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单片机电子,设计
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无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第1页共44页第一章绪论11课题研究的目的与意义本课题的目的是提高学校的节电管理水平，尤其是照明节电不但可以轻松方便地节约用电、减少学校经费的开支，还可以给学生们起到示范的作用。按照国家标准的的规定，教室里面照明功率密度大约为10W/M2，假如说教室平均下来的面积为100M2，这样照明负荷大约为1KW。假如每天教室正常使用的时间为15小时，一天每间教室的耗电量为1KW15H15KWH，学生每年在校天数是270天，则年用电量大概是4050KWH如果学校按照100M2教室数量为200间左右的话，这样下来一年的照明用电量大约为81万度左右。如果节电率用减少30计算，这样下来一年可节电243万度，这是一个多么恐怖的数字，这样就可以节约电费1520万元左右，做做慈善事业也好的。目前国家都在提倡节约型社会，节约型的校园。所以必须杜绝一切关于校园的浪费，防止浪费。据报道，很多高效的耗电都十分的严重。养成了让教室的灯一直亮的习惯了。于是有专家专门为这个做了一笔账教室没有人的情况下还不关闭电源，少算了下全国各地学校就会浪费20亿度电以上。20亿是个很大的数字了，也就是说要浪费几亿元。所以我们提倡节约，必须从节能做起。现在的家居照明系统必须要适应网络时代潮流的步伐，应该引入一种智能化的概念。在过去的家居照明环节中，基本上都是综合布线，用刀开关来控制灯的开关的，灯具的寿命不仅短而且费用还很贵。最近这几年，随着科技的进步和发展，人们对这个系统做出了更高的要求，使得这个系统在这个环节更加的重要了，楼盘的商业中，各大房产公司也意识到了这个的重要性，智能照明的有事更能体现一个环节的优势红外线智能灯也能这样体现出。利用人的热量，人走过时身体向空气中散发热量达到控制灯具开启，当人走开之后，经过一定时间自动熄灭。这个不同于声光控灯，避免了声控噪音，同时也因为感应人体热量控制开关，所以减少无效电能的损耗，从而达到节能效果。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第2页共44页12国内外研究现状现如今在同一领域下，国内跟国外超过多数都研究到了在照明中智能自动控制系统的应用，在以热释红外作为基础的理论下来检测外面是否有人，同时通过借用单片机来实现自动控制系统的目的，然而大多数的研究仅仅停留在理论基础阶段，没有达到如同声控在实际生活中应用那样的目的。所以，需要有用且有效设备用来节能，本成果能够有效的解决这些存在的实际问题。当前公共场所照明被普遍应用的仍然是已经存在几年的声光控延跟时灯具开关。这类声控灯具和开关的发明，达到了人跑过来的时候灯亮，人走了之后灯自动灭，所以目前已成为照明开关的很好的东西。当然，节能灯在某些方面达到实现其能的目的，然而与此同时在一定程度上给人们的生存地方造成了很大影响。但是由于产品本身性能的限制，因此在某些方面给人们在生活带来了很大的困扰。13此课题研究主要部分作为一名临近毕业的大学生，在学校期间，对学校教室照明设计不是很完美。我觉得还是有很多地方可以改进的，举例一下几个不好的地方，首先是在根本不用开灯的情况下灯还一直开着；二是人走开了灯还是没有关，导致管理员很累的一个教室挨着一个教室慢慢的去关灯。因为这种情况都会造成了很多没有必要的浪费。这样算下来，随便中浪费的电能是很多的。据测算，这种浪费的现象耗电占其地方所有耗电的一半左右。于是，有必要在保证照明水平的情况下，实施照明节能的方法。这不但可以节省能源，而且还是会产生明显的经济水平。当然说经过教育，相信肯定可以大大的减少这些浪费电能现象发生，但是从技术上是肯定完全可以解决这个问题的。廉价并且实用的单片机就是为此而弄出来的。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第3页共44页此设计是生活中这种照明中电能浪费现象设计一中使用单片机控制智能照明灯系统。此设计最主要应用范围就是教室、还有图书馆跟办公室。此照明系统采用了两种传感器，人体的红外传感器跟自然的光线传感器，实现当时的自动检测跟控制功能，从而来实现节能达到降耗。功能如下所示第一、系统采用设计人体红外检测的电路，当有进人体温度范围时输出信号。第二、系统设计的光检测电路，对照明现场亮度可以进行自动检测。虽然就算在工作时间，现场的亮度如果达到那个要求的话，照明系统也是同样关闭照明设备。第三、设计按键的电路，设定的强制开灯跟强制关灯按键按钮，假如有人需开灯或灭灯，可按对应键。例如在教室内，晚上演讲要幻灯片，现实情况是教室里面有人，室内的亮度不达到工作需求，用这样的系统就可以达到这个要求。设计该系统的理念是第一、以人为本，人使用灯；第二、节能环保。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第4页共44页第二章系统的总体设计21系统整体方案设计思路教室节能系统采用单片机和上位机组成的系统对学校教室照明设备进行控制和管理，教室亮度的检测、教室学生人数的统计、教室室使用状态的监控。整个系统由教室检测单元、控制单元、通信单元等组成。单片机可以实现对教室内的教室检测控制元所采集到的信息的接收、处理，并且由LCD显示教室状态，从而可以很轻松的对教室用电设备开关状况、照强度、自习学生人数，教室使用状态等进行实时监控和统计。对于通讯网络部分，教室信号通过RS232串行方式与上位机通信。检测控制单元照明强度采集是采用AD0809与单片机构建的数据采集网络，教室是否有人和人数是用热释电传感器通过检测电路与单片机相连进行数据采集。22系统组成教室节能系统采用单片机和上位机组成的系统对学校教室照明设备进行控制和管理，教室亮度的检测、教室学生人数的统计、教室使用状态的监控。整个系统由教室检测单元、控制单元、通信单元等组成。单片机可以实现对教室内的教室检测控制元所采集到的信息的接收、处理，并且由LCD显示教室状态，从而可以很轻松的对教室用电设备开关状况、照强度、自习学生人数，教室使用状态等进行实时监控和统计。对于通讯网络部分，教室信号通过RS232串行方式与上位机通信。检测控制单元照明强度采集是采用AD0809与单片机构建的数据采集网络，教室是否有人和人数是用热释电传感器通过检测电路与单片机相连进行数据采集。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第5页共44页图21系统组成结构221教室控制单元设计思路教室控制单元所用到的一些模块组成，如图22所示图22教室控制单元结构框图无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第6页共44页1传感探测单元热释电红外探测传感器组件，该组件由三个部分组成热释电传感器，匹配低噪放大器，菲涅尔光学系统。该组件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。可见光探测组件，可见光探测组件由一些常用光敏器件和晶体管组成。特别说明这个组件必须置于本照明控制器控制照明的范围之外，用于探测自然光的有无及强弱（可根据需要进行调整），为控制器提供控制灯具亮、灭的依据。2微控制与通信单元控制器单元主要对该教室检测控制单元进行集中操作管理、状态显示、通讯控制和维护该每间教室的用电对象，并协调各检测控制单元之间的数据传送，提高整个智能教室控制系统的可靠性。通讯网络是保证整个智能教室控制系统远程控制正常运转的关键，所有的教室检测的数据和教室使用状态都连接在通讯网络的平台上，最终与计算机单元相连，实现远程的监控与显示。本系统利用计算机的串行口和单片机的串行通讯的功能，采用RS232向上位机完成信息传输实现教室控制单元显示和集中管理。上位机通过RS232串行通讯线来读取教室中的基本信息，同时每个教室控制单元中所采集的相关数据信息，并对所采集到的信息做基本显示的功能。3软件实现对教室人数进行进行实时计数，同时对光照度进行采样，并通过程序由单片机控制，并在MCGS上显示当前人数和教室照明灯开关状态。当光照度低于设定值范围内时，再根据教室人数自动打开照明灯经串口RS232传到上位机。例如当光照度高于设定值在单片机控制下自动关闭照明灯。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第7页共44页第三章系统控制模块的硬件设计31单片机最小系统电路本设计采用AT89S51作为主控芯片,它是一种低功耗,高性能CMOS8位单片机,8K系统可编程闪存存储空间。使用高密度非易失性内存技术来实现芯片的发展,其特点是兼容以前的51销和功能。FLASH允许程序内存芯片可编程系统设计,也可以选择普通程序员。AT89S51有以下一些标准功能8K字节闪存,256字节的RAM内存、I/O三个32位的数据交换3定时器/计数器,一个6级向量2中断结构、全双工串行端口,在芯片晶体及时钟电路以AT89S51静态逻辑运算可以减少到0赫兹,可以选择支持两个软件节电模式。在空闲状态下,CPU不会继续工作,允许内存,定时器/计数器,一个串行端口,继续工作。断电保护模式,RAM的内容不会损失由于停电,振荡器已被冻结,单片机将停止所有工作,等待下一个中断或硬件复位2。单片机的最小系统是单片机实现功能的基础，在设计中具有以下要求A复位电路复位电路包括自动复位和手动复位两部分，系列单片机多为高电平复位，采用电复位，其原理就是利用电容充电的一段时间将复位脚拉至高电平，从而使使单片机完成复位。B晶振电路单片机要想工作必须有一个外部时钟源，这个时钟源有外部晶振产生。CISP下载接口改下载接口在实际制作是可以用双排的52的排针代替，电路是根据标准的ISP下载线来设计的，与常用的并口下载线，串口下载线和笔记本用的USBASP下载线兼容，只需将下载线接口插到本接口上就可以直接向单片机编写程序了。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第8页共44页单片机AT89S51外接显示电路、障碍物检测、轨迹探测电路和电机驱动电路。其中障碍物检测、轨迹探测电路是信号输入，显示电路和电机驱动是输出。为了方便单片机引的使用，将单片机的所有引脚用接口引出4。下面给出一个AT89S51单片机的最小系统电路图图31AT89S51的最小系统图无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第9页共44页311系统供电电路系统采用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。系统供电原理如下图图32供电原理图312看门狗电路系统复位电路的作用是使系统得到充分复位，实现稳定可靠的工作。在单片机工作过程中，不可避免的会由于外界的干扰而产生程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况。为了能够及时恢复单片机的工作，只能采用重新复位的方法，因此还应该在硬件设计中使用看门狗电路，这样在单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个复位信号给单片机，使单片机复位，重新执行程序。由于此次系统设计同时需要看门狗和EEPROM，所以本设计中使用芯片X5045。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第10页共44页X5045具有三种常用的功能看门狗定时器、复位控制和EEPROM11。这三种功能是集成在单个8引脚封装的CMOS器件内，将电源监控和看门狗功能以及高速三线非易失性存储器组合在一起，从而在很大程度上降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，X5045的引脚排列如下图图33X5045的引脚图X5045硬件部分连接图34系统看门狗电路系统看门狗电路由系统数据存储及故障保护部分组成，X5045是一种串行通信512字节的EEPROM，同时兼有看门狗和电源监控功能，X5045有三种可编无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第11页共44页程看门狗周期，上电和VCC低于检测门限时，输出复位信号，X5045输出复位高电平有效，为了复位更加可靠，其复位输出端外接一个10K的上拉电阻，并与AT89S51的复位端相连。看门狗能在电源上电、掉电期间产生一个复位信号。该芯片还带有一个14S的看门狗定时器可用来监控单片机的工作。如果在14S内未检测到其工作，出现故障，内部定时器将使看门狗WD1处于低电平状态，为系统提供保护，避免死机、程序跑飞或进入死循环等意外的发生。32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变成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。再无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流。有光照时，穿透电流增大，成为光电流。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。环境光采集电路原理图如下无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第12页共44页图35环境光采集电路图当教室内自然光光照强度高于一定程度时即设定参数），则光敏三极管D6呈现低阻状态即小于1K，三极管Q8的基极电压将增大，使三极管Q8饱和导通，就会使三极管Q8集电极输出低电平，不参与工作。当办公场所室内自然光光照强度小于一定程度时即设定参数，则光敏三极管D6呈现高阻状态大于100K，使三极管Q8截止，Q8的集电极输出高电平，参与电路工作。其中可变电阻R9是作为调节室内环境光光照强弱灵敏度参数的器件，其阻值的大小，将会是三极管Q8在不同的室内环境光照强度参数下导通，而R10、C9组成的电路是防止外界干扰而设计的，具有防干扰的作用。33人体传感电路人体存在传感器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为被测对象自身发射红外线，可不无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第13页共44页必另设光源；大气对2261LM、351LM、8141LM三个被称为“大气窗口”的特定光通量的红外线吸收较少，非常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。人体传感器HP208基于红外线的智能产品，它的主要特性如下（1）感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平（高33V），人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平（低03V），其高低电平利于采集；（2）采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时15S后将高电平变为低电平；（3）人体传感器工作电压宽为DC3VDC24V；（4）人体传感器制作成锥面形状，感应范围大于小于140锥角，感应距离为7M以内；（5）其静态电流小于50A，功耗低；（6）工作温度介于15和70之间，适应性强；（7）灵敏度高，可靠性强。人体传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，介于人体传感器的信号引脚2与地信号引脚3之间加一个6800PF的电容，另外人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P33引脚相连，P33引脚再接一个100K的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性，其电路原理图如图无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第14页共44页图36人体传感器电路图34继电器驱动电路继电器驱动接口电路如下图所示，这里继电器由相应的PNP型号的9012三极管来驱动。开机时，单片机初始化后的P35/P36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P35/P36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。继电器的输出端并联100的电阻和6800PF电容，目的是避免继电器吸合与释放期间产生火花。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。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第15页共44页图37继电器驱动电路35按键控制电路按键控制电路如图38所示。按键的输入信号分别接到P20，P21，P22，P23，用二极管和与门电路将按键信号引到外中断0的引脚P32。按键控制电路采用单片机P2口的低4个口作按键的输入信号端，信号取自电阻的分压。当按键未按下时，P20P23端口的电压接近电源电压，为高电平，当某一按键按下时，对应端口被按纽开关短接到地，为低电平。单片机检测4个端口电平的变化，从而确定是哪个键被按下。键盘工作方式采用中断扫描方式，4个二极管和10K电阻组成与门电路，当任一键按下时，与门输出P32引脚的电平都会由高变低。P32第二功能是外部中断0的输入引脚，我们利用其电平的变化产生中断，在中断服务程序中读入P2口低4位信号，确定哪个键按下，执行相应的按键功能，01PF电容和10K电阻组成滤波电路，消除按键的抖动。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第16页共44页图38按键控制电路36时钟电路根据教室灯光使用特性，该系统还应受到时间的控制，因此本研究还加入硬件时钟电路以保证系统的智能化运行。传统的时钟芯片，如MC146818、MC68H68T、LM8365等，这些芯片的引脚太多，体积大，占用的口线多。而现在流行的串行时钟芯片很多，如DS1302、DS1305、DS1307、PCF8485等，这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛的使用。考虑到本系统停电时需为时钟电路提供电源、且不占用太多单片机资源，本系统采用美国DALLAS公司推出的具有充电能力的低功耗18的用于临时性存放数据的RAM寄存器的实时时钟芯片DS1302。此芯片采用的是串行通信方式，可为掉电保护电源提供充电功能，也可以将此功能关闭。该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为25V55V13。DS1302只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高14，满足系统的要求。可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片DS1302的引脚图如图无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第17页共44页图39DS1302的引脚图DS1302与单片机接口电路连接原理图如下图，其中VCC2外接36V可充电的锂电池，为DS1302的备用电源。VCC1外接系统供电模块的输出稳定电压5V，为DS1302的主电源。DS1302由VCC1和VCC2两者中较大者供电。当VCC1大于VCC202V，由VCC1给DS1302供电，系统正常运行；在主电源关闭的情况下，VCC1小于VCC2，由VCC2给DS1302供电，保持时钟的连续运行。X1和X2是振荡源，外接32768KHZ晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送，与单片机的复位信号相连。时钟输入端SCLK接单片机P15引脚，进行时钟控制。数据输入/输出端I/O接单片机P16引脚，进行数据传输。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第18页共44页图310DS1302与单片机接口电路连接图37通信电路多个AT89C51单片机可以利用串行口进行多机通信，为此，要保证主机与所选择的从机实现可靠通信，必须保证串行口居然识别功能，串行口控制寄存器SCON中的SM2位就是为了满足这一条而设置的多机通信控制性。1，从机初始化程序允许串行口中断，将串行口编程方式2或者方式3接收，且SM2和REN位置“1”，使从机只处于多机通信切接收地址帧的状态。2，在主机和某个从机通信前，先将从机地址（即准备接收数据的从机）发给各个从机系统，接着才传送数据或者命令，主机发出的地址信息的第九位为1，数据（包括命令）新的第九位为0，当主机向各个从机发送地址时，各个从机串行接口接受的第九位信息RB8为1，且由于SM1，则中断标志RI置“1”，各个从机89C52响应中断，执行中断服务程序，在中断服务子程序中，判断主机送来的地址是否和本机的地址相符合，若为本机地址，则从机SM2位清“0”，准备接收主机的数据或者命令，若地址不符，则保持SM21状态。3，接着主机发送数据帧，此时各个从机各个串行口接受到的，RB80，只与前面地址相符合的从机系统才能激活中断标志RI，从而进入中断服务程序，在中断服务程序接收主机数据；其他从机因SM2保持位1有RB80，不能激活中断标志RI，所有不能进入中断，把所有接收的数据丢失不做处理，从而保证主机和从机间的通信准确性。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第19页共44页第四章系统控制模块软件设计41软件设计思路在进行本系统设计的时候，除了系统硬件设计外，就是如何根据每一个电路模块的实际需要设计应用程序。所以，软件设计在该系统设计中占有重要的的地位，在单片机控制系统中，大体上可以分为数据处理，过程控制两个基本类型。数据处理包括；数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制实现设计的功能。在进行系统设计时，除了系统的硬件设计外，大量工作就是如何根据每个电路的实际需要设计应用程序，为了实现各个电路的功能，在进行软件设计时，我们把各个功能又分成若干个部分分别实现，然后同意起来。42系统的主程序设计系统的主程序如下图无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第20页共44页41系统的主程序43环境光采集程序的设计无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第21页共44页图42环境光采集流程图44人体存在程序的设计本系统的控制对象为大学教室，教室中一般只有一边有窗户，室内不同区域由于距离窗户的远近不同会影响其接收的光照多少。要合理控制教室内的照度，必须科学探测室内自然光的照度。而自然光的变化有明显的非线性，是与天气的变化和建筑物的不同位置有密切关系的。所以，必须合理布置自然光采集电路模块的位置，才可以更好的反映实际情况。教室中，电能的浪费很大一部分原因是由于室内长明灯的出现，即在室内自然光照充足的情况下，照明灯具仍然开启的情况。考虑到环境光足够亮时，无论是否有人体存在都不开灯；而环境光不够亮时，有人体存在才开灯，无人体存在则不开灯。本系统逻辑定义为环境光亮时为逻辑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用以下的逻辑关系表来表示，如表42所示无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第22页共44页表41环境光与人体存在逻辑关系45时钟电路程序的设计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。451数据输入输出在对DS1302进行各种操作之前，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终止，且I/O引脚变为高阻抗状态。在数据读/写完之后，RST端应置为低电平，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干扰，要求上电时，在主电源引脚VCC2大于等于25V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/命令字节用于指明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，若跟随的是读命令字节，则在下8个SCLK周期的下降沿输入数据字节。程序流程如图43所示无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第23页共44页图43数据输入输出流程图452时钟自检初始化在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。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第24页共44页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44所示图44DS1302的自建初始化程序流程图检查DS1302芯片是否是正常工作，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；若小于或等于60H，延时一秒钟后，再次读取秒钟寄存器的数据，与第一次读取的数据相比较，若两次数据相同，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。453时钟程序设计对但是DS1302读写的程序流程图如下无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第25页共44页图45DS1302读写的程序流程图46按键电路程序的设计按键的作用按键是系统输入数据设备应用最广泛的一种，它也是人机交互对话。对系统进行操作的重要通道，操作者的许多操作意图是通过按键来输入。本系统按键不多的情况下采用中断方式，把按键信号采集放在中断程序中除了，按键的功能放在任务操作模式中完成。下图为图46按键电路的流程图。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第26页共44页图46按键电路的流程图47通信电路程序的设计具体的通讯步骤如下主机发送广播命令，设置各个从机的相关参数，选取要进行通讯的从机。各个从机接收广播命令；初始化相关参数。当接到需要交互通讯的命令时，相关从机修改串口控制字，进入交互模式。主机和从机进行8位的交互通讯。完成指定数目的数据交互后，从机自动恢复到只接收广播命令状态。主机的广播控制命令信号的时基由定时器产生，每隔20MS产生一次遍历访问所有从机的信号。在20MS时钟信号产生的时刻，主机向所有从机发送状态锁定/更新的广播命令。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第27页共44页各个从机收到命令后，检测作用的从机用当前状态值更新待发送的状态寄存器；控制功能的从机用前次收到的控制字更新控制寄存器。从而同步各个采集及控制模块。检测模块从机收到读取自己的广播后，锁定状态值，初始化相关模式，准备待发送的数据，然后向主机发送状态信息。电机执行模块从机，接收到控制自己的广播后，初始化相关数据参数。开始接收主机发来的控制命令。控制命令用一个字节表示。控制命令用一个字节表示。其中0表示停机，1到127之间的数据表示各重运行参数。图47多机通信示意图48上位机监控程序设计监控程序按模块分为监控主程序和命令处理子程序15。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无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第28页共44页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，它的编程方法与功能要求及系统应用密切相关。监控主程序是整个控制系统的核心部分，其它外围模块一般都需经过监控模块实现其在控制系统中的作用。监控主程序接受和分析来自键盘的命令，进而把控制转到相应的处理子程序的入口，起引导作用。本系统监控主程序模块主要包括对系统外围器件输入、输出参数的初始化自检，看门狗的激活，多任务操作模块的调用系统中的信号采集处理、时钟管理、按键接收处理，实时中断处理等。除初始化和自检外，监控主程序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16。481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。本系统中的自检初始化主要指各接口芯片的检测、芯片内部设定参数的初始化及系统内部寄存器的初始化。各接口芯片的检测主要检测各芯片是否已处于准备工作的就绪状态，有无硬四川理工学院本科毕业设计19NY件故障等，如检测硬件时钟DS1302是处于更换芯片后初次使用未起振状态，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，检测热释红外传感器输出信号是否正常体现人体存在的信息，检测光采集电路输出的信号等。若时钟芯片处于启动状态，则需要对其进行初始化并启动实时时钟。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，无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第29页共44页片内存储器选择区工作寄存器，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。482定时中断处理设计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T0和T1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17。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操作。该定时中断处理程序框图如图图48定时中断处理程序流程图本系统还采用了外部中断，此外部中断主要用来判断是否有外来信号输入，若有，就采集下来并加以处理；若无，则返回到主循环。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第30页共44页483MCGS调试运用MCGS组态软件设计出带有控制按钮、报警窗口等的自动门控制系统监控画面,并在每个画面上生成相互关联的静态或者动态的图形对象。图49MCGS界面图49系统工作总流程系统教室灯光控制的工作模式分为自动控制和强制控制。首先，系统默认为自动控制模式。当系统进入初始化后，自诊断键盘是否按下，若有键按下，系统进入强制控制模式，然后通过键盘扫描程序，确认控制灯具的亮与熄；若无键按下，则为自动控制模式，通过自然光采集电路从P37口的高低电平判断自然光强度，若光强，则熄灯具；若光弱，则继续读取人体存在传感器P33，无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第31页共44页如果有人存在则亮灯，无人则灯与电扇同灭。最后，在亮灯时，若检测教室已经无人，则蜂鸣报警10秒后熄灯具。灯具的亮与熄由继电器驱动P35/P36口的高低电平来控制。另外，系统也受到时间的控制，分析了学生教室的用电情况，系统在到了晚上10点时，蜂鸣报警提示学生系统进入手动强制模式，则由学生自动控制。系统的总流程框图如图41所示系统的程序详见附录无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第32页共44页第五章调试问题分析及解决方法在本系统的调试过程中遇到的主要问题的分析与解决方案。1电源供电电路中集成稳压器温度过高。分析解决稳压器温度过高的原因之一是变压器整流滤波后加到集成稳压器上的电压较高，使7805上的压降过大。此问题可通过选用输出电压低些的变压器，并在集成稳压器前串入两只二极管降压，同时增大散热片来解决。2人体存在传感器有人存在时输出高电平的电压偏低。分析解决人体存在传感器输出高电平的电压偏低，单片机会产生误判，或采集不到正确的信号，于是在人体存在传感器的输出端加一个100K的上拉电阻。3人存在的教室中，若人体超过十秒没有活动，人体传感器是不会有信号输出的，那么如何判定教室此时有人的问题。分析解决此问题在系统软件设计时，可将采集有人体信号存在的状态适当延长保持二至五分钟，并加以后续处理。4单片机控制信号输出后，继电器没按预定设计产生动作。分析解决单片机输出控制信号，在控制继电器时，必须加三极管来驱动，否则信号电流过小将不能使继电器产生吸合动作，而且必须采用三极管的集电极来驱动继电器，最后再带动负载。继电器驱动电路中还需注意的是要与继电器线圈并联一个续流二极管，增加对驱动三极管的保护。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第33页共44页第六章总结本课题对适合应用于教室灯光控制系统的控制部分进行了研究。以环境光、人体存在状况等外界环境为控制器的输入参数，比单纯的人员管理教室灯光更合理，更有效的降低教室灯光的资源费用同时还加入了时间控制参数，使教室灯光的控制更加符合学校的作息时间。本控制系统的设计对于各类大、中专院校的教室灯光管理具有重要的意义，也适用于各类办公室的灯光控制。该教室灯光系统的控制是以AT89C52单片机主控单元为核心，通过相关电路的驱动，完成对系统设备电灯的控制，采用一个二极管闪烁显示整个系统的工作状态，实现了对教室灯光的自动开灯、关灯控制。系统设计在实现智能化控制的同时，还设置了手动，这样在系统智能控制偶尔出现故障时，可采用手动操纵，不至于影响教室灯光的正常应用。系统控制单元的硬件电路中多采用简易芯片ULN2803,DS1302,X5045等，简化了电路设计，同时节省了单片机I/0口资源，为系统进一步扩展留下了空间。系统功能的实现通过采用多任务模块编写，省去了一些不必要的延时程序，提高了系统的运行效率。系统的硬件及软件设计，经实验初步证实了系统具有很好的稳定性，提高了电能资源的利用率。在保证装置能稳定可靠工作的前提下，硬件设计上尽量采用性价比高的元器件，以降低成本。软件设计上采用多任务形式对信号的采集、处理，达到最终控制灯光的目的。本控制系统与己有的教室灯光配套使用时，不需要对原有设备电路进行大的改动，以降低成本实现了教室灯光的智能控制。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第34页共44页致谢本课题研究是在老师悉心指导下完成的，倾注着老师的心血和汗水。近半年来，老师无论在学习、工作和生活上都给予我无微不至的关心和帮助，老师实事求是的科学作风，敏锐深刻的洞察力，严谨的治学精神，不断开拓的工作热情，为科技事业忘我工作的精神，无不使笔者受益匪浅，对笔者今后的成长产生深远影响。谨此向老师致以最崇高的敬意和最衷心的感谢在本课题进行期间同学的帮助，使课题能够顺利地完成，在此对他们表示感谢最后，衷心感谢所有关心、帮助和支持过我的老师、同学和朋友们。还有，一直在幕后默默理解、支持和帮助我的家人和亲戚朋友们。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第35页共44页参考文献1THANANCHAILEPHAKPREEDA,ADAPTIVEOCCPANCYBASEDLIGHTINGCONTROLVIAGREYPREDICTIONJBUILDINGANDENVIRONMENT，2005，7408818862许嘉宏智能照明系统在现代建筑照明中的应用与研究J建筑论坛与建筑设计，2007，27474773PYONCHANIHM，ABDERREZEKNEMIR,MONCEFKRARTIESTIMATIONOFLIGHTINGENERGYSAVINGFROMDAYLIGHTINGJBUILDINGANDENVIRONMENT，2009445095144KRARTIM，ERICKSONP,HILLMANTASIMPLIFIEDMETHODTOESTIMATEENERGYSAVINGSOFARTIFICIALLIGHTINGUSEFROMDAYLIGHTINGJ。BUILDINGANENVIRONMENT,2005407477545邓琦智能照明控制系统的实际应用J湖南水利水电，2007385866沈瑞珠智能照明系统在智能建筑中的应用J低压电器，2002520227杨光智能照明控制系统及其应用J福建建设科技，2007249508龚南笛DYNALITE智能照明控制系统在广州国际会展中心的应用J智能建筑电气技术，2004，3174799任培亮，鲁鸿雁机场出港大厅的EIB灯光智能控制系统介绍J智能建筑与城市信息，200311434410冯义飞教室照明智能控制的设计与开发D合肥合肥工业人学，2007无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第36页共44页11李朝青单片机原理及接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