基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程班 級(jí)：指導(dǎo)教師： 四川理工學(xué)院自動(dòng)化與電子信息學(xué)院二O一三年六月I四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：本文詳細(xì)研究了大學(xué)教室的使用特點(diǎn)和照明需求及存在的問題，提出了一種基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)。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(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開燈的條件，通過對(duì)人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別與判斷，完成對(duì)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(bào)警功能；同時(shí)還

2、采用了軟/硬件的“看門狗”等抗干擾措施。該系統(tǒng)可以滿足各類院校對(duì)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能控制；熱釋紅外傳感器；X5045黃葉：基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)Design of Lighting Control System Based on MCUAbstract：This paper copiously studied using features, lighting requirements and the existing problems of the university classroom, at last a kind of ligh

3、ting control system based on mcu of classroom was put forward. The system used AT89S51 microcontroller as a core component of the control module. It introduced pyroelectric infrared sensor to detect the existence of human body, and used circuit which constituted of photosensitive triode to detect th

4、e strength of environment lighting. The navar according to the resonable conditions of turning on classroom light and the identification of signal about environmental lighting and existing of human body, achieved the intelligent control of classroom lighting . At last, it avoid the waste of electric

5、ity. It also had alarming function, at the same time anti-interference measures such as the software / hardware watchdog was adopt. The system can meet institution requirements for classroom lighting control, largely achieved the purpose of energy saving.Key words: Microcontroller；Intelligent contro

6、l；Pyroelectric infrared sensor；X5045黃葉：基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目錄摘要ABSTRACT第1章 引 言11.1 課題研究的目的與意義11.2 采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)11.3 智能照明控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀21.4 本章小節(jié)3第2章 教室燈光控制器簡(jiǎn)介與方案分析42.1 大學(xué)教室照明控制現(xiàn)狀42.2 教室燈光控制器簡(jiǎn)介42.3 系統(tǒng)控制方案分析42.4 本章小節(jié)5第3章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)63.1系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成63.2系統(tǒng)控制的主要硬件電路73.2.1系統(tǒng)主控電路73.2.2系統(tǒng)供電電路83.2.3系統(tǒng)復(fù)位電路93.2.4數(shù)據(jù)采集電路

7、103.2.5系統(tǒng)時(shí)鐘電路133.2.6繼電器驅(qū)動(dòng)電路153.2.7超時(shí)報(bào)警電路153.2.8按鍵控制電路163.3 本章小節(jié)17第4章 控制模塊軟件設(shè)計(jì)184.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊184.1.1系統(tǒng)自檢初始化184.1.2定時(shí)中斷處理設(shè)計(jì)194.2數(shù)據(jù)采集模塊204.2.1人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)204.2.2數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn)204.2.3人體存在傳感器的抗干擾措施214.2.4人體存在傳感器的安裝要求214.3時(shí)鐘模塊224.3.1數(shù)據(jù)輸入輸出224.3.2時(shí)鐘自檢初始化234.3.3時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)254.4 系統(tǒng)工作總流程264.5 本章小節(jié)26第5章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析285.1單片

8、機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟285.2主要問題分析30第6章 結(jié)束語31致 謝32參考文獻(xiàn)33附 錄34四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 引 言1.1 課題研究的目的與意義 能源問題和環(huán)境問題一直是人類社會(huì)面對(duì)的重大問題，特別是到了二十一世紀(jì)，對(duì)降低能耗和保護(hù)環(huán)境的要求更成了國家長期發(fā)展的重中之重，我國也提出了“節(jié)能減排”的號(hào)召。而在眾多的能源問題中，電能的短缺是束縛經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的重要能源問題之一。 據(jù)報(bào)道，用于照明的能源消耗占整個(gè)辦公大樓能源消耗的20601，這部分能耗的多少很大程度上取決于照明的控制效果。在現(xiàn)代建筑的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，照明控制也是其中一個(gè)重要分支?，F(xiàn)代建筑對(duì)照明的要求很高，除了

9、應(yīng)該滿足為建筑內(nèi)人們?cè)诠ぷ鳌W(xué)習(xí)、生活時(shí)對(duì)視覺環(huán)境的要求以外，還應(yīng)該利用照明設(shè)備的不同類型及光線的變換為人們提供一個(gè)舒適、有美感的辦公、學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，此外，還應(yīng)該提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的2。而傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)由于其管理落后、能源浪費(fèi)、舒適性差、布線復(fù)雜以及燈具壽命短3的缺點(diǎn)，己不能滿足人們的這種需求，所以研究新型照明控制系統(tǒng)，對(duì)減少這部分能源消耗、減少環(huán)境污染，同時(shí)更好的滿足人們對(duì)照明質(zhì)量的要求，都有極其重要的意義。新型的照明控制系統(tǒng)主要指綜合了照明、自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的智能照明控制系統(tǒng)。最根本的是通過充分利用自然光來減少人工照明帶來的能源消耗45。1.2

10、 采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)主要是由照明配電箱通過手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制照明燈具通斷的目的，或在照明回路中串入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制6，在燈具的開關(guān)控制上采用手動(dòng)開關(guān)，所以很大程度上依賴于人的主動(dòng)性。而智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來自動(dòng)控制照明。它能充分利用自然光，實(shí)現(xiàn)照明管理智能化。具體來說其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)提高照明控制的智能化程度，使整個(gè)照明系統(tǒng)出現(xiàn)全自動(dòng)狀態(tài)，可以根據(jù)不同場(chǎng)合在不同時(shí)段中不同的情景需求，預(yù)先設(shè)定合適的照明效果，更加智能化和人性化。(2)減低電能消耗，有良好的節(jié)電效果，充分利用自然光作為光源

11、，以人工光為補(bǔ)充，并結(jié)合室內(nèi)的人員情況，只有在必需時(shí)才開啟照明燈具，節(jié)能效果十分顯著，一般可以達(dá)到30左右7。(3)改善室內(nèi)工作環(huán)境，提高室內(nèi)人員的工作效率。 (4)提高建筑物的照明系統(tǒng)管理水平，將傳統(tǒng)的人為開關(guān)控制轉(zhuǎn)換為智能化的管理，將大大減少大樓的運(yùn)行、維護(hù)和管理的費(fèi)用?？傊?，研究新型照明控制器及系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)約照明用電，減少環(huán)境污染，滿足人民群眾日益增長的對(duì)照明質(zhì)量、照明環(huán)境和減少環(huán)境污染的需要，建立優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟(jì)舒適、安全可靠、有益環(huán)境的照明系統(tǒng)有著極其重要的意義。1.3 智能照明控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)幾種常見的照明控制系統(tǒng)有以下幾種： l、Dynalite智能照明控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)

12、主要由調(diào)光模塊、開關(guān)模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、編程插口、時(shí)鐘管理器、手持式編程器和PC監(jiān)控機(jī)等部件組成。采用DyNet網(wǎng)絡(luò)連接，DyNet是一個(gè)分布式智能化網(wǎng)絡(luò)，使用RS-485通訊協(xié)議8。 系統(tǒng)的工作原理是：控制模塊由微處理器控制，所有控制部件均互連在DyNet網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)裝置內(nèi)的存貯器均存有操作所需的全部指令。用戶利用控制面板按鍵選擇一個(gè)預(yù)置場(chǎng)景是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。每個(gè)調(diào)光器可以預(yù)置96個(gè)場(chǎng)景。利用時(shí)鐘控制器也是一種常見的照明控制方式。另一常用設(shè)備是通用傳感器，其由動(dòng)靜控測(cè)遠(yuǎn)紅外跟蹤、光度檢測(cè)光電管和用于遙控的接收器組成。 2、C-Bus智能照明控制系統(tǒng) C-

13、Bus系統(tǒng)是1994年由澳大利亞奇勝電氣公司開發(fā)的，現(xiàn)已廣泛用于很多國家和地區(qū)。C-Bus系統(tǒng)是一個(gè)二線制的總線型式的智能控制系統(tǒng)，主要用于對(duì)照明系統(tǒng)的控制。也可用于消防等系統(tǒng)中的聯(lián)動(dòng)控制，系統(tǒng)所有的單元器件(除電源外)均內(nèi)置微處理器和存儲(chǔ)單元，由一對(duì)信號(hào)線(雙絞線)連接成網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)單元均設(shè)置唯一的單元地址并用軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元控制各回路負(fù)載。輸入單元通過群組地址和輸出組件建立對(duì)應(yīng)聯(lián)系。當(dāng)有輸入時(shí)，輸入單元將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃-Bus信號(hào)在C-Bus系統(tǒng)總線上廣播，所有的輸出單元接收并做出判斷，控制相應(yīng)回路輸出?？刂品绞桨▓?chǎng)景控制、定時(shí)控制、紅外線傳感器控制、就地控制、集中開關(guān)控制和集中調(diào)

14、光控制、群組組合控制、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)及廣域控制。 3、ABB i-bus EIB智能安裝系統(tǒng) EIB智能系統(tǒng)由總線、總線電源、智能傳感器(光線傳感器、模糊開關(guān)、時(shí)間控制器、移動(dòng)傳感器)、智能開關(guān)驅(qū)動(dòng)器和其他智能元件(邏輯模塊總線耦合器)構(gòu)成9。它是典型的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，每個(gè)元件就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)連接在一根2芯雙絞線介質(zhì)的總線上，不分主從隸屬關(guān)系實(shí)現(xiàn)相互之間的通訊從而實(shí)現(xiàn)控制和被控制。1.4 本章小節(jié)我國對(duì)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，教室也不斷擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷就不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相

15、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。于是，開發(fā)簡(jiǎn)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。33第2章 教室燈光控制器簡(jiǎn)介與方案分析2.1 大學(xué)教室照明控制現(xiàn)狀分析大學(xué)教室的用途，白天以上課為主，照明光源以自然光為主，人工照明為輔，用以補(bǔ)償在陰天或有遮擋時(shí)教室里照度不足的區(qū)域；中午及晚上以學(xué)生自習(xí)為主，少數(shù)教室也用來上課，不管是上課或是自習(xí)，為了保護(hù)視力和提高學(xué)習(xí)效率，學(xué)生們均需要有良好的照明環(huán)境，但這些對(duì)照明環(huán)境的要求也造成一個(gè)直接后果，出現(xiàn)資源的浪費(fèi)問題。所以，需要在保證教室照明要求的前提下，研究照明節(jié)能問題。要實(shí)現(xiàn)照明節(jié)

16、能主要有兩種方法：一種是選用高效照明光源或燈具，如節(jié)能燈。在保證照明質(zhì)量的前提下，降低照明用電量的根本措施就在于提高照明設(shè)備的效率，即提高光源與燈具的效率；另一種是在現(xiàn)有照明燈具的基礎(chǔ)上研究智能照明控制策略，即在充分研究照明對(duì)象的需求上，通過優(yōu)化照明系統(tǒng)的運(yùn)行來達(dá)到節(jié)能的效果10。在照明燈具方面，大學(xué)教室多采用熒光燈，采用直接照明的方式，比較滿足現(xiàn)有的需求，所以本課題著重論述后面一種方法，改進(jìn)照明控制策略和運(yùn)行方式。2.2 教室燈光控制器簡(jiǎn)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

17、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(duì)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。2.3 系統(tǒng)控制方案分析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?yún)?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。首先，系統(tǒng)默認(rèn)為自動(dòng)控制，當(dāng)按鍵模塊感應(yīng)到有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)改為強(qiáng)制控制。然后，在自動(dòng)控制模式下：當(dāng)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

18、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)，還可設(shè)置作息時(shí)間來控制，夜晚超過10點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用開關(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。該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)到設(shè)計(jì)目的。2.4 本章小節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求主要有手動(dòng)和自動(dòng)控制的選擇，時(shí)間的控制及信息的采集。本章對(duì)信息的采集進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，信息來源主要有教室里自然光的強(qiáng)度和人的存在與否，并且采

19、集信息的電路及其他各電路需要抗干擾能力強(qiáng)，防止誤動(dòng)作；安裝、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；總體成本低這些特點(diǎn)。 第3章 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。3.1系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成系統(tǒng)控制單元是以AT89S51單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：環(huán)境光采集電路、時(shí)鐘模塊、人體存在傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵電路、EEPROM存儲(chǔ)模塊、超時(shí)報(bào)警模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。EEPROM 存儲(chǔ)器模塊

20、AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)環(huán)境光采集電 路看門狗模塊人體存在傳感器按鍵電路時(shí)鐘模塊圖3-1被控?zé)艟呃^電器驅(qū)動(dòng)模塊超時(shí)報(bào)警模塊 圖3-1 系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)圖環(huán)境光模塊采用光敏三極管來檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時(shí)，電阻減小，隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度的檢測(cè)。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(shí)現(xiàn)對(duì)人體存在的檢測(cè)。硬件時(shí)鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。該電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。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

21、512字節(jié)EEPROM，同時(shí)兼有看門狗和電源監(jiān)控功能鍵盤模塊。3.2 系統(tǒng)控制的主要硬件電路3.2.1 系統(tǒng)主控電路本課題是基于單片機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以針對(duì)單片機(jī)做了AT89S51與AT89C51的比較與選擇如下： 1.程序存儲(chǔ)器寫入方式：二者的寫入程序的方式不同，AT89C51只支持并行寫入，同時(shí)需要VPP燒寫高壓。AT89S51則支持ISP在線可編程寫入技術(shù)、串行寫入、速度更快、穩(wěn)定性更好，燒寫電壓也僅僅需要45V即可。 2.電源范圍：AT89S51電源范圍寬達(dá)45.5V，而AT89C51系列在低于4.8V和高于5.3V的時(shí)候則無法正常工作。 3.工作頻率：目前AT89S51的性能遠(yuǎn)高于AT

22、89C51,AT89S51支持最高高達(dá)33MHz的工作頻率，而AT89C51工作頻率范圍最高只支持到24MHz。 4.市場(chǎng)價(jià)格：由于AT89C51已經(jīng)全面停產(chǎn),所以在市場(chǎng)價(jià)格方面，庫存的AT89C51的批發(fā)價(jià)格要比AT89S51貴將近一倍. 5.兼容型：89S5*向下兼容89C5*，就是說用AT89S51可以替代AT89C51使用，同樣的程序，運(yùn)行結(jié)果相同。 6.加密功能：AT89S51為全新的加密算法，這使得對(duì)于AT89S51的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被侵犯。 7.抗干擾性：內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像AT89C51那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路

23、。8.燒寫壽命更長：AT89S51標(biāo)稱的1000次，實(shí)際最少是1000次10000次，這樣更有利初學(xué)者反復(fù)燒寫，減低學(xué)習(xí)成本。綜合上面的幾點(diǎn)區(qū)別比較，了解到AT89S51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)器的單片機(jī)。其優(yōu)勢(shì)在于片內(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)變得簡(jiǎn)潔。因此，個(gè)人認(rèn)為本課題基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更適合選用AT89S51單片機(jī)作為本系統(tǒng)模塊的主控芯片，該芯片的主要特征見如表3-1所示： 表3-1 AT

24、89S51主要特征AT89S51引腳外圍器件引腳說明P1. 0X5045SIX5045串行輸入端P1. 1X5045SCKX5045串行時(shí)鐘端P1. 2X5045CSX5045片選端P1. 3X5045S0X5045串行輸出端P1. 4工作狀態(tài)指示燈P1. 5DS1302CLKDS1302時(shí)鐘線P1. 6DS1302I/ODS1302數(shù)據(jù)線P1. 7DS1302RSTDS1302復(fù)位線P3. 0- P3. 1數(shù)據(jù)采集輸入端P3. 3人體存在傳感器輸出信號(hào)端P3. 4超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端P3. 7光敏三極管輸入信號(hào)端(1) 40（Vcc）20（GND）腳間的電壓應(yīng)有5V 。(2) 18、19腳分別

25、與20腳間有1.72.5V電壓 。(3) 9（RST）腳與GND間電壓基本為0 。(4) 31（EA）腳與20（GND）腳間電壓為5V 。3.2.2 系統(tǒng)供電電路系統(tǒng)采用+5V電壓供電。本設(shè)計(jì)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。系統(tǒng)供電原理如圖3-2所示。圖3-2 供電原理圖3.2.3 系統(tǒng)復(fù)位電路系統(tǒng)復(fù)位電路的作用是使系統(tǒng)得到充分

26、復(fù)位，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的工作。在單片機(jī)工作過程中，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。為了能夠及時(shí)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(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)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。由于此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)同時(shí)需要看門狗和EEPROM，所以本設(shè)計(jì)中使用芯片X5045。X5045具有三種常用的功能：看門狗定時(shí)器、復(fù)位控制和EEPROM11。這三種功能是集成在單個(gè)8引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能以及高速三線非易失性存儲(chǔ)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(duì)

27、電路板空間的要求，X5045的引腳排列如圖3-3。圖3-3 X5045的引腳圖 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)。表3-2 狀態(tài)寄存器7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIPWD1=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?？撮T狗電路的定時(shí)時(shí)間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)

28、最大循環(huán)周期的時(shí)間略長即可。X5045硬件部分連接如圖3-4。圖3-4 系統(tǒng)看門狗電路系統(tǒng)看門狗電路由系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(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(cè)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(gè)復(fù)位信號(hào)。該芯片還帶有一個(gè)1.4s的看門狗定時(shí)器可用來監(jiān)控單片機(jī)的工作。如果在1.4s內(nèi)未檢測(cè)到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時(shí)器將使看門狗WD1處于低電平狀態(tài)，

29、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。3.2.4 數(shù)據(jù)采集電路針對(duì)本課題數(shù)據(jù)的采集，首先分析此次研究設(shè)計(jì)的背景是在校園教學(xué)樓的教室里，主要采集的參數(shù)有教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否。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)。本系統(tǒng)采用邏輯電平輸出的HP-208型號(hào)的人體傳感器。一、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)變成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。再無光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流。有光

30、照時(shí)，穿透電流增大，成為光電流。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)。環(huán)境光采集電路原理圖如圖3-5所示。當(dāng)教室內(nèi)自然光光照強(qiáng)度高于一定程度時(shí)(即設(shè)定參數(shù)），則光敏三極管D6呈現(xiàn)低阻狀態(tài)即小于1 K，三極管Q8的基極電壓將增大，使三極管Q8飽和導(dǎo)通，就會(huì)使三極管Q8集電極輸出低電平，不參與工作。當(dāng)辦公場(chǎng)所室內(nèi)自然光光照強(qiáng)度小于一定程度時(shí)(即設(shè)定參數(shù))，則光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻狀態(tài)大于100 K，使三極管Q8截止，Q8的集電極輸出高電平，參與電路工作。

31、其中可變電阻R9是作為調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境光光照強(qiáng)弱靈敏度參數(shù)的器件，其阻值的大小，將會(huì)是三極管Q8在不同的室內(nèi)環(huán)境光照強(qiáng)度參數(shù)下導(dǎo)通，而R10、C9組成的電路是防止外界干擾而設(shè)計(jì)的，具有防干擾的作用。 圖3-5 環(huán)境光采集電路圖二、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，利用紅外線傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。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，熱型的紅外線波長范圍較寬，價(jià)格便宜，并在常溫下工作。量子型與熱型的相反，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

32、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、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)椋罕粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；大氣對(duì)2-2.61Lm、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較少，非常容易被檢測(cè)；中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。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，所以會(huì)發(fā)出特定波長10M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10M左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10M左右的紅外線通過菲尼爾濾

33、波片增強(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)生有人體存在的信號(hào)12。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)波長為10M左右的紅外輻射非常敏感。2）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尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。3）人體存在的探測(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)器無信號(hào)輸出。4）一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射

34、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，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。5)菲尼爾濾光片根據(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)控現(xiàn)場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。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)，人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就不會(huì)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。三、人體存在信號(hào)采集電路人體傳感器HP-208基于紅外線的智能產(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3.3V），人離開

35、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； （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，直到人離開后才延時(shí)15s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)范圍大于小于140錐角，感應(yīng)距離為7m以內(nèi)； （5） 其靜態(tài)電流小于50A，功耗低； （6） 工作溫度介于-15和+70之間，適應(yīng)性強(qiáng)； （7）靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 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

36、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)100K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。圖3-6 人體傳感器電路圖3.2.5 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，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。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、PCF848

37、5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。考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)需為時(shí)鐘電路提供電源、且不占用太多單片機(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18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，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(duì)年、月、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2.5V5.5V13。DS1302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14，滿足系統(tǒng)的要求?？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3-7所示。圖3-7

38、 DS1302的引腳圖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。當(dāng)Vcc1大于Vcc2+0.2V，由Vcc1給DS1302供電，系統(tǒng)正常運(yùn)行；在主電源關(guān)閉的情況下，Vcc1小于Vcc2，由Vcc2給DS1302供電，保持時(shí)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(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)

39、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)行數(shù)據(jù)傳輸。圖3-8 DS1302與單片機(jī)接口電路連接圖3.2.6 繼電器驅(qū)動(dòng)電路繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖3-9所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的9012三極管來驅(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的電阻和6800pF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

40、管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)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(jiǎn)單。圖3-9 繼電器驅(qū)動(dòng)電路3.2.7 蜂鳴報(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)采用蜂鳴報(bào)警電路，以聲音的方式來教室無人并關(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)蜂鳴報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，在晚上10點(diǎn)時(shí)提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必須改用手動(dòng)強(qiáng)制控制燈了。這樣，還可以更好的保護(hù)公共設(shè)施。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖3-10所示，單片機(jī)的P3.4端口外加一個(gè)1

41、0K的上拉電阻，在經(jīng)過限流電阻100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(duì)教室的管理，能夠更好地、及時(shí)地管理教室。圖3-10 蜂鳴報(bào)警電路3.2.8 按鍵控制電路按鍵控制電路如圖3-11所示。按鍵的輸入信號(hào)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(hào)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(gè)口作按鍵的輸入信號(hào)端，信號(hào)取自電阻的分壓。當(dāng)按鍵

42、未按下時(shí)，P2.0P2.3端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口被按紐開關(guān)短接到地，為低電平。單片機(jī)檢測(cè)4個(gè)端口電平的變化，從而確定是哪個(gè)鍵被按下。鍵盤工作方式采用中斷掃描方式，4個(gè)二極管和10K電阻組成與門電路，當(dāng)任一鍵按下時(shí)，與門輸出P3.2引腳的電平都會(huì)由高變低。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(hào)，確定哪個(gè)鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)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(dòng)。 圖3-11 按鍵控制電路3.3 本章小節(jié)針對(duì)本研究設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，本章首先對(duì)主控芯片單片機(jī)進(jìn)行了比較選取，

43、最終選取了在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的較為熟悉且功能強(qiáng)大的AT89S51單片機(jī)，然后分別對(duì)外圍電路各大模塊（按鍵控制、時(shí)鐘控制、環(huán)境光采集、人體存在傳感器等等）進(jìn)行了具體的研究分析，闡述了它們的工作原理，完成了教室燈光控制系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)。第4章 控制模塊軟件設(shè)計(jì)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)的硬件及輸入輸出的方法確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。4.1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15。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(duì)于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)

44、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，它的編程方法與功能要求及系統(tǒng)應(yīng)用密切相關(guān)。監(jiān)控主程序是整個(gè)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(shí)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。本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對(duì)系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出

45、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(hào)采集處理、時(shí)鐘管理、按鍵接收處理)，實(shí)時(shí)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(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16。4.1.1 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。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測(cè)、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(cè)主要檢測(cè)各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測(cè)硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片

46、后初次使用未起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)熱釋紅外傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)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)，則需要對(duì)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。4.1.2 定時(shí)中斷處理設(shè)

47、計(jì)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(duì)內(nèi)部時(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)志位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷17。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(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)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)操作。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖4-1所示： 開始定時(shí)中斷到？Y多任務(wù)時(shí)間啟動(dòng)劃分 N下一步圖4-1 定時(shí)中斷處理程序框圖本系統(tǒng)還采用了

48、外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有外來信號(hào)輸入，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。4.2 數(shù)據(jù)采集模塊本控制系統(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)的采集放置在多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。4.2.1 人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)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(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。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；當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度就會(huì)明顯下降，甚至造成短時(shí)失靈。如果人體存在卻在一定時(shí)間內(nèi)沒有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒

49、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1min或更長的時(shí)間來對(duì)人體存在參數(shù)信號(hào)的采集。4.2.2 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制對(duì)象為大學(xué)教室，教室中一般只有一邊有窗戶，室內(nèi)不同區(qū)域由于距離窗戶的遠(yuǎn)近不同會(huì)影響其接收的光照多少。要合理控制教室內(nèi)的照度，必須科學(xué)探測(cè)室內(nèi)自然光的照度。而自然光的變化有明顯的非線性，是與天氣的變化和建筑物的不同位置有密切關(guān)系的。所以，必須合理布置自然光采集電路模塊的位置，才可以更好的反映實(shí)際情況。教室中，電能的浪費(fèi)很大一部分原因是由于室內(nèi)長明燈的出現(xiàn)，即在室內(nèi)自然光照充足的情況下，照明燈具仍然開啟的情況?？紤]到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無

50、論是否有人體存在都不開燈；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(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4-1所示：表4-1 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)教室燈狀態(tài)000100010111表4-1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(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)椋篎unction: BodySensor and ligh

51、t to light port356DoSensLight: Mov c,port33 ;Signal of SensorAnl c,port37Cpl c ;have person and no lightmov port35,c ;on relay 1mov port36,c ;on relay 2Jnc SensOut ;no person to outHaveperson: Mov SensDelayBuf,#5 ;delay 5 minuteSensOut: Ret4.2.3 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

52、測(cè)器安裝在推薦的使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上的小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生信號(hào)。2.抗電磁干擾：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合GB10408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(cè)器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3m外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生信號(hào)。4.2.4 人體存在傳感器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)該滿足下列條件：1.人體存在傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2m。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(cè)范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其它隔離物。4.人體存在傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外

53、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。實(shí)際使用中，人體存在傳感器前面必須安裝菲尼爾透鏡。菲尼爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡，它用來配合熱釋電紅外傳感器達(dá)到提高接收靈敏度以提高檢測(cè)距離及范圍的目的?？稍黾拥?0M以上，甚至可達(dá)20M以上。人體存在傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向有很大關(guān)系。人體存在傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對(duì)于橫切方向（即與半徑垂直的方向）移動(dòng)最為敏感。在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭的誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。4.3 時(shí)鐘模塊在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對(duì)時(shí)鐘芯片D

54、S1302的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到DS1302處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對(duì)其進(jìn)行初始化，啟動(dòng)時(shí)鐘。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。4.3.1 數(shù)據(jù)輸入輸出在對(duì)DS1302進(jìn)行各種操作之前，必須先對(duì)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)傳送終止，且I/O引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀/寫完之后，RST端應(yīng)置為低電平，以防止外部干擾對(duì)DS1302內(nèi)部時(shí)鐘的影響。同時(shí)，為了防止復(fù)位輸入端受到外部干擾，要求上電時(shí)，在主電源引腳Vcc2大于等于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