畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究

1、<p>　　基于單片機(jī)控制的教室燈光自動(dòng)控制器的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本研究針對(duì)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(kāi)發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件。</p>&

2、lt;p>　　該系統(tǒng)以AT89C2051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(cè)人體的存在，采用TLC549構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開(kāi)燈的條件，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)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(duì)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(mén)狗”技術(shù)等抗干擾措旅。單片機(jī)軟件采用匯編語(yǔ)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

3、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞 紅外傳感器 單片機(jī) 熱釋電</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>

4、<p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 本課題研究的意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題1</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)3</p><p>

5、;　　1.3.1 研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　1.3.2 研究目標(biāo)3</p><p>　　1.4 本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題4</p><p>　　2．教室燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析5</p><p>　　2.1 教室燈光控制器簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)控制方案的分析5</p&g

6、t;<p>　　3．系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 控制模塊的硬件構(gòu)成6</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的主要硬件電路7</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)主控電路7</p><p>　　3.2.2 日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊電路8</p><p>　　3.2.3 熱釋電紅外

7、人體檢測(cè)模塊電路9</p><p>　　3.2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路12</p><p>　　3.2.5系統(tǒng)看門(mén)狗電路15</p><p>　　3.2.6 遙控鍵盤(pán)管理模塊電路17</p><p>　　3.2.7 超時(shí)報(bào)警電路19</p><p>　　3.2.8 系統(tǒng)供電電路20</p><

8、p>　　4 控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)21</p><p>　　4.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊21</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)自檢初始化22</p><p>　　4.1.2 定時(shí)中斷處理23</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集模塊24</p><p>　　4.2.1 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)24<

9、;/p><p>　　4.2.2 人體存在傳感器的安裝要求25</p><p>　　4.3 時(shí)鐘模塊26</p><p>　　4.3.1時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.4 系統(tǒng)鍵功能28</p><p>　　4.4.1 遙控鍵盤(pán)28</p><p>　　4.4.2 鍵功能處理程序

10、30</p><p>　　5 結(jié)論與建議32</p><p><b>　　5.1結(jié)論32</b></p><p><b>　　5.2建議32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考

11、文獻(xiàn)34</b></p><p>　　附錄………………………………………………………………………………………………………………………………………..36</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　1.1 本課題研究的意義 </p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生

12、活水平也不斷提高，益突出能源短缺問(wèn)題日，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(wèn)題。而此問(wèn) 題對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)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(lái)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(wèn)題。 </p><p>　　目前對(duì)燈光的智能控制，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始采用，但對(duì)教室燈光的控制，尤其是我國(guó)教室燈光的智

13、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)約能源理念楣違背。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。例如摟道燈光的自動(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。</p><p>　　于是，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，實(shí)用的教室燈

14、光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外教室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題 </p><p>　　世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，面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(lái)，盡管丹麥國(guó)民收入增長(zhǎng)了50%。丹麥總的能源消費(fèi)量并沒(méi)有增加。丹麥?zhǔn)荗ECD成員國(guó)中能源消耗量和國(guó)民收入比值最小的國(guó)家。他們不斷地提供一些節(jié)能供熱

15、系統(tǒng)。例如丹麥熱電周供熱電廠(CHP)。兩且，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同用電的節(jié)簏，并設(shè)立了對(duì)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(méi)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(guó)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，并具有更高的光通量和平均光通量。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈

16、代替過(guò)去的鹵鎢燈，可節(jié)能60%的電能。種種跡象表明世界各國(guó)都在采取不同方式 來(lái)節(jié)約能源，節(jié)約電能。</p><p>　　中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)多年的高速發(fā)展讓能源問(wèn)題日益突出。雖然我國(guó)能源總儲(chǔ)量不低，但由于我國(guó)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(guó)家的3-10倍。能源問(wèn)題已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵 問(wèn)題。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問(wèn)題也是我國(guó)長(zhǎng)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(wèn)題不僅關(guān)系經(jīng)

17、濟(jì)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定有很大影響。鑒于能源問(wèn)題的重要性，我 國(guó)在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來(lái)五年問(wèn)將在公用設(shè)旅、 賓館、商廈、居民住所等全國(guó)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(duì)節(jié)能燈大宗采購(gòu)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(guó)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。

18、</p><p>　　目前，我國(guó)照明用電約占社會(huì)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(wàn)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(wàn)千瓦時(shí)，節(jié)約電費(fèi)2519.7萬(wàn)元。政府已經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換24萬(wàn)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(guò)采用大量的節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)

19、，通過(guò)增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗50%。</p><p>　　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(guò) 的《中共中央關(guān)于制定國(guó)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(shì)，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(wèn)題，我們應(yīng)

20、該把著眼點(diǎn)放在“高效”利用“清 潔”能源上。由此可見(jiàn)，節(jié)能照明用電，對(duì)節(jié)能具有重要的意義。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)各類院校中，由于同學(xué)們的自覺(jué)節(jié)能意識(shí)薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)也開(kāi)燈，課上完離開(kāi)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(guò)來(lái),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

21、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(wú)疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo) </p><p>　　1.3.1 研究?jī)?nèi)容 </p><p>　　本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn)： </p><p>　　(1) 了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn) ; </p><p&g

22、t;　　(2) 調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開(kāi)、關(guān)燈的關(guān)系； </p><p>　　(3) 研究人體存在探測(cè)技術(shù)，探測(cè)角度與范圍； </p><p>　　(4) 研究傳感器在教室分布、安放問(wèn)題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等； </p><p>　　(5) 研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)； </p><p>　　(

23、6) 研究燈光控制器電源問(wèn)題；</p><p>　　(7) 研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；</p><p>　　(8) 研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問(wèn)題； </p><p>　　(9) 研究使用遙控器控制燈光控制器技術(shù)；</p><p>　　(10) 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

24、修等控制技術(shù)； </p><p>　　(11) 研究報(bào)警等附加功能問(wèn)題 </p><p>　　1.3.2 研究目標(biāo) </p><p>　　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(duì)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(guò) 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)。 </p>

25、<p>　　1.4 本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　本課題擬通過(guò)試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問(wèn)題：</p><p>　　(1) 照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問(wèn)題； </p><p>　　(2) 傳感器與教室燈配合安裝的問(wèn)題； </p><p>　　(3) 環(huán)境光參數(shù)輸入采集問(wèn)題 &l

26、t;/p><p>　　(4) 人存在傳感器參數(shù)輸入采集問(wèn)題： </p><p>　　(5) 開(kāi)、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施；</p><p>　　2．教室燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析</p><p>　　2.1 教室燈光控制器簡(jiǎn)介</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

27、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(kāi)燈,環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開(kāi)燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來(lái)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制 可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。</p><p>　　教室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開(kāi)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。</p

28、><p>　　2.2 系統(tǒng)控制方案的分析</p><p>　　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)。可以實(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(wú)論人是否存在，都不開(kāi)燈;在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過(guò)一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開(kāi)電燈，直到人離開(kāi) 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(lái)控制，夜晚超過(guò)12點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用遙

29、控器或機(jī)械開(kāi)關(guān)來(lái)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。 </p><p>　　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(duì) 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。</p><p>　　

30、3．系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　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等經(jīng)常會(huì)園環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(guò)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(wèn)題。</p><p>　　3.1 控制模塊的硬件構(gòu)成</p><p>　　系統(tǒng)控制單元是以單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：系

31、統(tǒng)供電模塊、硬件時(shí)鐘模塊、看門(mén)狗模塊、環(huán)境光模塊、人體存在傳感器模塊、遙控器模塊、遙控器接收模塊及超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，</p><p>　　圖3-1 結(jié)構(gòu)框框圖</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的主要硬件電路</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)主控電路</p><p>　　本系統(tǒng)的主控模塊主要采用ATMAL公司的AT

32、89C2051作為主控芯片，AT89C2051是個(gè)低功耗，高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀Flash程序存儲(chǔ)器和128KB的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMAL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C2051只有20個(gè)引腳，15個(gè)I/O口（其中P1是個(gè)完整的8位雙向I/O口），2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，

33、2個(gè)全雙向串行通信口，1個(gè)模擬比較放大器。指令系統(tǒng)與MCS-51系列完全兼容，除了沒(méi)有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器等擴(kuò)展功能外，他具有80C31片機(jī)所有的功能。其主要特點(diǎn)為：（1）MCS-51產(chǎn)品完全兼容；（2）2K字節(jié)可編程閃爍內(nèi)存；（3）編程次數(shù)可達(dá)1000次；（4）兩級(jí)程序加密防盜；（5）15個(gè)可編程I/O口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示，5個(gè)中斷源；（6）二級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)、全雙工串行口。正是因?yàn)锳T89C205

34、1單片機(jī)具有上述特點(diǎn)，尤其是自帶FLASH存儲(chǔ)器，并且能夠有效擦除1000次</p><p>　　AT89C2051的CPU有兩種節(jié)電工作方式既空閑和掉電方式，遙控器采用了空閑節(jié)電方式。當(dāng)CPU執(zhí)行完IDL=1（PCON.0=1）指令后,系統(tǒng)進(jìn)入了空閑工作方式,這時(shí)內(nèi)部始終不向CPU提供,而只共給中斷、串行口、定時(shí)器部分。</p><p>　　AT89C2051的P1是一組8位雙向I/O口

35、，P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1內(nèi)部無(wú)上拉電阻。P1口輸出緩沖器可以吸收20mA電流并可以直接驅(qū)動(dòng)LED。當(dāng)P1口引入腳寫(xiě)入“1”時(shí)可以作輸入端，當(dāng)引腳P1.2-P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流。P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051特殊功能，如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 P3口特殊功能</p><p>　　AT89C

36、2051的P3口只有7個(gè)引腳，P3.6沒(méi)有引出。P3口的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個(gè)雙向I/O口。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。</p><p>　　3.2.2 日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊電路</p><p>　　日光強(qiáng)度檢測(cè)模塊采用單片機(jī)作為控制處理核心，具有價(jià)

37、格低、體積小等特點(diǎn)，滿足實(shí)際需求。傳感器選擇光敏電阻，用精密電阻與之串聯(lián)分壓得到一電壓信號(hào)送給A／D 如圖3-2。為了減小模塊體積和降低成本，選擇低功耗、串行方式工作的TLC549作為A／D轉(zhuǎn)換器，其原理如圖3-3所示。</p><p>　　TLC549是采用IinCMOSTM技術(shù)并以開(kāi)關(guān)電容逐次逼近原理工作的8位串行A／D芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)I／O CLOCK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串

38、行接口。TLC549具有4MHz的片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為17μs，允許的最高轉(zhuǎn)換速率為40000次/s。總失調(diào)誤差最大為±0．5LSB，典型功耗值為6 mW。TLC549采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，由于其VREF-接地時(shí)，(VREF+)-(VREF-)≥1 V，故可用于較小信號(hào)的采樣，此外，該芯片還單電源3～6v的供電范圍。總之，TLC549具有控制口線少，時(shí)序簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換

39、速度快，功耗低，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，適用于低功耗袖珍儀器上的單路A/D采樣，也可將多個(gè)器件并聯(lián)使用。它的工作原理是TLC549帶有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I／O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)需特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸DATA OUT端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I／O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLc549時(shí)，共用I／OcLOCK，以減少多路(片)A／D使用時(shí)的I／</p><p>　

40、　圖 3-2 A\D模塊</p><p>　　圖 3-3 A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　3.2.3 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊電路</p><p>　　3.2.3.1人體存在傳感器的工作原理</p><p>　　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(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理，紅外傳感

41、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(zhǎng)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(cè)、自動(dòng)門(mén)、自動(dòng)水 龍頭、自動(dòng)電梯、自動(dòng)照明等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。 其原因?yàn)椋孩俦粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源

42、；②大氣對(duì)2-2.61LM、3-51LM、8-1411M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(cè)；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見(jiàn)光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。 </p><p>　　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： </p><p>　　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(zhǎng)10μM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的10μM

43、左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10μM叫左右的紅外線通過(guò)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(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。</p><p>　　1) 這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10μM左右的 紅外輻射非常敏感。</p><p>　　2

44、) 為了僅僅對(duì)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。</p><p>　　3) 人體存在的探測(cè)，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(duì)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(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。</p><p>　　4) 一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分

45、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)。</p><p>　　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(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 </p><p>　　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

46、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。</p><p>　　3.2.3.2人體存在信號(hào)采集電路 </p><p>　　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)的基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下：</p><p>　　(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

47、(高3.3V），人離開(kāi)感 應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其高低電平利于采集； </p><p>　　(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)，如果有 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(kāi)后才延時(shí)8秒 -15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?</p><p>　　(3) 人體傳感器工作電壓寬為DC3V-DC24V；</p>

48、<p>　　(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)距離 為7米以內(nèi)； </p><p>　　(5) 其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低； </p><p>　　(6) 工作溫度介于-15°和+700°之間，適應(yīng)性強(qiáng)；</p><p>　　(7) 靈敏度高，可靠性強(qiáng)。</p><p>

49、　　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P3.3引腳相連，P3.3引腳再接一個(gè)100ＫＱ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3-6.</p><p>　　圖3-6 人體傳感器電路圖<

50、/p><p>　　3.2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路</p><p>　　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)闖。比如晚間休息、假期等時(shí)聞段應(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。</p><p>　　3.2.4.1 硬件時(shí)鐘芯片的選取極其接口電路</p><p&g

51、t;　　傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如MCL46818、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DSL302、DSL305、DSL307、PCF8485等，這些電路的接口簡(jiǎn)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(duì)時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片杌資源，本系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS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)

52、時(shí)鐘芯片OS1302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(duì)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2.5V-5V,DL302 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(duì)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DS1202只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，</p&g

53、t;<p>　　可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片DS1202的引腳圖如圖3-7所示</p><p>　　圖3-7 時(shí)鐘芯片DS1202的引腳圖</p><p>　　DS1302與單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖3-8，其中Vcc2：外接3.6V可充電的鋰電池，為DS1032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。DS130

54、2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。X和X2是振蕩源，外接32.768KHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通 過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)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)P1.5引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/O接單片機(jī)P1.6 引腳，進(jìn)行

55、數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　圖 3-8 DS1302與單片機(jī)接口電路連接原理圖</p><p>　　3.2.4.2 硬件時(shí)鐘芯片的引腳功能極其工作原理</p><p>　　RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)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

56、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(duì)DS1302迸行操作．如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，就會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥205V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(shuō)明。SCLK始終是輸入端。</p><p>　　硬件時(shí)鐘芯片DS1032與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

57、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(xiě)DS1032，即寫(xiě)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(D0)為邏輯0，指定寫(xiě)操作（輸入），D0=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1032的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1032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)SCL

58、K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)。DS1032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(xiě)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(xiě)所有的 RAM的31個(gè)字節(jié)。 要特別說(shuō)明的是備用電源，可以用電池或者超級(jí)電容器(0.1F以上)。雖然DS1032 在主電源掉電后的耗電很小，但

59、是，如果要長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電 電池，以用老式電腦主板上的</p><p>　　3.2.5系統(tǒng)看門(mén)狗電路</p><p>　　在單片機(jī)工作過(guò)程中，不可避免的回由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛，死機(jī)甚至照成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用復(fù)位的方法。雖然在程序設(shè)計(jì)中，可以使用軟件陷阱的方法來(lái)減少這種情況的發(fā)生，但是不能完全解決這個(gè)問(wèn)題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用

60、看門(mén)電路，這樣的單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門(mén)狗將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)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(lái)越多的功能，有的集成了看門(mén)狗，如IMP813L。由于系統(tǒng)需要看門(mén)狗和EEPROM所以本硬件設(shè)計(jì)中使用美國(guó)XICOR公司生產(chǎn)的芯片X5045。</p><p>　　X5045具有三種功能：看門(mén)狗定時(shí)器，復(fù)位控制和EEPROM集成在單個(gè)8引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門(mén)狗功能與高速三

61、線非易失性存儲(chǔ)組合在一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本減少了系統(tǒng)并減少了對(duì)電路板空間的要求，X5045的引腳排列如圖3-9。</p><p>　　圖 3-9 X5045的引腳排列</p><p>　　看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò)X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。如表格3-2狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義。其中WDI、WDO和看門(mén)狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM得

62、工作設(shè)置有關(guān)。</p><p>　　表3-2 狀態(tài)寄存器</p><p>　　WD1=0,WD0=0,預(yù)置時(shí)間為1.4秒。</p><p>　　WD1=0,WD0=1，預(yù)置時(shí)間為0.6秒。</p><p>　　WD1=0，WD0=0,預(yù)置時(shí)間為0.2秒。</p><p>　　WD1=1,WD0=1,禁止看門(mén)工作。<

63、;/p><p>　　看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，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(zhǎng)即可。</p><p>　　本系統(tǒng)中X5045的硬件連接圖如圖3-10所示</p><p>　　圖 3-10 本系統(tǒng)中X5045的硬件連接圖</p><p>　　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

64、訊的512字節(jié)EEPROM，同時(shí)兼有看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能，X5045有三種可編程看門(mén)狗周期，上電和VCC低于檢測(cè)門(mén)限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)，X5045輸出復(fù)位電平有效，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，看門(mén)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)104秒的看門(mén)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(cè)到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時(shí)器將使看門(mén)狗WDI處于低電平狀態(tài)，為

65、系統(tǒng)提供保護(hù)，避免死機(jī)程序跑飛貨進(jìn)入死循環(huán)等意外的發(fā)生。</p><p>　　X5045代表了新一代串行EEPROM的發(fā)展趨勢(shì)，它的運(yùn)用極大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　3.2.6 遙控鍵盤(pán)管理模塊電路</p><p>　　紅外遙控鍵盤(pán)是目前使用最廣泛的一種遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、

66、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其他小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅可靠而且能有效地隔離電氣干擾。我們采用市場(chǎng)上很容易就能買到，且信號(hào)較穩(wěn)定的JVC：RM-C457型號(hào)遙控器作為燈光控制的鍵盤(pán)。</p><p>　　3.2.6.1 紅外遙控?cái)?shù)據(jù)流的編碼結(jié)構(gòu)</p><p>　

67、　為了使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，信號(hào)的碼流絕大多數(shù)采用“重復(fù)”發(fā)送方式，但其重復(fù)規(guī)則有所不同，可概括為以下幾種：</p><p>　　簡(jiǎn)單重復(fù)方式，即將數(shù)碼進(jìn)行簡(jiǎn)單重復(fù)發(fā)送；</p><p>　　有引導(dǎo)碼的數(shù)據(jù)重復(fù)方式，引導(dǎo)碼主要是為了保證接收同步；</p><p>　　重復(fù)碼方式，為了降低功耗，第一組數(shù)據(jù)發(fā)送出去后，每隔一定時(shí)間僅發(fā)出一個(gè)窄脈沖，稱為重復(fù)碼；&l

68、t;/p><p>　　3.2.6.2 紅外遙控?cái)?shù)據(jù)流的識(shí)別</p><p>　　選用遙控器鍵盤(pán)的時(shí)候，原本我們并不知道其具體的編碼規(guī)則及數(shù)據(jù)碼流。本人采用顧偉電子實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的GDS-815/820/840系列的數(shù)字儲(chǔ)存示波器，來(lái)采集遙控器發(fā)出的鍵碼信號(hào)并總結(jié)碼流方式，以備遙控器的軟件設(shè)計(jì)使用。</p><p>　　每個(gè)鍵的信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)如表3-3，X1表示引導(dǎo)碼的寬

69、度，X2表示識(shí)別碼和數(shù)據(jù)碼的總寬度，其寬度單位為 ms。由表中數(shù)據(jù)可以計(jì)算出X1的平均值為16.3ms。</p><p>　　表3-3 每個(gè)鍵的信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)單位：ms</p><p>　　由此可知當(dāng)一個(gè)鍵被按下延遲40ms時(shí)，這40ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼（16.3ms）和一個(gè)16位數(shù)據(jù)碼（23.35ms）組成。如果按鍵下超過(guò)40ms仍不松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射重復(fù)代碼，仍為一個(gè)起始碼（16.3m

70、s）和一個(gè)16位數(shù)據(jù)碼（23.35ms）組成。</p><p>　　采用脈寬制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms，周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制“1”。解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“0”和“1”，由示波器采集的信號(hào)及位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms的低電平開(kāi)始，不同的高電平的寬度不同，“0”為0

71、.56ms，“1”為1.68ms，所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過(guò)后，早開(kāi)始延時(shí)0.56ms，諾讀到電平為低、說(shuō)明該位為“0”，反之則為“1”。</p><p>　　遙控器的數(shù)據(jù)流識(shí)別后，就為遙控器的軟件設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。本系統(tǒng)采用微機(jī)一體化紅外接頭，適合各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募t外線接收器。此紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，只是焊上一個(gè)

72、10mf的濾波電容，可以使接收器工作更可靠。遙控器信號(hào)的接收模塊與單片機(jī)的連接如圖3-12，ceiptl有三個(gè)引腳，為接收器的引腳。接收器輸出端外接單片機(jī)的P3.2端口，便于遙控信號(hào)采集。</p><p>　　圖 3-12 遙控器信號(hào)的接收模塊與單片機(jī)的連接</p><p>　　3.2.7 超時(shí)報(bào)警電路</p><p>　　在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于

73、學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒(méi)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(lái)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(kāi)燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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)生該休息或必須改用遙控器手動(dòng)方式來(lái)控制燈了。</p><p>　　本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖3-13所示。單片機(jī)的P3.4端口外加一個(gè)10K的上拉

74、電阻，再經(jīng)過(guò)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(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴發(fā)出聲音以示教室燈工作超時(shí)，若P3.4端口為高電平時(shí)，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。</p><p>　　圖 3.13 超時(shí)報(bào)警的電路</p><p>　　3.2.8 系統(tǒng)供電電路</p><p>　　要取得+5V電壓，

75、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(guò)二極管全波整流、電解電容C1、C2濾波，在經(jīng)一只正在正輸出穩(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

76、電原理圖如圖3-14。</p><p>　　圖 3-14 供電原理圖</p><p>　　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的備用電源。</p><p>　　4 控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)</p>

77、<p>　　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(kāi)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的確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。</p><p>　　本控制軟件的模塊主要包括：系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)功能鍵。</p><p>　　4.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊</p><p>

78、;　　監(jiān)控主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其外圍模塊一般都需要經(jīng)過(guò)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來(lái)自鍵盤(pán)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><p>　　本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊包括對(duì)系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，看門(mén)狗的激活，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用，實(shí)時(shí)中斷處理等。其監(jiān)控主程序流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1

79、監(jiān)控主程序流程圖</p><p>　　4.1.1系統(tǒng)自檢初始化</p><p>　　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)價(jià)電復(fù)位后，直接進(jìn)入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢初始化的自檢及初始化。初始化過(guò)程主要是對(duì)一些控制器、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中自檢初始化主要指接口芯片的檢測(cè)芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化內(nèi)部寄存器的初始化。</p>

80、<p>　　接口芯片的檢測(cè)主要檢查各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無(wú)硬件故障等。如檢測(cè)各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)機(jī)時(shí)的界面，檢查硬件時(shí)鐘DS1302是否處于更換新品后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電震蕩保持狀態(tài)，檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出信號(hào)等。</p><p>　　系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指數(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

81、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)部存儲(chǔ)器選擇1區(qū)工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆指針SP指向07H，其他定時(shí)器、中斷允許寄存器IE累加器ACC等皆為00H。</p><p>　　4.1.2 定時(shí)中斷處理</p><p>　　定時(shí)中斷時(shí)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)值已滿的終端，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部

82、時(shí)鐘或從外部引線T0和T1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(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。</p><p>　　定時(shí)中斷為周期中斷，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(lái)構(gòu)成多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可以直接進(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

83、-2所示。</p><p>　　本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來(lái)判斷是否有遙控器信號(hào)，若有，就采集下來(lái)并加以處理；若無(wú)，則返回到主循環(huán)。</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集模塊</p><p>　　本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)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(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。</p><p>　　4

84、.2.1 數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本系統(tǒng)考慮到環(huán)境觀足夠亮?xí)r，無(wú)論有否人體存在都不應(yīng)該開(kāi)燈；而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開(kāi)燈，無(wú)人體存在不開(kāi)燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“0”，暗時(shí)為“1”，人體存在為“1”，人體不存在為“0”，開(kāi)燈為“0”，關(guān)燈為“0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關(guān)系表表示，如表4-1。</p><p>　　表4.1 環(huán)境與人的

85、關(guān)系</p><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)相與門(mén)操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動(dòng)，多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，及可得到教室燈的狀態(tài)， </p><p>　　4.2.2 人體存在傳感器的安裝要求</p><p>　　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：<

86、;/p><p>　　人體存在傳感器應(yīng)離空調(diào)地面2.0-2.2米。</p><p>　　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。</p><p>　　人體存在傳感器探測(cè)范圍內(nèi)部得隔屏，家具，大型盆景等。</p><p>　　人體存在傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣擾動(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

87、也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。</p><p><b>　　4.3 時(shí)鐘模塊</b></p><p>　　在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對(duì)時(shí)鐘芯片DS1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到D1302處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對(duì)其進(jìn)行初始化啟動(dòng)的始終。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的初始化極其讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。</p><p>　　4.3.1

88、時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)DS1302進(jìn)行讀寫(xiě)的程序流程圖如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 DS1302進(jìn)行讀寫(xiě)的程序流程圖</p><p>　　在對(duì)DS1302進(jìn)行操作時(shí)，讀出的數(shù)據(jù)為BCD碼，同樣在寫(xiě)操作時(shí)，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也必須為BCD碼，這就需要在數(shù)據(jù)寫(xiě)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)其他數(shù)據(jù)在比較時(shí)相對(duì)應(yīng)。本系統(tǒng)中，

89、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)，故程序中進(jìn)行二進(jìn)制與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　4.4 系統(tǒng)鍵功能</b></p><p>　　4.4.1 遙控鍵盤(pán)</p><p>　　鍵盤(pán)是系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)設(shè)備應(yīng)用最廣泛的一種，它也是人機(jī)交互對(duì)話。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作的重要通道，操作者的許多操作意圖是通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)輸入。本系統(tǒng)鍵盤(pán)不多的情況下

90、采用中斷方式，把鍵盤(pán)信號(hào)采集放在中斷程序中除了，鍵盤(pán)的功能放在任務(wù)操作模式中完成。</p><p>　　4.4.2 鍵功能處理程序</p><p>　　在執(zhí)行完鍵盤(pán)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)采集過(guò)程中得到的鍵號(hào)，散轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理子程序，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置修改系統(tǒng)工作參數(shù)，其出現(xiàn)如下：</p><p>　　DoKey: Mov

91、 a,KeyGet</p><p><b>　　R1 a</b></p><p>　　Mov Dptr,#KeySub</p><p>　　Jmp @a+dptr</p><p>　　KeySub: Ajmp Key0 ;0</p><p>　　Ajmp

92、 Key1 ;1</p><p>　　Ajmp Key2 ;2</p><p>　　Ajmp Key3 ;3</p><p>　　Ajmp Key4 ;4</p><p>　　Ajmp Key ;5</p><p>　　Ajmp key ;6</p><p&

93、gt;　　Ajmp key ;7</p><p>　　Ajmp key ;8</p><p>　　Ajmp key ;9</p><p>　　可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)不同功能進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)工作正常，與設(shè)定值相比調(diào)光誤差為±5．0％ ，測(cè)試效果良好，滿足實(shí)用的要求。</p><p><b>　　5 結(jié)論與建議

94、</b></p><p><b>　　5.1結(jié)論</b></p><p>　　本課題對(duì)適合應(yīng)用于教室燈光控制系統(tǒng)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(duì)于各類大、中專院校的教師燈光管理具

95、有重要的意義，也使用于各類辦公室的燈光控制。</p><p>　　該教室燈光系統(tǒng)的控制是以AT89C2051單片機(jī)主控單元為核心，通過(guò)相關(guān)電腦的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)設(shè)備（燈光）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)對(duì)教室燈光的自動(dòng)開(kāi)燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化控制的同時(shí)還設(shè)置了手動(dòng)和遙控器控制，這樣在系統(tǒng)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使用。</p><p&

96、gt;　　在保證系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時(shí)，不需要對(duì)原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動(dòng)，以降低成本實(shí)現(xiàn)教室燈光的智能控制。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本文即將結(jié)束之際，我要由衷地感謝在我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，乃至專科三年學(xué)習(xí)生活中幫助過(guò)我的師長(zhǎng)與同學(xué)。</p><p>　　首先我要感謝我的導(dǎo)師**老師。在設(shè)計(jì)的過(guò)

97、程中，我得到了*老師的精心指導(dǎo)。授人以魚(yú)不如授之以漁，而授人以漁不如施之以德。設(shè)計(jì)期間，感受著*師淵博的學(xué)識(shí)，深邃的思想，雄闊的視野，耳濡目染，潛移默化，不僅使我努力的改變著“好讀書(shū)，不求甚解”的習(xí)慣，努力培養(yǎng)“知其然，且知其所以然”的求學(xué)態(tài)度，而且還明白了許多待人處事與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，與無(wú)微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。在論文完成的過(guò)程中傾注了導(dǎo)師大量的

98、心血，在論文完成之際，特向我尊敬的萬(wàn)嵩導(dǎo)師表示衷心的感謝。</p><p>　　我還要感謝**等同學(xué)。我在學(xué)習(xí)、工作和論文寫(xiě)作中，得到了他們的熱忱幫助，在此向他們由衷的感謝。</p><p>　　最后，對(duì)我的父母以及所有親人給予我的理解、幫助和支持表示深情的感謝。是他們對(duì)我的關(guān)愛(ài)、理解和支持陪伴我度過(guò)生命中許多難忘的日子，他們是我學(xué)習(xí)和生活的精神支柱。古人云：“羊跪乳，鴉反哺”今后我將竭盡

99、所能，加倍補(bǔ)償這份一輩子也還不清的深情。</p><p>　　以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心與幫助過(guò)我的親人們、老師們和朋友們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 江珊. 2005 照明電器新進(jìn)展（電光源）.中國(guó)照明電器.2005，9</p><p>　　[2]趙玉安，人體熱釋電紅外線傳感器介

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