毕业论文-基于at89c51单片机的智能照明系统设计

毕业论文基于AT89C51单片机的智能照明系统设计作者姓名何保林专业、班级电子工程201201学号020112200192完成日期2013年6月15日郑州大学物理工程学院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THECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERABSTRACWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,THESYSTEMOFCONTROLBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERISWIDELYAPPLIEDININDUSTRY,AGRICULTURE,ELECTRICPOWER,ELECTRON,INTELLIGENTBUILDINGANDSOONMICROCOMPUTER,ASTHESUBJECTANDCOREOFTHEEMBEDDEDSYSTEMOFCONTROL,REPLACESTHETRADITIONALSYSTEMELECTRONICCIRCUITATTHESAMETIME,THEDEVELOPMENTANDMATURATIONOFTHEINTELLIGENTBUILDINGHAVEESTABLISHEDTHESUBSTANTIALFOUNDATIONFORTHEPOPULARIZATIONANDAPPLICATIONOFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERTHEPAPEREXPATIATESONTHEDESIGNINGTHEORIESANDIMPLEMENTATIONMETHODOFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGBYWIREDORWIRELESSCOMMUNICATIONSTAKINGTHEDESIGNINGPROCESSASMAINLINE,ITDESCRIBESTHEPROCESSOFDESIGNINGFROMTWORESPECTSHARDWAREANDSOFTWAREINANOTHERWORD,THEPAPERDESCRIBESTHEPROCESSFROMTHEMETHODOFCIRCUITDESIGNINGTOTHESOFTWARETECHNOLOGYOFREALIZINGTHEDEMANDEDFUNCTIONSTHEHOSTCONTROLLEROFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGISBASEDONAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTER,ANDTHEAUXILIARYONESAREBASEDONAT89C2051THESYSTEMCANDOMANYJOBS,SUCHASWIREDCOMMUNICATION,WIRELESSDATATRANSMITTING,CONTROLLINGANDDISPLAYTHEPAPERDESCRIBESTHEDESIGNINGPROCESSOFTHECIRCUITATLENGTH,INCLUDINGKEYBOARDANDLEDDISPLAYCIRCUIT,RS485COMMUNICATIONCIRCUIT,WIRELESSTRANSMITTINGCIRCUIT,CONTROLCIRCUITOFLIGHTING,WATCHDOGCIRCUIT,ETCTHEDESIGNINGOFSOFTWAREMAINLYINCLUDESTHESEVERALPROGRAMMING,SUCHASWIREDCOMMUNICATION,WIRELESSDATATRANSMITTING,LAMPLIGHTCONTROLLING,TIMEDCONTROLLING,KEYBOARDSCANNINGANDLEDDISPLAYINGTHEWIREDCOMMUNICATIONPROGRAMMINGFUNCTIONISTHATTHROUGHMASTERSLAVECOMMUNICATIONMETHODBASEDONRS485THEHOSTCONTROLLERSENDSORDERSTOTHEALLAUXILIARYCONTROLLERSOREACHONE,INCLUDINGTURNINGONLIGHTING,TURNINGOFFLIGHTING,REGULATINGBRIGHTNESSOFLIGHTING,CONTROLLINGTIMEDLIGHTING,ETCTHEWIRELESSDATATRANSMITTINGPROGRAMMINGFUNCTIONISTHATBYWIRELESSTRANSMITTERITREALIZESWIRELESSCONTROLLINGOFTHELIGHTING,ANDACHIEVESTHEFUNCTIONSIDENTICALTOWIREDCOMMUNICATIONKEYWORDSHOSTCONTROLLER,AUXILIARYCONTROLLER,SINGLECHIPMICROCOMPUTER,WIREDCOMMUNICATION,WIRELESSDATATRANSMITTING,CONTROLLINGBRIGHTNESSOFLIGHTING,TIMEDCONTROLLING目录摘要1目录1引言11系统概述311单片机的应用技术312有线通信技术313无线数传技术414智能照明控制系统的发展与现状4141智能控制技术的研究现状4142国内外智能照明发展概况4143智能照明控制系统的优点5144智能照明控制系统的组成5145现有智能照明控制系统的分析515系统设计6151系统设计要点6152系统设计思路616本章小结92基于单片机的照明控制系统的设计框架与性能1021系统设计要点1022系统的结构1023本章小结133基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计1431系统硬件总述1432CPU性能介绍1433主控制器的电路设计14331键盘的接口设计15332LED数码显示的接口设计16333看门狗监控电路的设计1634光信号取样电路16341MICROWIRE串行总线性能介绍17342TLC1549的接口设计18343TCL1549的数据采集程序设计1835人体信号采集电路19351人体红外探头19352信号处理电路22353比较电路2336DS12887时钟芯片接口电路设计24361时钟芯片的接口设计2537RS485通信电路的设计2638无线数传电路的设计28381无线数传电路的连接2839本章小结304基于单片机的照明控制系统的软件设计3141人机交互程序设计3142键盘扫描程序设计3243LED数码显示程序设计3344照明启停控制程序设计3445单独启停控制程序设计3646照明亮度控制程序设计3847照明定时控制程序设计4148主机部分通信程序设计4549本章小结475干扰分析4851干扰产生的后果4852单片机应用系统的硬件抗干扰设计4853软件抗干扰技术50531数据采集误差的软件对策50532程序运行失控的软件对策50总结51致谢52参考文献53附录54引言随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大。但由于学校开放型的管理模式，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。这种有形和无形的浪费，给校方的水电支出带来了沉重的负担。学校的水电支出约占全校经费支出的1415，电费支出占据较重比例。能源短缺是21世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的课题。所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。目前常用的节电方式为手工控制，声控型，太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活，费时费力。声控型往往判断不准确，不需要的时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大，且容易受光照强度的影响。因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。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。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系统概述11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（CENTRALPROCESSINGUNIT），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。12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RS232、RS422、RS485。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RS422、RS485是平衡传送的电气标准，比起RS232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，RS232、RS422与RS485最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，EIA于1983年在RS422基础上制定了RS485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/EIA485A标准。RS232、RS422与RS485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RS485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EIARS485成为工业应用中数据传输的首选标准。13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。14智能照明控制系统的发展与现状141智能控制技术的研究现状智能控制技术发展方向主要有基于人工智能技术的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神经网络控制方向，在智能控制的人工神经网络控制方向上，基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为近年来的一个热门课题。142国内外智能照明发展概况“智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。正如英国的GLASGOW市报指出“GLASGOW正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢。在智能建筑中的智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进行控制与管理。”面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开发的DYNALIE智能照明控制系统，美国的智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。143智能照明控制系统的优点智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用。智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。144智能照明控制系统的组成智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。输入装置可以不断检测周围环境的照度水平，可以探测到某个区域是否有人移动，以及输入人们的控制指令，并把相应的信号传送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。处理器接受输入装置的信号，经过信息处理、判断、分析，输出控制信号。执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平，包括手动开关。145现有智能照明控制系统的分析澳大利亚邦奇开发的DYNALITE分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制，各功能模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高。美国LCSBITADOUTP11SBITADCSP12/VOIDAETADUCHARI1,W,PICKCOUNTUINTVOLFORW1WSB产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图310。当人对着探头呈垂直状态运动，SASB不产生差值，双源很难产生信号输出。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小小于1MV,不能直接作为照明系统的控制信号,因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。根据以上要求,人体热释电检测电路组成框图如图311所示。图311热释电检测电路组成框图352信号处理电路本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器及封锁时间定时器等构成。图312中,热释电传感器S极输出信号送入BIS0001的14脚,经内部第一级运算放大器放大后,由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大,再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最后从12脚输出信号VO送入单片机进行照明控制。图310信号产生输出示意图检测对象菲涅尔透镜信号处理电路热释电红外传感器VO657213C0KR9JP4HEADRV图312热释电传感器信号处理电路图353比较电路比较电路如图313所示。图313人体信号比较电路当被动红外探头感应到人体信号后，运算放大器的“2脚”或“5脚”的电压降为30V；当被动红外探头在没有感应人体红外信号时，“2脚”或“5脚”的电压降为10V。探头故障断路时，则“2脚”或“5脚”的电压降为0V。1探头工作正常“1脚”的电压恒定为20V，“2脚”的电压有1V或是30V两种状态，“6脚”的电压恒定为045V，“5脚”的电压与“2脚”的电压保持一致。探头将会根据有无人体信号在“2脚”产生10V或30V两种电压信号。2探头工作不正常（由于故障或没有安装探头）“1脚”的电压恒定为20V，“2脚”的电压为0V，“6脚”的电压恒定为045V，“5脚”的电压为0V。探头将只会产生一种电压信号0V。具体的比较结果如下表31所示。表31探头采集信号输出状态表探头工作状态“1脚”电压“2脚”或“5脚”电压“6脚”电压P26P25无人状态20V10V045V11正常工作有人状态20V30V045V01断路或故障20V0V045V10通过比较电路，不仅解决了不同工作状态时被动红外探头的对外界人体红外信号的采集，而且也实现了仅通过被动红外探头的两根电源线同时也传输了所采集的周围环境的红外信号，一举两得。36DS12887时钟芯片接口电路设计本次系统设计中，灯光设计有以时间作为基准信号，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，而且它与目前应用广泛的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。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2KBYTES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MCS51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314所示。30PF30PF12MHZRST/VPP1RXD/P302TXD/P313XTAL24XTAL15INT0/P326INT1/P337T0/P348T1/P359GND10VCC20P1719P1618P1517P1416P1315P1214P11/AIN113P10/AIN012P371189C2051VCC1RSTSCLKI/OVCC2X1X2GNDDS13025V20PF20PF32768KHZ5V33033039001UF1005V7404MOC30211246220VBT131BATTERY36VWDORESETWDIMRVCCGNDMAX813L5VD220NFVIVOGND220NFLM7805123VCC5V220VD1D210V1K5VD3D415K5VLM311图314分控制器系统的硬件电路原理图361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P17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P15和P16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VCC202V时，VCC1给DS1302供电。当VCC1小于VCC2时，DS1302由VCC2供电。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P37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P37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（PULSEWIDTHMODULATION）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315所示。T1T2T图315脉冲波形图则输出电压的平均值为UVCCT1/TVCC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01，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32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P13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。37RS485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100KBPS速率下通信距离可达1200M，如果通信距离缩短，最大速率可达10MBPS。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。主机与从机的通信电路图分别如图316与图317所示。ROREDEDIGNDABVCCTLP5214A51KP101P112P123P134P145P156P167P178INT113RXD10TXD11XTAL218XTAL119T014P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039T11589C51INT012RESET9RD17WR16EA/VPP31ALE/P30PSEN29VCC40GND20TLP5214BTLP5214C5V5V51K51K4705V33K33K120202012V7V12V7VMAX48551K51K图316主机通信电路图ROREDEDIGNDABVCCTLP5214A51KTLP5214BTLP5214C5V5V51K51K4705V33K33K120202012V7V12V7VMAX48551K51KRST/VPP1RXD/P302TXD/P313XTAL24XTAL15INT0/P326INT1/P337T0/P348T1/P359GND10VCC20P1719P1618P1517P1416P1315P1214P11/AIN113P10/AIN012P371189C2051图317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300A，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P26与P10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P10控制通信收发器MAX485的工作状态，平时置P10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P10为高电平，发送应答信息，然后再置P10为低电平接收控制指令，继续保持P10为低电平，使串行收发器处于接收状态；若不是本机地址，使P10为低电平，使串行收发器处于接收侦听状态。38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SRWF1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。381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SRWF1的电路连接如图318所示。RXDTXDRXDTXDVCCGNDSGND89C5189C2051SRWF15V图318单片机与无线数传模块的连接SRWF1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429438MHZ，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102时，可得到实际误码率105106。（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。SRWF1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。SRWF1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。SRWF1型模块提供2个串口3种接口方式，COM1为TTL电平UART接口。COM2由用户自定义为标准的RS232/RS485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，SRWF1型模块能够自动完成。（11）低功耗及休眠功能。接收电流INCLUDEDEFINE_MAX_LEN_64/数据最大长度DEFINE_MHZ_11/设置单片机使用的晶振频率110592MHZ/以下为程序协议中使用的握手信号/DEFINE_SUCC_0X0F/数据传送成功DEFINE_ERR_0XF0/数据传送错误VOIDINIT_SERIAL/串口初始化VOIDSEND_DATAUNSIGNEDCHARBUF/发送数据VOIDDELAY10MSUNSIGNEDINTCOUNT/延时子程序10MSVOIDMAINCHARBUF_MAX_LEN_UNSIGNEDCHARI0UNSIGNEDCHARTMPUNSIGNEDCHARADDR/该字节用于保存要通信的从机地址/为缓冲区赋初值/P00XFFWHILEP10/每隔100MS从P0口读取，若读取到0则表明数据采集结束BUFIP0DELAY10MS10/延时100MSP00XFFIBUFI0/缓冲区最后一个字节为0表示数据结束/读要访问的分机地址/P00XFFADDRP0/串口初始化/INIT_SERIAL/初始化串口EA0/关闭所有中断/发送地址帧并接收应答信息，如果接收的信号与发送的地址信息不同，则重新发送地址帧/TMPADDR1/发送数据并接收校验信息，如果接收的信号为0FH，表示从机接收成功，否则将重新发送该组数据/TMP_ERR_WHILETMP_SUCC_SEND_DATABUF/发送数据RI0WHILERITMPSBUFRI0WHILE1/程序结束，进入死循环/初始化串口/VOIDINIT_SERIALTMOD0X20/定时器T1使用工作方式2TH1250/设置初值TL1250TR11/开始计时PCON0X80/SMOD1SCON0XD0/工作方式3，9位数据位，波特率9600BPS，允许接收/发送数据/VOIDSEND_DATAUNSIGNEDCHARBUFUNSIGNEDCHARLEN/保存数据长度UNSIGNEDCHARECC/保存校验字节LENSTRLENBUF/计算要发送数据的长度ECCLEN/开始进行校验字节计算/发送数据长度/TI0TB80/发送数据帧SBUFLEN/发送长度WHILETITI0/发送数据/FORI0IINCLUDEDEFINE_MAX_LEN_64/数据最大长度DEFINE_MHZ_11/设置单片机使用的晶振频率110592MHZ/以下为程序协议中使用的握手信号/DEFINE_SUCC_0X0F/数据传送成功DEFINE_ERR_0XF0/数据传送错误VOIDINIT_SERIAL/串口初始化UNSIGNEDCHARRECV_DATAUNSIGNEDCHARBUF/接收数据VOIDMAINCHARBUF_MAX_LEN_UNSIGNEDCHARI0UNSIGNEDCHARTMP0XFFUNSIGNEDCHARADDR/保存本机地址/从P1口读取本机地址/P10XFFADDRP1/串口初始化/INIT_SERIAL/初始化串口EA0/关闭所有中断/进入设备应答阶段/WHILE1SM21/只接收地址帧/如果接收到的地址帧不是本机地址，则继续等待/TMPADDR1WHILETMPADDRRI0WHILERITMPSBUFIFTMP0X00RECVDATABUF/如果是广播地址，则直接接收数据RI0/发送应答信号，并做好接收数据的准备/TI0TB80SBUFADDRWHILETITI0SM20/允许接收数据信息/数据接收/TMP0XFFWHILETMP0XFF/如果数据校验失败则重新接收数据TMPRECV_DATABUF/校验失败返回0XFF，检测到地址帧则返回0XFE，接收成功则返回0IFTMP0XFE/在数据接收过程中，如果发现地址帧，则重新开始整个接收过程CONTINUE/初始化串口/VOIDINIT_SERIALTMOD0X20/定时器T1使用工作方式2TH1250/设置初值TL1250TR11/开始计时PCON0X80/SMOD1