畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于89c52的教室燈光節(jié)能控制器的設(shè)計

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 (論 文)</p><p>　　機(jī)械與電氣工程 學(xué)院 08自動化專業(yè)</p><p>　　課程設(shè)計（論文）題目 基于89C52的教室燈光節(jié)能控制設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p>

2、<p>　　班 級 08自動化 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　完

3、成 日 期 2011 年 12 月 20 日</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　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；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

4、存在。這種有意和無意的浪費(fèi)，不僅是浪費(fèi)了國家資源，而且給學(xué)校帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。</p><p>　　本文介紹了基于單片機(jī)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(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來實(shí)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。</p><p>　　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8

5、9C52單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)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。</p><p>　　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

6、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(shí)現(xiàn)了對燈光的控制。</p><p>　　第一章 總體方案設(shè)計</p><p>　　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和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時開燈，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)。</p

7、><p>　　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應(yīng)使人體活動方向與人體傳感器中兩個熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號采集更加靈敏、可靠，同時還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。</p><p><b>　　1.1硬件方案論證</b></p><p>　　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，

8、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(shí)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(jī)、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。</p><p>　　1.1.1 微處理器的選擇</p><p>　　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

9、CMOS工藝處理器，具有8K在線可編程Flash存儲器，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來存儲系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。</p><p>　　1.1.2 傳感器的選擇</p&g

10、t;<p>　　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(qiáng)度采集傳感器。用于人體信號采集的傳感器和光信號強(qiáng)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：</p><p>　　一、熱釋電紅外傳感器：</p><p>　　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)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，

11、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。</p><p>　　二、光敏電阻式傳感器：</p><p>　　光敏電阻會感應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，自己電阻隨著光強(qiáng)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(qiáng)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

12、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(shí)用。</p><p>　　1.1.3 顯示器的選擇</p><p>　　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

13、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。</p><p>　　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。</p><p>　　1.1.4 通信方式和總線接口的選擇</p><p>　　串行通信是指一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按

14、順序傳送的通信方式。串行通信的特點(diǎn)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。</p><p>　　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R

15、S-485。</p><p>　　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(diǎn)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(diǎn)互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS一485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。故本系統(tǒng)

16、采用RS-485接口。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　1.2.1 系統(tǒng)的設(shè)計思路</p><p>　　本系統(tǒng)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)。</p><p>　　上位機(jī)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

17、有看門狗電路對運(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1-1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(shí)時時鐘芯片對照明燈具進(jìn)行定時開關(guān)控制。</p><p>　　圖 1-1 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　下位機(jī)系統(tǒng)：分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1-2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，同時能夠控制照明燈具，其硬

18、件電路只是系統(tǒng)的實(shí)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(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。</p><p>　　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)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。</p><p>　　圖1-2 分控制器硬件電

19、路結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.3 系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計</p><p>　　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。</p>

20、;<p>　　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：</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為A：光線弱時A=1，光線強(qiáng)時A=0；</p><p>　　人體信號為B：有人時B=1，無人時B=0；</p><p>　　作息時間為C：上課時C

21、=1，休息時C=0；</p><p>　　電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時D=1，斷開時D=0。</p><p>　　則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2：</p><p>　　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·C。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件單路的設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)以單片

22、微型計算機(jī)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。</p><p>　　2.1 主控制器的電路設(shè)計</p><p>　　主控制器采用AT89C52單片機(jī)作為微處理器，AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含

23、4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)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-52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。</p><p>　　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2-1所示：&l

24、t;/p><p>　　圖2-1主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)供電電路的設(shè)計</p><p>　　1.電源變壓器：變壓器的功能是將220V的交流電變換成整流電路所需要的低壓交流電。</p><p>　　2.整流電路：整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?！將變壓器的次級電壓?/p>

25、換成單向脈動直流。因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。我們現(xiàn)在用到的是橋式整流電路。</p><p>　　在穩(wěn)壓電源中一般用四個IN4007二極管組成橋式整流電路，整流電路的作</p><p>　　用是將交流電壓變換成脈動的直流電壓。濾波電路一般由電容組成，其作用是把脈動直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。與交流電壓的有效值的關(guān)系為： =</p><

26、p>　　在整流電路中，每只二極管所承受的最大反向電壓為： =</p><p>　　流過每只二極管的平均電流為： ==</p><p>　　其中：R為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為電容C提供放電通路，放電時間常數(shù)RC應(yīng)滿足：</p><p><b>　　></b></p><p>　　3.濾波電路：濾波電路的作

27、用是平波，將脈動直流變換成比較平滑的直流。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸出端與負(fù)載間串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。我們現(xiàn)在采用的是在負(fù)載兩端并聯(lián)電容器C的方法。由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時，能把部分能量存儲起來，而當(dāng)電源電壓降低時，就把電場能量釋放出來，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用。&

28、lt;/p><p>　　4.穩(wěn)壓電路：濾波電路的輸出電壓還是有一定的波動，對要求較高的電子設(shè)備，還要穩(wěn)壓電路，通過穩(wěn)壓電路的輸出電壓幾乎就是恒定電壓。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓。輸出電壓，輸出電流及輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程</p><p>　　度，包括穩(wěn)壓系數(shù)，電壓調(diào)整率，電流調(diào)整率，輸出電阻，溫度系數(shù)及紋波電壓。

29、</p><p>　　常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式正壓集成穩(wěn)壓器有CW317（LM317）系列，它們的輸出電壓從1.25V－37伏可調(diào)，最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過渡、過熱和安全工作區(qū)保護(hù)，最大輸出電流為1.5A。其中電阻R1與電位器R2組成輸出電壓調(diào)節(jié)器，輸出電壓Uo的表達(dá)式為：=式中R1一般取120－240歐姆，輸出端與調(diào)整端的壓差為穩(wěn)壓器的

30、基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　圖2-2 LM317系列電路圖</p><p>　　圖2-2為LM317穩(wěn)壓器這部分的電路圖，該部分電路就可以起到穩(wěn)壓作用。</p><p>　　電路左邊的兩個電容分別為1000µ和10µ。這兩個電容可以很好的起到濾波作用,</p><p>　　而電路右邊的兩個電阻,一個是240Ω的固定電阻

31、器,另一個為6.8 KΩ的電位器。通過調(diào)節(jié)電位器的電阻,可以調(diào)節(jié)輸出的電壓。這樣,就可以達(dá)到我們所預(yù)期的目</p><p>　　標(biāo),實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)。如圖2-3，即為直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓過程。</p><p><b>　　圖2-3 穩(wěn)壓過程</b></p><p>　　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，會使穩(wěn)壓

32、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LM317，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。供電原理圖2-4如下：</p><p><

33、;b>　　供電原理圖2-4</b></p><p>　　2.1.2 鍵盤的接口設(shè)計</p><p>　　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4×4矩陣式鍵盤，第一行從左到右為1、2、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、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

34、碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)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(jī)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2-5：</p><p>　　圖2-5 鍵盤的硬件電路原理圖</p><p>　　2.1.3 LED數(shù)

35、碼顯示接口設(shè)計</p><p>　　數(shù)碼顯示與驅(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(jī)的P0.0～P0.3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(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的P0.4、P0.5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

36、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2-6：</p><p>　　圖2-6 數(shù)碼顯示與驅(qū)動電路原理圖</p><p>　　2.1.4 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計</p><p>　　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。MR與WDO經(jīng)過一個二極管連接起來，WDI接單片機(jī)的P2.7

37、口，RESET接單片機(jī)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：</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）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(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時，R

38、ESET輸出高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。</p><p>　　（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(jī)時，CPU不能在1．6s內(nèi)給出“喂狗”信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR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(jī)復(fù)位，看門狗定時器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。</p><p>　　（4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動復(fù)

39、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2-7</p><p>　　圖2-7 看門狗電路原理圖</p><p>　　2.2 分控制器電路的設(shè)計</p><p>　　分控制器采用低檔型的AT89C2052單片機(jī)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(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只

40、讀程序存儲器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)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(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點(diǎn)。分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-8 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖</p><p>　　AT89C2052單片機(jī)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

41、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2-9：</p><p>　　圖2-9 89C52的接口電路設(shè)計</p><p>　　2.3 RS485通信電路設(shè)計</p><p>　　在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺單片機(jī)

42、作為主機(jī)，多個單片機(jī)作為從機(jī)，主機(jī)控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行；從機(jī)采集信號，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制；主機(jī)和從機(jī)之間通過總線相連。</p><p>　　主機(jī)通過TXD向各個從機(jī)（點(diǎn)到點(diǎn)）或多個從機(jī)（廣播）發(fā)送信息，而各個從機(jī)也可以向主機(jī)發(fā)送信息，但從機(jī)之間不能自由通信，其必須通過主機(jī)進(jìn)行信息傳遞。</p><p>　　多機(jī)通信時，單片機(jī)的串行口只能工作在方式2、3。此時單片機(jī)發(fā)送或接收的一幀信息都是11位，1

43、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(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主機(jī)發(fā)送地址信息時，使TB8=1，所有SM2=1的從機(jī)都將產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進(jìn)行比較，其中被主機(jī)呼叫的從機(jī)的SM2位被清“0”；主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息時，使TB8=0，僅有SM2=0的從機(jī)才將產(chǎn)生中斷，接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機(jī)不予理睬。</p><p>　　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

44、用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。</p><p>　　主機(jī)與從機(jī)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 μA，采用半雙工通信

45、方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。 </p><p>　　2.4 信號采集電路的設(shè)計</p><p>　　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。</p><p>　　2.4.1 光信號取樣電路設(shè)計</p><p>　　光信號取樣電路如圖 2-11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

46、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(jī)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)。</p><p>　　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CMOS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(

47、7;)1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。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)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機(jī)的接口電路簡單，占用I/O口資源少。</p><p>　　圖 2-11 光信號取樣電路</p><p>　　2.4.2 人體信號采集電路設(shè)計</p><p>　　人體信號采集由人體

48、紅外檢測探頭和比較電路組成。</p><p>　　一 、人體紅外檢測探頭</p><p>　　人體紅外檢測探頭由菲涅爾透鏡、熱釋紅外傳感器P2288組成。</p><p>　　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

49、號。</p><p>　　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。</p><p><b>　　二、 比較電路</b></p><p>　　比較電路如圖 2-12所示，由兩個運(yùn)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

50、壓分別由兩個獨(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。</p><p>　　圖 2-12 人體信號比較電路</p><p>　　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(yùn)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“

51、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。</p><p>　　2.5 DS12887時鐘芯片接口電路設(shè)計</p><p>　　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(shí)時時鐘芯片，除具有實(shí)時鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶

52、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(jī)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(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時時鐘系統(tǒng)中。</p><p>　　DS12887接口設(shè)計原理圖如圖 2-13：</p><p>　　圖 2-1

53、3 DS12887接口設(shè)計原理圖</p><p>　　2.6 輸出驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)輸出控制信號電路由P2.0和P2.1口輸出的控制信號來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光的控制功能。</p><p>　　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(diǎn)斷開，電燈

54、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P(yáng)2.1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“0”（正常）：關(guān)閉室內(nèi)照明電器。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　本燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)

55、計包括照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明定時控制程序、人機(jī)交互程序以及串行通行等。</p><p>　　3.1 人機(jī)交互程序設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的人機(jī)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。 </p><p>　　3.1.1 鍵盤掃描程序設(shè)計</p><p>　　鍵盤掃描程序的流程圖如

56、圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1鍵盤掃描程序的流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)的鍵盤采用的是4×4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。</p><p>　　3.1.2 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計</p><p>　　LED數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖3-2所示：</p><

57、p>　　圖3-2 LED數(shù)碼顯示程序的流程圖</p><p>　　3.2 照明啟停控制程序設(shè)計</p><p>　　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?？刂瞥绦蛴蓛刹糠纸M成，即全部啟?？刂婆c單獨(dú)啟停控制兩部分。</p><p>　　3.2.1 全部啟停控制程序設(shè)計

58、</p><p>　　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。</p><p>　　系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)的控制程序流程圖如圖3-3和圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 全部啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖</p>

59、<p>　　3.2.2 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計</p><p>　　單獨(dú)照明啟?？刂葡到y(tǒng)是通過主機(jī)發(fā)送給指定的從機(jī)命令信息，來實(shí)現(xiàn)照明燈的啟?？刂啤Ｖ鳈C(jī)首先發(fā)送從機(jī)地址，被叫到的從機(jī)向主機(jī)發(fā)送本機(jī)地址，然后主機(jī)向從機(jī)傳送數(shù)據(jù)，從機(jī)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。</p><p>　　該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)控制程序流程圖分別如圖3-5與圖3-6所示：</p><

60、p>　　圖 3-5 單獨(dú)啟停控制主機(jī)程序流程圖</p><p>　　圖 3-6 單獨(dú)啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖</p><p>　　3.3 照明控制程序設(shè)計</p><p>　　照明控制系統(tǒng)是利用從機(jī)即單片機(jī)AT89c51和時鐘芯片DS12887進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時數(shù)據(jù)，主機(jī)采用串口通信方式對從機(jī)進(jìn)行定時時間的設(shè)置，從機(jī)然后根據(jù)設(shè)定的時間進(jìn)行照明燈的

61、啟停控制。</p><p>　　3.3.1 全部定時控制程序設(shè)計</p><p>　　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(jī)發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)控制流程圖同圖3-7所示，從機(jī)的控制流程圖如圖

62、3-8所示。</p><p>　　圖 3-7 全部定時控制從機(jī)程序流程圖</p><p>　　3.3.2 單獨(dú)定時控制程序設(shè)計</p><p>　　單獨(dú)定時控制的主機(jī)程序流程圖同圖 25）所示，從機(jī)程序流程圖如圖3-8所示。</p><p>　　圖 3-8 單獨(dú)定時控制從機(jī)控制程序流程</p><p>　　3.4

63、RS485通信程序設(shè)計</p><p>　　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(jī)對從機(jī)的查詢方式通信。</p><p>　　3.4.1 主機(jī)部分通信程序設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)中的主機(jī)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。</p>

64、;<p>　　主機(jī)的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下：</p><p>　　該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖3-9所示。</p><p>　　圖 3-9 主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖</p><p>　　3.4.2 從機(jī)部分通信程序設(shè)計</p><p>　　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個部分。流

65、程圖如下：</p><p>　　圖3-10 從機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖</p><p><b>　　第四章 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過為期兩周的課程設(shè)計，初步完成了教室燈光節(jié)能器的設(shè)計，基本上達(dá)到了設(shè)計要求。</p><p>　　本設(shè)計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

66、。</p><p>　　硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，以達(dá)到設(shè)計要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇用于控制的單片機(jī)89C52，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值。</p><p>　　軟件設(shè)計部分，

67、首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。軟件設(shè)計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計功能要求。</p><p>　　在本次

68、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。其中繪圖、確定參數(shù)等過程都使我得到了很大的提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社，1999</p><p>　　[

69、2]何立民著,單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用.航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[3]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</p><p>　　[4]何立民著,單片機(jī)高級教程.北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　[5]MCS-51/96系列單片機(jī)原理及應(yīng)用.孫涵芳等著,北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　

70、　[6]徐煜明、韓雁著,單片機(jī)原理及接口技術(shù).電子工業(yè)出版社</p><p>　　[7]何立民．單片機(jī)高級教程——應(yīng)用與設(shè)計．北京航空航天大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[8]李嗣福．計算機(jī)控制基礎(chǔ)．中國科技大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[9]張友德著,單片微型計算機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).復(fù)旦大學(xué)出版社</p><p>　　

71、[10]余用權(quán)．ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[11]黃丹輝，黨向榮．微機(jī)測控系統(tǒng)中的接地系統(tǒng)設(shè)計。工礦自動化，2002．4.20</p><p>　　[12]高鵬著,PROTEL入門與提高.人民郵電出版社</p><p>　　e馬,陪F?lm嫄W壙獑??N€?)?0?q??3拞屓??p勌m:b5a

72、漬璺1疆lv~0瘩艌v€??`@2屘b瘌Tq 〆妋4U~K袢,疀薤`,A6玭$? $徤?|ッ?罪=T?G駁op1尚懇袹戦疈u圻?賡O?a?*{p懡0L)w懱拽?E???/扢]?9镃/潺hRＱ烞b蔔Ye嚁劑Bb?捚?慳曥T?UFUZ!醋M[M蘇g壺鰷伸???qfg%厧1't?€ 戯憤焿驆罳騙^萡P?躀cP縮蒕\?nP砫 }?C?Z豸值?<箾殶竛吐K?M轂?藑琶q@v栃??

73、譇>橒忋喏曚NI耔nENB峢mT鸏s眑+?該Ζ|紖?>!汩?膾f抙氄宨澻S箔XM竴玐訨?V?腡?,B衹絵2n吞輷匽e馬e馬,陪F?lm嫄W壙獑??N€?)?0?q??3拞屓??p勌m:b5a漬璺1疆lv~0瘩艌v€??`@2屘b瘌Tq 〆妋4U~K袢,疀薤`,A6玭$? $徤?|ッ?罪=T?G駁op1尚懇袹戦疈u圻?賡O?a?*{p懡0L)w懱拽?E???/扢]?9镃/潺hRＱ