基于單片機(jī)的教室燈光自動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)1

1、學(xué)科分類號(hào)：08湖南人文科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文題 目：基于單片機(jī)教室燈光自動(dòng)控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：劉洪廣 學(xué)號(hào) 09409205 系部：通信與控制工程系專業(yè)年級(jí)：09級(jí) 電子信息工程二班 指導(dǎo)教師： 張 斌 職 稱：助教湖南人文科技學(xué)院教務(wù)處制湖南人文科技學(xué)院本科畢業(yè)論文誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：二年月日

2、摘要本研究針對(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。 該系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(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(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)等抗干擾措施。單片機(jī)軟件采用匯編語(yǔ)言編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)

3、設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。 該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價(jià)比合理等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。關(guān)鍵詞:人體；紅外線；傳感器；自動(dòng)控制；熱釋電AbstractCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，d

4、eveloping intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system. This classroom light intelligent control system the theory of the light put forward methods ofon the basis of AT89C52is developed, which machine of AT89C52 is a major part, and the environment of dev

5、elopment is better than before. This system can satisfy the following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that illuminates the back track exists, reporting to the warning devices,etc.In or

6、der to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install，test and run the system. The microcontroller software was developed based on assemble language. Assemble language is one kind of structured program langu

7、ages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble language adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger一scale system with more perfect performance. At the same time, the anti-jamming technologies, s

8、uch as watchdog, are necessary when developing hardware and software.This system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropriation was strong, and its price proportion was ideal,etc. The experiment prov

9、ed that the system can satisfy the control command of the classroom s light device, so it could largely reduce the consuming of energyresources. Key words:Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to release the electricity1.目錄1.引言-11.1本課題研究的意義-11.2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-11.3本課題研究的內(nèi)容和

10、目標(biāo)-3研究?jī)?nèi)容-3研究目標(biāo)-31.4本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)-42.教室燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析-82.1教室燈光控制器簡(jiǎn)介-82.2系統(tǒng)控制方案的分析-83.系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)-93.1控制模塊的硬件構(gòu)成-93.2控制系統(tǒng)的主要硬件電路- -9系統(tǒng)主控電路-10在線編程模塊電路-10系統(tǒng)供電電路-11數(shù)據(jù)采集電路-12系統(tǒng)時(shí)鐘電路-16系統(tǒng)看門(mén)狗電路-19繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路- -21超時(shí)報(bào)警電路-214控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)-224.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊-23系統(tǒng)自檢初始化-23定時(shí)中斷處理-24多任務(wù)操作系統(tǒng)的構(gòu)建-244.2數(shù)據(jù)采集模塊-25人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)-25數(shù)據(jù)采集軟

11、件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)-25人體存在傳感器的抗干擾措施-26人體存在傳感器的安裝要求-274.3時(shí)鐘模塊-27數(shù)據(jù)輸入輸出-27時(shí)鐘內(nèi)部寄存器的使用-28時(shí)鐘自檢初始化-29時(shí)鐘程序設(shè)計(jì)-304.4顯示驅(qū)動(dòng)模塊-30 ULN2803驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用-32顯示程序設(shè)計(jì)-324.5系統(tǒng)鍵功能-33鍵功能處理程序-335系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析-345.1單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟-34 5.2出現(xiàn)的主要問(wèn)題及分析解決-356.結(jié)論和建議-366.1結(jié)論-366.2建議-377.致謝-38參考文獻(xiàn)-39附圖A-40附圖B-41附錄一 -42附錄二-441.引言1.1本課題研究的意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的

12、生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電負(fù)荷的加劇，又由于世界性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴(yán)峻問(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。 目前對(duì)燈光的智能控制，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)開(kāi)始采用，但對(duì)教室燈光的控制，尤其是我國(guó)教室燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電負(fù)荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)

13、算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。例如樓道燈光的自動(dòng)控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開(kāi)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。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 世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，而丹麥在能源利用方面的成功經(jīng)驗(yàn)提供了很好的借鑒。從1974年以來(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)能供熱系統(tǒng)，例如丹麥熱電同供熱電廠(CHP)，而且，他們盡可能的有效利用資源。這樣，他們的能源使用總

14、效率達(dá)到了90%。丹麥政府很重視住房空間用電的節(jié)能，并設(shè)立了對(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，并具有更高的光通和平均光通量。飛利浦照明公司推出的陶瓷金鹵燈代替過(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。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

15、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)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)五年間將在公用設(shè)施、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l:6.25前的l: 1. 5。目前，我國(guó)照明用電約占社會(huì)總用電量的12%，

16、采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電60%到80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬(wàn)只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測(cè)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。政府己經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換了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)，通過(guò)增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗50%。 我們黨在2000年10月11日黨第十五屆中央委員會(huì)第五次會(huì)議通過(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)

17、設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)。建議還強(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。面臨如此緊迫的能源問(wèn)題，我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在“高效加強(qiáng)環(huán)境?！崩谩扒鍧崱蹦茉?。由此可見(jiàn)，節(jié)能照明用電，對(duì)節(jié)能具有重要的意義。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，護(hù)潔課上完離開(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。就我校為例，初步統(tǒng)計(jì)大小教室大約安裝了共有5400盞燈，以每天僅亮燈8小時(shí)來(lái)計(jì)算，一年中扣除假期后，教室燈的耗電量約為52.25萬(wàn)度，學(xué)校在教室

18、用電的經(jīng)費(fèi)上就得支出約為30.46萬(wàn)元人民幣。而以每天浪費(fèi)2小時(shí)用電來(lái)計(jì)算，一年大約要浪費(fèi)13.06萬(wàn)度的電量，占教室照明用電經(jīng)費(fèi)的四分之一。我省各類大中專院校及其中小學(xué)總共有600百多所，若都象我校一樣每年浪費(fèi)13.06萬(wàn)度電的話，我省就會(huì)浪費(fèi)近7900萬(wàn)度的電。導(dǎo)致電能的極大浪費(fèi)。再者，每所院校不斷的擴(kuò)招，教室不斷的擴(kuò)建，若再?zèng)]有改進(jìn)教室的用電管理設(shè)備，那么用電負(fù)荷可想而知，浪費(fèi)的電能就更、涼人了。 基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無(wú)疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。1.3本課題研究的內(nèi)容和目標(biāo)研究?jī)?nèi)容

19、本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開(kāi)、關(guān)燈的關(guān)系；(3)研究人體存在探測(cè)技術(shù)，探測(cè)角度與范圍；(4)研究傳感器教室分布、安放問(wèn)題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等；(5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)研究燈光控制器電源問(wèn)題；(7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；(8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問(wèn)題；(9)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)；(10)研究報(bào)警等附加功能問(wèn)題研究目標(biāo) 研究的教室燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用

20、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)。1.4本課題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本課題擬通過(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:(1)照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問(wèn)題；(2)傳感器與教室燈配合安裝的問(wèn)題；(3)環(huán)境光參數(shù)輸入采集問(wèn)題；(4)人存在傳感器參數(shù)輸入采集問(wèn)題；(5)開(kāi)、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)兼容措施；2.教室燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析2.1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(kāi)燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值

21、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)。 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。2.2系統(tǒng)控制方案的分析 所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。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

22、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。 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。3.系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(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

23、抗干擾問(wèn)題。3.1控制模塊的硬件構(gòu)成系統(tǒng)控制單元是以單片主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括:ISP下載線模塊、系統(tǒng)供電模塊、硬件時(shí)鐘模塊、看門(mén)狗模塊、燈光驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示模塊、環(huán)境光模塊、EEPROM存儲(chǔ)模塊、人體存在傳感器模塊、超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示：51系統(tǒng)模塊ISP下載線模塊看門(mén)狗模塊硬件時(shí)鐘模塊數(shù)碼管顯示模塊燈光驅(qū)動(dòng)模塊環(huán)境光模塊EEEPROM存儲(chǔ)器模塊電源模塊人體存在傳感器模塊圖3-1系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖3.2控制系統(tǒng)的主要硬件電路系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用Atmel公司的AT89C52作為主控芯片，它是一種低功耗，8位CMOS工藝處理器，具有8

24、K在線可編程Flash存儲(chǔ)器，片內(nèi)的Flash可多次編程，為在線編程提供了方便。片內(nèi)有128字節(jié)的RAM, 4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi)RAM空間，所以沒(méi)有擴(kuò)展的片外RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lái)，所以本設(shè)備用一片EEPR0M來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。AT89S52I/0端口與系統(tǒng)其它外圍器件接口的分配情況表如表3-1所示。89552引腳外圍器件引腳說(shuō)明ULN2803數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口NPN-9012基極數(shù)碼管位控驅(qū)動(dòng)接口P1.0X5045SIX5045串行輸入端Pl.1X5045SCKX5045串行時(shí)鐘端P1.2X50

25、45CSX5045片選端P1.3X5045S0X5045串行輸出端P1.4系統(tǒng)工作燈顯示端口P1.5DS1302CLKDS1302時(shí)鐘線P1.6DS1302I0DS1302數(shù)據(jù)線P1.7DS1302RSTDS1302復(fù)位線P1.5一P1.7工SP在線編程端P3.0一P3.1數(shù)據(jù)采集輸入端P3.2遙控器接收信號(hào)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P3.5一P3.6燈光驅(qū)動(dòng)輸入端P3.7光敏三極管輸入信號(hào)端表3-1外圍器件接口的分配在線編程模塊電路 以往單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)往往依賴于仿真機(jī)和單片機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，近年來(lái)，隨著FLASH型單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬結(jié)合寫(xiě)片驗(yàn)證

26、成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多單片機(jī)都具有了ISP功能，不再需要仿真機(jī)，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。AT89C52芯片就是這樣的芯片。 AT89C52芯片支持在線編程(ISP)功能，用戶可以通過(guò)AT89C52在線編程接口直接對(duì)電路板上的CPU進(jìn)行在線編程，方便了程序的修改燒寫(xiě)工作。ISP進(jìn)行在線編程時(shí)，用AT89C52芯片的P1.5，P1.6，P1.7引腳及RST端口，通過(guò)PC并口，根據(jù)工SP協(xié)議制作簡(jiǎn)單的編程器就可對(duì)CPU進(jìn)行編程。在線編程(ISP)器的紅色LED是電源指示燈，綠色LED是復(fù)位指示燈，黃色LED是時(shí)鐘信號(hào)指示燈，每個(gè)LED約消耗0.6mA的

27、電流，它們使用獨(dú)立的緩沖器不會(huì)影響下載線和用戶板，當(dāng)執(zhí)行菜單命令Reset時(shí)可以看到綠色LED閃一下，表示電腦已經(jīng)可以控制下載線;其下載線正常工作電壓為DC3.6-6V，部分電腦即使不連接VCC也可以正常工作，10心的插頭和插座有三角形標(biāo)志的均為第一腳。使用方便、快捷，且工作顯示信號(hào)清晰。系統(tǒng)供電電路要取得+5V電壓，若選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為9V的變壓器。系統(tǒng)接通220V交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容Cl，C2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM7805

28、，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容C3、C4，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc+端供電。其供電原理圖如圖 供電原理圖在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。硬件時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的+5V主電源情況下工作，而只有系統(tǒng)+5V主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)3. 6V的可充電鏗電池作為備用電源。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說(shuō)明。數(shù)據(jù)采集電路 教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見(jiàn)的環(huán)境光采集器

29、件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的HP-208型號(hào)的人體存在傳感器。1.環(huán)境光采集電路 光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。在無(wú)光照時(shí)三極管的穿透電流很小，為暗電流Iceo有光照時(shí)，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)

30、點(diǎn)，其外形電路圖形符號(hào)如圖. 1-1圖. 1-1環(huán)境光采集電路原理圖如圖1-2所示。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)底阻狀態(tài)2. 5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/0為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。SCLK始終是輸入端。 硬件時(shí)鐘芯片DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB (D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫(xiě)DS1302，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);D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器;最低位LSB (DO)為邏輯0，指定寫(xiě)操

31、作(輸入)，DO=1，指定讀操作(輸出)。 在DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類:一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為COHFDH，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DS1302在主電源掉

32、電后的耗電很小，但是，如果要長(zhǎng)時(shí)一間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池?？梢杂美鲜诫娔X主板上的3. 6V充電電池。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100就可以保證1小時(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。系統(tǒng)看門(mén)狗電路在單片機(jī)工炸過(guò)一程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，雖然在程序設(shè)計(jì)中，一可以使用軟件陷阱的方法來(lái)減少這種情沉的發(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)中使用看門(mén)狗電路，這樣在單片機(jī)

33、發(fā)生死機(jī)的情況下，看門(mén)狗將產(chǎn)生一個(gè)夏位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位重新執(zhí)行程序:.現(xiàn)在的MCU被集成了越來(lái)越多的功能，有的集成了看門(mén)狗，如工IMP813L。還有的芯片更是把EEPROM也集成進(jìn)去，如X5045芯片。由于系統(tǒng)需要看門(mén)狗和EEPROM，所以本硬件設(shè)計(jì)中使用了美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的芯片X5045。X5045具有三種常用的功能：看門(mén)狗定時(shí)器、復(fù)位控制和EEPROM集成在單個(gè)8個(gè)引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門(mén)狗功能與高速三線非易失性存儲(chǔ)器組合莊一起，從而在很人程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求，X5045的引腳排列如圖-1 圖 -1X5045的引腳排列看門(mén)狗定時(shí)器

34、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3. 2. 6狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義。其中WD l , WDO和看門(mén)狗電路有關(guān)，其余位和EEPROVI的工作設(shè)置有關(guān)。表3. 2. 6狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D!D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWD1=0，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為.S。WD1=0，WD0=1，預(yù)置時(shí)間為.S。WD1=1，WD0=0，預(yù)置時(shí)間為.S。WD1=1，WD0=1，禁止看門(mén)狗工作?？撮T(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可山具體應(yīng)用程序的循環(huán)屁期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。本系統(tǒng)中X5045的硬件連接圖如

35、圖-2所示。-2X5045的硬件連接圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障保護(hù)部分由X5045組成，X5045是一種串行通訊的512字節(jié)EEPROM，同時(shí)兼有看門(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)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個(gè)10K的上拉電阻，并與AT89C52的復(fù)位端相連。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)1. 4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WD I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

36、意外的發(fā)生。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。繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖所示，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的59012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，開(kāi)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(kāi)機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3. 5/P3. 6為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián)100歐的電阻和6800皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開(kāi)常閉的

37、觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(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。圖繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖超時(shí)報(bào)警電路在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒(méi)有人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時(shí)，能源浪費(fèi)，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，以聲音的方式來(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)生應(yīng)該休息或必需改用遙控器手動(dòng)方式來(lái)控制燈了。這樣，還可以更好地保護(hù)公共設(shè)施。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖的P3

38、.4端口外加一個(gè)10K的上拉電阻，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 超時(shí)報(bào)警的電路4控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開(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)。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用合理的程序

39、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開(kāi)成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過(guò)程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括:系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲(chǔ)模塊。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。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)資源有限，主程序通常是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過(guò)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

40、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(xiě)成子程序的形式，并通過(guò)主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作，它按各種命令再分為不同的子程序模塊，它一般總是把其余部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)無(wú)限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行。其監(jiān)控主程序流程圖如圖4-1所示: 系統(tǒng)初始化看門(mén)狗激活設(shè)定定時(shí)器，允許定時(shí)中斷上電Reset人體傳感器處理任務(wù)環(huán)境光處理任務(wù)定時(shí)時(shí)鐘管理顯示刷新任務(wù)圖 4-1 監(jiān)控主程序流程圖系統(tǒng)自檢初始化 系統(tǒng)自檢初始化是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件，系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn)入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自

41、檢及初始化。初始化過(guò)程主要是對(duì)一些控制寄存器(如中斷控制)、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片(如時(shí)鐘芯片DS1302等)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測(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)各芯片是否己處于準(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，檢測(cè)硬件時(shí)鐘DS1302是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)人體傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出的信號(hào)等。若時(shí)鐘芯片處于啟動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)控制時(shí)間表無(wú)效，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)器選擇工區(qū)工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H，其它定時(shí)器、中斷允許寄存器IE、累加器ACC等皆為00