基于單片機(jī)的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 09 級(jí) 機(jī)電一體化 專業(yè)題 目： 基于單片機(jī)的 燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)時(shí)間： 二O一二年六月 學(xué)生姓名： 周維強(qiáng) 指導(dǎo)教師： 李玉軍 班 級(jí)： 09機(jī)電5班 2011 年 11月23日 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆各專業(yè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績?cè)u(píng)定表姓名周維強(qiáng)班級(jí)09機(jī)電5班專業(yè)機(jī)電一體化指導(dǎo)教師第一次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師第二次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師第三次指導(dǎo)意見年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)語及評(píng)分成績： 簽字（蓋章） 年 月 日答辯小組評(píng)價(jià)意見及評(píng)分成績： 簽字（蓋章） 年 月 日教學(xué)系畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)小組意見簽字（蓋章） 年 月 日學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)委員會(huì)審核意見簽字（蓋章） 年 月 日說明：1、以上各欄必須按要求逐項(xiàng)填寫.。2、此表附于畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì))封面之后3 目錄一、引言6二、總體方案設(shè)計(jì)7（一）硬件方案論證71. 微處理器的選擇72. 傳感器的選擇73. 顯示器的選擇84. 通信方式的選擇85. 串行總線接口的選擇9（二）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)91. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路92. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖11（三）系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計(jì)11三、系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)13（一）主控制機(jī)電路設(shè)計(jì)13主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖5 所示： 1. 鍵盤的接口設(shè)計(jì)13（四）信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)201. 光信號(hào)取樣電路設(shè)計(jì)202. TLC1549的接口設(shè)計(jì)203. TLC1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)214. 人體信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)225. 人體紅外檢測(cè)探頭226. 比較電路237. DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)238. 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)24四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)25（一）鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)25（二）LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)26（二）照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)261. 全部啟停控制程序設(shè)計(jì)272. 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)28（三）照明控制程序設(shè)計(jì)301. 全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)302. 單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)31（四）RS485通信程序設(shè)計(jì)321. 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)322. 從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)33五、總 結(jié)34六、致謝35七、參考文獻(xiàn)36八、附錄:系統(tǒng)硬件總原理圖37基于單片機(jī)的燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)在的大學(xué)，由于學(xué)校開放型的管理模式，加之學(xué)生節(jié)能意識(shí)的淡薄，學(xué)校的很多教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然存在開燈現(xiàn)象；或者夜間許多教室，即使僅有幾個(gè)學(xué)生在教室自習(xí)，但室內(nèi)照明全部開啟。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。這種有意和無意的浪費(fèi)，不僅是浪費(fèi)了國家資源，而且給學(xué)校帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。本文介紹了基于單片機(jī)的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制，從而達(dá)到節(jié)能的目的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51和AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了通信、控制與顯示等功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計(jì)以及燈光控制、定時(shí)控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設(shè)計(jì)。在本次課程設(shè)計(jì)中首先是硬件方案的確定，接下來是對(duì)系統(tǒng)整體電路中各子模塊電路的設(shè)計(jì)，包括檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、微控制器的工作電路、顯示電路測(cè)量電路的設(shè)計(jì)。通過不斷的摸索，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)燈光的控制。關(guān)鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89C51；AT89C2051；節(jié)能；采集電路一、引言隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、控制等技術(shù)的發(fā)展,智能建筑的發(fā)展越來越迅猛。目前，國內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當(dāng)自然光照度很好時(shí)，燈不能及時(shí)關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時(shí)，又不能及時(shí)打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費(fèi)，而且不能滿足人對(duì)照明的基本需求，同時(shí)也給人的視力造成了很大的影響?，F(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，將更注重能量的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學(xué)的個(gè)性方面的要求。特別是近年來利用計(jì)算機(jī)工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復(fù)雜程度大大增加。所以要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電光源、燈具、照明控制系統(tǒng)。因此，適應(yīng)不同個(gè)人和工作需要，結(jié)合自動(dòng)調(diào)節(jié)與手動(dòng)調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少了。而在大學(xué)校園的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也意識(shí)到了智能照明的重要性。相對(duì)商業(yè)樓宇而言，大學(xué)校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對(duì)比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關(guān)鍵。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平，而且還能節(jié)省開支。二、總體方案設(shè)計(jì)（一）硬件方案論證對(duì)于燈光控制系統(tǒng)來說，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功與否很大程度上取決于硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件的選擇和所選硬件的性能對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)的精度都有直接的影響。本系統(tǒng)硬件方案論證包括單片機(jī)、燈光控制系統(tǒng)的傳感器、通信方式、總線接口及顯示電路的選擇。1. 微處理器的選擇方案一：8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器,由此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購買其它的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時(shí)/計(jì)數(shù)器（PWM）等芯片，從而造成成本較高，性價(jià)比低。方案二： ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），15個(gè)IO口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，AT89C51芯片完全能夠滿足燈光控制系統(tǒng)所需要的處理器的性能和內(nèi)存。故本設(shè)計(jì)采用該AT89C51芯片。2. 傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，該控制系統(tǒng)需要兩種傳感器：一種是人體信號(hào)采集傳感器，另一種是光信號(hào)強(qiáng)度采集傳感器。用于人體信號(hào)采集的傳感器和光信號(hào)強(qiáng)度采集的傳感器有很多，這里根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用了以下傳感器：（1）熱釋電紅外傳感器：熱釋電紅外傳感器是一種基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。（2）光敏電阻式傳感器：光敏電阻會(huì)感應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，自己電阻隨著光強(qiáng)度的增加而減小，進(jìn)而通過電阻上的電壓變化來反應(yīng)光照強(qiáng)度的變化。傳感器輸出變化的電壓信號(hào)給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號(hào)的變化來決定下一步將要執(zhí)行的動(dòng)作。光敏電阻是一種非常常用的光電組件。它可以十分快捷的反正出光照的變化，應(yīng)用電路也十分的簡(jiǎn)單、實(shí)用。3. 顯示器的選擇方案一：LCD數(shù)碼管液晶顯示,由單片機(jī)驅(qū)動(dòng).它主要用來顯示大量數(shù)據(jù)、文字、圖形，能夠顯示的位數(shù)多，顯示得清晰多樣、美觀，但同時(shí)液晶顯示器的編寫程序復(fù)雜，價(jià)格昂貴，從而降低了整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，故不采用此種方案。方案二：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，多片七段譯碼器驅(qū)動(dòng)顯示，這不僅增加了成本，還需要占用單片機(jī)多個(gè)I/O口，也給電路的焊接帶來一定的困難，因此不選用這種方案作為顯示模塊，所以排除此方案。方案三：LED數(shù)碼管顯示器動(dòng)態(tài)顯示方式下，將所有位的段選線并聯(lián)在起，由位選線控制哪位接收字段碼。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，也就是在顯示過中，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，同一時(shí)刻只有一位顯示，其它各位熄滅。利用顯示器的余輝和人眼的視覺暫留現(xiàn)象，只要每一位顯示足夠短，則人看到的就是五位數(shù)碼管同時(shí)顯示。在動(dòng)態(tài)顯示方式下電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，故采用此方式。本系統(tǒng)采用了四位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。4. 通信方式的選擇方案一：并行通信是指一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通信方式。并行通信的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，且只使用于近距離(十幾距數(shù)米)的通信，故不采用。方案二：串行通信是指一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通信方式。串行通信的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，最少只一需根傳輸線即可完成，成本低但傳送速度慢。串行通信的距離可以從幾米到幾千米。由于串行通信方式具有使用線路少、成本低、特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用，因此本設(shè)計(jì)采用串行通信。5. 串行總線接口的選擇在串行通信時(shí)，要求通信雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，是不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通信。當(dāng)前流行的接口有：RS-232-C和RS-485。方案一：RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50，75，100，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制。例如，采用1 50pFm的通信電纜時(shí)，最大通信距離為l 5m。傳輸距離短的另一原因是RS一232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。方案二：RS-485總線，通信距離為幾十米到上千米時(shí)，因此長距離要求時(shí)被廣泛采用。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS一485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。故本系統(tǒng)采用RS-485接口。（二）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)主要由三部分組成：（1）主系統(tǒng)；（2）次系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1。主控制器分控制器分控制器分控制器RS485接口RS485接口RS485接口RS485接口圖 1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖主系統(tǒng)：系統(tǒng)的主控制器通過RS-485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制，并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。電源8 9 C 5 1單片機(jī)數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路通信接口電路鍵盤晶振圖 2 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)看門狗電路次系統(tǒng)：分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖3 所示。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。光信號(hào)采集電路89C2051單片機(jī)看門狗晶振時(shí)鐘電路人體信號(hào)采集電路可控硅控制電路圖 3 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)：該多機(jī)通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖AC220V串口開關(guān)輸出圖 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖光敏管人體探測(cè)TLC1549DS12887AT89C2051從機(jī)1從機(jī)nAT89C51驅(qū)動(dòng)繼電器AT89C51主機(jī)鍵盤LED顯示器電源電壓輸出（三）系統(tǒng)邏輯算法的設(shè)計(jì)室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)作息時(shí)間、氣候、人體等因素全天候自動(dòng)模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時(shí)開燈，雨天陰天時(shí)開燈，無人時(shí)關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時(shí)關(guān)燈，休息時(shí)間關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時(shí)，可有效防止無人燈（無人時(shí)開燈）無效燈（光線亮?xí)r開燈）、無限燈（休息時(shí)間開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯菜單，如表1-1所示：表1-1控制系統(tǒng)邏輯菜單信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開關(guān)狀態(tài)參數(shù)自然光照度人體作息時(shí)間邏輯狀態(tài)強(qiáng)無休息斷強(qiáng)無上課斷強(qiáng)有休息斷強(qiáng)有上課斷弱無休息斷弱無上課斷弱有休息斷弱有上課合如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為A：光線弱時(shí)A=1，光線強(qiáng)時(shí)A=0；人體信號(hào)為B：有人時(shí)B=1，無人時(shí)B=0；作息時(shí)間為C：上課時(shí)C=1，休息時(shí)C=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為D：合時(shí)D=1，斷開時(shí)D=0。則表1-1可以轉(zhuǎn)化為表1-2：表1-2控制系統(tǒng)邏輯菜單信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)電燈的開光狀況參數(shù)自然光信號(hào)人體作息時(shí)間符號(hào)ABCD邏輯狀態(tài)00000010010001101000101011001111由上述的真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=ABC三、系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心外加多種接口電路組成，共有六個(gè)主要部分：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、光信號(hào)采集電路、人體信號(hào)采集電路、時(shí)鐘控制電路DS12887、輸出控制電路、定時(shí)監(jiān)視器電路，如圖 4 所示。（一）主控制機(jī)電路設(shè)計(jì)主控制器采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖5 所示： 1. 鍵盤的接口設(shè)計(jì)鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)使用的是44矩陣式鍵盤，第一行從左到右為1、2、3、4，第二行為5、6、7、8，第三行為9、0、開、關(guān)，第四行為增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)。該形式的鍵盤，每個(gè)按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通，這樣單片機(jī)就能檢測(cè)出信號(hào)，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。如圖6 ： 2. LED數(shù)碼顯示接口設(shè)計(jì)數(shù)碼顯示與驅(qū)動(dòng)電路由74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段高有效譯碼器/驅(qū)動(dòng)器、4個(gè)數(shù)碼管以及5個(gè)A1015三極管組成。由單片機(jī)的P0.0P0.3口輸出的四位BCD碼，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并輸出點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的P0.4、P0.5口輸出的信號(hào)經(jīng)74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號(hào)加在A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對(duì)相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。4個(gè)7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。如圖7 ： 3. 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗，與AT89C51的接口電路附錄所示。MR與WDO經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來，WDI接單片機(jī)的P2.7口，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下：（1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。（2）對(duì)+5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時(shí)，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。（3）看門狗定時(shí)器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，CPU不能在16s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個(gè)內(nèi)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時(shí)器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。（4）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。如圖8： （二）分控制器電路的設(shè)計(jì)分控制器采用低檔型的AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，AT89C2051也是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2K bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，具有15線可編程I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。分控制器系統(tǒng)的硬件電路如下：AC220V開關(guān)輸出圖 9 分控制器系統(tǒng)的硬件電路光敏管人體探測(cè)TLC1549DS12887AT89C2051驅(qū)動(dòng)繼電器電源電壓輸出通信口AT89C2051單片機(jī)共有二十個(gè)引腳。P1口8個(gè)引角，準(zhǔn)雙向端口。P3口7個(gè)引角，準(zhǔn)雙向端口，并且每個(gè)端口都可復(fù)用，P3.0 、P3.1的串行通迅功能，P3.2、P3.3的中斷輸入功能，P3.4、P3.5的定時(shí)器輸入功能。根據(jù)各引角功能及本設(shè)計(jì)要求，將其接口電路設(shè)計(jì)如下：（三）RS485通信電路設(shè)計(jì)主機(jī)RXD TXDRXD TXD從機(jī)1RXD TXDRXD TXD從機(jī)n在各種分布式集散控制系統(tǒng)中，往往采用一臺(tái)單片機(jī)作為主機(jī)，多個(gè)單片機(jī)作為從機(jī)，主機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；從機(jī)采集信號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制；主機(jī)和從機(jī)之間通過總線相連，如圖10 所示。主機(jī)通過TXD向各個(gè)從機(jī)（點(diǎn)到點(diǎn)）或多個(gè)從機(jī)（廣播）發(fā)送信息，而各個(gè)從機(jī)也可以向主機(jī)發(fā)送信息，但從機(jī)之間不能自由通信，其必須通過主機(jī)進(jìn)行信息傳遞。 圖 10多機(jī)通信時(shí)，單片機(jī)的串行口只能工作在方式2、3。此時(shí)單片機(jī)發(fā)送或接收的一幀信息都是11位，1位起始位、9位數(shù)據(jù)位、1位停止位，其中第9位數(shù)據(jù)發(fā)送或接收是通過TB8或RB8實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主機(jī)發(fā)送地址信息時(shí)，使TB8=1，所有SM2=1的從機(jī)都將產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進(jìn)行比較，其中被主機(jī)呼叫的從機(jī)的SM2位被清“0”；主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，使TB8=0，僅有SM2=0的從機(jī)才將產(chǎn)生中斷，接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機(jī)不予理睬。本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進(jìn)行通信。在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。主機(jī)與從機(jī)的通信電路圖分別如圖 11與圖 12 所示。 圖 11 主機(jī)通信電路圖 圖 12 從機(jī)通信電路圖主機(jī)與從機(jī)選用的RS485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS 485通信的低功率收發(fā)器件，采用單一電源+5 V工作，額定電流為300 A，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。 （四）信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)包括光信號(hào)取樣電路的設(shè)計(jì)和人體信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)。1. 光信號(hào)取樣電路設(shè)計(jì)光信號(hào)取樣電路如圖 13 所示，圖中主要由光信號(hào)采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號(hào)經(jīng)過采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。在本次設(shè)計(jì)中選用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡(jiǎn)寫為TI）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝，具有自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到()1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。同時(shí)它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統(tǒng)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單，占用I/O口資源少。 圖 13 光信號(hào)取樣電路2. TLC1549的接口設(shè)計(jì)TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口如圖 14 所示，在芯片選擇（CS）無效情況下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT處于高阻狀態(tài)。當(dāng)串行接口把CS拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始允許I/O CLOCK工作并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供給I/O CLOCK并從DATA OUT接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從主機(jī)串行接口接收長度在10和16個(gè)時(shí)鐘之間的輸入序列。開始10個(gè)I/O 時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。 圖 14 TLC1549引腳及A/D接口電路 圖 15 TLC1549 方式 1 時(shí)序圖在CS的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的MSB出現(xiàn)在DATA OUT端。10位數(shù)據(jù)通過DATA OUT 被發(fā)送到主機(jī)串行接口。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要10個(gè)時(shí)鐘脈沖。如果I/O CLOCK 傳送大于10個(gè)時(shí)鐘長度，那么在的10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把DATA OUT拉至低電平以確保其余位的值為零。在正常進(jìn)行的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)CS端高電平至低電平的跳變可終止該周期，器件返回初始狀態(tài)（輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容保持為前次轉(zhuǎn)換結(jié)果）。由于可能破壞輸出數(shù)據(jù)，所以在接近轉(zhuǎn)換完成時(shí)要小心防止CS被拉至低電平。時(shí)序圖如圖 15 。3. TLC1549的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)/*- AetAD()TLC1549數(shù)據(jù)采集-*/sbit ADCLK=P10;sbit ADOUT=P11;sbit ADCS=P12;/*-*/Void AetAD()uchar i=1,w,PickCount;uint vol;for(w=1;w=PickCount;w+)ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=0;/開啟控制電路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1;i=10;i+)/采集10位串行數(shù)據(jù)/給一個(gè)脈沖ADCLK=1;vol=1;if(ADOUT)vol|=0x01;ADCLK=0;ADCS=1;delay(21);/兩次轉(zhuǎn)換間隔大于21usP0=0xff;/P0口置初始輸入狀態(tài)4. 人體信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)人體信號(hào)采集由人體紅外檢測(cè)探頭和比較電路組成。5. 人體紅外檢測(cè)探頭人體紅外檢測(cè)探頭由菲涅爾透鏡、熱釋紅外傳感器P2288組成。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基與熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器（以下簡(jiǎn)稱：傳感器）由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。圖 16-1為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖 16-2為底視圖，圖 16-3為側(cè)視圖， P1、P2為兩個(gè)敏感單元，面積約21mm2，間距1mm。 圖 16-1傳感器頂圖 16-2傳感器底圖 16-3 傳感器側(cè)6. 比較電路比較電路如圖 17所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號(hào)來自于紅外人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運(yùn)算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓分別為0.45V和2.0V。圖 17人體信號(hào)比較電路通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”的電壓降為3.0V；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)，“2腳”或“5腳”的電壓降為1.0V。探頭故障斷路時(shí)，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。7. DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)圖 18 DS12887芯片管腳圖本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，燈光設(shè)計(jì)有以時(shí)間作為基準(zhǔn)信號(hào)，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887為DALLAS公司生產(chǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，除具有實(shí)時(shí)鐘功能外，它還具有114字節(jié)的通用RAM，采用CMOS技術(shù)制成，具有內(nèi)部晶振和時(shí)鐘芯片備份鋰電池，而且它與目前應(yīng)用廣泛的時(shí)鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。圖 18 顯示了DS12887管腳排列圖：DS12887接口設(shè)計(jì)原理圖如圖 19 ：圖 19 DS12887接口設(shè)計(jì)原理圖8. 輸出驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)輸出控制信號(hào)電路如圖 20所示，由P2.0和P2.1口輸出的控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光的控制功能。 圖 20輸出控制電路當(dāng)P2.0口輸出的是“0”電平時(shí)，則由Q1、Q2兩個(gè)三極管組成的信號(hào)放大電路就被截止，則繼電器回路中無電流，所以，繼電器線圈無法工作，使得繼電器開關(guān)觸點(diǎn)斷開，電燈回路不通，電燈不亮。當(dāng)P2.1口輸出的是“0“電平時(shí)，三極管Q3截止，發(fā)光LED管電路不導(dǎo)通，發(fā)光LED管不亮，反之，發(fā)光LED管則亮。該發(fā)光LED管作為系統(tǒng)的故障提示燈來使用。該P(yáng)2.1口有四種信號(hào)狀態(tài)并對(duì)應(yīng)不同的用戶提示信息，即?！?”（正常）：開啟室內(nèi)照明電器。常“0”（正常）：關(guān)閉室內(nèi)照明電器。四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本燈光控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明定時(shí)控制程序、人機(jī)交互程序以及串行通行等。 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)，主要是解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。 （一）鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)鍵盤掃描程序的流程圖如圖 21所示：圖 21鍵盤掃描程序的流程圖本系統(tǒng)的鍵盤采用的是44矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點(diǎn)上。（二）LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì) LED數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖 22所示：圖 22 LED數(shù)碼顯示程序的流程圖（二）照明啟停控制程序設(shè)計(jì)照明的啟?？刂浦饕怯芍骺刂破靼l(fā)出指令，通過RS485通信方式或無線數(shù)傳方式控制全部或部分分控制器所控制照明燈具的啟停，因此照明啟?？刂瞥绦蛴蓛刹糠纸M成，即全部啟?？刂婆c單獨(dú)啟?？刂苾刹糠?。1. 全部啟停控制程序設(shè)計(jì)全部照明啟?？刂葡到y(tǒng)是利用主控制器上的開、關(guān)按鍵來控制全部照明燈的啟停，控制命令是通過串口通信方式傳達(dá)到分控制器，分控制器再依據(jù)命令向P3.7口輸出高低電平，來達(dá)到控制燈泡亮和滅的目的。系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)的控制程序流程圖如圖 23和圖 24所示：圖23全部啟停控制主機(jī)程序流程圖 圖 24全部啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖2. 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)單獨(dú)照明啟停控制系統(tǒng)是通過主機(jī)發(fā)送給指定的從機(jī)命令信息，來實(shí)現(xiàn)照明燈的啟停控制。主機(jī)首先發(fā)送從機(jī)地址，被叫到的從機(jī)向主機(jī)發(fā)送本機(jī)地址，然后主機(jī)向從機(jī)傳送數(shù)據(jù)，從機(jī)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)控制程序流程圖分別如圖 25與圖 26所示：圖 25 單獨(dú)啟?？刂浦鳈C(jī)程序流程圖 圖 26 單獨(dú)啟停控制從機(jī)程序流程圖（三）照明控制程序設(shè)計(jì)照明控制系統(tǒng)是利用從機(jī)即單片機(jī)AT89c51和時(shí)鐘芯片DS12887進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主機(jī)采用串口通信方式對(duì)從機(jī)進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的設(shè)置，從機(jī)然后根據(jù)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行照明燈的啟?？刂?。1. 全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)在全部定時(shí)控制系統(tǒng)中是通過主控制器向所有的分控制器發(fā)送廣播地址，分控制器在收到廣播地址后，使自己處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，然后主控制器向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)信息，分控制器在收到時(shí)間數(shù)據(jù)后寫入DS12887芯片，等到設(shè)定時(shí)間到達(dá)后，單片機(jī)發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)控制流程圖同圖 20 所示，從機(jī)的控制流程圖如圖 27 所示。圖 27 全部定時(shí)控制從機(jī)程序流程圖2. 單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)單獨(dú)定時(shí)控制的主機(jī)程序流程圖同圖 25所示，從機(jī)程序流程圖如圖 28所示。圖 28單獨(dú)定時(shí)控制從機(jī)控制程序流程（四）RS485通信程序設(shè)計(jì)RS485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對(duì)從機(jī)的查詢方式通信。1. 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的主機(jī)通信程序分為4個(gè)部分，分別為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和發(fā)送數(shù)據(jù)部分。主機(jī)的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下：該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖 29所示。圖 29主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖2. 從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)從機(jī)通信程序也被分為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和接收數(shù)據(jù)部分4個(gè)部分。流程圖如下：圖 30