本科畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)的遙控智能節(jié)電系統(tǒng)

學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 1 基于單片機(jī)的 遙控智能節(jié)電系統(tǒng) （電子信息科學(xué)與技術(shù) 2002 級） 摘 要 ： 在電力系統(tǒng)中，為了避免送電過程中的線路損耗及用電高峰時(shí)造成的末端電壓過低，動力設(shè)備轉(zhuǎn)矩不足，照明燈具亮度不夠，往往都是以較高的電壓傳輸。因此用戶經(jīng)常承受的電壓高于額定電壓，特別是用電低峰時(shí)，電網(wǎng)電壓更高，有時(shí)會高出10%以上，多余的電壓不僅使用戶電費(fèi)開支大量增大，同時(shí)導(dǎo)致燈具發(fā)熱，使用壽命縮短，燈具開支加大；對于動力設(shè)備，由于電壓過高導(dǎo)致鐵心磁通過大，電流過高，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，最終影響其使用壽命；個別情況下，遠(yuǎn)離變壓器的用戶，特別 是廣大農(nóng)村用戶，不是電壓過高的問題，而是電壓過低，由此看來開發(fā)一種既能降壓又能升壓的穩(wěn)壓器顯得十分必要。 關(guān)鍵詞 ：遙控，節(jié)電，智能，變壓節(jié)能 Abstracts： In the electric power system, in order not to send to give or get an electric shock the circuit in the process to exhaust and use to give or get an electric shock the high peak the bitter end electric voltage that result in lead low, the motive equipments turns the shortage, illuminate the bright degree of lamp is not enough, usually all delivering with the higher electric voltage.So the electric voltage that customer usually bear is high to settle the electric voltage in the sum, using to give or get an electric shock the low especially, the charged barbed wire net electric voltage is higher, sometimes would high 10% of is above, surplus of electric voltage not only use an aggrandizement with a great deal of electricity charges expenditure, cause lamp have fever at the same time, the service life shorten, lamp expenditure enlargement;For the motive equipments, because the electric voltage lead high cause the iron heart pass greatly, the electric current lead high, cause electrical engineering have fever, end affect its service life;Separately under circumstance, keep off the customer of the transformer, especially large village customer, is not an electric voltage to lead the high problem, but the electric voltage lead low, develop from this a kind of since can decline to press and rise to press steady to press the machine to seem to be very necessary. Key word: lamp expenditure enlargement, the motive equipments 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 2 目錄 摘 要 1 關(guān)鍵詞 1 ABSTRACTS 1 1、前言 3 2、方案論證 4 3、正文 5 3.1 節(jié)能系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 5 3.1.1 節(jié)電器的分類及各自特點(diǎn) 5 3.1.2 穩(wěn)壓系統(tǒng)及工作過程 5 3.1.3 穩(wěn)壓原理 6 3.2 節(jié)電控制系統(tǒng)中心控制器 7 3.2.1 中心控制器簡介 7 3.2.2 系統(tǒng)資源使用分配 13 3.2.3 關(guān)于子程序的描述 15 3.2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 15 4、參考文獻(xiàn) 29 5、致謝 29 附錄一 電路圖 30 附錄二 詳細(xì)程序清單 35 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 3 1、前言 本智能照明節(jié)能裝置，其設(shè)計(jì)獨(dú)特先進(jìn)，將各種節(jié)電技術(shù)結(jié)合在一起，節(jié)電效 果顯著，功能齊全，是一種高效安全的照明節(jié)電產(chǎn)品，節(jié)電率可達(dá) 40 80以上。此照明節(jié)能裝置以單片機(jī)控制技術(shù)為核心，是微電腦技術(shù)、電力電子技術(shù)與變壓器技術(shù)的完美結(jié)合。本智能照明節(jié)能裝置整機(jī)無機(jī)械、無碳刷，實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)調(diào)壓穩(wěn)壓，響應(yīng)速度快，動態(tài)性能極好，輸出波形無畸變；同時(shí)效率高，長期免維護(hù)。并且次裝置采用紅外線遙控技術(shù)，可以進(jìn)行無線操作。 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 4 2、 方案論證 建筑照明節(jié)能潛力主要包括電光源潛力、鎮(zhèn)流電器和傳感監(jiān)控器潛力、燈具潛力以及運(yùn)行管理潛力等。 從理論上講，照明用電量（ L）可用下式表示： L W*T*（ E*A F*U*M） =E*A*T U* M* 其中 W-每一臺燈具消耗的電功率， KW臺； T-開燈時(shí)間， h； E-平均設(shè)計(jì)照度， lx； A-地板面積， m2； U-照明利用率； F-每臺燈具的燈泡光通量， lm; M-保持系統(tǒng)； -燈泡的綜合效率 =F Wx1000流明瓦 （包括鎮(zhèn)流器的損失）。因此，欲降低照明電耗，必須設(shè)法增大公式中的分母值，即提高照明利用率、使用高效燈泡、提高燈具的維修率；或者減少分子值，即減少開燈時(shí)間、保持適當(dāng)?shù)恼斩群捅M量采用局部照明等。 但是 ，照明節(jié)能的原則是在保證足夠的照明亮度和質(zhì)量的前提下節(jié)約能源。所以。選擇合理照度（ E）、提高照明利用率（ U）、燈泡光通量（ F）和綜合效率（）等，對于建筑照明節(jié)能具有非常重要的意義。 談起變壓器，幾乎人人都知道。大多數(shù)人知道的是電子變壓器，如電源變壓器，隔離變壓器，行輸出變壓器，脈沖變壓器，音頻變壓器，高頻變壓器等等，最常見的就是電器里面的電源變壓器，這些變壓器功率一般很小，幾毫瓦到幾百瓦，價(jià)格從幾分到幾百元。最近市場上有種聲音，看到某種節(jié)電器就說是變壓器，面露不屑的神情，似乎變壓器就是一種廉價(jià)裝置，其實(shí)這 是非常孤陋寡聞的說法。 我們所談的是電力變壓器，電力變壓器同樣有很多種類，如干式變壓器，整流變壓器，油浸變壓器，卷鐵芯配電變壓器，防雷變壓器，全密封電力變壓，組合式變壓器、芯式變壓器、殼式變壓器等等。這些變壓器遠(yuǎn)非常識中的變壓器那么簡單。 變壓器技術(shù)很簡單？ 回答是否定的！電力變壓器涉及的工藝復(fù)雜程度和生產(chǎn)技術(shù)可一點(diǎn)不簡單，了解這些工藝和技術(shù)必須有扎實(shí)的專業(yè)理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，涉及到電力學(xué)、電磁學(xué)、材料學(xué)、熱傳導(dǎo)學(xué)、制造工藝等等，設(shè)計(jì)一款優(yōu)良的電力變壓器并不比設(shè)計(jì)一個變頻器來得容易！我們相信絕大多數(shù)人， 包括一些行業(yè)資深人士，對電力變壓器的認(rèn)識是匱乏的，還停留概念層面。 變壓器能不能節(jié)電？ 回答是肯定的！當(dāng)實(shí)際負(fù)荷輕時(shí)或供電電壓高時(shí)，適當(dāng)降低電壓，實(shí)現(xiàn)供電的匹配能有效節(jié)省電能。其實(shí)，市場上的電機(jī)節(jié)電器或燈光節(jié)電器也正是應(yīng)用了這一根本原理，盡管實(shí)現(xiàn)的方式不同，但電壓降低到與需求匹配是無法改變的。 變壓器就是節(jié)能設(shè)備？ 當(dāng)然不是，如同有人把微處理器稱呼為電腦，其實(shí)只是通常電腦的一個器件，還需要配備存儲器、軟驅(qū)、鍵盤、顯示器等等。單純的微處理器你怎么用？同樣，變壓器有時(shí)候可以作為節(jié)電器的一個部件，但距離節(jié)電器 還有相當(dāng)距離。我們需要配備保護(hù)模塊、測試模塊、智能控制系統(tǒng)、旁路裝置、指示顯示部分，通信遙控模塊等等，這些綜合起來才能構(gòu)成一個節(jié)能設(shè)備。 所以，這里我們就用這個方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 5 3、正文 3.1 節(jié)能 系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 3.1.1節(jié)電器的分類及各自特點(diǎn) 1 可控硅穩(wěn)壓器：體積小，重量輕，價(jià)格中等，穩(wěn)壓精度較高，但只能降壓，不能升壓，最嚴(yán)重的是產(chǎn)生諧波，污染電網(wǎng)。 2 自耦變壓器式調(diào)壓器：可以升壓也可以降壓，調(diào)壓可以無級變化，但只能手動，不能動態(tài)調(diào)節(jié)。 3 帶有伺服機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償式穩(wěn)壓器：雖然可以克服上述缺點(diǎn) ，但由于采用了伺服機(jī)構(gòu)和電刷動態(tài)調(diào)節(jié)，存在反應(yīng)慢，電刷磨擦損傷，接觸不良易產(chǎn)生火花甚至燒壞電刷和調(diào)壓器。 4 電抗式自飽和穩(wěn)壓器：調(diào)節(jié)方便，主回路不需要觸點(diǎn)，但只能降壓不能升壓，控制設(shè)備復(fù)雜。 5 變壓器組式穩(wěn)壓器：利用變壓器組及對應(yīng)矩陣開關(guān)可以方便的改變電壓，只要改變變壓器極性，可以方便的達(dá)到升壓及降壓及目的，穩(wěn)壓精度可以做到較高，體積小，重量輕、，價(jià)格低，是目前比較先進(jìn)的一種節(jié)電器，號稱“全球第三代技術(shù) 非相控技術(shù)”。 3.1.2 穩(wěn)壓系統(tǒng)及工作過程 穩(wěn)壓系統(tǒng)如圖 1 所示，包括微處理器，檢測，采樣， A/D 轉(zhuǎn)換，矩陣開關(guān)，極性（升降壓）開關(guān)，變壓器組，人機(jī)接口等。微處理器是系統(tǒng)的核心單元，所有智能化程度均取決于它的開發(fā)程度，電器設(shè)備可以設(shè)計(jì)成高中低檔，這一切可以由它和周圍的配套設(shè)備完成，變壓器組是系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。但變壓器組在高中低產(chǎn)品中基本沒有變化。 當(dāng)電網(wǎng)電壓 Ui發(fā)生擾動時(shí)，輸出電壓跟著變化，反饋回路通過檢測，采樣， A/D轉(zhuǎn)換，把數(shù)字信號送主微機(jī)處理器，采樣值和給定值進(jìn)行比較得出誤差信號，首先根據(jù)誤差信號的極性，通過極性開關(guān)決定變壓器組工作在降壓還是升壓狀態(tài)，再根據(jù)誤差信號的大小控制矩陣開關(guān)，調(diào)節(jié)變壓器組的 運(yùn)行方式，使輸出電壓不斷接近給定值，最終達(dá)到穩(wěn)定值使輸出電壓等于給定電壓。 電壓輸入 變壓器組 電壓輸出 矩陣開關(guān) 檢測采樣 A/D 極性開關(guān) 微處理器 人機(jī)接口 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 6 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.1.3 穩(wěn)壓原理 圖 2是 A相原理圖。 US I0 I0 K1 K1 US K2 U1 U2(US) K2 Ui Ui I1 Z U0 Z U0 圖 2 補(bǔ)償有原理 圖 3 等效電路 Ui 為電網(wǎng)電壓， U0 為輸出電壓， T 為變壓器，其原邊繞組電壓為 U1，副邊繞組電壓為U2，變比為 n，副邊與負(fù)載串聯(lián)，起補(bǔ)償作用。 將圖 2等效變換成圖 3。變壓器原邊等效為受控電流源 Is=Io/n=I1,副邊等效為受控電壓源 Us=U1/n=U2, 起補(bǔ)償作用。 輸出電壓 U0=Ui-KUs=Ui-KU2 狀態(tài) 1 K1閉合， K2打開時(shí) 設(shè) K=1。 此時(shí) U0=Ui-U2=Ui-U1/n=(1-1/n) Ui 狀態(tài) 2 K2閉合， K1打開時(shí) 設(shè) K=0 此時(shí) U1=0,U2 0 I1=Is=I0/n U0=Ui 從上面分析可知，當(dāng) K1閉合 K2打開時(shí)，補(bǔ)償電壓 Us=Ui/n,當(dāng) K2閉合 K1打開時(shí)，沒有補(bǔ)償， Us=U1=0.穩(wěn)壓器的輸出電壓 U0=Ui 。只用一個變壓器 R的穩(wěn)壓精度是很差的，不實(shí)用，實(shí)際上應(yīng)該使用 N個變壓器組成變壓器組，對于任意的 U=Ui-U0=Us 0 則有 U=K0US0+K1US1+K2US2+ +KnUsn= KjUsj(j=0,1, n)這樣把 Usj=20、 21、 2N 伏的變壓器副邊串聯(lián)起來，那么所有的偏差 U 通過適當(dāng)?shù)?Kj 都可以得到相應(yīng)的補(bǔ)償，例如U=21V=20 22 24，即 K0 K2 K4 1， K1 K3 0. 如果 U 0。說明不是需要降壓而是需要升壓。只需要改變變壓器的極性就可以了。其升壓范圍，穩(wěn)壓精度與降壓狀態(tài)相同，在不增加變壓器的個數(shù)及電壓，功率的前提下，即可降壓又可升壓，這對于可控硅穩(wěn)壓器或電抗式自飽和穩(wěn)壓器等節(jié)電器而言，是不可想象的。 若將變壓器組設(shè)計(jì)為五個， N=5，則變壓器的 輸出電壓分別為 1V， 2V， 4V， 8V， 16V，其組合電壓為 U0=K0+2K1+4K2+8K3+16K4， U0的最大值為 31V。穩(wěn)壓誤差為 1V。對于 220V的單相電而言。精度大約為 0.5/220 0.25%，這一精度即使對穩(wěn)壓器（實(shí)驗(yàn)室用）來說也是相當(dāng)高的了，而實(shí)現(xiàn)它并不困難，只要有五個帶常開常閉的繼電器觸點(diǎn)即可，由于觸點(diǎn)不接在主回路，所以成本不高，觸點(diǎn)火花不大。采取阻容吸收回路后，可以不出現(xiàn)火花，對微處理器等弱電元件的干擾不成問題。 若在增加一個 32V 的變壓器，其可調(diào)電壓達(dá) 63V，調(diào)壓幅值達(dá)到 28.6%Ui 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 7 3.2 節(jié)電控制 系統(tǒng)中心控制器 3.2.1 中心控制器簡介 本系統(tǒng)中心控制器采用 89C52 作為中央控制芯片，系統(tǒng)的所有外圍器件全部采用國外著名企業(yè)的優(yōu)秀產(chǎn)品，性能穩(wěn)定， 使用壽命長， 具有良好的適應(yīng)環(huán)境的能力。 UI N TUO U T輸入采樣旁 路調(diào) 壓 變 壓 器 組輸出采樣人 機(jī) 接 口矩 陣 開 關(guān)微 處 理 器 控 制 單 元中心控制器 結(jié)構(gòu) 3.2.1.1 中央處理器 圖一即為中央處理器的電路圖 ,本系統(tǒng)采用了 Philips公司的 89C52系列芯片做處理器 ,這里簡單介紹一下 89C52的各個性能和特點(diǎn) :可擦寫的 FLASH記憶存儲器 , 達(dá)到 33MHZ的速度 ,完全的靜態(tài)操作 , 可擴(kuò)張的外部隨機(jī)存儲器達(dá)到 64 kbytes, 4級優(yōu)先中斷 , 6個中斷源 , 四個 8 位的輸入輸出端口 , 校檢錯誤 ,自動地址位檢驗(yàn) , 時(shí)鐘能被停止而且重新開始 ,可編程時(shí)鐘輸入 , 3個 16- bit 定時(shí)器 .(關(guān)于 89C52的詳細(xì)資料可見附錄一 ). P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 / R X D10P 3. 1 / T X D11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T13P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 119P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E30EA31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039X T A L 218U18 9C 5 2C 4 1C A PC 4 2C A PS T 1C R Y S T A L 1RDWRP 3. 5P 3. 4I N T 1I N T 0T X DR X DP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5R S TPSA L E+ 5VP 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7圖一 中央處理器 3.2.1.2 看門狗 單片機(jī)的看門狗復(fù)位電路采用了 MAXIM公司的 MAX813L芯片 ,它的主要優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉引腳連線少 ,并且只要供給 813L脈沖 ,它就可以工作 ,當(dāng)脈沖在 1.6S內(nèi)消失時(shí) ,即產(chǎn)生復(fù)位信號 ,使單片機(jī)復(fù)位 ,從而達(dá) 到我們的目的 ,本系統(tǒng)沒有用到 4腳和 5腳 ,即電壓比較器部分 ,圖二即為 MAX813L的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 (關(guān)于 MAX813L的詳細(xì)資料可見附錄二 )。 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 8 圖二 MAX813L結(jié)構(gòu)圖 3.2.1.3 外部 EEPROM 我這里采用了 STMicroelectronics公司的 AT24C08作為外部的 I2C Bus EEPROM,它的功能是存儲用戶設(shè)定值數(shù)據(jù)和時(shí)間的數(shù)據(jù)，這里 C SI24 W C 08 是一個 8 K 位串行 C M O S E2P R O M ,內(nèi)部含有 1024 個 8 位字節(jié) ,C A T A L Y S T 公司的先進(jìn) C M O S 技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗 , C SI24 W C08 有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器 ,該器件通過 I2C 總線接口進(jìn)行操作有一個專門的寫保護(hù)功能 , AT24C08與 400KHz I2C 總線兼容 ,1.8 到 6.0 伏工作電壓范圍 ,寫保護(hù)功能當(dāng) WP 為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài) ,頁寫緩沖器 ,自定時(shí)擦寫周期 ,1,000,000 編程 /擦除周期 ,可保存數(shù)據(jù) 100 年 。 圖三為 AT24C08的基本引腳圖 ,圖四是 AT24C08各引腳 的作用 (關(guān)于 AT24C08的詳細(xì)資料可見附錄三 )。 圖三 引腳圖 圖四 引腳作用 3.2.1.4 時(shí)鐘芯片 采用 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘，其程序設(shè)計(jì)及時(shí)間準(zhǔn)確度，與單片機(jī)直接產(chǎn)生時(shí)間的時(shí)鐘，效果不可同日而語。 DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 9 償功能，工作電壓寬達(dá) 2.5 5.5V。采用三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳 送多個字節(jié)的時(shí)鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個 31的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302 是 DS1202的升級產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。圖五 是 DS1302的引腳，圖六 是 DS1302與 CPU 連接的電路原理圖 （ 關(guān)于 DS1302的詳細(xì)資料可見附錄四 ） 圖五 DS1302 的引腳 圖六 DS1302與 CPU連接的電路原理圖 3.2.1.4 地址鎖存器芯片 這里我們采用了 MOTOROLA 公司的 74LS373系列芯片作為地址的鎖存單元， 74LS373每片包括八個輸入和輸出的觸發(fā)器，當(dāng) LE 是 HIGH 時(shí)，數(shù)據(jù)被存入鎖存單元之中，當(dāng) LE 是LOW時(shí)，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)單元中，不會隨著數(shù) 據(jù)的輸入而產(chǎn)生變化，從而 使地址數(shù)據(jù)不變。74LS373是一種高速，耗能低的 D觸發(fā)器， 并且與所有 MOTO公司的 TTL 電路兼容，圖七是74LS373的內(nèi)部電路原理圖，圖八是接線圖（ 關(guān)于 74LS373的詳細(xì)資料可見附錄五）。 圖七 內(nèi)部電路原理圖 圖八 與單片機(jī)接線圖 3.2.1.5 外部靜態(tài) RAM 存儲器 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 10 這里我們采用了 SAMSUNG公司的 KM62256C系列芯片做外部靜態(tài) RAM存儲器，它有 32Kx8 bit的數(shù)據(jù)存儲區(qū)， 采用了 0.7um CMOS工藝制作，低電源供耗，雙列直插式結(jié)構(gòu)，圖九是 KM62256C系列芯片的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖，圖十是引腳及引腳功能表 （ 關(guān)于 KM62256C的詳細(xì)資料可見附錄六） 圖九 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 圖十 引腳功能 3.2.1.5 AD轉(zhuǎn)換部分 這里我們用了 AD574 作為模擬和數(shù)字的轉(zhuǎn)換， AD574A是美國模擬數(shù)字公司（ Analog）推出的單片高速 12位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完 整的 A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： 12位的分辨率，25us的轉(zhuǎn)換速率，模擬電壓輸入范圍兩檔四種為： 0 10V和 0 20V， 0 5V和 0 10V，12位 /8位數(shù)據(jù)輸出格式。 AD574A 的 CE、 、 、 和 A0 對其工作狀態(tài)的控制過程。在 CE=1、 =0 同時(shí)滿足時(shí)， AD574A 才會正常工作，在 AD574 處于工作 狀態(tài)時(shí)，當(dāng) =0 時(shí) A/D 轉(zhuǎn)換，當(dāng) =1 是進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。 和 A0端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 A0-0時(shí)，啟動的是按完整 12位數(shù)據(jù)方式進(jìn)行的。當(dāng) A0=1時(shí)，按 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行。當(dāng) =1，也即當(dāng) AD574A處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時(shí)， A0和 控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當(dāng) =1時(shí)，數(shù)據(jù)以 12位并行輸出，當(dāng) =0時(shí)，數(shù)據(jù)以 8位分兩次輸出。而當(dāng) A0=0 時(shí)，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高 8位， A0=1時(shí)輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低 4位，這四位占一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補(bǔ)零。 下圖是 89C52 單片機(jī)與 AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器 74LS373 和74LS00 與非門電路，邏輯控制信號由 ( 、 和 A0)有 89C52 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2 上，用于控制 AD574A 的工作過程。 AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過 P0數(shù)據(jù)總線連至 89C52，由于我們只使用了 8位數(shù)據(jù)口， 12位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn) 89C52，所以 接地。當(dāng) 89C52的 p1.0查詢到 STS端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后，先將轉(zhuǎn)換后的 12位 A/D數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn) 89C52，然后再將低 4位讀進(jìn) 89C52。這里不管 AD574A是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端 CE都必須為 1，因此將 89C52的寫控制線 和讀控制線通過與非門 74LS00與 AD574A 的使能端 CE相連。 圖十一是 AD574在本系統(tǒng)中的連線圖 （ 關(guān)于 AD574的詳細(xì)資料可見附錄七） 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 11 W R 13 0 0 W R 23 0 0 D7D6D5D4D3D2D1D0D3D2D1D0A0C E 1 012 13U 1 8 F7 4 L S 0 4RD+ 5 VVCC1R E F - I N10l s b D B 016D B 117A N - G N D9D B 218D B 319D B 420B P L R o f12D B 521D B 622D B 7231 0 V s p n13D B 824D B 9252 0 V s p n14D B 1 026m s b - 1 127R E F o u t8S T A T U S28CS3+ V s7A 0 / S C4R / C5- V s111 2 / 82DC15CE9U8A D 5 7 4 A5 7 4WR123U 2 0 A7 4 A L S 0 0AGND+ 1 2 V- 1 2 VP 1 . 0圖十一 AD574 的連接 以上部分是中心控制器的主板部分簡單的芯片介紹，下面的是顯示部分芯片的介紹。 本系統(tǒng)顯示部分采用共陽級八段數(shù)碼管和發(fā)光二極管 動態(tài) 顯示。 3.2.1.5 段驅(qū)動芯片 這里我們采用 MOTOROLA 公司的 ULN2803作為段驅(qū)動， 具有輸出電流大的特點(diǎn)，內(nèi)部基本原理是 CMOS 工藝，肖特極三極管，輸入電壓達(dá)到 30V，輸出電壓達(dá)到 50V左右， 安全，性能穩(wěn)定，圖十二是 2803 的基本參數(shù)表格 （ 關(guān)于 ULN2803的詳細(xì)資料可見附錄八） 圖十二 參數(shù)表格 3.2.1.6 電源板芯片 這里控制信號和繼電器信號采用光電隔離技術(shù)，以防止產(chǎn)生 模擬電壓對繼電器的干擾，光電隔離芯片采用 TOSHIBA 公司的 TLP521-4，圖十三是 ULP521-4 的一部分和個引腳的定義及內(nèi)部原理 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 12 圖十三 ULP521-4 3.2.1.7 遙控 部分 本系統(tǒng)遙控部分采用紅外線發(fā)射接收， 紅外通信是利用 950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端采用脈時(shí)調(diào)制（ PPM）方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出。簡而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)器。圖十四為紅外接收電路。 圖十四 紅外接收電路 紅外接收電路選用 Vishay公司生產(chǎn)的專用紅外接收模塊 TSOP1738。該接收模塊是一個三端元件，使用單電源 +5V電源，具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、輸入靈敏度高、對其它波長（ 950nm以外）的紅外光不敏感的特點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖十五所示。 （ 關(guān)于 TSOP1738的詳細(xì)資料可見附錄 九 ） 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 13 圖十五 TSOP1738 原理 TSOP1738的工作原理為：首先，通過紅外光敏元件將接收到的載波頻率為 38kHz的脈沖調(diào)制紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再由前放大器和自動增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后，通過帶通濾波器和進(jìn)行濾波，濾波后的信號由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。最后，由輸出級電路進(jìn)行反向放大輸出。為保證紅外接收模塊 TSOP1738 接收的準(zhǔn)確性，要求發(fā)送端載波信號的頻率應(yīng)盡可能接近 38kHz，因此在設(shè)計(jì)脈沖振蕩器時(shí)，要選用精密元件并保證電源電壓穩(wěn)定。再有，發(fā)送的數(shù)位“ 0”至少要對應(yīng) 14個載波脈沖，這就要求傳送的波特率不能超過 2400bps。利用上述紅外收發(fā) 電路構(gòu)成的紅外信道最大通信距離為 8m。 通信方式：通信的數(shù)據(jù)格式為每幀 11位，包括 1位起始位、 8位數(shù)據(jù)位、 1位奇偶校驗(yàn)位和 1位停止位；片內(nèi)定時(shí)器 T1作為波特率發(fā)生器，選擇傳送的波特率為 1200bps，則定時(shí)器 T1的初值應(yīng)設(shè)置為 TL1=TH1=E8H，另外應(yīng)禁止定時(shí)器 T1中斷，以免因定時(shí)器 T1溢出而產(chǎn)生不必要的中斷。 以上介紹的是中央控制器硬件部分 （具體詳細(xì)的電路圖見附錄十） ， 下面介紹軟件部分。 3.2.2 系統(tǒng)資源使用分配 (1)片內(nèi) RAM單元的分配 20H 07H 06H 05H 04H 03H 02H 01H 00H 位地址 : 04H_閃動時(shí)間標(biāo)志 位地址 : 05H-修改預(yù)設(shè)目標(biāo)參數(shù) 百位閃動標(biāo)記 .顯示掃描 程序使用 位地址 : 06H-修改預(yù)設(shè)目標(biāo)參數(shù) 十位閃動標(biāo)記 .顯示掃描程序使用 位地址 : 07H-修改預(yù)設(shè)目標(biāo)參數(shù) 個位閃動標(biāo)記 .顯示掃描程序使用 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 14 21H LEDHCDY.LED指示緩沖單元 調(diào)試用 T0喂狗指示 D7(0FH)D6 秒指示 (0EH) 22H 17H 16H 15H 14H 13H 12H 11H 10H 22H 鍵號和鍵去抖標(biāo)記 (KM=位地址 17H)鍵處理標(biāo)記 (KP=位地址 16H) 鍵號 (11H10H)=0是選擇鍵 ; =1是鍵 ; =2是鍵 ; =3是確定鍵 23H 啟動 AD轉(zhuǎn)換標(biāo)志 (23H.0=18H),由 T1中斷置 1,轉(zhuǎn)換結(jié)束清零 ,(每個周期采樣 40點(diǎn) ,每次采樣 10個周期 每點(diǎn)需 500微秒 ,40點(diǎn) =20 000微秒 倒數(shù)是 50HZ, 10 個周期 =10 20ms0.2秒 三相需 0.6秒 ,輸入輸出需 1.2秒 , 外加測電流 需 1.8秒 考慮數(shù)據(jù)處理 ,應(yīng)小于 2秒 ) 23H 25H 備用 2BH 顯示緩沖區(qū)指針存放地址 (ZDSMDIP子程序使用 ) 2FH.0 中斷診斷標(biāo)志 F0 自檢出口標(biāo)志 56H 77H 堆棧區(qū) 78H 7FH 顯示緩沖區(qū) 80H81H AD 測量之 A相輸入電壓壓縮 BCD碼 (H) 82H83H AD 測量之 A相輸入電壓壓縮 BCD碼 (L) 84H85H AD 測量之 B相輸入電壓壓縮 BCD碼 (H) 86H87H AD 測量之 B相輸入電壓壓縮 BCD碼 (L) 88H89H AD 測量之 C相輸入電壓壓縮 BCD碼 (H) 8AH8BH AD 測量之 C相輸入電壓壓縮 BCD碼 (L) F0H T0 基本計(jì)時(shí)單元 2ms 計(jì)時(shí)單元 F1H F2H F6H T1 基本計(jì)時(shí)單元 100ms 計(jì)時(shí)單元 F7H 秒單元 F8H 分單元 F9H FCH T2 計(jì)時(shí)備用 (2)24C08 I2C總線 E2PROM 00H 備用 01H A 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼 高兩位 (02H或 01H) 02H A 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼低兩位 (目標(biāo)電壓 220 180之間 ,需 要 32V變壓器 ) 03H B 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼高兩位 (02H或 01H) 04H B 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼低兩位 (目標(biāo)電壓 220 180之間 ,需 要 32V變壓器 ) 05H C 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼高兩位 (02H或 01H) 06H C 相目標(biāo)電壓 4位壓縮 BCD 碼低兩位 (目標(biāo)電壓 220 180之間 ,需 要 32V變壓器 ) 24H 調(diào)壓時(shí)間 (小時(shí) ) 00H 調(diào)壓時(shí)間 (分鐘 ) 01H 調(diào)壓目標(biāo) (高位 H) 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 15 90H 調(diào)壓目標(biāo) (低壓 L) 3.2.3關(guān)于子程序 的描述 DISUP 顯示子程序 TABLE (顯示字型表 TABLE ) D2MS 延時(shí) 2豪秒子程序 KEYSM 鍵掃描子程序 Set1302 設(shè)置 DS1302初始時(shí)間 ,并啟動計(jì)時(shí) Get1302 從 DS1302 讀時(shí)間 RTInputByte 寫 1302一字節(jié) （內(nèi)部子程序） RTOutputByte 讀 1302一字節(jié) （內(nèi)部子程序） STA 發(fā)送起使條件 START(24C08) STOP 發(fā)送停止條件 STOP (24C08) MACK 發(fā)送應(yīng)答位子程序 ACK (24C08) MNACK 發(fā)送非應(yīng)答位 ACK非子程序 (24C08) CACK 應(yīng)答位檢查子程序 WRB 字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 (24C08) RDB 字節(jié)數(shù)據(jù)接收子程序 (24C08) WRNBYT n個字節(jié)發(fā)送子程序 (24C08) RDNBYT n個字節(jié)讀出子程序 (24C08) NUMBYT 24C08存入程序 T0FWCX T0中斷服務(wù)程序 BCDYS BCD碼壓縮子程序 3.2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 作為一個系統(tǒng)， 框圖在編程過程中起著重要作用 ， 以下就是系統(tǒng)的程序框圖 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 16 開 開初 始 化送 顯 示 數(shù) 據(jù)開 開 開 開 開鍵 處 理Y數(shù) 據(jù) 采 集 ， 處 理完 畢Y圖十五 主程序框圖 開 始有 鍵 閉 合 ？K M = 1 ？K P = 1 ？1 K P ， 判 斷 輸 入 鍵號 ， 對 輸 入 鍵 處 理返 回0 K M0 K P1 K MYNNYYNK M ： 去 抖 標(biāo) 志K P ： 處 理 標(biāo) 志鍵處理流程 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 17 L C A L L D I S U PA = 0 開 1 開 2 開 3開 開 開 開 開A = 0 開 1 開 2 開 3A = 0 A = 1 A = 3A = 2L C A L L K E Y S ML C A L L D I S U PL C A L L K E Y S ML C A L L D I S U PA = 0 ?開 開 開 開 ?L C A L L K E Y S M開 開 開 開 開 ( 開 開 開 )A = 0 , 開 開 開 ; 開 開 開 開開 開 開 L D J - - - 0 3L d0A = 0 開 開 開 開 ; 開 開開 開 開 開 開 開 開2 32 030AAA = 1 ?A = 1 開 開 開 ;開 開 開 開 開U b -2 0-1A = 0 開 開 開 開 ; 開 開 開 開開 開 A B C 開 開 開 開 開 開 開U A -2 0-0A = 3 開 開 開 開 ; 開 開開 開 開 開 開 開 開 1U A -2 0-0置 置 置 置 置 置 置 = 1L C A L L D I S U PL C A L L K E Y S M開 開 開 開 ?A = 0 開 1 開 2 開 3置 置 : 置 置 置 + 1 置 置 : 置 置 置 - 1A = 1 A = 2A = 0A = 3置 置 置 置 置 置置 , 置 置 置 置 置置置 置 置 置 置 置 置 置 置開 開 9 開 開 ?置 置 置 置 置 置 置 2 4 C 0 8置 置 置 置 置 置 置 2 4 C 0 8開 開 開 開 開 ( 開 開 開 )開 開 開 開開 開 開 開 開 開 開2 32 030AAA = 0開 開 開 開 開 ( 開 開 開 )開 開 開 開開 開 開 開 開 開 開A = 1 開 2 開 3開 開 開 開 開 開 開 開學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 18 附錄一 ： 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 19 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 20 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 21 附錄二 ： 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 22 附錄三 ：英文資料 3 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 23 附錄四 ：英文資料 4 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 24 附錄五 ：英文資料 5 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 25 附錄六 ：英文資料 6 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 26 附錄七 ：英文資料 7 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 27 附錄八 ：英文資料 8 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 28 附錄九 ：英文資料 9 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 29 4、參考文獻(xiàn) 1 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 耿長青主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2 單片機(jī)編程與應(yīng)用入門 楊西明主編 機(jī)械工業(yè)出版社 3 單片機(jī)人機(jī)接口實(shí)例集 公茂法馬寶甫等主編 北航大學(xué)出版社 4 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 吳金戌主編 清華大學(xué)出版社 5 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 沙占友主編 電子工業(yè)出版社 6 AT89C51 DATA BOOK ATMEL ATMEL 7 Philips Semiconductors Philips Philips 8 數(shù)字電子技術(shù)簡明教程 余孟嘗主編 高等教育出版社 9 電子技術(shù)基礎(chǔ) 陳繼生編 高等教育出版社 10 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測試 謝自美編 華中理工大學(xué)出版 社 11 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 閻石主編 高等教育出版社 5、致謝 本論文的主要內(nèi)容到此結(jié)束，請各位老師給予寶貴意見和建議，此設(shè)計(jì)之所以能順利完成，與宮老師的悉心指導(dǎo)和幫助是分不開的，宮老師在百忙之中，抽時(shí)間指導(dǎo)設(shè)計(jì)和審閱論文，并給出許多寶貴的意見，宮老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的知識使我受益非淺，在此表示深深的感謝。 同時(shí)還要向曾經(jīng)給過我支持和幫助的老師和同學(xué)致以最誠摯的謝意。 學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 -遙控智能節(jié)電系統(tǒng) 30 附錄 一 電路 圖 （分別是主控 制板，電源繼電器板，面板） MR1W D O8V c c2P F O5V s s3W D I6P F I4R S T7U 2 5M A X 8 13 LD61 N 40 0 1R S TP 1. 4+ 5VRO1RE2DE3DI4V c c8B7A6GND5U6 M A X 4 85BAP 1. 1R X DT X D+ 5VP 1. 5P 1. 6P 1. 7R6R5R4+ 5VS T 2C R Y S T A L 1C 5 1C A PC 5 2C A PV C C 11X12X23GND4IO6S C L K7R S T5V C C 28U5D S 13 0 2BT3VA 1 2A 1 3A 1 43 77 位選2 443 4U 1 8B7 4A L S 0 4A 1 53 77 U p5 74A23B22C21D20G118G219011223344556677889910101111131214131514161517U77 4L S 1 54A 1 13 77 段選3 77 A K3 77 B K3 77 C K3 77 C C指示燈P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 / R X D10P 3. 1 / T X D11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T13P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 119P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E30EA31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039X T A L 218U18 9C 5 2C 4 1C A PC 4 2C A PS T 1C R Y S T A L 1RDWRP 3. 5P 3. 4I N T 1I N T 0T X DR X DP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3D0D1D2D3D4D5D6D7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5R S TPSA L EA 1 41A 1 22A73A64A55A46A37A28A19A010D011D112D213D315D416D517D618D719CE20A 1 021OE22A 1 123A924A825A 1 3