基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計

1、計算機控制技術(shù)課程設(shè)計成績評定表設(shè)計課題基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院名稱 ：專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師 ：設(shè)計地點：設(shè)計時間 ：指導(dǎo)教師意見：成績：簽名：年 月曰計算機控制技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計名稱：基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師： 課程設(shè)計地點： 課程設(shè)計時間：計算機控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題目基于單片機的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)課題來源自擬指導(dǎo)教師主要內(nèi)容（參數(shù)）本篇論文丿1纟口了基丁單片機的至內(nèi)燈光控制系統(tǒng)的研九設(shè)計。本系統(tǒng)疋以單片機為控制器的核心，其中上位機是以AT89C51為基礎(chǔ)，下位機是以AT89C2051為基礎(chǔ)，再

2、連接外圍電路，通過現(xiàn)場總線RS485通信方式實現(xiàn)照明燈具的智能控制。系統(tǒng)通過人體信號采集電路對人體信號采集和光信號采集 電路對光信號采集以及相應(yīng)的處理并輸入給單片機，單片機對輸入信號判斷并 輸出信號來控制學(xué)校教室內(nèi)燈光的開關(guān)和亮度任務(wù)要求（進(jìn)度）第1天：熟悉課程設(shè)計任務(wù)及要求，針對課題查閱技術(shù)資料。第2天：確定設(shè)計方案。要求對設(shè)計方案進(jìn)行分析、比較、論證，畫出方 框圖，并簡述工作原理。第3 - 4天：按照確定的方案設(shè)計單元電路。 要求畫出單元電路圖，元件及 元件參數(shù)選擇要有依據(jù)，各單元電路的設(shè)計要有詳細(xì)論述。第5天：撰寫課程設(shè)計報告。要求內(nèi)容完整、圖表清晰、文理流暢、格式 規(guī)范、方案合理、設(shè)計

3、正確，篇幅不少于 6000字。主要參考資料1 張友德著，單片微型計算機原理、應(yīng)用與實驗復(fù)旦大學(xué)出版社2 徐煜明、韓雁著，單片機原理及接口技術(shù).電子工業(yè)出版社3 何立民著，單片微型計算機原理及應(yīng)用.航空航天大學(xué)出版社4 陽憲惠著,現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用清華大學(xué)出版社，1999孫雪梅，范久臣.實時時鐘芯片在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用.沈陽教育學(xué)院學(xué)報，2005.2.7余用權(quán).ATMEL89系列單片機應(yīng)用技術(shù)北京航空航天大學(xué)出版社，2002審查意見系（教研室）主任簽字：年月日摘要現(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；

4、 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(dá)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(xì)地描述了控制電路的設(shè)計過程，包括：鍵

5、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；采集電路目錄1 引言2 總體方案設(shè)計 52.1 硬件方案論證 52.2 系統(tǒng)總體設(shè)計 82.3 系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計 103 系

6、統(tǒng)單元電路的設(shè)計 113.1 主控制機電路設(shè)計 113.2 分控制器電路的設(shè)計 143.3 RS485 通信電路設(shè)計 153.4 信號采集電路設(shè)計 173.5 DS12887 時鐘芯片接口電路設(shè)計 213.6 輸出驅(qū)動電路設(shè)計 224系統(tǒng)軟件設(shè)計 .234.1 人機交互程序設(shè)計 224.2 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計 244.3 照明控制程序設(shè)計 284.4 RS485 通信程序設(shè)計 30附錄： 341 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

7、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(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn) 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

8、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。2 總體方案設(shè)計2.1 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、

9、 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。2.1.1 微處理器的選擇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 還需要另外購買其他的芯片，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。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I /O 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)

10、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。2.1.2 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：一、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)8 0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。二、光敏電阻式傳感器：

11、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(jìn)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元件。 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。2.1.3 顯示器的選擇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。J 戶 £、方案二：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，

12、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。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， 其他各位熄滅。 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， 則人看到的就是無為數(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

13、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。2.1.4 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。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(jìn)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(yuǎn)程傳輸時， 避免了多條線

14、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。2.1.5 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(jìn)行通信。當(dāng)前流行的接口有：RS-232-C和RS-485oRS-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

15、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 50pF/*1勺通信電纜時，最大通信距離為I 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20n以內(nèi)的通信。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-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

16、臺驅(qū)動器和32臺接收器。故本系統(tǒng) 采用 RS-485接 口。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計2.2.1系統(tǒng)的設(shè)計思路本系統(tǒng)主要由三部分組成：（1） 上位機系統(tǒng)；（2）下位機系統(tǒng)；（3）通信系 統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1）。圖1 ）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖上位機系統(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(jìn)行顯示， 并有看門狗電路對運行程 序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 2）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(jìn)行開關(guān)控制， 并且 利用實時時鐘芯片對照明燈具進(jìn)行定時開關(guān)控制圖2）主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)下位機系統(tǒng)：分控制器硬件電

17、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(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。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(jìn)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)。2.1.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖圖4）系統(tǒng)硬件設(shè)計圖2.3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

18、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(dá)到節(jié)電目的。根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功能表，如表1-1所示: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0=0;電燈開關(guān)狀態(tài)為 D:合時D=

19、1，斷開時D=0b則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2: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00000010輯01000110狀10001010態(tài)11001111由上述的真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=A B C3系統(tǒng)單元電路的設(shè)計本系統(tǒng)以單片微型計算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。3.1 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

20、 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/ 2f上/ / 4廣*-AA丄 廣丄 I*卜丄廣-丄I* T丄 廣*-丄 r *-丄r -k定時F 確認(rèn)P1.0P1.1P1.2P1.330p

21、F30pFP 1 .0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6P0.7TNT1INT0P2.0 P2.1T1P2.2T0P2.3EA/VPPP2.4XTAL1P2.5XTAL2P2.6P2.7RESETRDRXDTXDWRALE/PGNDPSEn89C511| 12MHz1:4-6781312一 略311918VCC ABCDRBIRBOLT Gl100 Q x74 riD3 D2 D1VCCX49171620圖5)主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖3.1.1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

22、系統(tǒng)使用的是4X4 矩陣式鍵盤，第一行從左到右為1、2、3、4,第二行為5、& 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(jìn)行掃描，以識別被按鍵的 行、列位置。如圖6):圖 6 ）鍵盤的硬件電路原理圖3.1.2 LED 數(shù)碼顯示接口設(shè)計數(shù)碼

23、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P04P0.5 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）：圖 7）數(shù)碼顯示與驅(qū)動電路原理圖3.1.3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

24、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(jìn)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(jìn) 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，C

25、PU不 能在1.6s內(nèi)給出“喂狗”信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖剑捎贛R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(jìn)行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就 能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。如圖8)圖8)看門狗電路原理圖3.2 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)

26、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：圖9)分控制器系統(tǒng)的硬件電路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：VCCLOCKUTCS4-L2V3_Tvcc0Pl 7LXD/KJPl .(5Pl 5MALIPl .4IfflD回衛(wèi)Pl

27、.3lTn#33Pl 1TL.lT1/P3.JTljOiftlHlca®R ?jpi1G710AT39C20UJ115TIEkDTNCNCADOADIMXlKA秒AMGHD3.3 RS485通信電路設(shè)計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(jìn)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

28、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(jìn)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(jìn)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

29、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。P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6INT1P0.7INT0P2.0T1P2.1P2.2T0P2.3EA/VPPP2.4XTAL1P2.5P2.6XTAL2P2.7RESETRXDRDTXDWRALE/PGNDPSEN89C51383128940-39-17 k20191837"5"1011303 4 5 6151421 ""22""

30、"25""6 T5.1K+5V5.1K 05.1KTLP521-4ATLP521-4B+5V工TLP521-4C470 QROVCCREBDEADIGNDMAX4853.3K Q12V120 07V12V7V5.1K 05.1K 0圖11 ）主機通信電路圖+5VRST/VppVCCRXD/P3.0TXD/P3.1P1.7P1.6XTAL2P1.5XTAL1P1.4INT0/P3.2P1.3INT1/P3.3P1.2T0/P3.4P1.1/AIN1T1/P3.5 P1.O/AIN0GNDP3.789C205115.1K236789104A1K 0 5.1K0TLP5

31、21-4ATLP521-4B5.1K 0+5VTTLP521-4C470 0MAX485+5V3.3K 0RO VC RE BDE AL. DI GND_|1 20 3.3K I20012V120 07V12V7V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 卩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。3.4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。3.4.1光信號取樣電路設(shè)計光信號取

32、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(jìn)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 CMO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(dá)到（土 ）1LSB Max，芯片體積小等特點。K D3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

33、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。REF+CLOCKINOUTREF-cs+12VP1. 04圖13 ）光信號取樣電路3.4.1 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

34、。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。TLC1549AT89C51I/O CLOCK圖14）TLC154引腳及A/D接口電路1Ji1210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DATAOUT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DATAOUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)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

35、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 ）。3.4.1 TLC1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計/*AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集*/sbit ADCLK=P1A0;sbit ADOUT=P1A1；sbit ADCS=PM2;*/*Void AetAD() uchar i=1,w,PickCount; uint vol; for(w=1;w<=PickCount;w+) ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=O;開啟控制電路，使能 DATA OUT和I

36、/O CLOCKfor(i=1;i<=10;i+)/ 采集 1 0位串行數(shù)據(jù) /給一個脈沖ADCLK=1; vol<<=1; if(ADOUT)vol|=OxO1;ADCLK=O;ADCS=1;delay(21);兩次轉(zhuǎn)換間隔大于 21usPO=Oxff;/PO 口置初始輸入狀態(tài)3.4.2 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。3.4.2 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(jìn)入探測區(qū)域

37、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2X1mm2,間距 1mm。圖16-1 ）傳感器頂曲開T.圖16-3）傳感器側(cè)3.4.2 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

38、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。3.5 DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計本次系統(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

39、字節(jié)的通用RAM采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部MOT 124VCCSQWNC KCNCAD1 NCAD2 0312387(2+)甌AD3 RSTAM 一 DS血 WCAD7 MGND 1213CS圖18)DS12887芯片管腳圖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)

40、計原理圖如圖 19)：圖19)DS12887接口設(shè)計原理圖3.6 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。常

41、“ 0”（正常）：關(guān)閉室內(nèi)照明電器。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計本燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括照明啟停控制程序、照明亮度控制程序、照明定時控制程序、人機交互程序以及串行通行等。4.1 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。4.1.1 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4X 4矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成, 鍵位于行、列線的交叉點上。4.1.2 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：子程序入口段碼送驅(qū)動顯示圖22 ） LED數(shù)碼顯示

42、程序的流程圖4.2 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， 因此照明啟停控制程序 由兩部分組成，即全部啟?？刂婆c單獨啟?？刂苾刹糠?。4.2.1 全部啟?？刂瞥绦蛟O(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(dá)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(dá)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程序流程圖中斷程序入口1F初始化是關(guān)閉命令嗎接收主機發(fā)送

43、的地址地址是00H嗎1Yr接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)1r是打開命令嗎圖24 ）全部啟?？刂茝臋C程序流程圖4.2.2 單獨啟停控制程序設(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 燈的啟停控制。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:接收從機返回的地址圖25)單獨啟?？刂浦鳈C程序流程圖4中斷程序入口初始化接收主機發(fā)送的地址w與本機地址相符嗎一-1YI向主機發(fā)送本機地址1接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)是打開命令嗎N是關(guān)閉命令嗎，二一圖27)全部定時控

44、制從機程序流程圖照明控制系統(tǒng)是利用從機即單片機 AT89C51和時鐘芯片DS12887進(jìn)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(jìn)行定時時間的設(shè)置， 從機然后根據(jù)設(shè)定的時間進(jìn)行照明燈的啟?？刂啤?.3.1 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(dá)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。將數(shù)據(jù)寫入DS12887芯片432單獨定時控制程序設(shè)計28)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所示。中斷程序入口初始化接收主機發(fā)送的地址與本機地址相符嗎有人否圖28）單獨定時控制從機控制程序流程4.4 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。4.4.1 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