基于51單片機的智能聲光控開關畢業(yè)設計

目錄TOC\o"1-4"摘要 ③最小系統(tǒng)的中斷技術概述中斷技術用于實時監(jiān)測與調控，通過主程序的中斷請求源提出的服務請求來快速響應處理發(fā)生的問題。當主程序的中斷請求源發(fā)出中斷請求之后，如果中斷請求被允許，單片機將會暫時中止當前正在執(zhí)行的主程序響應請求，轉到中斷服務處理程序這里來處理服務請求。中斷服務處理程序處理完服務請求后，再返回到原來被中止的程序斷電處，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。單片機有了中斷系統(tǒng)，就不會浪費大量的時間去查詢是否有服務請求發(fā)生了，而是會去主動處理問題，這便能除去多余的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機的工作效率和實時性。3.2.2繼電器驅動電路繼電器是一種電子控制器件。繼電器是一種當輸入端的量(電、磁、聲、光、熱)達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式轉化的這樣一種自動控制器件，具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之的連帶依靠關系。圖3.9繼電器驅動電路圖繼電器通常應用于自動控制電路中，它實際上是反向思路運行的，用小的電流去控制大的電流的自動開關，而不是一般的大電流控制小電流。而本設計中使用的便是電磁繼電器。電磁繼電器一般由銜鐵、鐵芯、觸點簧片、線圈等原件組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，單片機又給三極管一定的電平信號，連通了三極管加上又有電壓，整個電路形成回路，電流流經(jīng)線圈通過三極管集電極發(fā)射極到達地線，線圈中就會產(chǎn)生一定的電流，從而出現(xiàn)電磁效應，線圈有了電磁吸引銜鐵，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服彈簧的慣性拉力吸向鐵芯，帶動銜鐵的動觸點與靜觸點進行閉合。若是線圈斷電，電磁對銜鐵的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的慣性作用力下回到原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點打開。當輸入端為高電平時對應的輸出口輸出低電平，繼電器線圈通電，繼電器觸點閉合；當輸入端為低電平時，繼電器線圈斷電，繼電器觸點斷開。通過閉合及打開，達到了在電路中的連通和斷開的目的。繼電器驅動接口電路如圖3.9所示，我所使用的繼電器是由相應的PNP型號三極管來驅動，當繼電器閉合后便能驅動負載，點亮控制的燈。3.2.3按鍵電路按鍵電路主要是為了實現(xiàn)對整個控制模塊的開關模式轉換，他可以轉換為四種模式：復位模式、手動控制模式、自動感應控制模式、關閉模式。其中的一個按鍵是負責控制自動和手動模式的轉換的，另外一個按鍵則是負責復位和關閉模式的，將四種模式分裝到兩個按鍵上避免了一個按鍵不便利的問題，還可以避免四種模式難以控制發(fā)生混亂的問題。有了這幾種模式的控制可以使得燈既能自動感應又能在特殊情況下人為的控制，便利了大眾。圖3.10按鍵電路3.3實時顯示模塊3.3.1指示燈電路指示燈電路只要是完成實時顯示,按鍵模式的轉換顯示就要靠指示燈來顯示，同樣繼電器線圈閉合的顯示也是要靠指示燈的顯示。4軟件設計4.1軟件設計語言本設計是采用C語言程序進行設計的，首先我們應該先對整個程序進行進行分析和整理，對整個設計劃分模塊，逐個模塊實現(xiàn)其功能，最終把各個子模塊合理的連接起來，構成總的程序。此次軟件設計根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，以系統(tǒng)的硬件設計為基礎，采用模塊化的程序設計思想，確保完成系統(tǒng)功能的同時，實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運行。軟件設計的目的就是讓單片機加載程序并運行，對距離、時間、光照強度進行測量，根據(jù)測量結果控制繼電器的輸出[8]。C語言具備匯編語言的功能。它功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛用的有頂向下結構化程序設計技術[10]。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此使用C語言進行程序的設計已經(jīng)為軟件開發(fā)的一個主流。綜上所述，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)和應用的必然趨勢。程序圖見附錄B。4.2軟件設計思路本設計主要是實現(xiàn)三個方面的功能:第一,白天光照強有聲音的時候保證燈不亮，第二,晚上沒有光的有聲音的時候燈亮；第三，手動模式開啟要保證按鍵功能能夠實現(xiàn)燈亮30s后燈滅。這是設計最重要的三點。有了設計的思路整個設計就分為了這樣幾大模塊:第一個是按鍵模式切換(即自動模式和手動模式的切換)；第二個是自動模式、手動模式工作；第三個是定時器模塊。圖4.1系統(tǒng)框圖通過這三個模塊我們可以大概的弄出一個系統(tǒng)模式來，首先是要對模式切換的定義，要定義模式切換后輸出顯示燈和控制顯示燈的亮滅問題；關于自動模式顯示模塊要解決關于光感和聲音協(xié)調控制的問題，即白天即使有聲音燈也不能自動亮燈，而晚上有聲音要保證等能自動亮；定時器模塊即是關于燈亮后延長保持的實間，這樣可以最大程度的減少能源的浪費和軟件開銷。主要模塊已經(jīng)分析好，其他的通過定義很快便能夠得到一個整體的系統(tǒng)框圖見圖4.1:有了上述的流程圖，可以根據(jù)其設計的結構來進行C語言設計了，其具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛用的有頂向下結構化程序設計技術。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此使用C語言進行程序的設計已經(jīng)為軟件開發(fā)的一個主流。綜上所述，用C語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)和應用的必然趨勢。程序圖見附錄D。4.3ProteusPROTEUS軟件是英國Labcenter

公司研發(fā)的EDA工具軟件。它是一個集模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路以及多種微控制器系統(tǒng)為一體的系統(tǒng)設計和仿真平臺。是目前同類軟件中最先進、最完整的電子類仿真平臺之一。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖、電路分析與仿真、單片機代碼調試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到板生成的完整的電子產(chǎn)品研發(fā)過程。Proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件），Proteus與其他的仿真軟件相比較，在下面的優(yōu)點：能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)模混合電路；能繪制原理圖和PCB圖；幾乎包括實際中所有使用的儀器；其最大的亮點在于能夠對單片機進行實物級的仿真。5測試與分析5.1硬件測試整個電路板焊接起來不算是太難，焊接圖上看的也是比較的清晰，但是焊接過程中還是遇到了一些問題。1.像光敏電阻的焊接就是有些問題的，總是接觸不良，進行測試的時候經(jīng)常會難以感應光的強弱，無論怎么調節(jié)，系統(tǒng)實時顯示的紅燈都是亮著的，閉合右下角的開關黃燈亮，紅燈一秒之后自動會亮。最后就只能檢查光敏電阻那里是否有虛焊，才解決了這個問題。2.整個電路中，不注意的時候會有些虛焊的問題，像上面的光敏電阻就是虛焊了導致接觸不良，總會有些沒有焊好的地方，要進行認真的檢查，確保每個地方都焊好了功能才能完整的實現(xiàn)出來。不僅是虛焊，還有主要引腳的問題，不能接錯引腳?？傮w來說就是要認真檢查，若是功能顯示不齊全，那一定是焊接的時候哪部分出了問題，要進行認真的檢測。5.2軟件測試聲光控開關整體要實現(xiàn)的功能比較簡潔清晰，軟件方面就三個問題：要求光聲條件滿足的時候燈要亮；開關可以實現(xiàn)自動和手動模式轉換；定時器的設定方面。編寫程序的時候就要考慮到這幾個問題，要設定聲光調節(jié)滿足燈才能亮，以及模式轉換，定時器時間的設定，啟動的設定。（1）軟件剛開始設定的時候對于定時器的問題沒有設定好，關于何時啟動何時關閉，燈亮后多少時間內(nèi)是要關閉，還是要繼續(xù)打開，最開始沒考慮到要關閉定時器，所以只要燈亮條件滿足后定時器就一直打開了，但是太浪費電了，本設計是響應節(jié)能的，最后還是選擇完成定時任務后關閉它。（2）還有就是模式轉換，模式轉換上，同樣關于設定的問題，手動模式的時候燈亮條該怎么協(xié)調，總是弄反。5.3測試結果分析（1）測試的時候，光敏電阻部分總是接觸不良，后面發(fā)現(xiàn)是虛焊的問題，多對電路進行測試，就會減少很多的問題。（2）對于軟件部分總會有些小的疏忽，沒有設定好定時器，或者是模式轉換的設定，要經(jīng)過好好的思路分析。最后按照程序流程圖對照查看功能，檢查最后的顯示。6總結這次設計的主題聲光控開關可以很好的控制以及節(jié)省能源，應用較廣泛，是有一定的研究價值的。整個設計體系是以STC89C51單片機為核心，其他模塊包括聲音采集模塊、光信息采集模塊、繼電模塊、晶振模塊、復位模塊、按鍵模塊、指示燈模塊幾部分來輔助完成總的目標。STC89C51它是在集成電路芯片上集成了各類元件的微型計算器，各原件基于一身使得單片機的不僅多功能化還具有體積較小、價格較低、可靠性較高、開發(fā)和應用方便等特點，在各類器件中引入單片機，編程使器件智能化，可以提高器件的自動化程度和精準度，增強計算機的運算速度，簡化方便器件的硬件結構，總體來說應用到本設計中是十分契合的。通過聲光控原件、電壓比較器、繼電器各個部分的綜合作用，能夠很好實現(xiàn)整體功能。結合了各部分器件，整體來說還是比較使用節(jié)能的，經(jīng)過聲光檢測元件將信號傳達給電壓比較器輸出給單片機處理，信號處理過后由繼電器驅動負載，利用雙電壓比較輸出電信號，將模擬信號轉變成電信號，又有繼電器驅動負載，通過一系列的帶動程序來控制系統(tǒng)減少電量損耗，又通過定時器的控制和各項條件控制使得最后能夠減少資源的浪費。原件綜合起來，比較便宜適合廣大人民群眾的，性價比較高。經(jīng)過這次的畢設，突然間發(fā)現(xiàn)動手前一定要先整理好思路，得到整體的框架了再著手會輕松很多。由于前面的分析使得設計總體做起來有頭緒多了，雖然也有很多的不懂和困難，但是完成了那些問題就都不算什么了。很難想象自己能認真的去完成一個項目，這次經(jīng)過自己的實踐，學會了不少東西，通過對目標的分析將各個功能分細到各個模塊，將各個功能協(xié)調運用，對比目標功能來尋找合適的原件，整理好原理圖，學會了如何去用軟件實現(xiàn)各自的功能，把以前差點忘掉的原理圖制作還有PCB圖制作仿真等實踐都復習了一遍鞏固了以前的知識。通過此次設計我還加深了對STC89C51單片機以及LM393等原件的了解，也鍛煉了自己查找資料的能力。自己的能力得到了很大的提升，也能夠更加認真的去做好一件事情了，更明白了完成一件事情前一定要有好的思路再開始動手，有什么不懂得地方也要多問同學多自己上網(wǎng)搜索資料?？偟膩碚f收貨頗多。參考文獻[1]張毅剛，彭喜元，彭宇編著.單片機原理及應用[M].高等教育出版社，2010.5：92～102.[2]何立民.單片機高級教程.第1版[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001：31～43.[3]趙曉安.MCS-51單片機原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2001.3：17～21.[4]焦中平.照明燈聲光控制電路及制作[M].科教文匯，2007：71～78.[5]胡斌.元器件及實用電路[M].電子工業(yè)出版社,2007年7月：147～148.[6]肖洪兵.跟我學用單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社,2002.8：41～46.[7]趙家貴.傳感器電路設計手冊[M].中國計量出版社2002年：17～26.[8]王俊杰.檢測技術與儀表[M].武漢理工大學出版社2002年：35～37.[9]孫涵芳.單片機原理及應用[M].北京航空航天大學出版社1996年：48～49.[10]譚浩強.C語言程序設計（第四版）[M].清華大學出版社2010年6月：34～41.[11]郝希才.實用傳感器接口電路實例[M].中國電力出版社2007年：57～59.致謝大學四年最后的畢業(yè)設計結束了，在這里，首先要衷心地感謝彭曉良老師一直以來對我們的指導和幫助。正是老師時刻的關心與耐心的指導才能讓我們這么快的掌握了這么多的知識，得到了一定的實踐能力，在這里再次感謝老師的幫助。在這次畢業(yè)設計中，這四年學得的大部分知識得到了充分的應用，以前沒有完全掌握的難點得到了解決，也是要感謝四年來一直教育我們的老師感謝各位老師的細心指導讓我們能夠收獲頗多同時，培養(yǎng)了我們實事求是的科學態(tài)度和嚴謹?shù)淖黠L，進一步提高了自己的自學能力。這對即將完全踏入社會的我們來說，是一個很大的收獲。也要感謝陪伴我一路走來的同學朋友，他們也在生活學習中給了我不少幫助，在做畢設時給了我不少的建議和幫助。最后，我要感謝懷化學院，在這里，我們不僅學到了豐富的專業(yè)和生活各方面的處理能力，更學到了如何去為人，這將是我人生中一筆巨大的財富。在這里，我向學校的每一位老師致以最真誠的謝意！感謝你們陪伴我們一起走過了最美好的四年。附錄：附錄A根據(jù)之前用ROTEL99SE做的電路原理圖生成PCB板。繪制完電路原理圖之后，要檢測是否正確，再進行電器規(guī)則檢測，然后生成相應的網(wǎng)路報表。最后把原理圖生成PCB。生成后，對其進行手動或自動布線。附錄B系統(tǒng)全程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitlight=P3^1; //光線輸入sbitsound=P3^0; //聲音輸入sbitLED_onoff=P3^3; //按鍵：手動開關燈sbitchange=P3^2; //按鍵：模式切換sbitled=P0^0; //模式指示燈sbitLED_out=P2^6; //輸出控制燈bitMode=0; //=0自動=1手動ucharsec=0; //定義秒變量控制燈亮時間voiddelay(uintxms) //延時函數(shù)約為1ms{ uinti,j; for(i=0;i<xms;i++) for(j=0;j<110;j++);}voidinit() //初始化函數(shù)定時器等{ TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; TH0=0x3c; TL0=0xb0; TR0=0;}voidkey() //按鍵函數(shù){ if(change==0) //模式切換按下時 { delay(50); //去抖 if(change==0) //再次判斷是否按下 { Mode=!Mode; //切換模式 led=Mode; //控制模式指示燈的亮滅 if(Mode==1) //切換到手動模式時如果燈是亮的，就熄滅燈；反之則反 LED_out=!LED_out; elseif(Mode==0)//切換到自動模式時如果燈是亮的就計時sec后熄燈 { if(LED_out==0) { TR0=1; sec=0; } else delay(500); } while(!change); //按鍵釋放 } } if