光控路燈自動(dòng)控制器畢業(yè)論文

1、青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題目 光控路燈自動(dòng)控制器 電信 學(xué)院 應(yīng)用電子技術(shù) 專業(yè)812 班2010 年 10 月 18 日摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，國民對(duì)電能的使用日益提高，與此而來的就是電能的浪費(fèi)。目前國內(nèi)路燈照明光源一般采用高壓鈉燈、高壓汞燈和金屬鹵化物燈。常出現(xiàn)開燈早，關(guān)燈晚；或者開燈晚，關(guān)燈早的現(xiàn)象，不僅造成巨大的電能浪費(fèi)、影響人們?nèi)粘Ｉ?，還會(huì)損害城市形象、影響社會(huì)治安和交通安全，從而影響城市的投資環(huán)境。總之，伴著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有的路燈管理的方式方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市路燈發(fā)展與管理的需要，必須依靠現(xiàn)代化的高科技管理手段。光控路燈開關(guān)的發(fā)明與使用就顯得十分重要。本文基于光

2、敏電阻的基本原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于光控開關(guān)的路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)路燈的智能控制。該系統(tǒng)主要由內(nèi)光電轉(zhuǎn)換級(jí)、運(yùn)放滯后比較級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)等組成，通過對(duì)光控電路的設(shè)計(jì)、仿真，為最終的實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。并分析了研究過程中出現(xiàn)的問題，逐步找出光控開關(guān)的最佳設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：光控路燈開關(guān) 光敏電阻 光電轉(zhuǎn)換 驅(qū)動(dòng)電路目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc275343193 摘要 PAGEREF _Toc275343193 h 2 HYPERLINK l _Toc275343194 目錄 PAGEREF _Toc275343194 h 4 HYPERLINK l _Toc27

3、5343195 緒論 PAGEREF _Toc275343195 h 5 HYPERLINK l _Toc275343196 第一章 模擬路燈控制方案 PAGEREF _Toc275343196 h 6 HYPERLINK l _Toc275343197 任務(wù) PAGEREF _Toc275343197 h 7 HYPERLINK l _Toc275343198 要求 PAGEREF _Toc275343198 h 8 HYPERLINK l _Toc275343199 基本要求 PAGEREF _Toc275343199 h 8 HYPERLINK l _Toc275343200 發(fā)揮部分

4、PAGEREF _Toc275343200 h 9 HYPERLINK l _Toc275343201 說明 PAGEREF _Toc275343201 h 9 HYPERLINK l _Toc275343202 第二章 硬件設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc275343202 h 10 HYPERLINK l _Toc275343203 2.1 主控芯片 PAGEREF _Toc275343203 h 10 HYPERLINK l _Toc275343204 2.2 單片機(jī)的電源設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343204 h 11 HYPERLINK l _Toc275343205 2

5、.3 顯示器及接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343205 h 11 HYPERLINK l _Toc275343206 2.4 鍵盤接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343206 h 12 HYPERLINK l _Toc275343207 2.5 時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343207 h 13 HYPERLINK l _Toc275343208 2.5.1 引腳功能及結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc275343208 h 13 HYPERLINK l _Toc275343209 2.5.2 DS1302的控制字節(jié) PAGEREF _Toc275343209

6、h 14 HYPERLINK l _Toc275343210 2.5.3 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O) PAGEREF _Toc275343210 h 14 HYPERLINK l _Toc275343211 2.5.4 DS1302的寄存器 PAGEREF _Toc275343211 h 15 HYPERLINK l _Toc275343212 2.6 光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343212 h 15 HYPERLINK l _Toc275343213 2.7 紅外檢測模塊 PAGEREF _Toc275343213 h 16 HYPERLINK l _Toc275343214

7、 2.8 恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343214 h 17 HYPERLINK l _Toc275343215 2.9 路燈通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343215 h 18 HYPERLINK l _Toc275343216 2.9.1 RS485應(yīng)用技術(shù)問題 PAGEREF _Toc275343216 h 18 HYPERLINK l _Toc275343217 2.9.2 硬件電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343217 h 19 HYPERLINK l _Toc275343218 2.9.3 從設(shè)備地址配置電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc

8、275343218 h 19 HYPERLINK l _Toc275343219 2.9.4 總線驅(qū)動(dòng)器芯片SN75176 PAGEREF _Toc275343219 h 20 HYPERLINK l _Toc275343220 2.9.5 485總線輸出電路部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc275343220 h 20 HYPERLINK l _Toc275343221 2.9.6 隔離光耦電路 PAGEREF _Toc275343221 h 21 HYPERLINK l _Toc275343222 2.9.7 RS-485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理 PAGEREF _Toc275343222

9、 h 21 HYPERLINK l _Toc275343223 2.9.8 通信規(guī)則 PAGEREF _Toc275343223 h 22 HYPERLINK l _Toc275343224 2.9.9 軟件的編程 PAGEREF _Toc275343224 h 24 HYPERLINK l _Toc275343225 第三章 軟件設(shè)計(jì)流程圖 PAGEREF _Toc275343225 h 26 HYPERLINK l _Toc275343226 結(jié)論 PAGEREF _Toc275343226 h 35 HYPERLINK l _Toc275343227 致謝 PAGEREF _Toc275

10、343227 h 37 緒論隨著中國城市和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市照明交通安全和燈飾美化工程也越來越受到普遍關(guān)注，同時(shí)為了符合節(jié)約型、可持續(xù)性發(fā)展社會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生了對(duì)路燈、燈飾工程監(jiān)管改革的需求。路燈是城市照明工程的主要組成部分，在夜晚，路燈的照明起到非常重要的作用。目前一般的傳統(tǒng)路燈一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具，這類燈具有發(fā)光效率高、光色好、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但也存在功率因子低、對(duì)電量要求嚴(yán)格、耗電量大等缺點(diǎn)。我國大部分城市街道都采用“全夜燈”的方式進(jìn)行照明，這些街道在夜晚人流量和車流量都比較小，即使沒有人或車經(jīng)過，這些路燈也是長期點(diǎn)亮的，這時(shí)電能就被白白浪費(fèi)掉了。很多路段真正有效

11、的照明時(shí)間只占到整個(gè)照明時(shí)間的20%30%。因此有些地方采用“半夜燈”前半夜全亮后半夜全滅的方式，此方法雖然節(jié)約了用電量，卻帶來許多社會(huì)治安和交通安全問題。傳統(tǒng)路燈的照明和管理存在浪費(fèi)大，路燈使用壽命短，遠(yuǎn)程操控、巡查無法監(jiān)控，人工作業(yè)量大，故障維修反應(yīng)效率低，統(tǒng)計(jì)查詢功能弱等現(xiàn)象。對(duì)于“全夜燈”照明造成的浪費(fèi)和“半夜全滅或半滅燈”帶來的交通安全問題，可以采用通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制管理。LED照明作為一種較新的技術(shù)，廣泛用于各種照明中。它具有效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)LED路燈，如果要達(dá)到和普通的高壓鈉燈和高壓水銀燈那樣的亮度，大約需要消耗的40W以上功耗，只有傳統(tǒng)路燈的25%40%。隨著

12、技術(shù)的發(fā)展，LED已經(jīng)開始逐漸取代白熾燈。智能控制型路燈是運(yùn)用先進(jìn)的通訊手段，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、新型傳感技術(shù)與自動(dòng)檢測技術(shù)等構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，快速準(zhǔn)確地對(duì)道路照明、城市燈飾工程、廣場照明、橋梁和隧道照明等系統(tǒng)進(jìn)行智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程路燈和tml t _blank 電源實(shí)施遙控、遙測、遙監(jiān)、遙視、遙信等功能，便于了解路燈運(yùn)行狀況以及它的維修和保養(yǎng)，能提高路燈運(yùn)行質(zhì)量和效率，為能源節(jié)約和創(chuàng)造節(jié)約型社會(huì)打下基礎(chǔ)。路燈智能控制系統(tǒng)一般由控制中心主站、各點(diǎn)測控分站、通訊系統(tǒng)三大部分組成。主站主要負(fù)責(zé)管理、控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，其兼容性和容量大小可靈活配置；通訊一般采用有線或無線與的方式，目前技術(shù)

13、有利用 HYPERLINK :/tech.ddvip /machine/mcu/index.html t _blank 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)路燈控制器的TCPIP協(xié)議(實(shí)現(xiàn)自己數(shù)據(jù)的高速傳輸和實(shí)時(shí)控制)等技術(shù)；無線技術(shù)有 HYPERLINK :/tech.ddvip /comm/mobile/gsm.html t _blank GSM 短信息網(wǎng)、CDPD公共無線數(shù)據(jù)網(wǎng)，或而各分站點(diǎn)通過安裝單片機(jī)或新技術(shù)裝備(如LONWORKS技術(shù))構(gòu)成其控制器，從而達(dá)到與主站通訊、接受命令、執(zhí)行開關(guān)、控制電壓、控制時(shí)間、反饋數(shù)據(jù)信息等功能。第一章 模擬路燈控制方案本設(shè)計(jì)采用智能控制系統(tǒng)的路燈開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、時(shí)間控制等方

14、式都能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，達(dá)到時(shí)控模式、光控模式、旁路模式的目的。設(shè)置開關(guān)燈時(shí)間表，可實(shí)現(xiàn)路燈全夜燈和半夜燈自動(dòng)定時(shí)控制，管理人員可針對(duì)具體的情況對(duì)某一個(gè)或多個(gè)終端隨時(shí)進(jìn)行開關(guān)控制(分組、分區(qū)、全部開關(guān)等方式)；還可根據(jù)日光的變化進(jìn)行的“光控”，通過主站控制器采樣個(gè)時(shí)段日照強(qiáng)度，通過RS-485通信的方式控制從站實(shí)現(xiàn)路燈的光照強(qiáng)度的改變，達(dá)到“光控”的目的，這樣不僅節(jié)約電能，而且也保護(hù)了路燈，延長了它們的使用壽命；還可根據(jù)分站控制器的p /machine/sensor/sensor.html t _blank 傳感器感應(yīng)公路上行車和行人，將這些信息反饋給主站控制中心，由主站智能控制器決定是否打開燈，

15、以及打開燈的數(shù)量和光照強(qiáng)度。控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，圖1 路燈控制框圖路燈智能控制系統(tǒng)由控制中心主站、各點(diǎn)測控分站、通訊系統(tǒng)三大部分組成。LED 路燈控制系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈定時(shí)開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、時(shí)間顯示及通信的控制。時(shí)鐘系統(tǒng)由時(shí)鐘芯片DS1302實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能，即使在工業(yè)現(xiàn)場等極端惡劣工作環(huán)境中，仍保證時(shí)間誤差2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端。 下圖為DS1302的引腳功能圖：DS1302原理圖 DS1302的控制字節(jié)DS1302 的

16、控制字如圖1所示。控制字節(jié)的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 數(shù)據(jù)輸入輸出(I/O)在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。 DS1302的寄存器DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)

17、鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見表2。此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。2.6 光控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)光控系統(tǒng)由光敏電阻比較器LM93組成， HYPERLINK

18、 :/baike.baidu /view/546877.htm t _blank 光敏電阻器（photovaristor）又叫401.htm t _blank 光感電阻，是利用 HYPERLINK :/baike.baidu /view/19928.htm t _blank 半導(dǎo)體的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/14336.htm t _blank 光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。LM393 為雙電壓比較器，LM393 系列由兩個(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2.0 的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成。 該產(chǎn)品采用單電源操

19、作設(shè)計(jì)，且適用電壓范圍廣。該產(chǎn)品也可采用分離式電源，低電耗不受電源電壓值影響。本品還有一個(gè)特點(diǎn)是，即使是在單電源操作時(shí)，其輸入共模電壓范圍也包括接地。LM393 系列可直接與 TTL 及 CMOS 邏輯電路接口。無論時(shí)正電源還是負(fù)電源操作，當(dāng)?shù)碗姾谋葮?biāo)準(zhǔn)比較器的優(yōu)勢明顯時(shí)，LM393 系列便與 MOS 邏輯電路直接接口。 各引腳功能： 8 腳電源，4 腳電源，1 腳比較器 A 輸出，2腳比較器 A 反相輸入，3 腳比較器 A 同向輸入，5 腳比較器 B 同向輸入，6 腳比較器 B 反相輸入，7 腳比較器B輸出。LM393引腳功能圖光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為

20、電的變化）。光敏電阻經(jīng)比較器與用戶設(shè)置的參數(shù)作比較，作出相應(yīng)的動(dòng)作，返回到主站控制系統(tǒng)中，再由主控制器進(jìn)行運(yùn)算、處理，從而實(shí)現(xiàn)智能光控。其工作原理：光照下降時(shí)由于光明電阻阻值上升，比較器反向輸入端電壓升高，到設(shè)定的值時(shí)LM393的輸出由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖健９饪叵到y(tǒng)原理圖2.7 紅外檢測模塊 判斷交通狀況的傳感器使用TCRT5000光電傳感器TCRT5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.TCRT5000具有一個(gè)紅外發(fā)射管和一個(gè)紅外接收管.當(dāng)發(fā)射管的紅外信號(hào)經(jīng)反射被接收管接收后,接收管的電阻會(huì)發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現(xiàn)出來,而經(jīng)過LM393電路整形后得到處理后的

21、輸出結(jié)果.調(diào)節(jié)電阻R3可以改變傳感系統(tǒng)的靈敏度，硬件參考原理圖如下圖：紅外檢測模塊原理圖紅外開關(guān)與LED燈的真值表2.8 恒流源系統(tǒng)設(shè)計(jì)用LM2576組成恒流源驅(qū)動(dòng)LED,LM2576系列穩(wěn)壓器是單片集成電路，提供作為降壓開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)有的所有功能，可以通過優(yōu)良的線荷調(diào)節(jié)與負(fù)載調(diào)節(jié)，驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載。LM2576系列器件具有多種固定的電壓輸出：3.3V，5V，12V，15V和一個(gè)可調(diào)節(jié)輸出版。LM2576系列器件使用簡單，只需極少的外部元件，且包含內(nèi)置頻率補(bǔ)償和一個(gè)固定頻率的晶振。LM2576系列器件可作為流行三端線性穩(wěn)壓器的高效替代方案，大大減少了散熱片的體積，在大多數(shù)情況下，甚至不需要散熱。適

22、用于LM2576器件的一系列標(biāo)準(zhǔn)電感，可從多個(gè)不同的制造商處獲得，這種特性大大簡化了開關(guān)式電源的設(shè)計(jì)。LM2576系列器件的其他特性還包括：在指定的輸入電壓和輸出負(fù)載范圍內(nèi)，可保證4%的輸出電壓容差，以及10%的晶振頻率容差。LM2576還集成了外部關(guān)斷模式，待機(jī)電流僅為50 A（典型）。LM2576的輸出開關(guān)不僅包括逐周期電流限制，還在故障發(fā)生時(shí)，采用熱關(guān)斷為器件提供充分的保護(hù)。LM2576 特性： (1)3.3V, 5V, 12V, 15V,以及可調(diào)節(jié)輸出版 (2)可調(diào)節(jié)版輸出電壓范圍：1.23V37V，4%最大線荷調(diào)節(jié)與負(fù)載調(diào)節(jié) (3)保證3A輸出電流 (4)寬輸入電壓范圍：40V (5

23、)僅需4個(gè)外部元件 (6)52 kHz 固定頻率的內(nèi)部晶振 (7)TTL關(guān)斷功能，低功耗待機(jī)模式 (8)高效率 (9)利用現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)電感 (10)熱關(guān)斷和限流保護(hù) (11)P+ 增強(qiáng)型產(chǎn)品檢驗(yàn) 2.9 路燈通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用單片機(jī)本身所提供的簡單串行接口，加上總線驅(qū)動(dòng)器SN75176組合成RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)路燈的智能自動(dòng)控制。RS-485半雙工異步通訊總線是一種被廣泛使用的數(shù)據(jù)通訊總線。它具有通訊距離遠(yuǎn)、通訊速率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。RS-485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備，加

24、上收發(fā)器具有很高的靈敏度，能檢測抵達(dá)200mv的電壓，因此傳輸信號(hào)可在千米之外得到恢復(fù)。 RS485應(yīng)用技術(shù)問題在應(yīng)用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。由于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，往往分散控制單元數(shù)量較多，分布較遠(yuǎn)，現(xiàn)場存在各種干擾，所以通信的可靠性不高，再加上軟硬件設(shè)計(jì)的不完善，使得實(shí)際工程應(yīng)用中如何保障RS-485總線的通信的可靠性成為各研發(fā)機(jī)構(gòu)的一塊心病。在使用RS-485總線時(shí),如果簡單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí)際工程中可能有以下兩個(gè)問題出現(xiàn)。一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多機(jī)通信方式下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故

25、障（如死機(jī)），往往會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難。針對(duì)上述問題，我們對(duì)485總線的軟硬件采取了具體的改進(jìn)措施。 硬件電路的設(shè)計(jì)AT89S52單片機(jī)自帶的異步通信口，外接75176芯片轉(zhuǎn)換成485總線。其中為了實(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在MCU的異步通信口與75176之間采用光耦隔離。光耦器件需要+12V，其他芯片均用+5V供電。系統(tǒng)簡圖如圖1所示，充分考慮現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境。圖1. RS-485系統(tǒng)示意圖 從設(shè)備地址配置電路設(shè)計(jì)對(duì)于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)必須考慮到能夠配置自己的地址。最終地址的配置方法采用開關(guān)組加上拉電阻排與微處理器端口連接來實(shí)現(xiàn)。設(shè)備地址通過手工撥動(dòng)

26、開關(guān)設(shè)定，由系統(tǒng)的初始化程序通過讀取I/O端口得到。 總線驅(qū)動(dòng)器芯片SN75176常用的RS-485總線驅(qū)動(dòng)芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，非常適合作為RS-485總線驅(qū)動(dòng)芯片。SN75176及其邏輯如圖1所示。圖1SN75176芯片及其邏輯關(guān)系2.9.5 485總線輸出電路部分的設(shè)計(jì)輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施。在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件。

27、考慮到線路的特殊情況（如某一臺(tái)分機(jī)的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響，在75176的485信號(hào)輸出端串聯(lián)了兩個(gè)20的電阻R10、R11。這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響。在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120的匹配電阻（如圖2中R8），吸收總線上的反射信號(hào)，保證正常傳輸信號(hào)干凈、無毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。當(dāng)總線上沒有信號(hào)傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號(hào)的影響。由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為 200mV

28、，即差分輸入端VAVB +200mV，輸出邏輯1，VAVB 200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的絕對(duì)值小于200mV 時(shí)，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器輸出邏輯0，這會(huì)誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個(gè)問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位，這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間（總線懸浮時(shí)）呈現(xiàn)唯一的高電平，MCU就不會(huì)被誤中斷而收到亂字符。將總線上差分信號(hào)的正端A+和+5電源間接一個(gè)10K的電阻;正端A+和負(fù)端B-間接一個(gè)10K的電阻;負(fù)端B-和地間接一個(gè)10K的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒有信號(hào)傳輸時(shí)，正端A+的電平大約為3.2V，負(fù)端B-的

29、電平大約為1.6V，即使有干擾信號(hào)，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號(hào)0，從而增加了總線抗干擾的能力。 隔離光耦電路在某些工業(yè)控制領(lǐng)域，由于現(xiàn)場情況復(fù)雜，各結(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分輸出方式，具有一定的抗共模干擾能力，但當(dāng)共模電壓超過RS-485接收器的極限接受電壓，即大于+12V或小于-7V時(shí)，接收器就再也無法正常工作了，嚴(yán)重時(shí)回?zé)龤酒蛢x器設(shè)備。解決的辦法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離；通過光耦合器將信號(hào)隔離，徹底消除共模電壓的影響。 在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于要對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高（通常都在4800波特

30、以上）。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光耦電路上。此處采用TIL117。電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會(huì)很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號(hào)的光耦及驅(qū)動(dòng)電路使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異，這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要特別慎重，不能隨意，通常可以由實(shí)驗(yàn)來定。 RS-485方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理在由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)串行通

31、信系統(tǒng)中，一般采用主從式結(jié)構(gòu)：從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制。并且在一個(gè)多機(jī)通信系統(tǒng)中，只有一臺(tái)單機(jī)作為主機(jī)，各臺(tái)從機(jī)之間不能相互通訊，即使有信息交換也必須通過主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。采用RS-485構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖，如圖2所示。圖2采用RS-485構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖 通信規(guī)則由于RS-485通訊是一種半雙工通訊，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通訊對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的

32、通訊癱瘓，無法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項(xiàng)原則：1) 復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。SN75176芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE* ，DE端控制的。RE*=1，DE=1時(shí)，SN75176發(fā)送狀態(tài);RE*=0，DE=0時(shí)，SN75176處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī)的一根口線連接RE*，DE端。在上電復(fù)位時(shí)，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，加上上電時(shí)各電路的不穩(wěn)定，可能向總線發(fā)送信息。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口線反向后接入SN75176的控制端，使

33、上電時(shí)SN75176處于接收狀態(tài)。另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如：上電時(shí)或正式通訊之前，對(duì)串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。2) 控制端RE*，DE的信號(hào)的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號(hào)的寬度。在RS-232，RS-422等全雙工通訊過程中，發(fā)送和接收信號(hào)分別在不同的物理鏈路上傳輸，發(fā)送端始終為發(fā)送端，接收端始終為接收端，不存在發(fā)送、接收控制信號(hào)切換問題。在RS-485半雙工通訊中，由于SN75176的發(fā)送和接收都由同一器件完成，并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路，必須對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行切換?？刂菩盘?hào)何時(shí)為高電平，何時(shí)為低電平，一般以單片機(jī)的TI，RI信號(hào)作參考。發(fā)送時(shí)，

34、檢測TI是否建立起來，當(dāng)TI為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能;接收時(shí)，檢測RI是否建立起來，當(dāng)RI為高電平后，接收完畢，又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。在理論上雖然行得通，但在實(shí)際聯(lián)調(diào)中卻出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)時(shí)錯(cuò)的現(xiàn)象。根據(jù)查證有關(guān)資料，并在聯(lián)調(diào)中借助存儲(chǔ)示波器反復(fù)測試，才發(fā)現(xiàn)一個(gè)值得注意的問題，我們可以查看單片機(jī)的時(shí)序：圖3串行口模式3時(shí)序圖單片機(jī)在串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只要將8位數(shù)據(jù)位傳送完畢，TI標(biāo)志即建立，但此時(shí)應(yīng)發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)位(若發(fā)送地址幀時(shí))和停止位尚未發(fā)出。如果在這是關(guān)閉發(fā)送控制，勢必造成發(fā)送幀數(shù)據(jù)不完整。如果單片機(jī)多機(jī)通訊采用較高的波特率，幾條操作指令的延時(shí)就可能超過2位(或1位)數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間

35、，問題或許不會(huì)出現(xiàn)。但是如果采用較低波特率，如9600，發(fā)送一位數(shù)據(jù)需100s左右，單靠幾條操作指令的延時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，問題就明顯地暴露出來。接收數(shù)據(jù)時(shí)也同樣如此，單片機(jī)在接收完8個(gè)數(shù)據(jù)位后就建立起RI信號(hào)，但此時(shí)還未接收到第九位數(shù)據(jù)位(若接收地址幀時(shí))和停止位。所以，接收端必須延時(shí)大于2位數(shù)據(jù)位的時(shí)間(1位數(shù)據(jù)位時(shí)間=1/波特率)，再作應(yīng)答，否則會(huì)發(fā)生總線沖突。3) 總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)序上完全隔開。為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整和正確，避免總線上信號(hào)的碰撞，對(duì)總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競爭，連接到總線上的單機(jī)，其發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上要完全隔離?？傊l(fā)送和接收控制信號(hào)應(yīng)該

36、足夠?qū)?，以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù)，任意兩個(gè)單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上完全分開，避免總線爭端。 軟件的編程485芯片的軟件編程對(duì)產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)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(jī)對(duì)分機(jī)的查詢方式通信，總線上必然有一臺(tái)始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其它的分機(jī)，所以需要制定一 套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時(shí)共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗(yàn)碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機(jī)對(duì)分機(jī)（或分

37、機(jī)應(yīng)答主機(jī)）的控制命令；地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號(hào)；“內(nèi)容”是這一包數(shù) 據(jù)里的各種信息；校驗(yàn)碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗(yàn)標(biāo)志，可以采用奇偶校驗(yàn)、和校驗(yàn)等不同的方式。在485芯片的通信中，尤其要注意對(duì)485控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485 總線狀態(tài)切換時(shí)需要做適當(dāng)延時(shí)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時(shí)1ms左右的時(shí)間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時(shí) 1ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會(huì)使總線在狀態(tài)切換時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定的工作過程。程序流程框圖，參見圖4。其中：(a)發(fā)送流程圖;(b)接收流程圖。圖4程序流程圖注：延時(shí)T秒的取值(1) 傳送地

38、址幀時(shí)，T2X(1/波特率),可以選取T=2.5X(1/波特率)。(2) 傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，T1X(1/波特率)，可以選取T=1.5X(1/波特率)。第三章 軟件設(shè)計(jì)流程圖 主機(jī)定時(shí)中斷采集時(shí)間并顯示 主機(jī)定時(shí)中斷規(guī)定超時(shí)時(shí)間主機(jī)鍵盤輸入單元程序流程圖主機(jī)支路時(shí)控模式流程圖主機(jī)光控模式程序流程圖主機(jī)單元時(shí)控模式程序流程圖主機(jī)檢測定位程序流程圖多機(jī)通信主機(jī)查詢方式程序流程圖多機(jī)通信從機(jī)中斷方式程序圖框圖結(jié)論本次設(shè)計(jì)的原理清晰，設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的靈敏度基本達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，本著節(jié)約的精神，我用的都是簡單廉價(jià)的元器件，降低了系統(tǒng)成本。本次的聲光雙控節(jié)能燈的設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多以前專業(yè)課上沒學(xué)過

39、的東西，或者說是彌補(bǔ)了以前專業(yè)課所學(xué)過而遺忘了的知識(shí)！鍛煉了我主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力、與他人合作的能力。還可以從各種渠道獲得一定的資料共同加以研究學(xué)習(xí)，通過自己的獨(dú)立動(dòng)手，老師和同學(xué)的耐心指導(dǎo)下，讓我學(xué)會(huì)了分析電路、設(shè)計(jì)電路的步驟以及計(jì)算機(jī)輔助作圖等，提高了我的綜合學(xué)習(xí)能力。而在中國這個(gè)高速發(fā)展的國家，只有不斷更新自己，不斷的吸取知識(shí)的精華，才能在這現(xiàn)實(shí)而又充滿排擠的社會(huì)上生存下來！在這次的設(shè)計(jì)中，我發(fā)覺自己還很弱，還得不斷的充電，以使自己的能力再有所提高參考文獻(xiàn)1 張萌、湘姜斌 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例 清華大學(xué)出版社，2007年7月2 白延敏51單片機(jī)典型系統(tǒng)開發(fā)電子工業(yè)出版社，2009年1月3

40、戴佳、戴衛(wèi)恒 劉博文 51單片機(jī)C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社，2008年12月4 謝淑如，鄭光欽，楊渝生 Protel PCB 99 SE電路板設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社，2001年第一版致謝本論文的工作是在我的導(dǎo)師高偉老師教授的悉心指導(dǎo)下完成的，高老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。高老師淵博的知識(shí)，誠懇的為人，使我受益匪淺，高老師對(duì)于我的設(shè)計(jì)工作和論文都提出了許多的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。感謝母校青島恒星職業(yè)技術(shù)學(xué)院的辛勤培育之恩！感謝自動(dòng)控制系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。另外也感謝家人，他們的理解和支持使我能夠在

41、學(xué)校專心完成我的學(xué)業(yè)。最后，非常榮幸能在母校三年的學(xué)習(xí)，使我開闊了眼界，最重要的是認(rèn)識(shí)了我的良師益友，感謝這一切的一切！附錄：外文翻譯In Wang Zuoliangs translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burns “A Red, Red Rose” brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about

42、ten papers on the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poet-translator brings over some exciting work from another culture and in doing so i

43、s also writing his own best work, thereby adding something to his culture. In this transmission and exchange, a richer, more colorful world emerges. ”(Wang, 1991:112). Then how can we translate poems? According to Wangs understanding, the translation of poems is related to three aspects: A poems mea

44、ning, poetic art and language. （1）A poems meaning “Socio-cultural differences are formidable enough, but the matter is made much more complex when one realizes that meaning does not consist in the meaning of words only, but also in syntactical structures, speech rhythms, levels of style.” (Wang, 1991:93).（2）Poetic art According to Wang, “Blys point about the marvelous translation being mad