(fā)出地址幀尋呼從機(jī)，重復(fù)這一過(guò)程。 主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，按照表 4-1 的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。在程序中，第 9 位發(fā)送數(shù)據(jù)位 SCON 中的 TB8 位，第 9 位接收數(shù)據(jù)位為SCON 的 RB8 位，因此，發(fā)送數(shù)據(jù)前，可以通過(guò)對(duì) TB8 位置 1 或 0 來(lái)確定要發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。而接收數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)地址幀的判斷則是通過(guò)讀取 RB8 位來(lái)獲得的，RB8=1，當(dāng)前幀為地址幀，RB8=0，當(dāng)前幀為數(shù)據(jù)幀。 單片機(jī)的串口工作在方式 3 下，其波特率由定時(shí)器 1（T1）的溢出率決定，計(jì)算公式為：定時(shí)器 T1

51、 的溢出率的計(jì)算公式為：則波特率的公式變?yōu)椋汉幽辖ㄖ殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文26 系統(tǒng)所采用的晶振頻率為 11.0592MHz，T1 工作在模式 3 下，波特率=9600b/s。4.3.1 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的主機(jī)通信程序分為 4 個(gè)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(jī)的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下： （1） 主機(jī)首先向所有從機(jī)發(fā)送地址幀對(duì)要通信的從機(jī)進(jìn)行呼叫，發(fā)送地址幀時(shí)需將 TB8 位置 1。 （2） 發(fā)送地址幀后，如果發(fā)送的是廣播地址幀，則不需要從機(jī)應(yīng)答，待延遲一段時(shí)間后，調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)；如果發(fā)送的是非廣播地址幀，主機(jī)則要接收應(yīng)答

52、，若應(yīng)答信號(hào)中的地址與前面發(fā)送的地址并不相同，主機(jī)將重新發(fā)送地址幀呼叫，否則調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 （3） 發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主機(jī)等待從機(jī)的校驗(yàn)信號(hào)，如果接收到 0Xdd 數(shù)據(jù)，表示發(fā)送成功，通信結(jié)束，否則主機(jī)將重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直至發(fā)送成功。4.3.2 從機(jī)部分通訊設(shè)計(jì)程序從機(jī)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(gè)部分。從機(jī)部分的數(shù)據(jù)通信過(guò)程受主機(jī)控制，其基本的流程如下：（1） 初始化完成后，從機(jī)設(shè)置 SM2 位為 1，串口只接收第 9 位數(shù)據(jù)位為 1的地址幀，數(shù)據(jù)幀將被直接拋棄。 （2） 如果串口有數(shù)據(jù)接收（收到地址幀） ，則從機(jī)會(huì)將該幀中的地址信

53、息先與廣播地址進(jìn)行比較，如果是廣播地址，則做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，如果是其它地址，則與本機(jī)地址比較，如果相同，則發(fā)送應(yīng)答信息，應(yīng)答信息內(nèi)容應(yīng)為本機(jī)地址，否則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)，從機(jī)繼續(xù)處于等待呼叫狀態(tài)。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文27 （3） 程序調(diào)用接收函數(shù)接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)部分并作出應(yīng)答，接收到的數(shù)據(jù)保存至 SBUF 指向的緩沖區(qū)中。如果接收函數(shù)返回 0 xff,表示數(shù)據(jù)校驗(yàn)失敗，程序等待主機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。如果函數(shù)返回值為 0 xfe，表示從機(jī)在數(shù)據(jù)接收過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主機(jī)發(fā)送地址幀，程序?qū)⒎艞壆?dāng)前接收過(guò)程，將 SM2 位重新置 1，開始下一通信過(guò)程。如果函數(shù)返回 0，表示數(shù)據(jù)被成功接收，向主機(jī)發(fā)

54、送成功信號(hào)，隨后，程序?qū)?SM2 位置 1，重新開始。5 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，在安裝、調(diào)試后完全符合設(shè)計(jì)要求，但把系統(tǒng)置入現(xiàn)場(chǎng)后，系統(tǒng)常常不能正常穩(wěn)定地工作。產(chǎn)生這種情況的原因主要是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾，所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾技術(shù)變得越來(lái)越重要了。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中干擾是以脈沖產(chǎn)的形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的，其主要的渠道有三條，即空干擾多發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場(chǎng)附近，并通過(guò)靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部；供電系統(tǒng)干擾是由電源的噪聲干擾引起的；過(guò)程通道干擾是干擾通過(guò)前向通道和后向通道進(jìn)入系統(tǒng)的。干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)。系統(tǒng)接地裝置不可靠，

55、也是產(chǎn)生干擾的重要原因；各類傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫。5.1 干擾產(chǎn)生的后果（1）數(shù)據(jù)采集誤差的加大。 （2）程序運(yùn)行失常：控制狀態(tài)失靈。死機(jī)。 （3）系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作。單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，指向了其它地方，運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序；DRAM 中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存器的值被改變，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。中斷誤觸發(fā)，使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理。 （4）被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定。 （5）定時(shí)不準(zhǔn)。單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，使中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間；河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文28 RAM 中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。 （6）數(shù)據(jù)發(fā)生變化。5.2 單片機(jī)應(yīng)用

56、系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)（1）供電系統(tǒng)采用穩(wěn)定的開關(guān)電源并提供足夠的功率余量，主機(jī)部分使用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路，必要時(shí) I/O 供電分別采用 DC-DC 模塊隔離，以避免各部分相互干擾。 （2）注意印制電路板的布線與工藝。 （3）提高元器件的可靠性。選用質(zhì)量好的電子元件，并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、篩選和老化。設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。提高印制板和組裝的質(zhì)量。 （4）使用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)。雙機(jī)冗余，就是執(zhí)行同一個(gè)控制任務(wù)，可安排兩個(gè)單片機(jī)來(lái)完成，即主機(jī)與從機(jī)。 （5）用好去耦電容。好的高頻去耦電容可以去除高到 1AHZ 的高頻成份。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門

57、瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。5.3 軟件抗干擾技術(shù)5.3.1 數(shù)據(jù)采集誤差的軟件（1）用軟件濾波算法，可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的輸出控制錯(cuò)誤。（2）關(guān)鍵數(shù)據(jù)可使用軟件冗余技術(shù)，即給數(shù)據(jù)增加一定的冗余位，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能。5.3.2 程序運(yùn)行失控的軟件對(duì)策程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策，是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)并及時(shí)將系統(tǒng)引導(dǎo)到初始狀態(tài)。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文29 （1）指令冗余。對(duì) MCS-51 系列單片機(jī)，大部分指令為單字節(jié)，當(dāng)出錯(cuò)的程序落到其上時(shí)，出錯(cuò)的程序可自動(dòng)納入正軌；當(dāng)落到多字節(jié)指令的操作數(shù)時(shí)，程序?qū)⒗^續(xù)出錯(cuò)，所以在關(guān)鍵的對(duì)程序的流向起決定性的指令

58、之前插入兩條 NOP 指令，以使被彈飛的指令恢復(fù)正軌。 （2）使用程序監(jiān)視跟蹤定時(shí)器。 （3）設(shè)置程序指針陷阱。軟件陷阱將出錯(cuò)的程序捕獲并強(qiáng)行引入出錯(cuò)處理的程序，可安排在四個(gè)地方：未使用的中斷向量區(qū)，干擾可使未使用的中斷開放并激活中斷，在這些地方設(shè)置軟件陷阱就能及時(shí)捕獲到錯(cuò)誤中斷。未使用的ROM 空間，在其中每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱，可將彈飛至該區(qū)域的出錯(cuò)程序捕獲。表格，儲(chǔ)存在 EPROM 中的表格后安排軟件陷阱，可在一定程度上防止軟件彈飛。程序區(qū)，一般程序中不能任意安排軟件陷阱，但在正常程序中會(huì)有一些跳轉(zhuǎn)指令，在這些指令后使用軟件陷阱可捕獲到彈飛到跳轉(zhuǎn)指令的操作數(shù)上的出錯(cuò)程序。 （4）使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（RTOS） 。河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文30 總結(jié)本文研究了基于 AT89C51 與 AT89C2051 單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求用 Protel DXP 軟件繪制出原理圖，然后依據(jù)原理圖選擇元器件，在實(shí)驗(yàn)板上布置元器件并連接線路，對(duì)