住宅公用路灯用电量分配装置的设计

住宅公用路灯用电量分派装置的设计目录TOC\o"1-2"\u项目概况 11课题简介 11.1单片机的简朴介绍 11.2社会需求 21.3立题意义 32住宅公用路灯用电量分派装置工作原理与用途 32.1住宅公用路灯用电量分派装置 32.2用电量的分派原理 32.3系统总体方案的拟定 43系统电原理图设计 53.1主系统设计及其分析 53.2执行分派的继电器电路设计及其分析 53.3系统供电电源电路设计及其分析 63.4住宅公用路灯用电量分派装置的应用示例 64可靠性问题 64.1看门狗电路 64.2长期运营须考虑的安全性问题 115软件结构及程序清单 125.1软件结构及其说 125.2程序设计思想与具体程序清单 14致谢 17参考文献 18附录 19附录1电用量分派装置原理图 19附录2主系统电原理图 20附录3应用示例 21项目概况本课题的设计目的是运用单片机基础知识、汇编语言等技术设计出—用电量分派装置能快速准确的使楼道内的路灯用电的电费能自动的分摊到用户的电表中去，以便解决用户安装路灯后费用收缴不方便的难题。本设计只有采用智能化才干满足（成本因素、功能因素、性能因素等）功能规定。为此，本设计选择了ATMEL公司的51系列单片机89C2051作为控制核心，它的掉电运营模式能满足低功耗的规定。该系统的设计要点为：①系统时钟为1MHZ，目的是减少系统功能。由于系统对运营速度规定很低，外围继电器的动作时间和路灯按键的响应时间，均为ms级以上。②环境照度检测电路采用单电源比较器LM393实现。当环境照度变低，使得光敏电阻的阻值大于100千欧时,比较器LM393翻转,1脚输出为低电平送入单片机引脚P30。单片机根据此引脚电平状态决定是否可以使用路灯。③路灯点亮按钮电路。当任何一个楼层住户门口的路灯按钮按下时，均会通过光电耦合器TL521-2，使得单片机P32引脚产生一个负跳变，从而触发外中断INTO，唤醒单片机，控制继电器电路动作，点亮路灯。当然，路灯能否点亮一方面取决于P30的状态。④看门狗及复位电路由MAX813L实现。MAX813L自身具有上电复位、手动复位功能，同时运用内含的看门狗电路，保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。P33为喂狗信号输出引脚。只要保证能及时喂狗，就能避免系统复位。⑤继电器接口电路均采用光电隔离，以提高系统的抗干扰能力，实现强、弱电系统的隔离。为了减少功耗，采用工作电压为12V的小型封装继电器。由于5V继电器的驱动电流大，功耗也会提高。⑥继电器电路动作设计的关键是继电器触点合、断的延时时间，必须考虑继电器的动作有一定期滞，否则，会出现上个继电器尚未彻底断开，下一个继电器已经动合的现象，使得系统分派精度出现较大误差，甚至不能正常分派。⑦主系统采用+5V电源。为了减少成本，采用“变压器降压—整流—滤波—稳压”的线性电源。这里选用了78M053端稳压器。变压器尽管与继电器工作电源所需的变压器为同一变压器，但绕组副边独立，减小互相影响。⑧继电器工作电压为+12V，考虑到继电器对电压规定不是很高的特点，这里采用“变压器—降压—整流”的方式，没有稳压，同时也没有大容量电容滤波。这是在实际开发过程中，发现假如有大容量电容滤波，会出现继电器动作失常的现象。因素是：大容量电容储存的电能使得继电器关断时间延长。虽然已经考虑到继电器动作存在延时的问题，但还导致上个继电器没有关断，下个继电器动合的现象。本设计的重要任务是实现单片机对用电量分派装置的智能化控制。要实现=1\*GB3①电费的自动分摊；=2\*GB3②保证系统死机后的自恢复；=3\*GB3③保证系统长年累月的进行；=4\*GB3④保证装置自身的安全性。本文针对以上几方面，对住宅公用路灯用电量分派装置设计了一些可行性方案，并对这些方案进行了分析。1课题简介1.1单片机的简朴介绍单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机，是指集成在一块芯片上的计算机，它具有结构简朴、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，在许多行业都得到了广泛的应用。在航天航空、地质石油、冶金采矿、机械电子等许多领域单片机都发挥了巨大作用。单片机又称单片微控制器,它由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成。尚有单片机是把涉及运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定期电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具有代表性的当属INTEL公司的MCS-51系列的单片机，MCS-51是在MCS-48的基础上于80年代初发展起来的，虽然它仍然是8位的单片机，但其功能有很大的增强；此外它还具有品种全、兼容性强、软／硬件资料丰富等特点，因此，应用非常广泛，成为继MCS-48之后最重要的单片机品种。直到现在MCS-51仍不失为单片机中的主流机型。MCS-51单片机的典型芯片是8031、8051、8751。8051内部有4KBROM，8751内部有4KBEPROM，8031内部无ROM；除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。MCS-51单片机内部的各个部件分别是中央解决器（CPU）、内部数据存储器、内部程序存储器、定期器/计数器、并行I/O口、串行口、中断控制系统、时钟电路、位解决器、总线。下面分别对单片机的内部存储器和程序存储器以及五个中断源地址区做一些介绍：(1)内部数据存储器。①内部数据存储器的低128单元，它涉及了寄存器区、位寻址区、用户RAM区。②内部数据存储器高128单元，这是为专用寄存器提供的，地址范围为80H～FFH。所谓专用寄存器是区别于通用寄存器而言的，即这些寄存器的功能或用途已作了专门的规定，用于存放单片机相应部件的控制命令、状态或数据等。(2)内部程序存储器。80C51芯片内有4KROM存储单元，其地址为0000H～0FFFH，这就是我们所说的内部程序存储器（或简称“内部ROM”）。无论是片内或是片外存储器（对于无片内ROM的单片机），在程序存储器中有一组特殊的保存单元0000H～002AH，(3)五个中断源地址区。五个中断源的中断地址区是：0003H～002AH。0003H～000AH外部中断0中断地址区。000BH～0012H定期器/计数器0中断地址区。0013H～001AH外部中断1中断地址区。001BH～0022H定期器/计数器1中断地址区。0023H～002AH串行中断地址区。中断响应后，系统能按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序。因此在中断地址区中本应存放中断服务程序。但通常情况下，8个单元难以存下一个完整的中断服务程序，因此一般也是从中断地址区首地址开始存放一条无条件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际入口地址去。MCS-51单片机系统的存储器结构特点。单片机的存储器结构有两个重要的特点：一是把数据存储器和程序存储器截然分开，二是存储器有内外之分。总的来说，由芯片内存储器和芯片外扩展存储器构成了单片机应用系统的整个存储器系统。MCS-51单片机尚有重要的四个物理空间（片内RAM、片内ROM、片外RAM、片外ROM），三个独立的逻辑空间（片内RAM空间：00H～FFH、片内外统一编址的ROM空间：0000H～FFFFH、片外RAM空间：0000H～FFFFH）。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据解决能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断解决）的微解决器（CPU），随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I／O口），还会涉及定期计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路（PWM），模拟多路转换器及A／D转换器等电路集成到一块单块芯片上构成一个最小而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高校地完毕程序设计者事先规定的任务。由此看来，单片机有着微解决器所不具有的功能，它可单独地完毕现代工业控制所规定的智能化控制功能，这是单片机的最大特性。1.2社会需求漫步在繁华的现代化的大都市的大街上,随时都可以看到街上有很多ATM自动柜员机,十字路口的交通灯.我们的手机,家里的数码电视机、数码音响、遥控器、空调、智能玩具等等。这些“高科技”看上去如此神秘，它到底是如何构成的？它是通过如何的程序和如何的方式来完毕这一系列指令的呢？其实这些都是用单片机来控制的，单片机在我们的生活中触手可及，单片机给我们的生活带来了便利。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从主线似的行改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据解决，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。科技越发达，智能化的东西就越多，使用的单片机就越多。单片机的学习是社会发展的需要。1.3立题意义“住宅公用路灯用电量分派装置”是为了解决商品住宅楼内公用路灯的收缴费用问题。此装置的设计涉及系统硬件框图结构，部分重要功能模块（单片机芯片AT89C2051，复位及看门狗电路MAX813L，继电器接口电路等组成）和单元电路，软件编程思想及设计中应考虑和解决的几个重要问题。采用住宅公用路灯用电量分派装置可将商品住宅楼内公用路灯的电费自动分摊到用户电表，解决用户的后顾之忧，给生活带来了便利。系统设计中所涉及的硬件多为目前常用的型号和系列。住宅公用路灯用电量分派装置具有低功耗；具有可靠性；具有安全性；具有低成本等特点。该电量分派装置具有实用价值。本电量分派器在绝大多数时间里处在待机工作状态,只有在使用路灯或进行点灯时间的调整时通过按键才干被唤醒,进入正常工作状态。此外,由于看门狗的作用,可在系统死机时自动恢复正常。因此,它不仅具有较高的稳定性、可靠性和安全性,并且还具有低成本的特点,易于为住户接受。2住宅公用路灯用电量分派装置工作原理与用途2.1住宅公用路灯用电量分派装置随着人民生活水平的提高和住房制度的改革的进一步，越来越多的居民买了商品房，住进了商品住宅楼。这些改变提高了广大居民生活的文明限度。随之而来的问题是，本来单位住宅楼是由单位安装路灯并由单位负责缴费的，楼内居住的单位职工不用紧张没路灯和收缴费用的问题；而商品楼内的住户来自不同的单位，要不要安装路灯？装了路灯后费用如何收取？这就出现了所谓的路灯问题。为什么呢？①不安装路灯不便利。②安装路灯后费用收缴不方便。很多城市已普及了1户1表，社区的路灯用电从哪里来？目前往往采用以下2个办法解决，①为每个楼道路灯接一电表。此法需要根据电表度数人工分摊后，有人上门挨户定期收费，十分不方便。=2\*GB3②路灯接入楼道内某住户电表，大约估算后由各住户协商出资。此法容易引起纠纷。鉴于以上情况，楼道路灯问题正日益成为住房商品化后的一大问题。住宅公用路灯用电量分派装置正是为了彻底解决楼道路灯的费用分摊问题而设计的。采用该装置后，楼道路灯的电费能自动分摊到住户各自的电表内，解决了住户的后顾之忧，给生活带来了便利。2.2用电量的分派原理住宅公用路灯用电量分装置重要解决电费的自动分摊问题，而电费的分摊是如何实现的呢，下面讨论电费的分摊（分派）原理。众所周知，电费是按照用电度数×每度单位电费计算的，因此，在某种意义上说，电费即用电量（度数），而用电量即电能=功率×小时数（即时间），所以在电器功率一定的前提下，电费的分派就是时间的分派问题，也就是说，每户承担一定期间的路灯供电任务。住宅公用路灯用电量分派装置的电费分派就是用电量的分派，其原理如图2-1（见附录1）所示。只要分时依次控制开关S1、S2……Sn接通，即可实现所有路灯用电量的分摊。这里关键是各开关的控制问题，规定每次上个开关断开后，下个开关接通，并且在任何时刻只允许有一个开关处在接通状态。假设电费用F表达，电价用J表达，用电度数用W表达，路灯功率用P表达（KW）点灯总时间用t表达（h）,则各物理量之间的关系为：F=W×J，W=P×t如有N住户分摊电费，则每户所承担的电费Fi=F／n=W×J／n=P×T×J／N=P×（t／n）×J2.3系统总体方案的拟定按照用电量分派原理和分派装置的用途，在拟定系统方案时至少要考虑以下一些因素。（1）成本因素普通电表或各种电子计算电表的价格相对较低，每个楼道必须安装一个此分派装置，因此，必须考虑住户的心理接受倾向，生产成本不能太高，最佳与普通电表接近。这样才干为住户所认可，也才有市场推广价值。（2）功能因素显然，本分装置的重要功能是楼道路灯用电量的自动分摊，但同时也必须考虑其他一些附加功能，例如，为了节约用电，必须具有根据环境照度控制路灯使用的功能。（3）性能因素性能因素至少有这样一些方面，=1\*GB3①可靠性。必须能可靠实现用电量的分派，同时必须保证不会由于外界干扰引起误动作等。=2\*GB3②安全性。重要是指装置自身的安全运营和路灯使用者的安全2方面，即装置自身不会出现过热烧毁等问题以及使用者不会触电等。=3\*GB3③低功耗。由于该装置接在公用电网中，作为一个电子装置自身一定要耗能，但功耗过高，则电力部门每年承担的电力损失就会非常大，也会影响产品应用。基于上述因素，确立以下方案，2.3.1智能化设计显然，只有采用智能化设计才干满足功能规定。为此，选择了ATMEL公司的51系列单片机89C2051做为控制核心它的掉电运营模式能满足低功耗的规定。ATMEL公司生产的此型号单片机是一种低功耗、高性能的8位CMOS微解决器芯片。片内带有2KB的闪烁可编程及可擦除只读存储器，与工业标准的80C51指令集相兼容，DIP20封装。片上的EPROM允许在线对程序存储器重新编程，也可用常规的非易挥发存储芯片编程器编程。AT89C2051是一带有2KBFLASH可编程、可擦除只读存储器（EEPROM）的低电压、高性能8位CMOS微型计算机，引脚如上图。它的特点可归纳为：=1\*GB3①与MCS-51产品兼容，低功耗的闲置与掉电模式；=2\*GB3②2KB的在线可反复编程闪烁存储器寿命：1000次写/擦除周期，数据保存期：2023；=3\*GB3③宽工作电压范围：Vcc=2.7～6V；=4\*GB3④全静态工作方式：0～24MHz；=5\*GB3⑤2级程序存储器锁定；=6\*GB3⑥128×8位内部RAM；=7\*GB3⑦15条可编程I／O口线；=8\*GB3⑧2个16位定期／计数器；=9\*GB3⑨5个两级中断源；=10\*GB3⑩可编程串行中断；在AT89系列的单片机中，除了并行I／O断口数较少之外，其他部件结构基本与AT89C51类似，被称为低档是由于其引脚只有20条，比标准型的40条引脚少得多。典型的低档型单片机有AT89C1051和AT89C2051两种型号。AT89C2051的FLASH存储器只有2KB；RAM只有128字节；保密锁定位有2位。正由于他们的功能比标准型AT89C51要弱，所以他们处在低档位置。2.3.2低功耗设计用电量分派装置只有在使用路灯时，才处在正常工作状态，此外绝大多数时间，处在待机状态，因此，必须采用掉电模式睡眠待机、通过按键唤醒投入正常工作的运营模式。数据的掉电模式外部扩展RAM单元采用CMOS工艺的6264芯片，目的是配合系统功耗规定，适应电池供电的需要；并且，该芯片也充足考虑了掉电保护的需要，具有双片选结构。此系统的掉电保护比较特殊，当采样周期开关打在“9”挡时，则表达不采样数据，系统转入掉电保护状态。（1）数据掉电保护的实质所谓数据掉电保护，指的是单片机应用系统存储RAM中的数据在系统主电源失效或撤消的情况下，能有效地保存下来，以便主电源恢复后使用的一种措施。RAM介质数据掉电保护的实质是，在主电源失效的全过程中和失效期间使数据不被改写并维持下来。具体地说有以下2个方面：封锁失效过程和失效期间的写操作；维持系统主电源失效后RAM介质的电源，以保存数据不被挥发。（2）数据掉电保护的几种实现方式目前单片机应用系统的数据掉电保护经常采用的方法有：采用EEPROM介质或FLASH介质等新型介质，作为数据的存储介质，代替单片机应用系统本来采用的传统的RAM介质。仍然采用传统RAM介质，但采用新型的掉电保护电路，实现数据的掉电保护。一般来说，常采用电源监视芯片来实现，如MAXIM公司的MAX813L或IMP公司的IMP805L等。直接采用封装的不挥发掉电保护芯片代替“RAM+掉电保护电路”。本系统采用了第二种方法。看门狗电路选用了MAX813L,这种电源监视器件的功耗很低,其重要功能后面章节有所叙述。3系统电原理图设计3.1主系统设计及其分析按照上述方案设计的主系统电路原理图如图3-1所示。（见附录2）现对该系统的设计要点做简朴分析。=1\*GB3①系统时钟为1MHZ，目的是减少系统功能。由于系统对运营速度规定很低，外围继电器的动作时间和路灯按键的响应时间，均为ms级以上。=2\*GB3②环境照度检测电路采用单电源比较器LM393实现。图3-1中的R6为光敏电阻，当环境照度变低，使得该电阻的阻值大于100千欧时,比较器LM393翻转,1脚输出为低电平送入单片机引脚P30。单片机根据此引脚电平状态决定是否可以使用路灯。=3\*GB3③路灯点亮按钮电路。图3-1中的S1～Sn为分布于各楼层住户门口的路灯按钮。当任何一个按下时，均会通过光电耦合器TL521-2，使得单片机P32引脚产生一个负跳变，从而触发外中断INTO，唤醒单片机，控制继电器电路动作，点亮路灯。当然，路灯能否点亮一方面取决于P30的状态（即环境照度）。=4\*GB3④看门狗及复位电路由MAX813L实现。MAX813L自身具有上电复位、手动复位功能，同时运用内含的看门狗电路，保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。P33为喂狗信号输出引脚。只要保证能及时喂狗，就能避免系统复位。=5\*GB3⑤继电器接口电路均采用光电隔离，以提高系统的抗干扰能力，实现强、弱电系统的隔离。为了减少功耗，采用工作电压为12V的小型封装继电器。由于5V继电器的驱动电流大，功耗也会提高。3.2执行分派的继电器电路设计及其分析本装置设计的楼道住户为12户，符合国内大多数住宅楼每个楼道12户（6×2）的规定，因此，分别由12路继电器担当各住户分时供电的切换功能。继电器线圈分别由US1～US2驱动，继电器动合触点的一端接每个住户的用户侧相线L1～L12，另一侧并接作为路灯的相线LINE。设计的电原理图如图3-2所示。继电器电路动作设计的关键是继电器触点合、断的延时时间，必须考虑继电器的动作有一定期滞，否则，会出现上个继电器尚未彻底断开，下一个继电器已经动合的现象，使得系统分派精度出现较大误差，甚至不能正常分派。图3-2执行分派的继电器电路图3.3系统供电电源电路设计及其分析系统电源电原理图参见图3-3。（1）主系统电源电路主系统采用+5V电源。为了减少成本，采用“变压器降压—整流—滤波—稳压”的线性电源。这里选用了78M053端稳压器。变压器尽管与继电器工作电源所需的变压器为同一变压器，但绕组副边独立，减小互相影响。（2）继电器工作电源继电器工作电压为+12V，考虑到继电器对电压规定不是很高的特点，这里采用“变压器—降压—整流”的方式，没有稳压，同时也没有大容量电容滤波。这是在实际开发过程中，发现假如有大容量电容滤波，会出现继电器动作失常的现象。因素是：大容量电容储存的电能使得继电器关断时间延长。虽然已经考虑到继电器动作存在延时的问题，但还导致上个继电器没有关断，下个继电器动合的现象。上述电源中所用的电源变压器功率为10W。必须选用空载功耗小的变压器；否则，功耗大大增长，并且变压器自身发热严重，主线无法适合长期运营。3.4住宅公用路灯用电量分派装置的应用示例该装置的应用示例如图3-4所示。（附录3）4可靠性问题作为小电子产品，用在长期连续工作状态下，因此必须十分重视系统的可靠性问题。在本装置的设计中，重要考虑了这些方面：=1\*GB3①系统死机后的自恢复问题；=2\*GB3②系统能不能保证长年累月的运营。为了解决这些问题，设计中是通过系统的监视定期器（即看门狗电路“WDT”）以及元器件的合理选用等方面来实现的。4.1看门狗电路看门狗电路选用了MAX813L，也可选用IMP813L。这2种电源监视器件的功耗都很低，重要功能有3个：①复位；②电源电压监视；③看门狗定期器。其特性如下：图3-3系统电源电路图=1\*GB3①加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200ms;=2\*GB3②独立的看门狗输出，看门狗输入为1.6S；=3\*GB3③1.25V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或+5V以外的电源监控内未被触发，其输出将变为高电平；=4\*GB3④低电平有效的手动复位输入；=5\*GB3⑤8引脚DIP封装。4.1.1MAX813L芯片及其工作原理（1）芯片特点生活中的干扰大多是以窄脉冲的形式出现，而最终导致微机系统故障的多数现象为“死机”。究其因素是CPU在执行某条指令时，受干扰的冲击，使它的操作码或地址码发生改变，致使该条指令犯错。这时，CPU执行随机拼写的指令，甚至将操作数作为操作码执行，导致程序“跑飞”或进入“死循环”。为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复，重新正常工作，一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。用看门狗监视程序的运营。若程序发生“死机”，则看门狗产生复位信号，引导单片机程序重新进入正常运营。加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200ms。（2）MAX813L的引脚及功能MAX813L芯片引脚排列见图4-1各引脚功能及工作原理如下：=1\*GB3①手动复位输入端（/MR）：当该端输入低电平保持140ms以上，MAX813L就输出复位信号.该输入端的最小输入脉宽规定可以有效地消除开关的抖动。/MR与TTL/CMOS兼容。=2\*GB3②工作电源端（VCC）：接+5V电源。=3\*GB3③电源接地端（GND）：接0V参考电平。=4\*GB3④电源故障输入端（PFI）：当该端输入电压低于1．25V时，5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。=5\*GB3⑤电源故障输出端（/PFO）：电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。

图4–1MAX813L芯片=6\*GB3⑥看门狗信号输入端（WDI）：程序正常运营时，必须在小于1．6s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定期器。若超过1．6s该输入端收不到脉冲信号，则内部定期器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。=7\*GB3⑦复位信号输出端（RST）：上电时，自动产生200ms的复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。=8\*GB3⑧看门狗信号输出端（/WDO）：正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。（3）电路设计中断串行口定期器时钟发生器振荡器=1\*GB3①基本工作原理

中断串行口定期器时钟发生器振荡器图4–2单片机掉电方式控制电路当电源电压减少或掉电时，会导致重要的数据丢失，系统不能正常运营。若设法在电源电压降至一定的限值之前，单片机快速地保存重要数据，将会最大限度地减少损失。

单片机的掉电工作方式电路原理图如图4–2所示：当PD设立为1时，激活掉电方式，此时/PD＝0，与非门输出为低电平，时钟发生器停止工作，单片机内所有运营状态均被停止，只有片内RAM和SFR中的数据被保存起来。在单片机系统中可借助于一定的外部附加电路监测电源电压，并在电源发生故障时及时告知单片机（如通过引发/INTO中断来实现）快速保存重要数据，且断开外围设备用电电源，使整个应用系统的功耗降到最少。当电源恢复正常时，取消掉电工作方式，通过复位单片机，使系统重新正常工作。=2\*GB3②硬件实现电路图图4–3给出了MAX813L在单片机系统中的典型应用线路图。此电路可以实现上电、瞬时掉电以及程序运营出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位；并且可以实时地监视电源故障，以便及时地保存数据。本电路巧妙地运用了MAX813L的手动复位输入端。只要程序一旦跑飞引起程序“死机”，/WDO端电平由高到低，当/WDO变低超过140ms，将引起MAX813L产生一个200ms的复位脉冲。同时使看门狗定期器清0和使/WDO引脚变成高电平。也可以随时使用手动复位按钮使MAX813L产生复位脉冲，由于为产生复位脉冲/MR端规定低电平至少保持140ms以上，故可以有效地消除开关抖动。该电路可以实时地监视电源故障（掉电、电压减少等）。图4—3中R1的一端接未经稳压的直流电源。电源正常时，保证R2上的电压高于1．26V，即保证MAX813L的PFI输入端电平高于1.26V。当电源发生故障，PFI输入端的电平低于1．25V时，电源故障输出端/PFO电平由高变低，引起单片机/INTO中断，CPU响应中断，执行相应的中断服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。图4–3MAX813L在80C51单片机系统中的应用连接电路图

4.1.2抗干扰程序设计

（1）程序运营“死机”及相应对策程序正常运营时，由主程序在小于1．6s的时间间隔内周期性地从P1．7端向MAX813L的WDI输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定期器。实现指令为：

RST－PRG：SETBP1．7

NOP

CLRP1．7

若超过1．6s该输入端收不到脉冲信号，则内部看门狗定期器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。引起MAX813L产生一个200ms的复位脉冲。同时使看门狗定期器清0和使/WDO引脚变成高电平。需要引起注意的是，整个单片机系统完毕复位后，在PC指针的指引下整个程序将从0000H地址处重新开始初始化运营，而这在很多情况下是不允许的（如连续的工艺流程），为此必须采用相应的措施。一方面在对单片机系统完毕复位后，程序应当先判断是开机运营（冷启动）还是运营过程中“死机”之后的重新加载运营（热启动）。由于一般情况下在这两种启动方式下，系统程序在进入主流程前所要做的工作往往不同。如冷启动后，系统程序在初始化程序中往往要进行系统资源的自检以及将各外围设备设立为相应的待机状态等。而热启动后往往不再对系统的资源自检，同时应尽量避免对各外围设备修改设立，只是对单片机系统自身的一些资源进行必要的设立工作。另一方面，在大多数情况下，我们总可以把一个连续的过程分解开来，把它变成一个个独立的子过程（状态）组成的连续过程。在主程序运营过程中，适时保存相应状态和该状态下的相关参数。这样当程序运营出现“死机”，在MAX813L作用下系统复位和初始化后，将一方面查询事先保存的状态参数，然后根据此参数决定程序的流向。同时把该状态下事先保存的参数取出，对系统外围设备进行必要的恢复设立工作和引导程序继续运营。根据这一思想设计的系统程序流程图如图4–4所示。（2）电源故障及相应对策当电源发生故障时，引起单片机/INTO中断，CPU响应中断，执行相应的中断服务程序，保护数据，断开外部用电电路等。为了做到这一点，必须把/INTO中断优先级（PX0）设为最高，特别是系统中尚有其它中断时，更应如此。中断优先级的设立可通过中断优先寄存器IP实现，此外还要设立中断允许寄存器IE的总允许位（EA）及外部中断0中断允许位（EX0）。实现指令为：

SETBIP.0；设立PX0＝1

SETBIE.7；设立EA＝1

SETBIE.0；设立EX0＝1结束结束进入主流程YNNNYYY开始系统初始化系统自检冷启动吗？状态1吗？状态N吗？状态2吗？执行任务1执行任务2执行任务N 图4–4系统监控程序流程图至于中断源的触发方式。假如选择电平触发，则中断擦除时必须外加辅助电路，否则中断不能正常执行；假如选择跳变触发，当/INTO端出现负跳变时，CPU内部硬件自动置位中断标志IE0，CPU响应中断，通过向量地址转入中断服务程序时IE0被硬件清0。所以基于上述分析，必须选用跳变触发方式。触发方式由定期器控制寄存器TCON中的IT0位决定。实现指令为：

SETBTCON．0设计好中断服务程序对于系统的连续可靠运营具有重要意义。在中断服务程序中，先保存重要数据到片内RAM（掉电时由备用电源供电，相应实现电路未画出）。发出控制信号断开外围设备，最后把电源控制寄存器PCON的PD位置1，激活掉电工作方式，中断返回。中断服务程序实现如下（其中R0代表保存的数据在内存中的缓冲区首址，DPTR代表要保存的数据在外部RAM中的缓冲区首址，R1代表要保存的数据字节量）：

INT0：MOVXA，＠DPTR

；保存数据

MOV＠R0，A

INCR0；内存缓冲区指针加1

INCDPTR；外存缓冲区指针加1

DJNZR1，INT0；保存完？没完，继续保存

SETBPCON．1；激活掉电方式

RET1几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本规定是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EEPROM中的数据被修改；此外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有也许出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充足运用单片机自身的看门狗定期器（有些单片机无看门狗定期器）外，还需外加个看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还规定在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM公司推出的MAX813L刚好能满足这些规定。本系统巧妙地运用MAX813L芯片，实现了单片机系统的看门狗电路、电源故障监视电路和手动、自动复位电路，电路结构紧凑，设计合理。结合本文给出的程序抗干扰设计方案，可有效地解决程序运营中出现的“死机”现象和电源故障带来的不利影响。在我们设计用电量分派装置系统中实际运营表白：该方案设计合理，运营可靠，抗干扰能力强，达成了满意的使用效果，并且可推广应用到其它的单片机控制系统中去。程序正常运营时，必须在小于1.6S的时间间隔内向WDI输入端发送一个脉冲信号，以清除芯片内部的看门狗定期器；若超过1.6S该输入端收不到脉冲信号，则内部定期器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。为了实现上述看门狗信号规定，在关键的延时子程序模块的适本地方加入了“喂狗”指令，以免干扰程序正常运营。实现指令为：CLRP3.3NOPNOPSETBP3.34.2长期运营须考虑的安全性问题由于该装置的长期运营工况，因此必须考虑装置自身的安全性问题和装置安全性引发的其他诸如人身安全性、住宅楼安全性等问题。这里的关键是要保证装置自身的安全性。以下从几个方面进行简要阐述。（1）功耗和散热问题装置的功耗和散热问题是连在一起的。只有减少功耗，才干减少装置的发热，也才干从主线上解决散热问题。关于功耗问题，前面已经作了专门讨论，这里只说明一点。3端稳压器和变压器均紧贴在装置的金属外壳上，以金属外壳作为一个大散热体。由于此装置一般安装在配电箱内，而配电箱一般又是金属外壳，这样又可促进散热，从外界解决了散热问题。（2）装置故障引起的过流问题由于装置自身的元器件失效导致系统过流，引发电力火灾等，这个问题比较容易解决。只要在装置的电源进线的相线上串接快速熔断器，就足以保证避免此类现象的发生。5软件结构及程序清单5.1软件结构及其说软件设计的关键是继电器电路的切换。为了减少功耗，继电器组的切换是由外中断INTO唤醒CPU实现的，切换的前提条件是环境光的照度。图5–1、图5–2是该分派装置的软件结构图。需要说明的是，按照本文设计的分派装置的路灯点亮时间是固定的，如需能自由调节，则由于2051单片机的口线已用完，设立调节时间所需的电路无法接口，因此须采用89C51单片机，提供更多口线，以与串行数字电位器接口，通过数字电位器来调节设定期间。在延时15ms子程序中加入“喂狗”程序（通过P3.3给WDI一个负脉冲）。此处安排“喂狗”最合适；否则会干扰正常的点灯动作，甚至不能正常工作。延时子程序中的参数要根据不同的时钟频率加以设定，这里的参数为15ms。主程序用于完毕系统初始化、喂看门狗及设立系统进入待机节能工作模式等任务。主程序流程框图如图5–1所示。系统初始化时,应把两个外部中断0、1的优先级。别设立为低,采用下降沿触发方式并开放其中断;而两个定期器0、1设立为允许中断,其中断优先级别设立为高;应设立好定期器0、1的工作模式(均为方式1)、计数初值,并关闭定期器。系统初始化后,应及时关闭所有路灯,并喂看门狗,设立系统进入节能待机状态(置PCON的最低位IDL为1)。当系统因干扰被唤醒后,应通过转移指令强行软复位,再次初始化并进入IDL;如属正常唤醒,则进入外中断0或1中断服务程序。系统初始化等系统初始化等定义外中断0为边沿高优先中断关闭所有继电器开放中断设立成IDLE运营方式延时以等待唤醒稳定跳转到主程序入口软复位通过设立PCON的最低位为1实现图5–1主程序框图中断服务程序在外中断0中断服务程序解决过程中,一方面关闭外中断0,并进行点灯按钮是否误触发以及是否允许点灯的判断,如属误触发或环境照度不允许点灯,则在开放外中断0后,随即中断返回,执行主程序,进入待机模式。否则,进行喂狗并熄灭所有路灯。为了保证继电器的可靠动作,在发出熄灭所有路灯指令后,必须启动定期器0进行延时,延时时间15ms在,此过程中还需不断喂狗,以免引起干扰。延时时间到,关闭定期器0；然后才发出用户1点亮路灯指令，同时启动定期器1，控制亮灯时间10s。在10s定期过程中,同样要不断喂狗,定期时间到,关闭定期器1,发出继电J1断开指令,并再次启动定期器0,延时15ms,保证继电器J1断开,接着发出用户2点亮路灯指令,依此顺序进行点灯;最后在用户12点灯结束后,开放外中断0,并中断返回。在INT0中断服务程序执行过程中,路灯点亮时间约为12×10.3s,各住户平均分摊点灯时间为10.3s。INT0中断服务程序流程框图如图5-2所示。在外中断1中断服务程序解决过程中,一方面,关闭外中断1,也要进行按键是否误触发的判别,如的确有键按下,则进一步确认是何键(KA或KB)被按下；然后应根据所按键调整定期器1的计数初值,以调整各住户点灯时间；最后,开放外中断1,中断返回执行主程序。在定期器0、1中断服务程序解决过程中,重要用于重装计数初值。由于点灯时间较长,定期器1的定期时间可设立为100ms,在外中断0中断服务程序中,设立专门计数单元对定期器1的中断次数进行判别,到100次则表达10s点灯时间到。NNN关闭中断延时去抖后判P3.2=0？判环境照度允许点亮？延时15ms，以便继电器切换用户2点亮路灯15s延时15ms,以便继电器切换开放中断并中断返回喂狗1次并关闭所有继电器用户1点亮路灯6s调节此时间即调节路灯点亮时间开放中断并返回开放中断并返回图5–2INTO中断子程序5.2程序设计思想与具体程序清单＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊程序说明本程序合用于分派装置（Ⅰ）型（＜＝12户）程序大体思想:=1\*GB3①有硬件WDT=2\*GB3②点亮通过INTO最高中断实现=3\*GB3③CPU平时处在IDLE状态，以减少功耗，由WDT或INTO中断唤醒=4\*GB3④程序的空白处均填充LJMPSTART，以引起软复位而使CPU回到正常轨道程序功能：每户平均承担对路灯的供电，以达成分摊电能的目的路灯点亮时间约为：12×6.3s＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊PCONEQU97HORG0000HSTMPSTARTORG0003H；/INTO中断入口LJMPLIGHTORG0030HSTART：MOVIE，＃00H；严禁所有中断，以设立SPMOVSP，＃60HMOVP1，＃0FFH；关闭所有继电器SETBP3.1SETBP3.4SETBP3.5SETBP3.7LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭MOVIP，＃01H；定义/INTO为高优先级MOVTCON，＃01H；/INTO为下跳沿触发SETBEXO；允许/INTO中断SETBEA；开放中断MOVPCON，＃01H；进入IDLE方式，以减少功耗NOP；中断唤醒并执行点灯返回后的入口NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOP

；唤醒后，再次初始化（以免干扰引起错误）并进入IDLESJMPSTART；中断子程序LIGHT：CLREXO；关闭/INTO中断CLRIEO；清中断标志，以免重入SETBP3.2LIGHTO：LCALLDEL15MS；通过延时15ms去抖JNBP3.2，LIGHT01SETBEXO；开放中断RETI；误触发，直接返回LIGHT01：SETBP3.0；设立P3.0为输入方式JNBP3.0，LIGHT1；由/EN判是否允许点灯？SETBEX0；RETI；NO，直接中断返回；YES，则进行点灯分派解决LIGHT1：SETBP3.3；清WDT，以免引起干扰影响点灯NOPCLRP3.3MOVP1，＃0FFH；为安全，先再次全关SETBP3.1SETBP3.4SETBP3.5SETBP3.7LCALLDEL15MSCLRP3.1；USER1点亮5sLCALLDEL5SSETBP3.1；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP3.4；USER2点亮5sLCALLDEL5SSETBP3.4；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP3.5；USER3点亮5sLCALLDEL5SSETBP3.5；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP3.7；USER4点亮5sLCALLDEL5SSETBP3.7；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP1.0；USER5点亮5sLCALLDEL5SSETBP1.0；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP1.1；USER6点亮5sLCALLDEL5SSETBP1.1；关闭LCALLDEL15MS；延时，以保证关闭CLRP1.2；USER7点亮5sLCALLDEL5S