《毕业论文单片机 应用毕业论文（终稿）》.doc

毕业论文单片机 应用毕业论文 终稿 基于单片机的照明控制系统摘要随着电子技术的飞速发展 基于单片机的控制系统已广泛应用于工业 农业 电力 电子 智能楼宇等行业 微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心 代替了传统的控制系统的常规电子线路 同时楼宇智能化的发展与成熟 也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础 本文阐述了照明的有线 无线控制方式设计原理与实现方法 以设计过程为主线 分别从硬件和软件两个方面描述设计过程 即从硬件电路的设计方法到实现所要求功能的软件技术 该照明控制系统的主控制器 分控制器分别是以AT89C51与AT89C2051单片机为基础 实现了有线通信 无线数传 控制与显示等功能 文中详细地描述了控制电路的设计过程 包括键盘与LED显示电路 RS485通信电路 无线数传电路 照明灯控制电路以及看门狗电路等 对于软件设计主要有主控制器 分控制器的有线通信程序设计与无线数字传输程序设计以及灯光控制 定时控制 键盘扫描与LED显示等程序设计 有线通信程序的功能是通过RS485主从通信方式 由主控制器发出命令对全部或单个分控制器所控制的照明灯实现开启 关闭 灯光亮度调节 定时控制等功能 无线数传程序设计的功能是通过无线数传模块实现照明灯的无线遥控 同样实现有线方式控制的功能 关键词主控制器 分控制器 单片机 有线通信 无线数传 灯光亮度控制 定时控制The ControlSystem forLighting Basedon Single chip MicroputerAbstract Withthe rapiddevelopment ofelectronic technology the system of controlbased onSingle chip Microputeris widelyapplied inindustry agriculture electric power electron intelligent buildingand soon Microputer as thesubject andcore of the embeddedsystemofcontrol replaces thetraditional system electronic circuit At thesame time the developmentand maturationof theintelligent buildinghave establishedthe substantialfoundation forthe popularizationand applicationof the control system for lightingbased onsingle chip microputer The paperexpatiates onthe designingtheories andimplementation methodof thecontrol systemfor lightingby wiredor wirelessmunications Taking thedesigning processas mainline it describes the processof designingfrom tworespects hardware andsoftware In anotherword the paperdescribes theprocess fromthe methodof circuitdesigning tothe softwaretechnology ofrealizing thedemanded functions The hostcontroller ofthecontrolsystemforlighting isbased on AT89C51single chip microputer and theauxiliary onesare basedonAT89C2051 The systemcan domany jobs such aswired munication wireless data transmitting controlling anddisplay The paperdescribesthedesigning processofthecircuit atlength including keyboard and LED displaycircuit RS485munication circuit wireless transmittingcircuit control circuitof lighting watchdog circuit etc The designingof softwaremainly includesthe severalprogramming such aswired munication wireless datatransmitting lamplight controlling timed controlling keyboard scanningandLEDdisplaying The wired munication programming function is that throughMaster slave municationmethod basedon RS485the hostcontroller sendsorders tothe allauxiliary controllersor eachone including turning onlighting turning offlighting regulating brightnessof lighting controlling timedlighting etc The wirelessdatatransmittingprogrammingfunctionisthatby wirelesstransmitter itrealizes wirelesscontrolling ofthe lighting and achievesthe functionsidentical towiredmunication Key Words Host controller Auxiliary controller Single chip microputer Wired munication Wireless datatransmitting controlling brightnessof lighting Timed controlling目录摘要 1Abstract 2第一章序言 61 1单片机应用技术 61 2有线通信技术 71 3无线数传技术 71 4本章小结 8第二章基于单片机的照明控制系统的设计框架和性能 92 1系统设计要点 92 2系统的结构 92 3系统性能指标与技术要求 112 4本章小结 12第三章基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计 133 1主控制器的电路设计 133 1 1键盘的接口设计 143 1 2LED数码显示的接口设计 143 1 3看门狗监控电路的设计 143 2分控制器的电路设计 153 2 1时钟芯片的接口设计 163 2 2零点检测与可控硅控制电路的设计 163 3RS485通信电路的设计 173 4无线数传电路的设计 203 4 1无线数传电路的连接 203 4 2SRWF 1模块的特性 203 5本章小结 21第四章基于单片机的照明控制系统的软件设计 224 1人机交互程序设计 224 1 1键盘扫描程序设计 234 1 2LED数码显示程序设计 254 2照明启停控制程序设计 264 2 1全部启停控制程序设计 264 2 2单独启停控制程序设计 284 3照明亮度控制程序设计 304 3 1全部亮度控制程序设计 304 3 2单独亮度控制程序设计 324 4照明定时控制程序设计 334 4 1全部定时控制程序设计 334 4 2单独定时控制程序设计 344 5RS485通信程序设计 354 5 1主机部分通信程序设计 374 5 2从机部分通信程序设计 374 6无线数传通信程序设计 394 7本章小结 39第五章实验及总结 40致谢 41参考文献 42附录 43第一章序言近十几年来 随着我国城市建设的快速发展 楼宇照明也相应飞速发展 在楼宇的照明数量与质量两个方面均有显著的变化与提高 特别是随着人民生活水平进入小康水平 楼宇照明水平提高很快 追求人工照明光环境的舒适性 个性化 安全 节能等方面日见突出 楼宇中人工光环境对于满足人们的生活 学习 娱乐以及工作方面有着重要的意义 照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断 或通过回路中串入接触器 实现远距离控制 而今出现的楼宇自控系统 是以电气触点来实现区域控制 定时通断 中央监控等功能 由于照明控制系统在楼宇自控系统中并非独立 同时控制功能简单 因此使用上有一定的局限性 故当楼宇自控系统出现故障时 照明系统亦受到影响 随着微电子技术与数字化技术的发展 开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统 从而能节约能源 延长灯具寿命 提高照明质量 根据使用客户的经验 不仅使照明管理与设备维修简单及降低费用外 还对环境改善 提高工作效率都有着显著的效果 本系统是以单片机为控制器的核心 其中上位机是以AT89C51为基础 下位机是以AT89C2051为基础 再连接外围电路 通过现场总线RS485通信方式实现照明灯具的智能控制 也可以通过无线数传模块实现无线通信 从而达到照明灯具的智能控制 1 1单片机的应用技术电子技术和微型计算机的迅速发展 促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用 单片机 单片微型计算机 的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域 它起到了越来越重要的作用 单片微型计算机就是将中央处理单元 存储器 定时 计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机 因此一块芯片就构成了一台计算机 它已成为工业控制领域 智能仪器仪表 尖端武器 日常生活中最广泛使用的计算机 单片机由硬件系统与软件系统组成 硬件系统是指构成微机系统的实体与装置 通常由运算器 控制器 存储器 输入接口电路和输入设备 输出接口电路和输出设备等组成 其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上 统称中央处理单元 Central ProcessingUnit 简称CPU 是微机的核心部件 CPU配上存放程序和数据的存储器 输入 输出 Input Output 简称I O 接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统 软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称 人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换 使微机按照人的意图完成预定的任务 软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统 两者相辅相成 缺一不可 1 2有线通信技术在数据通信 计算机网络以及工业上的分布式控制系统中 经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的 目前 有多种接口标准可用于串行通信 最常用的接口有RS 232 RS 422 RS 485 RS232是最早的串行接口标准 在短距离 较低波特率串行通信中得到了广泛应用 其后发展起来的RS 422 RS 485是平衡传送的电气标准 比起RS 232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高 但总的来说 RS 232 RS 422与RS 485最初都是由电子工业协会 EIA 制订并发布的 EIA于1983年在RS 422基础上制定了RS 485标准 增加了多点 双向通信能力 即允许多个发送器连接到同一条总线上 同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性 扩展了总线共模范围 后命名为TIA EIA 485 A标准 RS 232 RS 422与RS 485标准只对接口的电气特性做出规定 而不涉及接插件 电缆或协议 在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议 正因为RS 485的远距离 多节点 32个 可以自行定义协议以及传输线成本低的特性 使得EIA RS 485成为工业应用中数据传输的首选标准 1 3无线数传技术有线传输的方式虽然使用非常广泛且可靠性较高 但由于各方面的局限性 已经在众多方面被无线传输方式所取代 无线数字传输技术日益完善 其重要性也被人们所认识 相应的基于无线数字传输的产品也随处可见 无线数字传输系统安装简便 使用效率高 可应用于各个领域 例如 无线数据传输 无线数据采集 无线抄表 工业遥控 楼宇自动化 高档玩具等等 无线数传技术是通过单片机的串口与无线数传模块连接 将要发送的数据由无线数传模块向空中发出 然后由另一个终端设备的无线数传模块从空中接收数据 这样就实现了预期的任务 1 4本章小结本章介绍了照明控制系统在智能楼宇中的应用 发展以及所使用的主要专业技术 它从传统的方式逐步发展到能够实现智能化控制 使用户使用起来更加方便 舒适 本文所研究的照明控制系统主要使用了单片机应用技术 有线通信技术和无线数传技术 在这里主要对这三种技术的组成 功能 发展以及使用领域等方面进行了简要的阐述 第二章基于单片机的照明控制系统的设计框架与性能2 1系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分 依据控制系统的工作原理和技术性能 将硬件和软件分开设计 硬件设计部分包括电路原理图 合理选择元器件 绘制线路图 然后对硬件进行调试 测试 以达到设计要求 软件设计部分 首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计 拟定详细的工作计划 然后进行具体设计 包括各模块的流程图 选择合适的编程语言和工具 进行代码设计等 最后是对软件进行调试 测试 达到所需功能要求 在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键 硬件电路是采用结构化系统设计方法 该方法保证设计电路的标准化 模块化 硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机 并确定与之配套的外围芯片 使所设计的系统既经济又高性能 硬件电路设计还包括输入输出接口设计 画出详细电路图 标出芯片的型号 器件参数值 根据电路图在仿真机上进行调试 发现设计不当及时修改 最终达到设计目的 软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系 本系统由于是采用51系列单片机 因此使用Keil C语言进行开发 此编程工具相比汇编语言具有结构化 适用范围大 可移植性好等特点 本系统软件设计采用模块化系统设计方法 先编写各个功能模块子程序 然后进行组合与调整 经过调试后 达到设计功能要求 2 2系统的结构系统的结构主要由三部分组成 1 上位机系统 2 下位机系统 3 通信系统 这三部分共同完成了主控制器通过有线 无线通信方式与分控制器进行信息交换 达到控制照明灯具的目的 有线通信系统的结构框图如图2 1所示 该多机通信系统采用RS 485半双工主从式通信系统 主机可以发送数据或命令到从机 从机主要负责对分布的照明灯具进行控制 用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应 主控制器RS485接口分控制器RS485接口分控制器RS485接口分控制器RS485接口RS485总线图2 1有线通信系统结构框图无线数据传输系统也是由主控制器和分控制器两部分组成 系统结构框图如图2 2所示 主控制器是发送遥控指令 发送数据信息 接收应答信息等 分控制器接收数据与遥控指令 完成对照明灯具的控制 主控制器无线数传模块分控制器无线数传模块分控制器无线数传模块图2 2无线数传系统结构框图系统的主控制器通过RS 485总线或无线数传模块将数据或命令发送给分控制器 同时将信息送给数码显示单元进行显示 并有看门狗电路对运行程序进行有效监视 主控制器硬件电路结构如图2 3所示 分控制器接收主控制器的发来的数据和命令 通过可控硅电路对照明灯具进行开关 亮度控制 并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制 分控制器硬件电路结构如图2 4所示 89C51晶振键盘看门狗数码显示及驱动电路通信接口电路电源图2 3主控制器硬件电路结构框图89C2051看门狗晶振时钟电路电源零点检测电路可控硅控制电路图2 4分控制器硬件电路结构框图系统在单片机的控制之下完成数据的通信 显示 同时能够控制照明灯具 其硬件电路只是系统的实施工具 大量的工作是由软件来完成的 这些程序是系统的灵魂 是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁 是维护系统正常工作的工具 2 3系统性能指标及技术要求 1 照明启停控制系统 全开 全关 单独开 单独关 2 照明亮度控制系统 全部亮度调节 单独亮度调节 3 定时控制系统 对全部照明灯进行定时控制 对每个照明灯进行定时控制2 4本章小结本章主要从系统设计要点 系统的结构 系统性能指标及技术要求三方面对所研究的照明控制系统的设计框架和性能进行了阐述 该系统由一个主控制器与若干个分控制器组成 系统的设计首先要从硬件方面着手 在绘制出正确的电路图后 再按功能要求编制出相应的软件程序 最终要达到所要求的性能指标 第三章基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计3 1主控制器的电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压 高性能CMOS8位单片机 片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器 RAM 器件采用ATMEL公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准MCS 51指令系统 片内置通用8位中央处理器 CPU 和Flash存储单元 主控制器系统的外围接口电路由键盘 数码显示及驱动电路 晶振 看门狗电路 通信接口电路等几部分组成 主控制器系统的硬件电路原理图如图3 1所示 图3 1主控制器系统的硬件电路原理图3 1 1键盘的接口设计键盘的结构形式有两种 即独立式按键和矩阵式键盘 本系统使用的是4 4矩阵式键盘 第一行从左到右为 1 2 3 4 第二行为 5 6 7 8 第三行为 9 0 开 关 第四行为增值 减值 定时 确认 该形式的键盘 每个按键开关位于行列的交叉处 采用逐行扫描的方法识别键码 矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的P1 0 P1 1 P1 2 P1 3相连 矩阵键盘的行线从上到下分别与P1 4 P1 5 P1 6 P1 7相连 每当按下一个键时 对应的行线与列线就会连通 这样单片机就能检测出信号 并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描 以识别被按键的行 列位置 3 1 2LED数码显示的接口设计数码显示与驱动电路由74LS138译码器 7447TTL BCD 7段高有效译码器 驱动器 4个数码管以及5个A1015三极管组成 由单片机的P0 0 P0 3口输出的四位BCD码 经7447芯片后 翻译成7段数码管a b c d e f g相应的段 并输出点亮数码管相应的段 单片机的P0 4 P0 5口输出的信号经74LS138译码器后产生的高电平信号加在A1015三极管的基极 控制三极管的导通 从而起到对相应数码管的选通作用 4个7段数码管都被接成共阳极方式 3 1 3看门狗监控电路的设计本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗 与AT89C51的接口电路如图3 1所示 MR与WDO经过一个二极管连接起来 WDI接单片机的P2 7口 RESET接单片机的复位输入脚RESET MR经过一个复位按钮接地 该监控电路的主要功能如下 1 系统正常上电复位电源上电时 当电源电压超过复位门限电压4 65V RESET端输出200ms的复位信号 使系统复位 2 对 5V电源进行监视当 5V电源正常时 RESET为低电平 单片机正常工作 当 5V电源电压降至 4 65V以下时 RESET输出高电平 对单片机进行复位 3 看门狗定时器被清零 WDO维持高电平 当程序跑飞或死机时 CPU不能在1 6s内给出 喂狗 信号 WDO跳变为低电平 由于MR端有一个内部250mA的上拉电流 D导通MR获得有效低电平 RESET端输出复位脉冲 单片机复位 看门狗定时器清零 WDO又恢复成高电平 4 手动复位如果需要对系统进行手动复位 只要按下手动复位按钮 就能对系统进行有效的复位 3 2分控制器的电路设计分控制器采用低档型的AT89C2051单片机作为微处理器 AT89C2051也是美国ATMEL公司生产的低电压 高性能CMOS8位单片机 片内含2K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器 RAM 兼容标准MCS 51指令系统 具有15线可编程I O口 该单片机具有体积小 成本低 结构简单 性价比较高等特点 分控制器系统的外围接口电路由晶振 实时时钟芯片 可控硅控制电路 零点检测电路 看门狗电路 通信接口电路等组成 分控制器系统的硬件电路原理图如图3 2所示 30pF30pF12MHzRST VppRXD P3 0TXD P3 1123XTAL2XTAL145INT0 P3 2INT1 P3 367T0 P3 4T1 P3 589GND10VCC20P1 7P1 6P1 5P1 4P1 3P1 21918171615141312P1 1 AIN1P1 0 AIN0P3 71189C2051VCC1RSTSCLKI OVCC2X1X2GNDDS1302 5V20pF20pF32 768KHz 5V330 330 39 0 01uF100 5V7404MOC30211246 220VBT131BATTERY3 6VWDORESETGNDWDIMRVCCMAX813L 5VD220nFVIVOGND220nFLM7805123VCC 5V 220VD1D210V 1K 5VD3D41 5K 5VLM311图3 2分控制器系统的硬件电路原理图3 2 1时钟芯片的接口设计本系统利用单片机89C2051和时钟芯片DS1302进行串行数据通信 读取和写入实时数据 用于定时控制照明灯具的启停 DS1302是美国Dallas公司推出的一种高性能 低功耗的实时时钟芯片 附加31字节静态RAM 采用SPI三线接口与CPU进行同步通信 并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据 实时时钟可提供秒 分 时 日 星期 月和年 一个月小于31日时可自动调整 DS1302与单片机的连接仅需要3根线 即SCLK I O RST RST接在P1 7上 此引脚为高电平时 选中该芯片 可对其进行操作 串行数据线I O与串行时钟线SCLK分别接在P1 5和P1 6上 所有的单片机地址 命令及数据均通过这两条线传输 在本系统中 89C2051为主器件 DS1302为从器件 主器件在总线上产生时钟脉冲 寻址信号 数据信号等 而从器件则相应接收数据 送出数据 对DS1302的每一次读写需16个时钟脉冲 前8个脉冲输入操作地址和读写命令 其中位7必须为1 位0为0时向芯片写入数据 为1时从芯片读出数据 位6 位1选定芯片中的地址 后8个脉冲写入或读出数据 DS1302采用双电源系统供电 VCC1在双电源系统中提供主电源 在这种运用方式下VCC2连接到备份电源 以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据 DS1302由两者中的较大者供电 当VCC1大于VCC2 0 2V时 VCC1给DS1302供电 当VCC1小于VCC2时 DS1302由VCC2供电 3 2 2零点检测与可控硅控制电路的设计这部分电路的设计采用单片机的I O口灌电流的方法控制可控硅实现开关与调光控制 用光电耦合器M0C3021作为可控硅的驱动器 同时实现强 弱电的隔离 光电耦合器M0C3021通过一个非门与89C2051的P3 7口连接 当此脚输出高电平时 将会封锁住MOC3021 使双向可控硅BT131不导通 这样就会使照明灯关闭 当P3 7脚输出低电平时 使光电耦合器MOC3021打开驱动双向可控硅 从而将双向可控硅触发导通 这样就开启了所要控制的照明灯 对于照明灯的亮度调节 这里采用PWM Pulse WidthModulation 方式 即脉冲宽度调制的简称 PWM是一种周期一定而高低电平的占空比可以调制的方波信号 当输出脉冲周期一定时 输出脉冲的占空比越大相对应的输出有效电压越大 在一个周期内的脉冲宽度 导通时间 为T1 周期为T 波形如图3 3所示 T1T2T图3 3脉冲波形图则输出电压的平均值为U VCC T1 T VCC其中 T1 T 正脉冲的持续时间与脉冲周期的比值 称为占空比 的变化范围为0 1 VCC为电源电压 当电源电压VCC不变的情况下 输出电压的平均值U取决与占空比 的大小 改变 的大小就可以改变输出电压的平均值 这就是PWM的工作原理 灯泡的亮度与加在灯泡两端的电压成比例 而灯泡两端的电压与可控硅的导通角成比例 这样通过调节PWM信号的占空比来控制可控硅的导通角 因此占空比越大 灯泡就越亮 当占空比 1时 灯泡的亮度最高 由于89C2051单片机没有PWM信号输出功能 所以在这里采用单片机定时器配合软件的方法来实现PWM信号的输出 使用PWM方法进行可控硅控制时 调制频率不能低于市电频率 因为当频率低于50Hz时 超过了人眼视觉暂留效应 用于调光将产生闪烁的现象 当调制频率大于市电频率 可控硅将处于连续导通状态而不能达到调压的目的 因此必须使用过零检测作为触发可控硅的基点 在本系统中所使用的过零检测电路如图3 2所示 先由一个变压器将市电电压转换成10V左右的电压 经过整流 稳压后可作为系统工作电源 同时将变压器次级的同名端引出一根线连接到比较器LM311的正输入端 用以检测交流电的过零点 然后将过零信号送给单片机的P1 3口上 当检测到交流电的过零点时 就去触发双向可控硅 同时通过PWM信号的输出控制双向可控硅的导通时间 最终达到控制灯泡亮度的目的 3 3RS485通信电路的设计本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信 RS485标准支持半双工通信 只需三根线就可以进行数据的发送和接收 同时具有抑制共模干扰的能力 接收灵敏度可达 200mV 大大提高了通信距离 在100K bps速率下通信距离可达1200m 如果通信距离缩短 最大速率可达10M bps 在这里使用的是主从式通信方式 主机由主控制器充当 从机为分控制器 主机处于主导和支配地位 从机以中断方式接收和发送数据 主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机 从机发送的信息只能为主机接收 从机之间不能直接通信 主机与从机的通信电路图分别如图3 4与图3 5所示 ROREDEDIGNDABVCCTLP521 4A5 1K P1 0P1 1P1 2P1 3P1 4P1 5P1 6P1 712345678INT1INT01312RXDTXDALE PPSEN10113029XTAL2RESETRDWRGND189171620XTAL119T0EA VPP1431P2 0P2 1P2 2P2 3P2 4P2 5P2 6P2 72122232425262728P0 732P0 633P0 534P0 435P0 336P0 237P0 138P0 039T11589C51VCC40TLP521 4BTLP521 4C 5V 5V5 1K 5 1K 470 5V3 3K 3 3K 120 20 20 12V7V12V7VMAX4855 1K 5 1K 图3 4主机通信电路图ROREDEDI GNDABVCCTLP521 4A5 1K TLP521 4BTLP521 4C 5V 5V5 1K 5 1K 470 5V3 3K 3 3K 120 20 20 12V7V12V7VMAX4855 1K 5 1K RST VppRXD P3 0TXD P3 1123XTAL2XTAL145INT0 P3 2INT1 P3 367T0 P3 4T1 P3 589GND10VCC20P1 7P1 6P1 5P1 4P1 3P1 21918171615141312P1 1 AIN1P1 0 AIN0P3 71189C2051图3 5从机通信电路图主机与从机选用的RS485通信收发器芯片为MAX485 它是MAXIM公司生产的用于RS485通信的低功率收发器件 采用单一电源 5V工作 额定电流为300 A 采用半双工通信方式 它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能 MAX485芯片内部含有一个驱动器和接收器 RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端 与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可 RE和DE端分别为接收和发送的使能端 当RE端为逻辑0时 器件处于接收状态 当DE端为逻辑1时 器件处于发送状态 因为MAX485工作在半双工状态 所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可 主机与从机分别使用P2 6与P1 0脚进行控制 A端和B端分别为接收和发送的差分信号端 当A引脚的电平高于B时 代表发送的数据为1 当A的电平低于B端时 代表发送的数据为0 在进行通信时只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可 同时将A和B端之间加匹配电阻 这里选用120 的电阻 为了提高系统的抗干扰能力 采用光电耦合器TLP521对通信系统进行光电隔离 从机使用单片机的P1 0控制通信收发器MAX485的工作状态 平时置P1 0为低电平 使从机串行口处于侦听状态 当有串行中断产生时判别是否是本机号 若为本机地址则置P1 0为高电平 发送应答信息 然后再置P1 0为低电平接收控制指令 继续保持P1 0为低电平 使串行收发器处于接收状态 若不是本机地址 使P1 0为低电平 使串行收发器处于接收侦听状态 3 4无线数传电路的设计无线数据传输需要通过无线数传模块来实现 本系统选用的是上海桑锐电子科技有限公司生产的SRWF 1型微功率无线数传模块 该模块的通信信道是半双工的 最适合点对多点的通信方式 单片机与无线数传模块之间可以进行信息的传送与回馈 即所谓的双向通信 3 4 1无线数传电路的连接主控制器与分控制器各使用一个无线数传模块 形成发送与接收的无线通信通道 模块的数据输入和输出端与单片机的串行口连接 即模块的串行数据发射端TXD与单片机的串行数据输入端RXD连接 模块的串行数据接收端RXD与单片机的串行数据输出端TXD连接 单片机与无线数传模块SRWF 1的电路连接如图3 6所示 RXDTXDRXDTXDVCCGNDSGND89C5189C2051SRWF 1 5V图3 6单片机与无线数传模块的连接3 4 2SRWF 1模块的特性 1 微发射功率 最大10dbm 10mW 的发射功率 2 ISM频段工作频率 无需申请频点 载频频率429 438MHz 也可提供315 868 915MHz等载频 3 高抗干扰能力和低误码率 基于FSK的调制方式 采用高效无线通信协议 在信道误码率为10 2时 可得到实际误码率10 5 10 6 4 完善的通讯协议 5 传输距离远 在视距情况下 天线高度 3米 可靠传输距离 300m 6 透明的数据传输 提供透明的数据接口 能适应任何标准或非标准的用户协议 自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据 所发即所收 7 多信道 多速率 SRWF 1型模块标准配置提供8个信道 根据用户需要 可扩展到16 32信道 满足用户多种通信组合方式的需求 SRWF 1型模块可提供1200bps 2400bps 4800bps 9600bps 19200bps等多种通信波特率 并且无线传输速率与接口波特率成正比 以满足客户设备对多种波特率的需要 8 双串口 3种接口方式 SRWF 1型模块提供2个串口3种接口方式 1为TTL电平UART接口 2由用户自定义为标准的RS 232 RS 485接口 用户只需要拔 插短路器再上电即可改变接口类型 9 高速无线通讯和大的数据缓冲区 可1次传输无限长度的数据 用户编程更加灵活 10 智能数据控制 用户无需编制多余的程序 即使是半双工通信 用户也无需编制多余的程序 只要从接口收 发数据即可 其它如空中收 发转换 网络连接 控制等操作 SRWF 1型模块能够自动完成 11 低功耗及休眠功能 接收电流 20mA 发射电流 40mA 休眠时电流仅为 20uA 12 高可靠性 体积小 重量轻 采用高性能单片处理器ATMega8L 外围电路少 可靠性高 故障率低 13 两种接口收发等待时间 可设置的接口等待时间使模块既能用于高速用户设备 如DSP系统 也可适用低速系统 如51系统 14 看门狗实时监控 ATMega8L的看门狗监控内部功能 改变了传统产品的组织结构 提高了产品的可靠性 3 5本章小结本章详细地阐述了系统硬件部分的设计过程 从系统主控制器的硬件电路设计到分控制器的硬件电路设计 然后是RS485通信电路设计与无线数传模块的电路连接 系统的主控制器和分控制器分别是以AT89C51与AT89C2051单片机为基础 按照所要求的功能配上相应的外围电路 主控制器的外围电路主要有键盘接口 LED数码显示接口 看门狗接口 RS485通信接口 无线数传接口以及晶振等 分控制器的外围电路主要有时钟芯片接口 零点检测电路 可控硅控制电路 RS485通信电路 无线数传电路以及看门狗与晶振等 主控制器通过串口使用RS485通信方式或者无线数传方式向分控制器发出信号实现对照明灯的启停 亮度调节 定时控制等功能 第四章基于单片机的照明控制系统的软件设计软件是计算机系统的灵魂 没有软件计算机不能充分发挥其功能 这是软件在计算机中的地位 而在计算机控制系统中 软件也是非常重要的 在照明控制系统中 硬件设备的功能是由软件来定义的 如系统要控制分布的照明灯具 通过有线与无线串行通信程序来完成控制功能 通过软件定义键盘功能 通过编程完成LED数码显示等等 由此可见 软件是控制系统中的一个重要组成部分 该照明控制系统的软件程序包括照明启停控制程序 照明亮度控制程序 照明定时控制程序 人机交互程序以及RS485串行通信与无线数传通信程序等 本着软件设计的基本方法 照明控制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计方法来完成的 结构化程序设计方法虽然是早期的程序设计方法 但该方法还一直被广泛地使用 结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程 遵循 自顶向下 逐步求精 的基本