課題-教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課題_教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題_教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題_教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題_教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:教室智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本研究針對教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面的發(fā)展現(xiàn)狀，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)的教室燈光智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件。該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，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，系統(tǒng)通過對人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有多種報(bào)警功能;同時(shí)還采用了軟/硬件的“看門狗”技術(shù)等抗干擾措施。單片機(jī)軟件采用匯編語言編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，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，專用性強(qiáng)，性價(jià)比合理等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類大、中專院校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:人體；紅外線；傳感器；自動(dòng)控制；熱釋電

AbstractCurrentlylightintelligentcontrolsystemsarenotefficientlyusedintheclassroom.Inordertoimprovethesystem,basedoncontrolandcurrentmethodsofhowtokeepcontrol，developingintelligentclassroomlightcontrolsystemanddevelopedthehardwareandsoftwaresystem.ThisclassroomlightintelligentcontrolsystemthetheoryofthelightputforwardmethodsofonthebasisofAT89C52isdeveloped,whichmachineofAT89C52isamajorpart,andtheenvironmentofdevelopmentisbetterthanbefore.Thissystemcansatisfythefollowingfunctions,suchascontrollingthecircuitofillumination,testingandprocessingdaylightsignal,testingandprocessingthesignalofhumanbodythatilluminatesthebacktrackexists,reportingtothewarningdevices,ordertosatisfythesefunctions,thesystemadoptedthehomologousmethodsrespectively,andtothegearingofthesystem,analyzinghowtoinstall，testandrunthesystem.Themicrocontrollersoftwarewasdevelopedbasedonassemblelanguage.Assemblelanguageisonekindofstructuredprogramlanguages,ithasmoreadvantagesthanotherhigh-levellanguages.Assemblelanguageadoptsbuildingblockdesign.Itscommonalityisverygoodandeasytoimproveandexpand.Itcouldbeusedtodeveloplarger一scalesystemwithmoreperfectperformance.Atthesametime,theanti-jammingtechnologies,suchaswatchdog,arenecessarywhendevelopinghardwareandsoftware.Thissystemhadmanyadvantages.Forexample,thephysicalvolumewassmall，thesystemwasconvenientlycontrolled,thecredibilitywashigh,theappropriationwasstrong,anditspriceproportionwasideal,etc.Theexperimentprovedthatthesystemcansatisfythecontrolcommandoftheclassroom'slightdevice,soitcouldlargelyreducetheconsumingofenergyresources.Keywords:Humanbody,infraredray,sensor,automaticcontrol，heattoreleasetheelectricity1.目錄摘要----------------------------------------------------------1ABSTRACT--------------------------------------------------21.引言--------------------------------------------------------5本課題研究的意義----------------------------------------5國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題------------5本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)----------------------------------7研究內(nèi)容------------------------------------------7研究目標(biāo)------------------------------------------7本課題擬解決的關(guān)鍵問------------------------------------82.教室燈光控制器簡介及控制方案的分析---------------------8教室燈光控制器簡介--------------------------------------8系統(tǒng)控制方案的分析--------------------------------------83.系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)-----------------------------------9控制模塊的硬件構(gòu)成--------------------------------------9控制系統(tǒng)的主要硬件電路---------------------------------9系統(tǒng)主控電路-------------------------------------10在線編程模塊電路---------------------------------10系統(tǒng)供電電路-------------------------------------11數(shù)據(jù)采集電路-------------------------------------12系統(tǒng)時(shí)鐘電路-------------------------------------16系統(tǒng)看門狗電路-----------------------------------19繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路------------------------------21超時(shí)報(bào)警電路-------------------------------------214控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)-----------------------------------22系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊-------------------------------------23系統(tǒng)自檢初始化-----------------------------------23定時(shí)中斷處理-------------------------------------24多任務(wù)操作系統(tǒng)的構(gòu)建-----------------------------24數(shù)據(jù)采集模塊-------------------------------------------25人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)---------------------------25數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)---------------------------25人體存在傳感器的抗干擾措施-----------------------26人體存在傳感器的安裝要求-------------------------27時(shí)鐘模塊-----------------------------------------------27數(shù)據(jù)輸入輸出-------------------------------------27時(shí)鐘內(nèi)部寄存器的使用-----------------------------28時(shí)鐘自檢初始化-----------------------------------29時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)-------------------------------------30顯示驅(qū)動(dòng)模塊-------------------------------------------30ULN2803驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用-----------------------------32顯示程序設(shè)計(jì)-------------------------------------32系統(tǒng)鍵功能---------------------------------------------33鍵功能處理程序-----------------------------------335系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析-----------------------------------34單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟-------------------------------34出現(xiàn)的主要問題及分析解決-------------------------------356.結(jié)論和建議-------------------------------------------------36結(jié)論---------------------------------------------------36建議---------------------------------------------------377.致謝--------------------------------------------------------38參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------------39附圖A--------------------------------------------------------40附圖B-------------------------------------------------------41附錄一------------------------------------------------------42附錄二-------------------------------------------------------44

1.引言本課題研究的意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電負(fù)荷的加劇，又由于世界性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴(yán)峻問題。而此問題對我國來說尤為嚴(yán)重。隨著各類大、中專院校的擴(kuò)招，教室的擴(kuò)建，教室照明的需求也越來越多，而教室照明的管理不到位，往往造成電能的巨大浪費(fèi)，這樣，提高教室用電效率就成為首要考慮的問題。目前對燈光的智能控制，國內(nèi)外己經(jīng)開始采用，但對教室燈光的控制，尤其是我國教室燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。例如樓道燈光的自動(dòng)控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、實(shí)用的教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，而丹麥在能源利用方面的成功經(jīng)驗(yàn)提供了很好的借鑒。從1974年以來，盡管丹麥國民收入增長了50%，丹麥總的能源消費(fèi)量并沒有增加。丹麥?zhǔn)荗ECD成員國中能源消耗量和國民收入比值最小的國家。他們不斷地提供一些節(jié)能供熱系統(tǒng)，例如丹麥熱電同供熱電廠(CHP)，而且，他們盡可能的有效利用資源。這樣，他們的能源使用總效率達(dá)到了90%。丹麥政府很重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對新建房屋節(jié)能的諸多要求。數(shù)據(jù)顯示，居民入住有節(jié)能裝置的房子時(shí)，他們要支付比沒有節(jié)能方案房屋高出8%的費(fèi)用。其節(jié)能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)在歐盟國家中廣為流傳。還有，歐司朗一斯維尼亞公司不斷的推出新型高輸出的熒光燈，節(jié)約6%的總系統(tǒng)功率，并具有更高的光通和平均光通量。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過去的鹵鎢燈，可節(jié)能60%的電能。種種跡象表明世界各國都在采取不同方式來節(jié)約能源，節(jié)約電能。中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)多年的高速發(fā)展讓能源問題日益突出。雖然我國能源總儲(chǔ)量不低，但由于我國人口眾多，所以人均儲(chǔ)量少，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達(dá)國家的3-10倍。能源問題已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵問題。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個(gè)關(guān)鍵因素。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會(huì)對社會(huì)穩(wěn)定有很大影響。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來五年間將在公用設(shè)施、賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣億只節(jié)能燈，節(jié)電290億度電。上海、河北等一些地方采取政府對節(jié)能燈大宗采購每只補(bǔ)貼3至4元的方式進(jìn)行推廣。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)變，熒光燈與普通白熾燈的比例由1995年的l:前的l:1.5。目前，我國照明用電約占社會(huì)總用電量的12%，采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電60%到80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測算年節(jié)約用電可達(dá)3442萬千瓦時(shí)，節(jié)約電費(fèi)萬元。政府己經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換了24萬只節(jié)能燈具。在奧運(yùn)工程的建設(shè)上，也大量運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，北京的奧運(yùn)廠館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，通過增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗50%。我們黨在2000年10月11日黨第十五屆中央委員會(huì)第五次會(huì)議通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃的建議》中明確指出:“加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是今后五年至十年一項(xiàng)十分重要的任務(wù)?！逼渲刑岬降幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)?！督ㄗh》還強(qiáng)調(diào)了能源建設(shè)要發(fā)揮資源優(yōu)勢，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高利用效率。面臨如此緊迫的能源問題，我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在“高效加強(qiáng)環(huán)境?！崩谩扒鍧崱蹦茉?。由此可見，節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。目前國內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺節(jié)能意識(shí)薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)也開燈，護(hù)潔課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在;而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由管理人員手工代替，教室極多，管理人員忙不過來，這樣就造成不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。就我校為例，初步統(tǒng)計(jì)大小教室大約安裝了共有5400盞燈，以每天僅亮燈8小時(shí)來計(jì)算，一年中扣除假期后，教室燈的耗電量約為萬度，學(xué)校在教室用電的經(jīng)費(fèi)上就得支出約為萬元人民幣。而以每天浪費(fèi)2小時(shí)用電來計(jì)算，一年大約要浪費(fèi)萬度的電量，占教室照明用電經(jīng)費(fèi)的四分之一。我省各類大中專院校及其中小學(xué)總共有600百多所，若都象我校一樣每年浪費(fèi)萬度電的話，我省就會(huì)浪費(fèi)近7900萬度的電。導(dǎo)致電能的極大浪費(fèi)。再者，每所院校不斷的擴(kuò)招，教室不斷的擴(kuò)建，若再?zèng)]有改進(jìn)教室的用電管理設(shè)備，那么用電負(fù)荷可想而知，浪費(fèi)的電能就更、涼人了?；谝陨戏N種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)研究內(nèi)容本課題的研究內(nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；(3)研究人體存在探測技術(shù)，探測角度與范圍；(4)研究傳感器教室分布、安放問題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等；(5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)研究燈光控制器電源問題；(7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；(8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問題；(9)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)；(10)研究報(bào)警等附加功能問題研究目標(biāo)研究的教室燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)燈光控制相兼容，以降低成本;通過反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、推廣性較好的目標(biāo)。本課題擬解決的關(guān)鍵問題本課題擬通過試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題:(1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問題；(2)傳感器與教室燈配合安裝的問題；(3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題；(4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問題；(5)開、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施；2.教室燈光控制器簡介及控制方案的分析教室燈光控制器簡介教室燈光控制器可實(shí)現(xiàn)有效的教室燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來對教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。教室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開電燈直射的位置，且人體傳感器安置時(shí)應(yīng)使人體活動(dòng)方向與人體傳感器中兩個(gè)熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號(hào)采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。系統(tǒng)控制方案的分析所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈;在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。同時(shí)，還要按作息時(shí)間來控制，夜晚超過12點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用機(jī)械開關(guān)來手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。本文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(gè)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(tái)。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，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(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的教室照明智能控制。3.系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(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(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)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?？刂颇K的硬件構(gòu)成系統(tǒng)控制單元是以單片主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括:ISP下載線模塊、系統(tǒng)供電模塊、硬件時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、燈光驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示模塊、環(huán)境光模塊、EEPROM存儲(chǔ)模塊、人體存在傳感器模塊、超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：51系統(tǒng)模塊51系統(tǒng)模塊ISP下載線模塊看門狗模塊硬件時(shí)鐘模塊數(shù)碼管顯示模塊燈光驅(qū)動(dòng)模塊環(huán)境光模塊EEEPROM存儲(chǔ)器模塊電源模塊人體存在傳感器模塊圖3-1系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖圖3-1系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)的主要硬件電路系統(tǒng)主控電路本系統(tǒng)的主控模塊主要采用Atmel公司的AT89C52作為主控芯片，它是一種低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲(chǔ)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，所以沒有擴(kuò)展的片外RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡捷。因?yàn)樵O(shè)備的設(shè)置參數(shù)是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改的，又要求是斷電能夠保存下來，所以本設(shè)備用一片EEPR0M來存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。AT89S52I/89552引腳外圍器件引腳說明數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口基極數(shù)碼管位控驅(qū)動(dòng)接口X5045SIX5045串行輸入端X5045SCKX5045串行時(shí)鐘端X5045CSX5045片選端X5045S0X5045串行輸出端系統(tǒng)工作燈顯示端口DS1302CLKDS1302時(shí)鐘線DS1302I0DS1302數(shù)據(jù)線DS1302RSTDS1302復(fù)位線一工SP在線編程端一數(shù)據(jù)采集輸入端遙控器接收信號(hào)端人體存在傳感器輸出信號(hào)端超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端一燈光驅(qū)動(dòng)輸入端光敏三極管輸入信號(hào)端表3-1外圍器件接口的分配在線編程模塊電路以往單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)往往依賴于仿真機(jī)和單片機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，近年來，隨著FLASH型單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬結(jié)合寫片驗(yàn)證成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多單片機(jī)都具有了ISP功能，不再需要仿真機(jī)，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。AT89C52芯片就是這樣的芯片。AT89C52芯片支持在線編程(ISP)功能，用戶可以通過AT89C52在線編程接口直接對電路板上的CPU進(jìn)行在線編程，方便了程序的修改燒寫工作。ISP進(jìn)行在線編程時(shí)，用AT89C52芯片的，，引腳及RST端口，通過PC并口，根據(jù)工SP協(xié)議制作簡單的編程器就可對CPU進(jìn)行編程。在線編程(ISP)器的紅色LED是電源指示燈，綠色LED是復(fù)位指示燈，黃色LED是時(shí)鐘信號(hào)指示燈，每個(gè)LED約消耗的電流，它們使用獨(dú)立的緩沖器不會(huì)影響下載線和用戶板，當(dāng)執(zhí)行菜單命令Reset時(shí)可以看到綠色LED閃一下，表示電腦已經(jīng)可以控制下載線;其下載線正常工作電壓為，部分電腦即使不連接VCC也可以正常工作，10心的插頭和插座有三角形標(biāo)志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)清晰。系統(tǒng)供電電路要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為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Cl，C2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(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的直流工作電源，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。其供電原理圖如圖供電原理圖在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的+5V主電源情況下工作，而只有系統(tǒng)+5V主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)3.6V的可充電鏗電池作為備用電源。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說明。數(shù)據(jù)采集電路教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光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)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的HP-208型號(hào)的人體存在傳感器。1.環(huán)境光采集電路光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對電信號(hào)放大的功能。在無光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，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(hào)。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，其外形電路圖形符號(hào)如圖1-1圖1-1環(huán)境光采集電路原理圖如圖1-2所示。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)底阻狀態(tài)<1千歐，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)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài),100千歐，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻R26可調(diào)節(jié)，調(diào)R26阻值的大小，使Q12三極管受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖環(huán)境光采集電路原理圖2.人體存在傳感器的工作原理自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進(jìn)行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場合，及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因?yàn)?①被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②大氣對,3-51Lm,8-141Lm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測。人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下:人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為左右的紅外輻射非常敏感。2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。3)人體存在的探測，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號(hào)輸出。4)一旦有人進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖4.2.2-1圖4.2.2-1信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，則人體存在被感應(yīng)，并輸出高電平。若人體進(jìn)入最不敏感移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。3.人體存在信號(hào)采集電路人體傳感器HP-208是深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下:(1)感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平(高，人離開應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平(低，其高低電平利于采集；(2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果二人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)8，15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?3)人體傳感器工作電壓寬為DC3V-DC24V；(4)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距了為7米以內(nèi)；(5)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；(6)工作溫度介于－15度和+70度之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。人體傳感器HP-208型號(hào)的正視圖如圖所示:圖人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)6800pF的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與單片機(jī)的引腳相連，引腳再接一個(gè)100的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖3.2.4.2-3圖HP-208傳感器電路原理圖系統(tǒng)時(shí)鐘電路根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)符合學(xué)校的作息時(shí)間。比如晚間休息、假期等時(shí)間段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。1.硬件時(shí)鐘芯片的選取及其接口電路傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如MC146818,MC68H68T,LM8365等，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。而現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘芯片很多，如DS1302，DS1305，DS1307，PCF8485等，這些電路的接口簡單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用?？紤]到本系統(tǒng)停電時(shí)只需對時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機(jī)資源，本系統(tǒng)采用美國DALLAS公司推出的具有充電能力的低功耗1*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為.5V,DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源、后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。而且本系統(tǒng)采用的DS1302只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其主要特征見附錄一?？蔀榈綦姳Ｗo(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片DS1302的引腳圖如圖1所示。圖1DS1302引腳DS1302與單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖其中Vcc2外接可充電的鏗電池，為DS1302的備用電源。Vcc1外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓+5V，為DS1302的主電源。DS1302由Vcc1和Vcc2兩者中較大者供電。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，Vcc1大于Vcc2，因此由Vcc1給DS1302供電，在主電源關(guān)閉的情況下，則由Vcc2給DS1302供電，保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。Xl和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。時(shí)鐘輸入端SCLK接單片機(jī)引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/0接單片機(jī)引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖與單片機(jī)接口電路連接原理圖2.硬件時(shí)鐘芯片的引腳功能及其工作原理RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能:首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器;其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/0引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc>2.5V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/0為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK始終是輸入端。硬件時(shí)鐘芯片DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護(hù):D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù);D5~D1指定輸入或輸出的特定寄存器;最低位LSB(DO)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，DO=1，指定讀操作(輸出)。在DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。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COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作;再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)。要特別說明的是備用電源，可以用電池或者超級(jí)電容器(以上)。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時(shí)一間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的3.6V充電電池。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100就可以保證1小時(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。系統(tǒng)看門狗電路在單片機(jī)工炸過一程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，雖然在程序設(shè)計(jì)中，一可以使用軟件陷阱的方法來減少這種情沉的發(fā)生，但是不能完全解決這個(gè)問題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用看門狗電路，這樣在單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個(gè)夏位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位重新執(zhí)行程序:.現(xiàn)在的MCU被集成了越來越多的功能，有的集成了看門狗，如工IMP813L。還有的芯片更是把EEPROM也集成進(jìn)去，如X5045芯片。由于系統(tǒng)需要看門狗和EEPROM，所以本硬件設(shè)計(jì)中使用了美國Xicor公司生產(chǎn)的芯片X5045。X5045具有三種常用的功能：看門狗定時(shí)器、復(fù)位控制和EEPROM集成在單個(gè)8個(gè)引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能與高速三線非易失性存儲(chǔ)器組合莊一起，從而在很人程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，X5045的引腳排列如圖圖的引腳排列看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表3.2.6狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義。其中WDl,WDO和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROVI的工作設(shè)置有關(guān)。表3.2.6狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D!D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWD1=0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為１.４S。WD1=0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為０.６S。WD1=1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為０.２S。WD1=1，WD0=1，禁止看門狗工作。看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長短可山具體應(yīng)用程序的循環(huán)屁期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長即可。本系統(tǒng)中X5045的硬件連接圖如圖所示。X5045的硬件連接圖系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)兼有看門狗和電源監(jiān)控功能，X5045有三種可編程看門狗周期，上電和VCC低于檢測門限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)，X5045輸出復(fù)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個(gè)10K的上拉電阻，并與AT89C52的復(fù)位端相連?？撮T狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。該芯片還帶有一個(gè)1.4秒的看門狗定時(shí)器可監(jiān)控單片機(jī)的工作。如果在1.4秒內(nèi)未檢測到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時(shí)器將使看門狗WDI處于低電平狀態(tài)，為系統(tǒng)提供保護(hù)，避免死機(jī)、程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)等意外的發(fā)生。X5045代表了新一代串行EEPROM的發(fā)展趨勢，它的運(yùn)用極大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源，同時(shí)簡化了電路設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的59012三極管來驅(qū)動(dòng)，開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的P3.5/P3.6為高電平，三極管截止，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3.5/P3.6為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)100歐的電阻和6800皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對常開常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。圖繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖超時(shí)報(bào)警電路在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒有人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時(shí)，能源浪費(fèi)，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，以聲音的方式來提醒管理人員是否關(guān)閉電源。另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，學(xué)習(xí)期間開燈時(shí)間過長，致使教室燈工作超時(shí)，于是本系統(tǒng)超時(shí)報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必需改用遙控器手動(dòng)方式來控制燈了。這樣，還可以更好地保護(hù)公共設(shè)施。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖的端口外加一個(gè)10K的上拉電阻，再經(jīng)過限流電阻100歐與三極管C945的基極相連。當(dāng)端口為低電平，即基極為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。若P3.4端口為高電平，即基極為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對教室的管理，能夠更好地、及時(shí)地管理教室。圖超時(shí)報(bào)警的電路4控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。在程序設(shè)計(jì)過程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括:系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲(chǔ)模塊。系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無限循環(huán)的過程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能各個(gè)功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作，它按各種命令再分為不同的子程序模塊，它一般總是把其余部分連接起來構(gòu)成一個(gè)無限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行。其監(jiān)控主程序流程圖如圖4-1所示:系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化看門狗激活設(shè)定定時(shí)器，允許定時(shí)中斷上電Reset人體傳感器處理任務(wù)環(huán)境光處理任務(wù)定時(shí)時(shí)鐘管理顯示刷新任務(wù)圖4-1監(jiān)控主程序流程圖系統(tǒng)自檢初始化系統(tǒng)自檢初始化是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件，系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn)入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢及初始化。初始化過程主要是對一些控制寄存器(如中斷控制)、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片(如時(shí)鐘芯片DS1302等)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否己處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時(shí)的界面，檢測硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測人體傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出的信號(hào)等。若時(shí)鐘芯片處于啟動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)控制時(shí)間表無效，則需要對其進(jìn)行初始化并啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC指向程序存儲(chǔ)器的入口地址0000單元，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工區(qū)工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H，其它定時(shí)器、中斷允許寄存器IE、累加器ACC等皆為00H。定時(shí)中斷處理定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線TO和TI輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請中斷。定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無需對斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)就緒。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖4-I-2所示。開始開始定時(shí)中斷到多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)間劃分下一步Y(jié)N圖4-1-2定時(shí)中斷處理程序框圖本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有遙控器信號(hào)，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。多任務(wù)操作系統(tǒng)的構(gòu)建多任務(wù)操作是將用戶應(yīng)用程序分成多個(gè)任務(wù)，在操作系統(tǒng)的管理下，以某種準(zhǔn)則調(diào)度并分配任務(wù)由處理器去執(zhí)行。多任務(wù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)一般是靠CPU運(yùn)行實(shí)時(shí)內(nèi)核，對多任務(wù)進(jìn)行分配和調(diào)度，使CPU不停地執(zhí)行這些任務(wù)中的某一個(gè)任務(wù)，以至能最大限度地提高CPU的利用率，加快運(yùn)行速度，各任務(wù)(程序)不被耽誤運(yùn)行。本系統(tǒng)多任務(wù)的執(zhí)行是對定時(shí)中斷中設(shè)置的實(shí)時(shí)標(biāo)志進(jìn)行檢測，通過標(biāo)志位的狀態(tài)決定各任務(wù)的調(diào)用。任務(wù)的執(zhí)行在微觀上是分時(shí)順序進(jìn)行的，但在宏觀上可以認(rèn)為是同時(shí)執(zhí)行的。因此，各任務(wù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的就會(huì)處于四種狀態(tài)中的某運(yùn)行運(yùn)行等待休眠就緒圖4-1-3種狀態(tài)之下，這四種狀態(tài)如圖4-1-3所示。當(dāng)某個(gè)任務(wù)獲得CPU的執(zhí)行權(quán)時(shí)，CPU執(zhí)行該任務(wù)，此時(shí)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。等待狀態(tài)是指任務(wù)的執(zhí)行需要等待某一事件發(fā)生，則由運(yùn)行狀態(tài)退出，進(jìn)入等待狀態(tài)。就緒狀態(tài)是任務(wù)滿足所有啟動(dòng)條件后所進(jìn)入的狀態(tài)。休眠狀態(tài)是任務(wù)己執(zhí)行完的狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集模塊本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光信號(hào)及人體存在信號(hào)，在程序設(shè)計(jì)中對這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置在多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)人體存在傳感器有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)便是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉。而缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾;由于紅外穿透力差，因此人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾;環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)還會(huì)造成短時(shí)失靈。試驗(yàn)檢測也證明了這點(diǎn)，只要人體存在卻有巧秒左右沒有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設(shè)計(jì)為有人體存在狀態(tài)后間隔2分鐘或更長的時(shí)間來對人體存在參數(shù)信號(hào)的采集。數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無論有否人體存在都不應(yīng)開燈;而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈，無人體存在不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“0”(符合光采集電路輸出信號(hào)狀態(tài))，暗時(shí)為“1”，人體存在為“1”，人體不存在為“0”，開燈為“1”，關(guān)燈為“表4.2.2環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)教室燈狀態(tài)010000111100上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)相與門操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)，其軟件程序?yàn)?；--------------------------------------------------------------Function：BodySensorandIighttolightport356DoSensLight：Movc,port33；SignalofSensorAnlc,port37Cplc;havepersonandnolightMovport35,c;onrelay1Movport36,c;onrelay2JncSensOut;nopersontooutHaveperson：movSensDelayBuf,#5;delay5minuteSensOut:Ret人體存在傳感器的抗干擾措施人體存在傳感器易受外界影響，于是要在使用時(shí)特別注意抗干擾性能。1.防小動(dòng)物干擾探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動(dòng)物，不產(chǎn)生信號(hào)。2.抗電磁干擾探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。3.抗燈光干擾探測器正常靈敏度范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生信號(hào)。人體存在傳感器的安裝要求人體存在傳感的安裝要求：人體存在傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1.人體存在傳感器應(yīng)離地面米。2.人體存在傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3.人體存在傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4.人體存在傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。人體存在傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。人體存在傳感器對人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。人體存在傳感器對于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感.在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。時(shí)鐘模塊在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對時(shí)鐘芯片DS1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測到DS1302處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對其進(jìn)行初始化啟動(dòng)時(shí)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的初始化及其讀寫程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。數(shù)據(jù)輸入輸出在對DS1302進(jìn)行的各種操作之前，必須先對其初始化，即需要把復(fù)位輸入RST端置為高電平，如果RST輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且I/0引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀/寫完后，RST端應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對DS1302內(nèi)部時(shí)鐘的影響。同時(shí)，為了防止復(fù)位輸入端受到外部的干擾，要求上電時(shí)，在主電源引腳Vcc2>2.5V之前，RST必須為邏輯0。無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的8個(gè)時(shí)鐘周期把提供地址和命令信息的8位數(shù)據(jù)裝入到DS1302的移位寄存器。地址/命令子節(jié)用于指明40個(gè)寄存器中的哪個(gè)進(jìn)行何種操作。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿串行輸入，在開始的8個(gè)時(shí)鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫命令字節(jié)，則在下8個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，若跟隨在讀命令字節(jié)的8個(gè)SCLK周期之后，在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。時(shí)鐘內(nèi)部寄存器的使用DS1302有控制寄存器和年、月、日、周、時(shí)、分、秒等工作寄存器組成。本系統(tǒng)中只用到工作寄存器中的時(shí)分秒及控制寄存器，所應(yīng)用的各寄存器地址(命令)及數(shù)據(jù)寄存器分配情況如表4.3.2所示:表4.3.2內(nèi)部寄存器寄存器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543210SEC80H81H00~59CH10SECSECMIN82H83H00~59010MINMINHR84H85H01~02或00~2312/24010HRA/PCONTROL8EH8FHWP0000000CHARGER90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRSCLOCKBURSTBEHBFH說明：(1)上表中，時(shí)鐘寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)是以BCD碼的形式存在的。其中秒寄存器的位7定義為時(shí)鐘暫停位，當(dāng)此位設(shè)置為邏輯1時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止，DS1302進(jìn)入低功耗的備份狀態(tài);當(dāng)把此位置為0時(shí)，時(shí)鐘將啟動(dòng)。(2)小時(shí)寄存器的位7定義為12或24小時(shí)方式選擇位。當(dāng)為低電平時(shí)，選擇24小時(shí)方式，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用的就為24小時(shí)方式。(3)寫保護(hù)寄存器的位7是寫保護(hù)位，在對時(shí)鐘進(jìn)行些操作之前，位7應(yīng)先置為0,當(dāng)它是高電平時(shí)，寫保護(hù)防止對任何其它寄存器進(jìn)行寫操作。此外，涓流充電寄存器各位的作用及工作原理等在本論文前半部分DS1302的硬件設(shè)計(jì)中己作過介紹，此處不再詳述。時(shí)鐘自檢初始化兩次讀取的秒鐘數(shù)據(jù)是否相同讀取DS1302秒鐘時(shí)間開始返回主程序DS1302正常工作再次讀取秒鐘數(shù)據(jù)兩次讀取的秒鐘數(shù)據(jù)是否相同讀取DS1302秒鐘時(shí)間開始返回主程序DS1302正常工作再次讀取秒鐘數(shù)據(jù)延時(shí)秒設(shè)置DS1302初始時(shí)間秒鐘大于60H圖DS1302的自檢初始化程序設(shè)計(jì)流程圖DS1302的自檢初始化程序如下所示:；---------------------------------------------------------------Function:StartcheckDS1302DSCheck:MovR6,#DS1302Sec+1;SecondTimeACallDSRdlByteMovDSCheckData,aCjnea,#60H,$+3DSCheckNext:JncDSSetTime;a>=60HtoSetDS1302'sTimeAcallDSDelay;DS1302delay1secondMovR6,#DS1302Sec+l;a<59HReadDS1302'sSecondagainACallDSRdlByteCjnea,DSCheckData,DSOK;TwoDSSecofReadingisdifferentAJMPDSSetTimeDSOK:Ret檢查DS1302芯片是否正常工作，本系統(tǒng)中通過先讀取秒鐘寄存器的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，且將此數(shù)據(jù)與60H相比較，若大于60H，說明時(shí)鐘數(shù)據(jù)不正常，轉(zhuǎn)去設(shè)置時(shí)鐘時(shí)間;若小于并等于60H，延時(shí)一秒鐘后，再次讀取秒鐘寄存器的數(shù)據(jù)，與第一次讀取的秒鐘數(shù)據(jù)相比較，若這兩次的數(shù)據(jù)相同，說明時(shí)鐘數(shù)據(jù)不正常，轉(zhuǎn)去設(shè)置時(shí)鐘時(shí)間;若正常，則退出到主程序。初始化DS1302的充電狀態(tài)及其初始時(shí)間的設(shè)置。時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)對DS1302進(jìn)行讀寫的程序流程圖如圖所示:向該地址寫入數(shù)據(jù)變量初始化向該地址寫入數(shù)據(jù)變量初始化開始將讀出的數(shù)據(jù)暫存，待顯示數(shù)據(jù)寫完了寫DS1302地址RST—端送高電平RST—端送高電平去除寫保護(hù)寫入DS1302讀地址將該地址數(shù)據(jù)讀出數(shù)據(jù)讀完了將DS1302寫保護(hù)結(jié)束圖讀寫程序流程圖在對DS1302進(jìn)行讀操作時(shí)，讀出的數(shù)據(jù)為BCD碼，同樣在寫操作時(shí)，寫入的數(shù)據(jù)一也必須為BCD碼，這就需要在數(shù)據(jù)寫入之前、讀出之后進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換，以便與系統(tǒng)其它數(shù)據(jù)在比較時(shí)相對應(yīng)。在本系統(tǒng)中，因設(shè)定的時(shí)間參數(shù)一般都為二進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)，為了便于同DS1302的時(shí)鐘數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，故在程序中需進(jìn)行二進(jìn)制與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換，其相互間的轉(zhuǎn)換程序如下;;----------------------------------------------------------------;二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD碼;Function:DisTimeBCD;DisTimeBCD:MovA,@R0An1A,#0FHMovRl，AIncRlMovA,@R0SwapAAnlA,#0FHMov@R1，AIncRlIncR0Ret;-------------------------------------------------------------;BCD碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制;Function:DisTimeHexDisTimeHex:MovA,@R0MovB,#10DivMov@R1，BIncR1Mov@R1，AIncR1IncR0Ret顯示驅(qū)動(dòng)模塊系統(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(gè)重要通道。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而便于對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽極的數(shù)碼管，其中采用ULN2803作為驅(qū)動(dòng)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(dòng)數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡單。ULN2803驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用考慮到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的驅(qū)動(dòng)電流較大，采用功率驅(qū)動(dòng)器件ULN2803，芯片外形如圖4.4.1所示。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)50VX600mA。因此采用ULN2803作為共陽數(shù)碼管的段信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，而共陽數(shù)碼管的位信號(hào)驅(qū)動(dòng)則采用8個(gè)晶體管9012來實(shí)現(xiàn)。又由于ULN2803為低電平驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口之前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反，然后將數(shù)據(jù)送到與ULN2803輸入端口相連接單片機(jī)的PO端口即可，簡化軟件程序。4.4.2顯示程序設(shè)計(jì)其顯示子程序如下:;-----------------------------------------------------------Display:MovR0,DisBufptrMovA,@R0DisPlayl:MovDptr,#DisTabMovcA,@A+DptrCplaMovDisModPort,AMovA,DisCSPtrMovDisCSPort,ARLAMovDisCSPtr,AIncDisBufPtrJbAcc.0,DisQuitInitDisO:MovDisCSPtr,#BMovDisBufPtr,#DisBufDisQuit:R;------------------------------------------------------------每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)，然后再送該位LED的位地址字節(jié)，直到8位顯示完全。本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要顯示察看的數(shù)據(jù)有時(shí)鐘及遙控器鍵盤顯示數(shù)值。正常工作中8位顯示器顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，時(shí)間顯示小時(shí)、分鐘和秒鐘，其中有兩位用來顯示“----”，用以分隔小時(shí)、分鐘和秒鐘，這樣顯示更加清晰。當(dāng)然，在測試期間，數(shù)碼管用來顯示遙控器的鍵值。系統(tǒng)鍵功能鍵功能處理程序在執(zhí)行完鍵盤采集工作后，如果有鍵按下，程序轉(zhuǎn)入鍵處理功能程序。系統(tǒng)根據(jù)鍵采集過程中得到的鍵號(hào)，散轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理子程序，通過鍵盤設(shè)置修改系統(tǒng)工作參數(shù)。其程序如下:;----------------------------------------------------------DoKey:Mova,KeyGetRlaMovdptr,#KeySubJmp@a+dptrKeySub:AjmpKey0;0AjmpKeyl;1AjmpKey2;2AjmpKey3;3AjmpKey4;4AjmpKey5;5AjmpKey6;6AjmpKey6;7AjmpKey6;8AjmpKey6;95系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟:單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試(硬件調(diào)試和軟件調(diào)試)及整個(gè)控制系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試。單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟單片機(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(jì)要求。系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨(dú)立的平行進(jìn)行，軟件調(diào)試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無完整應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，但它們需要借助另外的工具提供調(diào)試環(huán)境。硬件和軟件分調(diào)完成之后，還要再進(jìn)行軟件和硬件的聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中找出問題，判斷故障源，修改軟硬件。在對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)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(dòng)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。在電路搭建好后，對其進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看端口是否正確連接，連接是否可靠。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)用萬用表檢查電路，看應(yīng)當(dāng)開路的地方是否開路，應(yīng)當(dāng)短路的地方是否短路，電源地線連接是否可靠。在焊接后，查看焊接是否牢固，有無虛焊或短路等。在將芯片、傳感器等元件插到電路板上時(shí)，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:系統(tǒng)軟件程序在編制好以后，可通過匯編軟件對源程序進(jìn)行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼，在匯編過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，要及時(shí)糾正。在軟件調(diào)試時(shí)采用軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)對程序進(jìn)行調(diào)試，這種模擬開發(fā)系統(tǒng)是在計(jì)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(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯(cuò)誤。3.動(dòng)態(tài)調(diào)試:控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)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(shí)對軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，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)各電路板調(diào)試成功后，將用戶程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步、多步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行用戶程序。系統(tǒng)中的硬件故障(如各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤)主要是靠聯(lián)機(jī)仿真來排除的。對于與硬件無聯(lián)系的用戶程序，例如定時(shí)標(biāo)志等，雖然已經(jīng)沒有語法錯(cuò)誤，但可能存在邏輯錯(cuò)誤，這時(shí)，就借助于動(dòng)態(tài)在線調(diào)試手段發(fā)現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，直至邏輯錯(cuò)誤糾正為止。而對于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用在線編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。出現(xiàn)的主要問題及分析解決系統(tǒng)調(diào)試一般來講是一種復(fù)雜，而仔細(xì)的工作，所以在調(diào)試過程中需要有耐心，仔細(xì)檢查、解決出現(xiàn)的一切問題。只有所有問題都得到解決后，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題及分析解決:問題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:12V變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器輸入端的電壓較高，使7805上的壓降過大。此問題可通過使用9V變壓器，在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同時(shí)增大散熱片來解決。問題2:人體存在傳感器有人存在時(shí)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(huì)產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號(hào)，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個(gè)100千歐的上拉電阻。問題3:有人存在的教室中，若人體超過十秒沒有活動(dòng)，人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，那么如何判定教室此時(shí)有人的問題。分析解決:有人存在的教室中，若人體超過十秒沒有活動(dòng)，人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的問題。此問題在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，將有人體存在的狀態(tài)保持二至五分鐘再繼續(xù)采集信號(hào)，并加以處理。問題4:單片機(jī)控制信號(hào)輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計(jì)產(chǎn)生動(dòng)作。分析解決:單片機(jī)輸出控制信號(hào)，在控制繼電器時(shí)，必須加三極管來驅(qū)動(dòng)，否則信號(hào)電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，而且必須采用三極管的集電極端來驅(qū)動(dòng)繼電器，最后再帶動(dòng)負(fù)載。繼電器驅(qū)動(dòng)電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，增加對驅(qū)動(dòng)三極管的保護(hù)。問題5:每次開機(jī)插上電源后，硬件時(shí)鐘顯示的時(shí)間都從所設(shè)初始值開始計(jì)時(shí)。分析解決:硬件時(shí)鐘顯示的時(shí)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(shí)鐘先進(jìn)行自檢。6.結(jié)論和建議結(jié)論本課題對適合應(yīng)用于教室燈光控制系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行了研究。以環(huán)境光、人體存在狀況等外界環(huán)境為控制器的輸入?yún)?shù)，比單純的人員管理教室燈光更合理，更有效的降低教室燈光的資源費(fèi)用;同時(shí)還加入了時(shí)間控制參數(shù)，使教室燈光的控制更加符合學(xué)校的作息時(shí)間。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對于各類大、中專院校的教室燈光管理具有重要的意義，也適用于各類辦公室的燈光控制。該教室燈光系統(tǒng)的控制是以AT89C52單片機(jī)主控單元為核心，通過相關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)，完成對系統(tǒng)設(shè)備(電燈)的控制，采用一個(gè)二極管閃爍顯示整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對教室燈光的自動(dòng)開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)智能化控制的同時(shí)，還設(shè)置了手動(dòng)，這樣在系統(tǒng)智能控制偶爾出現(xiàn)故障時(shí)，可采用手動(dòng)操縱，不至于影響教室燈光的正常應(yīng)用。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用簡易芯片(ULN2803,DS1302,X5045等)，簡化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)省了單片機(jī)I/0口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)通過采用多任務(wù)模塊編寫，省去了一些不必要的延時(shí)程序，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能資源的利用率。在保證裝置能穩(wěn)定可靠工作的前提下，硬件設(shè)計(jì)上盡量采用性價(jià)比高的元器件，以降低成本。軟件設(shè)計(jì)上采用多任務(wù)形式對信號(hào)的采集、處理，達(dá)到最終控制燈光的目的。本控制系統(tǒng)與己有的教室燈光配套使用時(shí)，不需要對原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動(dòng)，以降低成本實(shí)現(xiàn)了教室燈光的智能控制。建議由于教室大小面積各不相同、教室燈光數(shù)量不一，教室內(nèi)部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會(huì)有所不同，特別是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響更大，一套教室燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用也只是在有限的范圍內(nèi)。若教室面積很大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個(gè)人體傳感器。人體傳感器一般采集的是有活動(dòng)的人體，若人體靜止時(shí)，如坐著看書沒有活動(dòng)，這時(shí)人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，故而最好將人體傳感器裝