办公间灯光节能控制系统的设计.doc

编号： 毕业设计说明书 题 目： 办公间灯光节能办公间灯光节能 控制系统的设计控制系统的设计 摘 要 本研究针对办公间灯光的控制方法，尤其是办公间灯光的智能控制方面的发展现 状，分析了灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的灯光智能控制系统 的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。 本系统以 AT89C52 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检 测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据办公间合理开灯的 条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对办公间照 明回路的智能控制，避免了办公间用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还 采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用 C 语言编制，采用模 块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。 系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足 各类大、中、小办公间灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词:人体；红外线；传感器；自动控制；热释电 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 Abstract This study between the control method of the office light, especially between the office light intelligent control aspects of the development of present situation, has analyzed the light of intelligence control principle and method, is proposed based on the lights of the single chip microcomputer control system of intelligent design ideas, and on the basis of the development of the intelligent control system hardware devices and the corresponding software. The AT89C52 single chip microcomputer as system to control device of intelligent parts, the thermal infrared sensor detection of human body to release the existence of human body, the light activated triode consists of the circuit testing environment light intensity; According to the office light between reasonable conditions, the system of the human body and the existence of environmental light signals signal recognition and intelligent judgment and the completion of the loop between office lighting intelligent control, to avoid the office a lot of power between waste. The system also has a variety of alarm function; At the same time also adopted the soft/hardware watchdog technology, anti-jamming measures. Single-chip microcomputer software of using C language, modular structure design, a clear and organized and universal performance, easy to improve and expand. 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 System has small volume, convenient control, high reliability, high specificity is strong, price reasonable etc, and can meet all types of large, medium, small offices lighting control requirements, to a great degree of energy-saving objective. Key words: Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to release the electricity. 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目 录 引言.1 1. 本课题研究的基本要求和目标.1 1.1 设计基本要求 .1 1.2 研究目标 .1 1.3 本课题拟解决的关键问题 .1 2. 办公间灯光节能控制系统简介及控制方案的分析.2 2.1 办公间灯光节能控制系统简介 .2 2.2 系统控制方案的分析 .2 3. 系统控制模块的硬件设计.2 3.1 控制模块的硬件构成 .2 3.2 控制系统的主要硬件电路 .3 3.2.1 系统主控电路 .3 3.2.2 系统供电电路 .4 3.2.3 数据采集电路 .5 3.2.4 系统时钟电路 .8 3.2.5 继电器驱动接口电路.10 3.2.6 超时报警电路和键盘显示电路.11 4. 控制模块软件设计与开发.13 4.1 系统监控主程序模块.13 4.1.1 系统自检初始化.14 4.1.2 定时中断处理.14 4.1.3 多任务操作系统的构建.15 4.2 数据采集模块.15 4.2.1 存在传感器的优缺点.15 4.2.2 数据采集软件设计的实现.16 4.2.3 人体存在传感器的抗干扰措施.16 4.2.4 人体存在传感器的安装要求.16 4.3 时钟模块.17 4.3.1 数据输入输出.17 4.3.2 时钟内部寄存器的使用.17 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 4.3.3 时钟自检初始化.18 4.3.4 时钟程序设计 .19 4.4 系统键功能.20 4.4.1 键功能处理 .20 5. 系统调试运行及问题分析.20 5.1 单片机系统调试方法及步骤.21 5.2 出现的主要问题及分析解决.22 6. 结论和建议.22 6.1 结论.22 6.2 建议.23 致谢.24 参考文献.25 附录一：控制电路原理图.26 附录二：控制电路 PCB 图 .27 附录三：程序.28 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 49 页 引言引言 随着社会经济和科学技术的发展，人们生活水平的不断提高，导致用电负荷的加 剧，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾，能源缺乏已成为 世界所面临的严峻问题。而此问题对我们国来说尤为严重。随着各大城市写字楼、办 公间的不断增加，照明的需求也越来越多，而办公楼照明的管理不到位，往往造成电 能的巨大浪费，这样，提高办公间用电效率就成为首要考虑的问题。 较目前而言，对灯光的智能控制，国内外早己经开始采用，但对办公间灯光的控 制，尤其是我国各企业单位对办公间灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统 式的人工管理。经济的发展，写字楼、办公楼的增多，办公间的用电负荷不断加大， 而用电管理不善，造成大量电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念 相违背。再者，现代社会自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在 朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制、交通灯的自动控制等等。 所有这些使得办公间灯光控制也应该朝着智能的方向发展。所以，开发简便、实用的 办公间灯光智能控制系统便具有重要的现实意义。 1 1本课题研究的基本要求和目标本课题研究的基本要求和目标 1.1 设计基本要求 （1）用键盘设定、在液晶上显示开关灯时间，并按时开灯和关灯。 （2）根据环境明暗变化和人体存在，自动开灯和关灯。 （3）当出现故障或紧急情况时，可以强制开灯和关灯。 1.2 研究目标 研究的办公间灯光控制系统能用于现有办公间照明系统的改造，实现对照明系统 的人性化智能管理，提高用电效率;实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本;通 过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。 1.3 本课题拟解决的关键问题 本课题拟通过试验研究办公间灯光的各种控制方案解决如下关键问题: (1)照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题； (2)传感器与灯配合安装的问题； (3)环境光参数输入采集问题； 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 49 页 (4)人存在传感器参数输入采集问题； (5)开、关灯的自动与手动兼容措施； 2.2. 办公间灯光节能控制系统简介及控制方案的分析办公间灯光节能控制系统简介及控制方案的分析 2.1 办公间灯光节能控制系统简介 办公间灯光节能控制系统可实现有效的灯光智能控制。其输入参数主要是人体存 在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度 在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对办公间灯光进行 智能控制可以实现上述目标。 办公间灯光节能控制系统一般安装在办公间内避开电灯直射的位置，且人体传感 器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人 体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。 2.2 系统控制方案的分析 所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现 自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯; 在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开 后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，在工作时间外，若还有人 存在，则关闭自动控制器的运行，改用机械开关来手动控制，以解决因特殊情况下， 自动控制器的不人性化运行。 本文所研究的办公间灯光节能控制系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件 部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部 分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现 的各项功能，达到控制器自动与手动相结合的照明智能控制。 3.3. 系统控制模块的硬件设计系统控制模块的硬件设计 考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且办公间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。 3.1 控制模块的硬件构成 系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括:系统供电模块、 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 49 页 硬件时钟模块、超时报警模块、键盘输入设置模块、灯光驱动模块、液晶显示模块、 环境光模块、人体存在传感器模块、其结构框图如图 3.1 所示： 3.2 控制系统的主要硬件电路 3.2.1 系统主控电路 本系统的主控模块主要采用 Atmel 公司的 AT89C52 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 可多次编 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，所以没有扩展的片外 RAM，使电路结构简捷。因为设备的设置参 数是根据实际需要进行更改的，又要求是断电能够保存下来，所以本设备用一片 EEPR0M 来存储系统的设置参数。AT89S52I/0 端口与系统其它外围器件接口的分配情况 表如表 3-1 所示。 图 3.1 系统控制单元结构框图 52 系统模块 超时报警电路 硬件时钟模块液晶显示模块 灯光驱动模块 环境光模块 电源模块 人体存在传感器模块 键盘输入模块 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 49 页 表 3-1 外围器件接口的分配 3.2.2 系统供电电路 要取得+5V 电压，若选用 12V 的变压器，整流滤波后输出往往大于 12V，会使稳压 器功耗大，自身温度较高。故不选用输出电压为 12V 的变压器，而选用输出电压为 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 Cl，C2 滤波，再经一只正输出稳压器 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 的直流工作电源，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。其供电原理图如 3.2 图 3.2 供电原理图 89552 引脚外围器件引脚说明 P0.0-P0.7LCD1602液晶显示接口 P2.3-P2.5LCD1602液晶显示接口 P1.0报警声信号输出端 Pl.1报警光信号输出端 P1.2S4移位 P1.3S3时间加 P1.4S2时间减 P1.5S1模式键 P2.0DS1302CLKDS1302 时钟线 P2.1DS1302I0DS1302 数据线 P2.2DS1302RSTDS1302 复位线 P1.7光敏三极管输入信号端 P1.6人体存在传感器输出信号端 P2.6灯光驱动输入端 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 49 页 在硬件时钟模块中，为了在断电后硬件时钟能够正常运行，故采用主从双电源供 电方式。硬件时钟一般在系统的+5V 主电源情况下工作，而只有系统+5V 主电源消失的 情况下，为确保硬件时钟的正常运行，设计一个 3. 6V 的可充电铿电池作为备用电源。 具体电路及其原理将在后面的系统时钟电路部分详细说明。 3.2.3 数据采集电路 办公间中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此办公间中的环境 光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常见的环境光采集器件光电传感器有光 敏二极管和光敏三极管，根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体传感 器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了逻辑电平输出的 HP-208 型号的人体存在传 感器。 1.环境光采集电路 光电传感器是一种能够将光转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光 敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。在无光照时 三极管的穿透电流很小，为暗电流 Iceo 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。因此光敏三极管灵敏度高，而且体积小、工作电压低、工作电流小、发光 均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，其外形电路图形符号如图 3.3 图 3.3 光敏三极管 环境光采集电路原理图如图 3.4 所示。当自然光强大于一定程度时，光敏三极管 D3 呈现底阻状态2. 5V 之前，RST 必须保持低电 平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/0 为串行数据输入输出端(双 向)，后面有详细说明。SCLK 始终是输入端。 硬件时钟芯片 DS1302 与微处理器进行数 据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位 MSB (D7)必须为逻 辑 1，如果 D7=0，则禁止写 DS1302，即写保护:D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定 RAM 数据;D5D1 指定输入或输出的特定寄存器;最低位 LSB (DO)为逻辑 0，指定写操作(输 入)，DO=1，指定读操作(输出)。 在 DS1302 的时钟日历或 RAM 进行数据传送时，DS1302 必须首先发送命令字节。若 进行单字节传送，8 位命令字节传送结束之后，在下 2 个 SCLK 周期的上升沿输入数据 字节，或在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节。 DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类:一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元 组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 COHFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作;再 一类为突发方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的 RAM 的 31 个字节。 要特别说明的是备用电源，可以用电池或者超级电容器(0.1F 以上)。虽然 DS1302 在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时一间保证时钟正常，最好选用 小型充电电池。可以用老式电脑主板上的 3. 6V 充电电池。如果断电时间较短(几小时 或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100就可以保证 1 小时的正F 常走时。DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法 调整时间。 3.2.5 继电器驱动接口电路 继电器驱动接口电路如图 3.10 所示，这里继电器由相应的 PNP 型号的 59012 三极 管来驱动，开机时，单片机初始化后的 P2.6 为高电平，三极管截止，所以开机后继电 器始终处于释放状态，如果 P2.6 为低电平，三极管的基极就会被拉低而产生足够的基 极电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。每个 继电器都有一对常开常闭的触点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联 的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管，这种继电器驱动方 式硬件结构比较简单。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 49 页 图 3.10 继电器驱动电路图 3.2.6 超时报警电路和键盘显示电路 在办公间中，若采用手动方式控制时，一方面由于管理人员的疏忽，办公间里没 有人而灯还亮着，导致办公间灯工作超时，能源浪费，于是本系统采用超时报警电路， 以声音的方式来提醒管理人员是否关闭电源。另一方面由于工作紧张，在夜里忘了时 间点，工作期间开灯时间过长，致使办公间灯工作超时，于是本系统超时报警电路就 会发出声音，提醒工作人员应该休息或必需改用遥控器手动方式来控制灯了。这样， 还可以更好地保护公共设施。本系统采用超时报警的电路如图 3.11 的 P1.0 端口外加 一个 4.7K 的上拉电阻，再与三极管 Q1 8550 的基极相连。当 P1.0 端口为低电平，即 基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣器发出声音，并且 P1.1 端口为低电平，发光 二极管 D1 亮，以示办公间灯工作超时。若 P1.0 端口为高电平，即基极为高电平时， 三极管截止，蜂鸣器不工作，发光二极管 D1 不工作，办公间灯工作正常。本系统采用 超时报警电路方便了管理人员对办公间的管理，能够更好地、及时地管理办公间。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 49 页 图 3.11 超时报警的电路 采用 LCD-1602 液晶显示，其显示是采用背光照亮，对人眼损害很弱，再次 LCD 又 是一种节能灯，功耗小，使用寿命长等优点，不需要外加蕊片组合，可以直接与单片 机连接。单片机可以通过软件编程，来实现对液晶的显示的控制与设定。使用起来十 分方便，有长远的价值。所以我们采用此方案 。本系统采用显示电路如图 3.12 采用 X4 独立键盘，在需要按键少的情况下，比较适用，而且简单。 在电路应用中，我们所需的键盘很少。本系统采用键盘电路如图 3.13 图 3.12 显示电路 图 3.13 键盘电路 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 49 页 4.4. 控制模块软件设计与开发控制模块软件设计与开发 在单片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。用 户软件的开发与系统硬件有着密切的关系。在系统的硬件及输入输出方法确定后，程 序软件就可以完全独立的进行设计、开发。在程序设计过程中，采用合理的程序设计 结构是一项关键技术。在本系统的设计过程中，总体设计采用自上至下的设计思想将 主程序设计好，而在各个部分展开成从属程序或子程序时，是将各个小模块分别进行 设计和编程，同时在编程的过程中又用到了结构程序设计的思想。 本控制系统软件模块主要包括:系统监控主程序模块、数据采集模块、时钟模块、 显示驱动模块及系统键功能和存储模块。 4.1 系统监控主程序模块 监控程序按模块分为监控主程序和命令处理子程序。监控主程序的基本任务是调 用子程序，一个主程序可以调用多个子程序，对于 51 系列单片机，系统资源有限，主 程序通常是一个无限循环的过程，即是一个反复调用子程序的过程。子程序主要分为 中断子程序和功能子程序，它们之间可以互相嵌套和调用，即中断子程序可以调用功 能子程序。在应用软件的设计中，尽可能各个功能模块写成子程序的形式，并通过主 程序调用。而命令处理子程序完成各种命令所规定的具体操作，它按各种命令再分为 不同的子程序模块，它一般总是把其余部分连接起来构成一个无限循环，系统所有功 能都在这一循环中周而复始的有选择的执行。其监控主程序流程图如图 4.1 所示: 上电 Reset 图 4.1 监控主程序流程图 系统初始化 设定定时器，允许定时中断 人体传感器处理任 务 环境光处理任务 定时时钟管理 显示刷新任务 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 49 页 4.1.1 系统自检初始化 系统自检初始化是保证整个控制系统能够正常运行的重要条件，系统加电复位后， 直接进入自检初始化程序，完成系统的自检及初始化。初始化过程主要是对一些控制 寄存器(如中断控制)、数据区和外部芯片(如时钟芯片 DS1302 等)进行初始参数设置和 定义。 各接口芯片的检测主要检测各芯片是否己处于准备工作的就绪状态，有无硬件故 障等，如检测各位 LED 是否正常显示系统设置开机时的界面，检测硬件时钟 DS1302 是 处于更换芯片后初次使用为起振状态，还是处于备用电源供电振荡保持状态，即检测 系统中控制时间表的有效性，检测人体传感器输出信号是否正常体现人体存在的信息， 检测环境光是如何影响光采集电路输出的信号等。 系统内部寄存器初始化主要是指在数据缓冲区内，各用户定义的数据变量的初始 化赋值及部分特殊功能寄存器 SFR 的复位初始化，单片机复位后，程序计数器 PC 指向 程序存储器的入口地址 0000 单元，程序状态字寄存器 PSW 清零，片内存储器选择工区 工作寄存器，用户标志位 F0 为 0 状态，堆栈指针 SP 指向 07H，其它定时器、中断允许 寄存器 IE、累加器 ACC 等皆为 00H。 4.1.2 定时中断处理 定时中断是利用单片机内部的定时器定时时间到或计数值已满引起的中断，内部 定时器的计数器可以对内部时钟或从外部引线 TO 和 TI 输入的外部脉冲进行计数。计 数器的溢出信号作为中断请求信号，去置位定时器溢出标志位，向单片机的 CPU 申请 中断。 定时中断为周期性中断，每隔一定的时间会中断一次。本系统中设定的定时中断 主要用来构造多任务操作系统，在系统响应中断后，无需对断点实施现场保护，可直 接进行多任务时间的划分工作，使相应的操作任务进入就绪状态，即该中断可以启动 有关的任务就绪。该定时中断处理程序框图如图 4.2 所示。 定时中断到？多任务启动时间划分 下一步 Y N 开始 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 49 页 图 4.2 定时中断处理程序框图 4.1.3 多任务操作系统的构建 多任务操作是将用户应用程序分成多个任务，在操作系统的管理下，以某种准则 调度并分配任务由处理器去执行。多任务运行实现一般是靠 CPU 运行实时内核，对多 任务进行分配和调度，使 CPU 不停地执行这些任务中的某一个任务，以至能最大限度 地提高 CPU 的利用率，加快运行速度，各任务(程序)不被耽误运行。 本系统多任务的执行是对定时中断中设置的实时标志进行检测，通过标志位的状 态决定各任务的调用。任务的执行在微观上是分时顺序进行的，但在宏观上可以认为 是同时执行的。因此，各任务在实时系统中的就会处于四种状态中的某种状态之下， 这四种状态如图 4.3 所示。 图 4.3 四种状态 当某个任务获得 CPU 的执行权时，CPU 执行该任务，此时任务处于运行状态。等待 状态是指任务的执行需要等待某一事件发生，则由运行状态退出，进入等待状态。就 绪状态是任务满足所有启动条件后所进入的状态。休眠状态是任务己执行完的状态。 4.2 数据采集模块 本控制系统中的数据采集对象为环境光信号及人体存在信号，在程序设计中对这 两个数据的采集放置在多任务模块中实施定时采集。 4.2.1 存在传感器的优缺点 人体存在传感器有优点，也有缺点。优点便是本身不发任何类型的辐射，器件功 耗很小，隐蔽性好，价格低廉。而缺点是容易受各种热源、光源干扰;由于红外穿透力 差，因此人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；易受射频辐射的干扰;环境温 度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时还会造成短时失灵。试验检测也 运行 等待休眠 就绪 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 49 页 证明了这点，只要人体存在却有巧秒左右没有活动，人体传感器则认为没有人体存在。 为避免这种现象的出现，本系统软件程序中设计为有人体存在状态后间隔 2 分钟或更 长的时间来对人体存在参数信号的采集。 4.2.2 数据采集软件设计的实现 本系统考虑到环境光足够亮时，无论有否人体存在都不应开灯;而环境光不够亮时， 有人体存在才开灯，无人体存在不开灯。本系统逻辑定义为环境光亮时为二进制的 “0”(符合光采集电路输出信号状态)，暗时为“1” ，人体存在为“1” ，人体不存在为 “0” ，开灯为“1” ，关灯为“0” ，那么环境光与人体存在可以有以下的逻辑关系表表 示，如表 4-1 所示: 表 4-1 逻辑关系表 环境光参数人体存在参数办公间灯状态 010 000 111 100 上表数据表明可将环境光参数与人体存在参数相与门操作，又由于继电器是低平 驱动，所以要将采集处理后的信号进行非操作，才可以驱动继电器工作，即可得到办 公间灯的状态。 4.2.3 人体存在传感器的抗干扰措施 人体存在传感器易受外界影响，于是要在使用时特别注意抗干扰性能。 1.防小动物干扰 探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上的小动物，不产生信号。 2.抗电磁干扰 探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408 中的要求，一般手机电磁干扰不会引起 误报。 3.抗灯光干扰 探测器正常灵敏度范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射，不产生信号。 4.2.4 人体存在传感器的安装要求 人体存在传感器的安装要求：人体存在传感器只能安装在室内，其误报率与安装 的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 17 页 共 49 页 1.人体存在传感器应离地面 2.0-2.2 米。 2.人体存在传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3.人体存在传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 4.人体存在传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报， 有条件的最好把窗帘拉上。人体存在传感器也不要安装在有强气流活动的地方。人体 存在传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。人体存在传感器对于径向 移动反应最不敏感，而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选 择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。 4.3 时钟模块 在系统启动自检初始化时，首先会对时钟芯片 DS1302 的运行状态进行判断，当检 测到 DS1302 处于启动状态时才对其进行初始化启动时钟。实时时钟芯片 DS1302 的初 始化及其读写程序设计的关键是要遵循其时序要求。 4.3.1 数据输入输出 在对 DS1302 进行的各种操作之前，必须先对其初始化，即需要把复位输入 RST 端 置为高电平，如果 RST 输入为低电平，那么所有的数据传送中止，且 I/0 引脚变为高 阻抗状态。在数据读/写完后，RST 端应置成低电平，以防止外部干扰对 DS1302 内部时 钟的影响。 同时，为了防止复位输入端受到外部的干扰，要求上电时，在主电源引脚 Vcc22. 5V 之前，RST 必须为逻辑 0。无论是读操作还是写操作，都必须在开头的 8 个时钟周期 把提供地址和命令信息的 8 位数据装入到 DS1302 的移位寄存器。地址/命令子节用于 指明 40 个寄存器中的哪个进行何种操作。数据在 SCLK 的上升沿串行输入，在开始的 8 个时钟周期把命令字装入移位寄存器之后，若跟随的是写命令字节，则在下 8 个 SCLK 周期的上升沿输入数据字节，若跟随在读命令字节的 8 个 SCLK 周期之后，在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节。 4.3.2 时钟内部寄存器的使用 DS1302 有控制寄存器和年、月、日、周、时、分、秒等工作寄存器组成。本系统 中只用到工作寄存器中的时分秒及控制寄存器，所应用的各寄存器地址(命令)及数据 寄存器分配情况如表 4-2 所示: 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 18 页 共 49 页 表 4-2 内部寄存器 命令字各位内容寄存器名 写 操 作 读 操 作 取值 范围 76543210 SEC80H81H0059CH10SECSEC MIN82H83H0059010MINMIN 10 HR84H85H 0102 或 0023 12/240 A/P HR CONTROL8EH8FHWP0000000 CHARGER90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS CLOCK BURST BEHBFH 说明： (1)上表中，时钟寄存器内的数据是以 BCD 码的形式存在的。其中秒寄存器的位 7 定义为时钟暂停位，当此位设置为逻辑 1 时，时钟振荡器停止，DS1302 进入低功耗的 备份状态;当把此位置为 0 时，时钟将启动。 (2)小时寄存器的位 7 定义为 12 或 24 小时方式选择位。当为低电平时，选择 24 小时方式，本系统在设计中采用的就为 24 小时方式。 (3)写保护寄存器的位 7 是写保护位，在对时钟进行些操作之前，位 7 应先置为 0, 当它是高电平时，写保护防止对任何其它寄存器进行写操作。此外，涓流充电寄存器 各位的作用及工作原理等在本论文前半部分 DS1302 的硬件设计中己作过介绍，此处不 再详述。 4.3.3 时钟自检初始化 考虑刚买来的时钟芯片处于一切未知状态，于是必须对 DS1302 进行自检初始化。 DS1302 的自检初始化程序设计流程图如图 4.4 所示: 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 19 页 共 49 页 图 4.4 DS1302 的自检初始化程序设计流程图 检查 DS1302 芯片是否正常工作，本系统中通过先读取秒钟寄存器的数据，将数据 存储起来，且将此数据与 60H 相比较，若大于 60H，说明时钟数据不正常，转去设置时 钟时间;若小于并等于 60H，延时一秒钟后，再次读取秒钟寄存器的数据，与第一次读 取的秒钟数据相比较，若这两次的数据相同，说明时钟数据不正常，转去设置时钟时 间;若正常，则退出到主程序。初始化 DS1302 的充电状态及其初始时间的设置。 4.3.4 时钟程序设计 对 DS1302 进行读写的程序流程图如图 4.5 所示: 两次读取的秒钟数据是否相同 读取 DS1302 秒钟时间 返回主程序DS1302 正常工作 再次读取秒钟数据 延时 1.5 秒 设置 DS1302 初始时 间 秒钟大于 60H？ 开始 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 20 页 共 49 页 开始 图 4.5 读写程序流程图 在对 DS1302 进行读操作时，读出的数据为 BCD 码，同样在写操作时，写入的数据 一也必须为 BCD 码，这就需要在数据写入之前、读出之后进行必要的数据进制之间的 转换，以便与系统其它数据在比较时相对应。在本系统中，因设定的时间参数一般都 为二进制或十六进制数，为了便于同 DS1302 的时钟数据进行比较，故在程序中需进行 二进制与 BCD 码之间的转换。 4.4 系统键功能 4.4.1 键功能处理 在执行完键盘采集工作后，如果有键按下，程序转入键处理功能程序。系统根据 键采集过程中得到的键号，散转到相应的键处理子程序，通过键盘设置修改系统工作 参数。 5.5. 系统调试运行及问题分析系统调试运行及问题分析 整个系统设计完成后，要进行运行调试，排除软件和硬件的故障，同时验证系统 的可靠性及稳定性，使系统符合设计要求。本系统的调试主要分两个步骤:单片机系统 向该地址写入数据 变量初始化 将读出的数据暂存，待显示 数据写完了 写 DS1302 地址 RST端送高电平 RST端送高电平 去除写保护 写入 DS1302 读地址 将该地址数据读出 数据读完了 将 DS1302 写保护 结束 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 21 页 共 49 页 调试(硬件调试和软件调试)及整个控制系统试运行调试。 5.1 单片机系统调试方法及步骤 单片机系统的调试应包括硬件及软件两部分，主要是通过调试发现硬件及软件中 存在的问题，查看其运行结果是否符合设计要求。 系统硬件和软件的研制可以相互独立的平行进行，软件调试可以在硬件完成之前， 硬件也可以在无完整应用软件的情况下进行调试，但它们需要借助另外的工具提供调 试环境。硬件和软件分调完成之后，还要再进行软件和硬件的联调，在调试中找出问 题，判断故障源，修改软硬件。 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.静态调试:静态调试主要是排除明显的硬件故障。在电路搭建好后，对其进行仔 细检查，查看端口是否正确连接，连接是否可靠。同时还应当用万用表检查电路，看 应当开路的地方是否开路，应当短路的地方是否短路，电源地线连接是否可靠。在焊 接后，查看焊接是否牢固，有无虚焊或短路等。在将芯片、传感器等元件插到电路板 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:系统软件程序在编制好以后，可通过汇编软件对源程序进行汇编，变 为可执行的目标代码，在汇编过程中出现的错误，要及时纠正。在软件调试时采用软 件模拟开发系统对程序进行调试，这种模拟开发系统是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、各寄存器状态、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，软件模拟开发系统不能对硬件 部分进行诊断，同时也不能实时在线仿真，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。在应用系统各电路板调试成功 后，将用户程序加载到在线仿真器上，这时就能单步、多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用户程序。系统中的硬件故障(如各个部件内部 存在的故障和部件之间连接的逻辑错误)主要是靠联机仿真来排除的。对于与硬件无联 系的用户程序，例如定时标志等，虽然已经没有语法错误，但可能存在逻辑错误，这 时，就借助于动态在线调试手段发现逻辑错误，直至逻辑错误纠正为止。而对于一些 与硬件相关的用户程序，如接口驱动程序等，则需要配合硬件，进行在线调试，如果 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 22 页 共 49 页 有逻辑错误，也要及时纠正修改。程序调试完毕后，利用在线编程器将程序固化到单 片机中，使整个系统运行起来。 5.2 出现的主要问题及分析解决 系统调试一般来讲是一种复杂，而仔细的工作，所以在调试