畢業(yè)設(shè)計-----基于at89s51單片機(jī)的教室燈光智能控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了有效利用教室燈光、節(jié)約能源，設(shè)計了以AT89C2051單片機(jī)作為控制核心的教室燈光控制系統(tǒng)，能根據(jù)學(xué)校作息時間、光照情況自動調(diào)節(jié)教室燈光的打開或關(guān)閉。調(diào)試結(jié)果證明該系統(tǒng)具有很好的人機(jī)交互界面，能對教室燈光進(jìn)行智能控制，且電路簡單，成本低，節(jié)約能源，可移植性好。也可應(yīng)用于圖書館、會議室、辦公室、辦公等場所，具有很好的實際應(yīng)

2、用價值和廣泛的應(yīng)用空間。</p><p>　　本課題針對教室燈光的控制，分析了教室燈光智能控制的原理和實現(xiàn)方法，提出了基于單片機(jī)設(shè)計教室燈光智能控制系統(tǒng)的思路，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件模塊和相應(yīng)軟件部分。</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)作為控制模塊的核心部件，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

3、，通過對人體存在信號和環(huán)境光信號的識別與判斷，完成對教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有報警功能；同時還采用了軟/硬件的“看門狗”等抗干擾措施。</p><p>　　本系統(tǒng)程序部分采用C語言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、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，針對性強(qiáng)，性價比高等優(yōu)點，可以滿足各類院校對教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。</p>

4、;<p>　　關(guān)鍵詞：智能控制器 熱釋紅外傳感器 單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In order to make effective use of classroom lighting, energy saving, to design the AT89C2051 MCU as the cont

5、rol core of the lighting control system for classroom, according to the school calendar, light automatic adjustment of classroom lighting in the open or close. Debugging results show that the system has a very good man-m

6、achine interface, for classroom lighting intelligent control, and has the advantages of simple circuit, low cost, energy saving, good portability. Can also be applied in th</p><p>　　The topic for classroom l

7、ighting control, analysis of classroom lighting intelligent control principle and realization method, is put forward based on the SCM design classroom lighting intelligent control system of train of thought, and on this

8、basis the development of the intelligent control system of the hardware module and the corresponding software.</p><p>　　The system is based on AT89S51 single chip microcomputer as control module is the core

9、component, the pyroelectric infrared sensor to detect the presence of the human body, using photosensitive three transistor circuits to detect ambient light intensity; reasonable light conditions according to classroom,

10、the human body through the presence of signals and ambient light signal recognition and judgement, completion of the classroom lighting intelligent control, to avoid the classroom electricity w</p><p>　　The

11、system uses C language, is designed with modular structure, clarity, good versatility, facilitate the improvement and expansion. The system has the advantages of small volume, convenient control, high reliability, strong

12、 pertinence, cost-effective advantages, can meet all kinds of institutions for classroom lighting control requirements, a large degree of achieving the purpose of energy saving.</p><p>　　Keywords: intelligen

13、t controller for pyroelectric infrared sensor chip </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　第一章 教室燈光控制器簡介與方案分析1</p><p>　　1.1教室

14、燈光控制器簡介1</p><p>　　1.2系統(tǒng)控制方案分析1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計3</p><p>　　2.1系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡介3</p><p>　　2.2系統(tǒng)控制的主要硬件電路3</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)主控電路3</p><p&

15、gt;　　2.2.2系統(tǒng)供電電路4</p><p>　　2.2.3數(shù)據(jù)采集電路5</p><p>　　2.2.4系統(tǒng)時鐘電路7</p><p>　　2.2.5繼電器驅(qū)動電路8</p><p>　　2.2.6超時報警電路8</p><p>　　2.2.7按鍵控制電路9</p><p>

16、　　2.2.8系統(tǒng)看門狗電路9</p><p>　　第三章 控制模塊軟件設(shè)計13</p><p>　　3.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊13</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)自檢初始化13</p><p>　　3.1.2定時中斷處理設(shè)計14</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采集模塊14</p><

17、p>　　3.2.1人體存在傳感器的優(yōu)缺點14</p><p>　　3.2.2數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn)14</p><p>　　3.3時鐘模塊15</p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)輸入輸出15</p><p>　　3.3.2時鐘程序設(shè)計16</p><p>　　3.4顯示驅(qū)動模塊18</p>

18、<p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析21</p><p>　　4.1單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟21</p><p>　　4.2主要問題分析22</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望25</p><p><b>　　5.1總結(jié)25</b></p><p><b>

19、　　5.2展望25</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　1.1課題來源及背景</p><p>　　本課

20、題屬于自選課題，來源于本人了解到現(xiàn)今全世界面臨資源短缺問題日益突出，造成了資源的巨大浪費(fèi)。而我所在就讀的江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電能管理方面存在著</p><p>　　很大的問題。特別是教室里管理不到位。所以我就選了這個課題。</p><p>　　基于單片機(jī)控制的教室自燈光動控制器的研究</p><p>　　當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個國家經(jīng)

21、濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。尤其現(xiàn)今越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。但是目前在校園內(nèi)，教室燈火通明，卻空無一人的現(xiàn)象屢見不鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也對高校的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光控制系統(tǒng)就可以很好地實現(xiàn)節(jié)約能源的作用。本課題設(shè)計的控制器可有效的實現(xiàn)教室燈光的智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光強(qiáng)度

22、信號等外界因素。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，實驗證明這種方案可以實現(xiàn)對教室燈進(jìn)行智能控制。</p><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>　　1.

23、2國內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題</p><p>　　燈光控制器研究的現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)今世界各地面臨能源危機(jī)，現(xiàn)在發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣等，丹麥在能源合理利用方面的成功經(jīng)驗給我們提供了很好的借鑒。丹麥從1974年以來，國民收入增長了50%。但丹麥總的能源總消費(fèi)量并沒有增加。所以丹麥在OECD成員國中能源消耗量和國民收入比值最小的國家。他們提供的一些節(jié)能

24、供熱系統(tǒng)很值得我們借鑒。例如丹麥熱電周供熱電廠(CHP)。而且，他們盡可能的有效利用資源，所以他們的能源使用總效率達(dá)到了90%。并且丹麥政府很重視住房空同用電的節(jié)簏，還設(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，要支付比沒有節(jié)能方案房屋高出8%的費(fèi)用。他們的節(jié)能經(jīng)驗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)能6%。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%

25、的電能。以上種種跡象表明世界各國都在采取不同方式來節(jié)約能源。</p><p>　　由于我國人口有十三億之多，經(jīng)濟(jì)又持續(xù)多年的高速發(fā)展，讓能源問題日益突出。雖然我國能源總儲量不低，但人均儲量少。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)高速發(fā)展的關(guān)鍵問題。，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中一個關(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)的平衡，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定有很大影

26、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問將在公用設(shè)旅、 賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣1.5億只節(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1：6.25上升到目前的1：1.5。</p><p>　　目前，我

27、國照明用電約占社會總用電量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%-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)估算年節(jié)約用電可達(dá)3442萬千瓦時，節(jié)約電費(fèi)2519.7萬元。政府已經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換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%。</p

28、><p>　　我們黨在2000年10月11日黨第十五屆中央委員會第五次會議通過 的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議》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十分重要的任 務(wù)。”其中提到的基礎(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，加強(qiáng)環(huán)境保 護(hù)。面臨如此緊迫的能源問題，我們應(yīng)該把著眼點放在“高效”利用“清 潔”能源上。由此可見，

29、節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。</p><p>　　目前國內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強(qiáng)時也開燈，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?；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光自動控制

30、系統(tǒng)的設(shè)計無疑就成為其中一項重要課題。</p><p>　　第二章 教室燈光控制器簡介與方案分析</p><p>　　1.1教室燈光控制器簡介</p><p>　　本課題設(shè)計的控制器可有效的實現(xiàn)教室燈光的智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光強(qiáng)度信號等外界因素。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，實驗證明這種方案可以實現(xiàn)

31、對教室燈進(jìn)行智能控制。</p><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>　　1.2系統(tǒng)控制方案分析</p><p>　　該控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入

32、參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動與手動控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時，有人存在且超過一定時間，控制器自動打開電燈，直到人離開后再延時一定時間后關(guān)燈。同時，還可設(shè)置作息時間來控制，夜晚超過12點，若還有人存在，則關(guān)閉自動控制器的運(yùn)行，改用開關(guān)來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器的不人性化運(yùn)行。</p><p>　　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

33、件部分是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達(dá)到設(shè)計目的。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計</p><p>　　2.1系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡介</p><p>　　系統(tǒng)控制單元是以AT89S51單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電

34、路主要包括：環(huán)境光采集電路、時鐘模塊、熱釋紅外傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵電路、EEPROM存儲模塊、超時報警模塊、數(shù)碼管顯示模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　環(huán)境光模塊采用光敏三極管來檢測環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時，電阻減小，隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號轉(zhuǎn)化成電信號，實現(xiàn)對光強(qiáng)度的檢測。</p>

35、<p>　　人體存在傳感器模塊采用HP-208是基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，實現(xiàn)對人體存在的檢測。</p><p>　　硬件時鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實時時鐘芯片DS1302。該電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛的使用。</p><p>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護(hù)部分由X5045組成，X5045是一種串行通訊的512字節(jié)EEPROM

36、，同時兼有看門狗和電源監(jiān)控功能鍵盤模塊。</p><p>　　2.2系統(tǒng)控制的主要硬件電路</p><p>　　考慮到本系統(tǒng)安裝時受環(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)常會因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計過程中，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。</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)主控電路</p&g

37、t;<p>　　本系統(tǒng)的主控模塊采用AT89S51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，所以沒有片外擴(kuò)展的RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡潔。該芯片的主要特征見如表2.1：</p><p>　　表2.1 AT89S51主要特征&l

38、t;/p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　(1) 40（Vcc）20（GND）腳間的電壓應(yīng)有5V 。</p><p>　　(2) 18、19腳分別與20腳間有1.7―2.5V電壓 </p><p>　　(3) 9（RST）腳與GND間電壓基

39、本為0 。</p><p>　　(4) 31腳 （EA）與20引腳（GND）間電壓為5V 。</p><p>　　2.2.2系統(tǒng)供電電路</p><p>　　系統(tǒng)供電原理如圖2-3所示，采用+5V電壓供電。本設(shè)計采用輸出電壓為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C1，C2濾波，再經(jīng)正輸出穩(wěn)壓器LM780

40、5，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的直流電壓，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。.</p><p>　　圖2-3 系統(tǒng)供電電路</p><p>　　2.2.3數(shù)據(jù)采集電路</p><p>　　教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光照強(qiáng)度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要

41、對象。常見的環(huán)境光強(qiáng)度采集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體存在傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)。</p><p>　　一、環(huán)境光強(qiáng)度采集電路</p><p>　　光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的功能外，還具有對電信號的放大功能。在無光照時，三極管的穿透電流很小，為暗電流

42、，有光照時，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。光敏三極管具有靈敏度高，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，壽命長等特點。</p><p>　　環(huán)境光采集電路原理如圖為2-4所示。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時，光敏三極管D6呈現(xiàn)低阻狀態(tài)≤1KΩ，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)環(huán)

43、境光強(qiáng)度小于一定程度時，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100Ｋ，使三極管Q12截止，集電極輸出高電平。其中調(diào)節(jié)R26阻值，可使三極管Q12受環(huán)境光強(qiáng)度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。</p><p><b>　　圖2-4環(huán)境光電路</b></p><p>　　二、人體存在信號采集電路</p><p>　　人體存在傳感器采用HP-208-N-L人體感應(yīng)模塊

44、(低電平輸出)?；诩t外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器中。人體傳感器的1號引腳為電源信號端VCC，2號引腳為采集信號輸出端OUT，3號引腳為地信號端GND。其硬件連接如圖2-5。</p><p>　　圖2-5 人體存在信號采集電路</p><p>　　HP-208-N-L功能特點：</p><p>　　全自動感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范

45、圍則輸出低電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉低電平，輸出待機(jī)時的高電平。</p><p>　　兩種觸發(fā)方式：a.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從低電平變?yōu)楦唠娖?；b.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，其輸出將一直保持低電平，直到人離開后至延時結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以

46、最后一次活動的時間為延時時間的起始點).</p><p>　　具有感應(yīng)封鎖時間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時時間一結(jié)束，可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)“感應(yīng)輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點幾秒—幾十秒鐘)。</p><p>　　微功耗

47、：靜態(tài)電流<50微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品；</p><p>　　輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接；</p><p>　　技術(shù)參數(shù)：工作電壓：DC4.5V至DC24V均可；</p><p>　　輸出低電平：0V，待機(jī)時的高電平為3.3V；</p><p>　　延時時間：可制作范圍零點幾秒—十幾分鐘；</p>

48、<p>　　封鎖時間：可制作范圍零點幾秒—幾十秒；</p><p>　　觸發(fā)方式：L不可重復(fù)；H可重復(fù)；</p><p>　　感應(yīng)范圍：<140度錐角，7米以內(nèi)；</p><p>　　工作溫度：-20—+70度。</p><p>　　2.2.4系統(tǒng)時鐘電路</p><p>　　根據(jù)教室燈光使用特性，該

49、系統(tǒng)還應(yīng)受到時間的控制，因此本研究還加入硬件時鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。</p><p>　　考慮到本系統(tǒng)停電時需為時鐘電路提供電源、且不占用太多單片機(jī)資源，于是采用具有充電能力的實時時鐘芯片DS1302，作為臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電保護(hù)電源提供充電功能，也可以將此功能關(guān)閉。該芯片對年、月、日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V—5.5V。DS

50、1302只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡單，時鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其引腳圖如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 DS1302的引腳圖</p><p><b>　　各引腳的功能為：</b></p><p>　　Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電

51、，當(dāng)Vcc2< Vcc1時，由Vcc1向DS1302供電。</p><p>　　SCLK：串行時鐘，輸入，控制數(shù)據(jù)的輸入與輸出；</p><p>　　I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線；</p><p>　　CE：輸入信號，在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高。</p><p>　　DS1302與單片機(jī)接口電路連接如圖2-7，其中Vcc2外接3.6V

52、可充電的鋰電池，為DS1302的備用電源。Vcc1外接供電模塊的穩(wěn)定輸出電壓+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，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，保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。X1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)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信

53、號相連。時鐘輸入端SCLK接單片機(jī)P1.5引腳，進(jìn)行時鐘控制。。</p><p>　　圖 2-7 時鐘電路</p><p>　　2.2.5繼電器驅(qū)動電路</p><p>　　繼電器驅(qū)動接口電路如圖2-8所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號的9012三極管來驅(qū)動。開機(jī)時，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

54、.5、P3.6 為低電平，三極管的基極就會被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會得電吸合，從而驅(qū)動負(fù)載，點亮相應(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。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勢的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動三極管，這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。</p><p>　　圖2-8 繼電器驅(qū)動電路</p><

55、;p>　　2.2.6超時報警電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用的超時報警電路如圖2-9所示。單片機(jī)的P3.4端口外加一個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)P3.4 端口為低電平，即基極為低電平時，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時。若P3.4端口為高電平，即基極為高電平時，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時報警電路方便了管理人員對教

56、室燈的管理，能夠科學(xué)、有效地管理教室電燈。</p><p>　　圖2-9超時報警電路</p><p>　　2.2.7按鍵控制電路</p><p>　　按鍵控制電路如圖2-10所示。按鍵的輸入信號分別接到P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，用二極管和與門電路將按鍵信號引到外中斷0的引腳P3.2。按鍵控制電路采用單片機(jī)P2口的低4個口作按鍵的輸入信號端，信號取自電阻

57、的分壓。當(dāng)按鍵未按下時，P2.0—P2.3端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時，對應(yīng)端口被按紐開關(guān)短接到地，為低電平。單片機(jī)檢測4個端口電平的變化，從而確定是哪個鍵被按下。鍵盤工作方式采用中斷掃描方式，4個二極管和10K電阻組成與門電路，當(dāng)任一鍵按下時，與門輸出P3.2引腳的電平都會由高為低。P3.2第二功能是外部中斷0的輸入引腳，我們利用其電平的變化產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中讀入P2口低4位信號，確定哪個鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)

58、的按鍵功能，0.1pf電容和10K電阻組成濾波電路，消除按鍵的抖動。</p><p>　　圖2-10按鍵控制電路</p><p>　　2.2.8系統(tǒng)看門狗電路</p><p>　　在單片機(jī)工作過程中，不可避免的會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。為了能夠及時恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計中使用看門狗電路，這樣在

59、單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個復(fù)位信號給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，重新執(zhí)行程序。由于系統(tǒng)同時需要看門狗和EEPROM，所以本設(shè)計中使用芯片X5045。</p><p>　　X5045具有三種常用的功能：看門狗定時器、復(fù)位控制和EEPROM。這三種功能是集成在單個8引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能以及高速三線非易失性存儲器組合在一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，X

60、5045的引腳排列如圖2-11。</p><p>　　圖2-11 X5045的引腳圖 </p><p>　　看門狗定時器的預(yù)置時間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表2.2狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位。其中WD1.WD0和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。</p><p>　　表2.2 狀態(tài)寄存器</p>

61、<p>　　WD1=0，WD0=0，預(yù)置時間為1.4S，</p><p>　　WD1=0，WD0=1，預(yù)置時間為0.6S，</p><p>　　WD1=1，WD0=0，預(yù)置時間為0.2S，</p><p>　　WD1=1，WD0=1，禁止看門狗工作。</p><p>　　看門狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常

62、比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。</p><p>　　X5045硬件部分連接如圖2-12。</p><p>　　圖2-12 系統(tǒng)看門狗電路</p><p>　　系統(tǒng)看門狗電路由系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護(hù)部分組成，X5045是一種串行通信512字節(jié)的EEPROM，同時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，輸出復(fù)

63、位信號，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10K的上拉電阻，并與AT89S51的復(fù)位端相連。看門狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個復(fù)位信號。該芯片還帶有一個1.4秒的看門狗定時器可用來監(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)部定時器將使看門狗WD1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。</p><p>　　第三章 控制模塊

64、軟件設(shè)計</p><p>　　3.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊</p><p>　　監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序叫。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個主程序可以調(diào)用多個子程序，對于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個無限循環(huán)的過程，即是一個反復(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

65、的設(shè)計中，盡可能各個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，它的編程方法與功能要求及系統(tǒng)應(yīng)用密切相關(guān)。</p><p>　　監(jiān)控主程序是整個控制系統(tǒng)的核心部分，其它外圍模塊一般都需經(jīng)過監(jiān)控模塊實現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。</p>&

66、lt;p>　　本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，看門狗的激活，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用(系統(tǒng)中的信號采集處理、時鐘管理、按鍵接收處理、驅(qū)動顯示模塊)，實時中斷處理等。除初始化和自檢外，監(jiān)控主程序一般總是把其余部分連接起來構(gòu)成一個無限循環(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</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)自檢初始化</p><p>　　

67、系統(tǒng)自檢初始化是保證整個控制系統(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。</p><p>　　各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無

68、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)時的界面，檢測硬件時鐘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)中控制時間表的有效性，檢測熱釋紅外傳感器輸出信號是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測光采集電路輸出的信號等。若時鐘芯片處于啟動狀態(tài)，則需要對其進(jìn)行初始化并啟動實時時鐘。</p><p>　　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

69、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，程序計數(shù)器PC指向程序存儲器的入口地址。000單元，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，片內(nèi)存儲器選擇工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H,其它定時器、中斷允許寄存器IE,累加器ACC等皆為00H.。</p><p>　　3.1.2定時中斷處理設(shè)計</p><p>　　定時中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器定時，時間

70、到或計數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時器的計數(shù)器可以對內(nèi)部時鐘或從外部引線T0和T1輸入的外部脈沖進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)器的溢出信號作為中斷請求信號，去置位定時器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請中斷。</p><p>　　定時中斷為周期性中斷，每隔一定的時間會中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時中斷主要用來構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無需對斷點實施現(xiàn)場保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該

71、中斷可以啟動有關(guān)的任務(wù)操作。該定時中斷處理程序框圖如圖3-1所示： </p><p>　　圖3-1 定時中斷處理程序框圖</p><p>　　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外來信號輸入，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。</p><p><b>　　3.2數(shù)據(jù)采集模塊</b></p><

72、p>　　本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光信號及人體存在信號，在程序設(shè)計中對這兩個數(shù)據(jù)的采集放置在多任務(wù)模塊中實施定時采集。</p><p>　　3.2.1人體存在傳感器的優(yōu)缺點</p><p>　　人體存在傳感器具有本身不發(fā)出任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉的優(yōu)點。而缺點是容易受各種熱源、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

73、射頻輻射的干擾；當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度就會明顯下降，甚至造成短時失靈。試驗也證明了這點，如果人體存在卻一定時間內(nèi)沒有活動，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)計為有人體存在狀態(tài)后間隔1分鐘或更長的時間來對人體存在參數(shù)信號的采集。</p><p>　　3.2.2數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn)</p><p>　　本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無論是否有人

74、體存在都不開燈；而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈，無人體存在則不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為：環(huán)境光亮?xí)r為邏輯“0"(符合光采集電路輸出信號狀態(tài))，暗時為“1"，人體存在為“1"，人體不存在為“0"，開燈為“1”，關(guān)燈為“0"，那么環(huán)境光與人體存在可以用以下的邏輯關(guān)系表來表示，如表所示3.1：</p><p>　　表3.1 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系</p>

75、<p>　　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)進(jìn)行與操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動，所以要將采集處理后的信號進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)。</p><p><b>　　3.3時鐘模塊</b></p><p>　　在系統(tǒng)啟動自檢初始化時，首先會對時鐘芯片DS1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測到DS1302處于啟動狀態(tài)時才對其

76、進(jìn)行初始化，啟動時鐘。實時時鐘芯片DS1302的初始化及其讀寫程序設(shè)計的關(guān)鍵是要遵循其時序要求。</p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)輸入輸出</p><p>　　在對DS1302進(jìn)行各種操作之前，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/O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DS130

77、2內(nèi)部時鐘的影響。</p><p>　　同時，為了防止復(fù)位輸入端受到外部的干擾，要求上電時，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個時鐘周期內(nèi)把提供地址和命令信息的8位數(shù)據(jù)裝入到DS1302的移位寄存器中。地址/命令信息用于指明40個寄存器中的哪個進(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個時鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫命令

78、字節(jié)，則在下8個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SCLK周期之后，在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。程序流程如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3數(shù)據(jù)輸入輸出流程圖</p><p>　　3.3.2時鐘程序設(shè)計</p><p><b>　　驅(qū)動程序 </b></p><p><

79、;b>　　//寄存器宏定義 </b></p><p>　　#define WRITE_SECOND 0x80 </p><p>　　#define WRITE_MINUTE 0x82 </p><p>　　#define WRITE_HOUR 0x84 </p><p>　　#define READ_SECOND 0x81

80、</p><p>　　#define READ_MINUTE 0x83 </p><p>　　#define READ_HOUR 0x85 </p><p>　　#define WRITE_PROTECT 0x8E </p><p>　　//位尋址寄存器定義 </p><p>　　sbit ACC_7 = ACC^7；

81、 //管腳定義 </p><p>　　sbit SCLK = P3^5； // DS1302時鐘信號 7腳 </p><p>　　sbit DIO= P3^6； // DS1302數(shù)據(jù)信號 6腳 </p><p>　　sbit CE = P3^7； // DS1302片選 5腳 </p><p>　　//地址、數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 </p

82、><p>　　void Write1302 ( unsigned char addr，dat ) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char i，temp； </p><p>　　CE=0； //CE引腳為低電平，數(shù)據(jù)傳送中止 </p><p>　　SC

83、LK=0； //清零時鐘總線 </p><p>　　CE = 1； //CE引腳為高電平，邏輯控制有效 </p><p><b>　　//發(fā)送地址 </b></p><p>　　for ( i=8； i>0； i-- ) //循環(huán)8次移位 </p><p><b>　　{ </b></p

84、><p>　　SCLK = 0； </p><p>　　temp = addr； </p><p>　　DIO = (bit)(temp&0x01)； //每次傳輸?shù)妥止?jié) </p><p>　　addr >>= 1； //右移一位 </p><p>　　SCLK = 1； </p><

85、;p><b>　　} </b></p><p><b>　　//發(fā)送數(shù)據(jù) </b></p><p>　　for ( i=8； i>0； i-- ) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　SCLK = 0； </p><p

86、>　　temp = dat； </p><p>　　DIO = (bit)(temp&0x01)； </p><p>　　dat >>= 1； </p><p>　　SCLK = 1； </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　CE

87、 = 0； </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　//數(shù)據(jù)讀取子程序 </p><p>　　unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) </p><p><b>　　{ </b></p>&l

88、t;p>　　unsigned char i，temp，dat1，dat2； </p><p><b>　　CE=0； </b></p><p><b>　　SCLK=0； </b></p><p><b>　　CE = 1； </b></p><p><b>　

89、　//發(fā)送地址 </b></p><p>　　for ( i=8； i>0； i-- ) //循環(huán)8次移位 </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　SCLK = 0； </p><p>　　temp = addr； </p><p>　　DIO = (bi

90、t)(temp&0x01)； //每次傳輸?shù)妥止?jié) </p><p>　　addr >>= 1； //右移一位 </p><p>　　SCLK = 1； </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　//讀取數(shù)據(jù) </b></p><p

91、>　　for ( i=8； i>0； i-- ) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　ACC_7=DIO； </p><p>　　SCLK = 1； </p><p><b>　　ACC>>=1； </b></p><p>

92、　　SCLK = 0； </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　CE=0； </b></p><p>　　dat1=ACC； </p><p>　　dat2=dat1/16； //數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換 </p><p>　　dat1=dat1%16；

93、//十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制 </p><p>　　dat1=dat1+dat2*10； </p><p>　　return (dat1)； </p><p><b>　　} </b></p><p>　　//初始化DS1302 </p><p>　　void Initial(void) </p&g

94、t;<p><b>　　{ </b></p><p>　　Write1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； //禁止寫保護(hù) </p><p>　　Write1302 (WRITE_SECOND，0x56)； //秒位初始化 </p><p>　　Write1302 (WRITE_MINUTE，0x34)； //分鐘初

95、始化 </p><p>　　Write1302 (WRITE_HOUR，0x12)； //小時初始化 </p><p>　　Write1302 (WRITE_PROTECT，0x80)； //允許寫保護(hù) </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.4顯示驅(qū)動模塊</b>

96、</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對話的一個重要通道。通過的顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而方便對整個系統(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)動數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡單。</p><p>　　考慮到數(shù)碼管驅(qū)動信號要求的電流較大，采用功率驅(qū)動器件

97、ULN2803芯片。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)50V×0.6A。因此采用ULN2803共陽極數(shù)碼管的段信號驅(qū)動器。而共陽極數(shù)碼管的位信號驅(qū)動則采用8個晶體管9012來實現(xiàn)。又由于ULN2803為低電平驅(qū)動，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反。然后將數(shù)據(jù)送到ULN2803輸入端相連接單片機(jī)的P0端口即可。</p><p>　　每次先

98、送一位要顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)，然后再送該位數(shù)碼管的地址字節(jié)，直到8位顯示完全。</p><p>　　本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要顯示查看的數(shù)據(jù)有時鐘及顯示數(shù)值。正常工作中8位顯示器顯示實時時鐘，顯示小時、分鐘、秒，其中有兩位用來顯示“—”，用以分隔顯示小時、分鐘和秒，這樣顯示更加清晰。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析</p><p>　　4.1單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試

99、方法及步驟</p><p>　　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)計要求。</p><p>　　在對系統(tǒng)進(jìn)行實際調(diào)試時，首先應(yīng)對硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時對系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對軟件和硬件進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作.</p><p>　　(1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的

100、硬件故障。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時，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。</p><p>　　(2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時采用在計算機(jī)上利用模擬軟件實現(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

101、顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯誤。</p><p>　　(3)動態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對硬件部分進(jìn)行診斷，同時也不能實時在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時對軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時，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。</p><p>　　在

102、應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點執(zhí)行程序。而對于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯誤，也要及時糾正修改。</p><p>　　程序調(diào)試完畢后，利用編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個系統(tǒng)運(yùn)行起來。</p><p>　　各模塊電路調(diào)試流程圖如下示：<

103、/p><p>　　圖4-1電源調(diào)試 圖4-2單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　圖4-3按鍵電路調(diào)試 圖4-4顯示電路調(diào)試</p><p>　　圖4-5采集電路調(diào)試</p><p><b>　　4.2主要問題分析<

104、/b></p><p>　　在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題的分析與解決方案。</p><p>　　1．電源供電電路中集成穩(wěn)壓器溫度過高。</p><p>　　分析解決：穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是：變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器上的電壓較高，使7805上的壓降過大。此問題可通過選用輸出電壓低些的變壓器，并在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同時增大散熱片來解決

105、。</p><p>　　2．人體存在傳感器有人存在時輸出高電平的電壓偏低</p><p>　　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)會產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個100KΩ的上拉電阻。</p><p>　　3．人存在的教室中，若人體超過十秒沒有活動，人體傳感器是不會有信號輸出的，那么如何判定教室此時有人的問題。&l

106、t;/p><p>　　分析解決 ：此問題在系統(tǒng)軟件設(shè)計時，可將采集有人體信號存在的狀態(tài)適當(dāng)延長保持二至五分鐘，并加以后續(xù)處理。</p><p>　　4．單片機(jī)控制信號輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計產(chǎn)生動作。</p><p>　　分析解決：單片機(jī)輸出控制信號，在控制繼電器時，必須加三極管來驅(qū)動，否則信號電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動作，而且必須采用三極管的集電極來驅(qū)動繼電器

107、，最后再帶動負(fù)載。繼電器驅(qū)動電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個續(xù)流二極管，增加對驅(qū)動三極管的保護(hù)。</p><p>　　5．每次開機(jī)插上電源后，硬件時鐘顯示的時間都從所設(shè)初始值開始計時。</p><p>　　分析解決：硬件時鐘顯示的時間不正常。</p><p>　　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)對硬件時鐘進(jìn)行自檢。</p>

108、<p><b>　　第五章 總結(jié)與展望</b></p><p><b>　　5.1總結(jié)</b></p><p>　　該教室燈光系統(tǒng)的控制是以AT89S51單片機(jī)芯片為核心，通過相關(guān)電路的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設(shè)備(電燈)的控制，采用一個二極管閃爍顯示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用集成電

109、路(ULN2803，DS1302，X5045等)，簡化了電路設(shè)計，同時節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計，經(jīng)實驗初步證實了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。</p><p>　　在保證穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件設(shè)計上盡量采用性價比高的元器件，以降低成本。軟件設(shè)計上采用多任務(wù)形式對信號的采集、處理，達(dá)到最終控制燈光的目的。</p><p>　

110、　本控制系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時，不需要對原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動，以降低實現(xiàn)教室燈光智能控制的成本。</p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　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

111、大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號可能會不夠準(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，最好采用多個人體傳感器。</p><p>　　人體傳感器一般采集的是有活動的人體，若人體靜止時，如坐著看書沒有活動，這時人體傳感器是不會有信號輸出的，故而最好將人體傳感器裝置設(shè)計成在系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠擺動。</p><p>　　本系統(tǒng)中，人體傳感器采集的信號與環(huán)境光采集的信

112、號相互間有著密切聯(lián)系。最好能將人體傳感器與環(huán)境光采集電路集成到一起，簡化電路，從而簡化軟件程序。</p><p>　　初步試驗證明，本系統(tǒng)適用性較好，可以應(yīng)用于教室、樓道和辦公室中。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我首先向關(guān)心、幫助和指導(dǎo)我的xx老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！</p