智能视力保护仪

1、华侨华侨大学厦大学厦门门工学院工学院 单单片机控制系片机控制系统统 课课程程设计报设计报告告题 目：智能视力保护仪智能视力保护仪 专业 班级： 电子 1 班 学生姓名： 陈炳刚 学 号： 1202202102 指导教师： 刘玉玲 2015 年 6 月 5 日课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书设计题目 智能视力保护仪 学生姓名陈炳刚所在院系电子信息工程系专业、年级、班电子 1 班 设计要求：设计要求：（1） 设定调节的感应距离，当距离小于调节距离，给出提示，纠正坐姿。（2） 当光线过强或者过弱，给出提示，纠正坐姿。 设计步骤：设计步骤：按功能先大概画出总的框图，写程，然后在考虑各个局部功能

2、的实现，然后把各个局部连接起来，在用软件仿真，修改，直到没问题了，再买器材，程序烧写，制板，焊接。参考文献阅读：参考文献阅读：1张毅刚.彭喜源，谭晓钧，曲春波.MCS-51 单片机应用设计，哈尔滨工业大学出版社2周明珠.王炜，王福源，无触点开关在控制中的应用，现代电子技术.20023俞海珍.李宪章，冯浩，热释电红外传感器及其应用，电子照明技术 2006.74赵海兰.，赵样.实时时钟电路 DS1302 的原理及应用.电子元器件应用，20055胡又农等，可编程看门狗监控EEPROM-X5045及其在8051系统中的应用，电子技术应用.1998， No.7，18-19课设进度安排：课设进度安排：1、

3、两次验收时间，第一次是 15 周四早上 9:30-10:30，第二次看第一次验收情况待定。2 第 17 周周一早上提交论文电子版，由学委统一发给老师，经老师修改后，打印成纸质版。任务下达日期： 2021 年 6 月 3 日任务完成日期： 2021 年 7 月 3 日指导教师签名： 学生签名：陈炳刚 目目 录录第一章第一章 系统控制模块的硬件设计系统控制模块的硬件设计.21.1 AT89S51 单片21.11 控制模块的硬件构成及说明.21.2 控制的主要硬件电路.21.21、HP-208-N-L 功能特点.31.2.2 主控电路.31.2.3 供电电路.41.2.4 采集电路.5 1.2.5

4、系统时钟电路.71.2.6 继电器驱动电路.81.2.7 超时提示电路.81.2.8 按键控制电路.9 1.2.9 芯片 X5045.9第二章时钟程序设计第二章时钟程序设计.102.1 时钟程序设计.102.2 ULN2803 和驱动模块.11第三章第三章 系统调试运行及问题分析系统调试运行及问题分析.123.1 单片机电路工作运行.133.2 简要的问题分析.14第五章第五章 总结心得体会总结心得体会.15第一章第一章 系统控制模块的硬件设计系统控制模块的硬件设计1.1AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system prog

5、rammable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。1.11 控制模块的硬件构成及说明系统控制单元是以 AT89S51 单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：环境光采集电路、时钟模块、热释红外传感器模块、看门狗模块、按键电路、EEPROM 存储模块、超时报警模块、数码管显示模块，其结构框图如图 1-

6、1所示。1.2 系统控制的主要硬件电路系统控制的主要硬件电路考虑到本系统安装时受环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。1.21、HP-208-N-L 功能特点1.全自动感应: 人进入其感应范围那么输出低电平(待机状态输出为高电平)， 人离开感应范围那么自动延时关闭低电平，返回至待机时的高电平。 2.光敏控制可选择，出厂时未设：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 3.两种触发方式：可跳线选择 a.不可重复触发方式:即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出

7、将自动从低电平变为高电平； b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后才延时将低电平变为高电平感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点). 4.具有感应封锁时间(默认设置:无封锁时间)：感应模块在延时时间一结束 即停止输出 ，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间和“封锁时间两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟) .

8、5.工作电压范围宽：默认工作电压 DC5V-20V 6.微功耗:静态电流50 微安，特别适合干电池供电的电器产品。 7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。1.2.2 系统主控电路本系统的主控模块采用 AT89S51 作为主控芯片，它是一种低功耗，8 位CMOS 工艺处理器，具有 8K 在线可编程 Flash 存储器，片内的 Flash 可屡次编程，为在线编程提供了方便。片内有 128 字节的 RAM，4KB 的 EEPROM，由于合理的安排使用片内 RAM 空间，所以没有片外扩展的 RAM，使电路结构简洁。该芯片的主要特征见如表 1.1：表 1.1 AT89S51 主要特征AT89S5

9、1 引脚外围器件引脚说明P0. 0-P0. 7ULN2803数码管段码驱动接口P2. 0-P2. 7PNP-9012 基极数码管段码驱动接口P1. 0X5045SIX5045 串行输入端P1. 1X5045SCKX5045 串行时钟端P1. 2X5045CSX5045 片选端P1. 3X504550X5045 串行输出端P1. 4工作状态指示灯P1. 5DS1302CLKDS1302 时钟线单片机最小系统如图 1-2 所示：图 1-2 单片机最小系统(1) 40Vcc20GND脚间的电压应有 5V 。(2) 18、19 脚分别与 20 脚间有 1.72.5V 电压 (3) 9RST脚与 GND

10、 间电压根本为 0 。(4) 31 脚 EA与 20 引脚GND间电压为 5V 。1.2.3 系统供电电路系统供电电路系统供电原理如图 1-3 所示，采用+5V 电压供电。本设计采用输出电压为9V 的变压器。系统接通 220V 交流电源后，将 220V 交流电变压到 9V，经过二极管全波整流、电解电容 C1，C2 滤波，再经正输出稳压器 LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容 C3，C4，最后得到+5V 的直流电压，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的 Vcc 端供电。. 图 1-3 系统供电电路P1.6DS1302I/ODS1302 数据线P1. 7DS130

11、2RSTDS1302 复位线P3. 0- P3. 1数据采集输入端P3. 3人体存在传感器输出信号端P3. 4超时报警信号输入端P3. 7光敏三极管输入信号端1.2.41.2.4 数据采集电路数据采集电路一、环境光强度采集电路光电传感器是一种能够将光转化为电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管将光信号转化为电信号的功能外，还具有对电信号的放大功能。在无光照时，三极管的穿透电流很小，为暗电流，有光照时，产生的 Ib 增大，成为光电流 Ie，光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管具有灵敏度高，体积小，工作电压低，工作电流小，发光均匀

12、稳定，响应速度快，寿命长等特点。环境光采集电路原理如图为 1-4 所示。当环境光照强度大于一定程度时，光敏三极管 D6 呈现低阻状态1K，三极管 Q12 的基极电压升高，Q12 管饱和导通，集电极输出低电平。当环境光强度小于一定程度时，光敏三极管 D6 呈现高阻状态100，使三极管 Q12 截止，集电极输出高电平。其中调节 R26 阻值，可使三极管 Q12 受环境光强度影响在适当的亮度下导通。图 1-4 环境光电路 人体存在传感器采用 HP-208-N-L 人体感应模块(低电平输出)。基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器中。人体传感器的 1 号引脚为电源

13、信号端 VCC，2 号引脚为采集信号输出端OUT，3 号引脚为地信号端 GND。其硬件连接如图 1-5。123HP-208C680pfVCCp3.3图 1-5 人体存在信号采集电路HP-208-N-L 功能特点：R2510k Q12NPND6PHOT OR26470k+5vp27全自动感应：人进入其感应范围那么输出低电平，人离开感应范围那么自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持低电平，直到

14、人离开后至延时结束，低电平跳变为高电平感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出后，待延时时间一结束，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间和“封锁时间两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟)。微功耗：静态电流50 微安，特别适合干电池供电的电器产品；输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接；技术参数：工作电压：DC4.5V 至 DC24V 均可；输出低

15、电平：0V，待机时的高电平为 3.3V；延时时间：可制作范围零点几秒十几分钟；封锁时间：可制作范围零点几秒几十秒；触发方式：L 不可重复；H 可重复；感应范围：Vcc1+0.2V 时，由 Vcc2 向DS1302 供电，当 Vcc20； i- ) /循环 8 次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0 x01)； /每次传输低字节 addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； /发送数据 for ( i=8； i0； i- ) SCLK = 0； temp = dat； DIO = (bit)(temp&0 x01)； da

16、t = 1； SCLK = 1； CE = 0； /数据读取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) unsigned char i，temp，dat1，dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； /发送地址 for ( i=8； i0； i- ) /循环 8 次移位 SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0 x01)； /每次传输低字节 addr = 1； /右移一位 SCLK = 1； /读取数据 for ( i=8； i0； i- ) ACC_7=DIO； SCLK =

17、 1； ACC=1； SCLK = 0； CE=0； dat1=ACC； dat2=dat1/16； /数据进制转换 dat1=dat1%16； /十六进制转十进制 dat1=dat1+dat2*10； return (dat1)； /初始化 DS1302 void Initial(void) Write1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； /禁止写保护 Write1302 (WRITE_SECOND，0 x56)； /秒位初始化 Write1302 (WRITE_MINUTE，0 x34)； /分钟初始化 Write1302 (WRITE_HOUR，0 x12)； /小时初始

18、化 Write1302 (WRITE_PROTECT，0 x80)； /允许写保护 2.2 ULN2803驱动模块八路 NPN 达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路诸如TTL, CMOS 或 PMOS/NMOS和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。ULN2803 的设计与标准 TTL 系列兼容，而 ULN2804 最适于 6 至 15 伏高电平 CMOS 或PMOS。系统运行过程中的数据显示是人机交互对话的一个重要通道。通过的显示系统数据，我们才可以更

19、好的了解系统运行的状态，从而方便对整个系统进行必要的操作。本系统中采用共阳极的数码管，其中采用 ULN2803 作为驱动数码管的段选的芯片，采用简单又廉价的 9012 三极管来驱动数码管的位选，节约本钱，程序编写简单。考虑到数码管驱动信号要求的电流较大，采用功率驱动器件 ULN2803 芯片。此芯片是八组 NPN 型达林顿功放三极管集成芯片，典型的输入电压是 5V，集电极输出功率可达 50V0.6A。因此采用 ULN2803 共阳极数码管的段信号驱动器。而共阳极数码管的位信号驱动那么采用 8 个晶体管 9012 来实现。又由于ULN2803 为低电平驱动，所以数据送到单片机端口前，应在程序中先

20、将数据取反。然后将数据送到 ULN2803 输入端相连接单片机的 P0 端口即可。每次先送一位要显示的数据字节，然后再送该位数码管的地址字节，直到8 位显示完全。本系统在运行过程中需要显示查看的数据有时钟及显示数值。正常工作中8 位显示器显示实时时钟，显示小时、分钟、秒，其中有两位用来显示“，用以分隔显示小时、分钟和秒，这样显示更加清晰。第三章第三章 电路工作运行及问题分析电路工作运行及问题分析3.1 单片机电路工作方法及步骤单片机电路工作方法及步骤在对系统进行实际调试时，首先应对硬件进行静态调试，同时对系统软件进行初步调试，此后再对软件和硬件进行动态调试，最后才能使系统进入正常工作.(1)静

21、态调试：静态调试主要是排除明显的硬件故障。在将芯片、传感器等元件连接到电路板上时，要保证各处电源极性、电压正确，以防止因电源极性接反或电压过高损坏芯片或传感器。此外，插入芯片必须在断电的情况下进行，特别注意芯片的方向不要插反。(2)软件调试：在软件调试时采用在计算机上利用模拟软件实现对单片机的硬件模拟、指令模拟及运行状态模拟，从而完成应用软件开发的全过程。调试过程中的运行状态、各存放器状态、端口状态等都可以在指定的窗口区域显示出来，通过这些显示结果随时跟踪程序运行状态，以确定程序运行无错误。(3)动态调试：控制系统的软件和硬件是密切相关的，由于软件模拟开发系统不能对硬件局部进行诊断，同时也不能

22、实时在线仿真，所以用户程序还需跟硬件连接起来进行联调，同时对软件和硬件进行检查和诊断。整个单片机系统进行在线调试时，需借助仿真开发工具来对用户软件及硬件电路进行诊断、调试。在应用系统各模块电路调试成功后，将程序加载到在线仿真器上，这时就能单步或连续地执行目标程序，同时也可以根据需要分段设置断点执行程序。而对于一些与硬件相关的用户程序，如接口驱动程序等，那么需要配合硬件，进行在线调试，如果有逻辑错误，也要及时纠正修改。程序调试完毕后，利用编程器将程序固化到单片机中，使整个系统运行起来。各模块电路调试流程图如下示：图 3-1 电源调试 图 3-2 单片机最小系统调试图 3-3按键电路调试 图 3-4显示电路调试图 3-5 采集电路调试3.2 主要问题分析主要问题