【正文】 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能 6 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 有線通信程序的功能是：通過(guò) RS485 主從通信方式，由主控制器發(fā)出命令對(duì)全部或單個(gè)分控制器所控制的照明燈實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、關(guān)閉、燈光 亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制等功能。以設(shè)計(jì)過(guò)程為主線，分別從硬件和軟件兩個(gè)方面描述設(shè)計(jì)過(guò)程，即從硬件電路的設(shè)計(jì)方法到實(shí)現(xiàn)所要求功能的軟件技術(shù)。基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 1 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 摘 要 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。該照明 控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以 AT89C51 與 AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了有線通信、無(wú)線數(shù)傳、控制與顯示等功能。無(wú)線數(shù)傳程序設(shè)計(jì)的功能是：通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)照明燈的無(wú)線遙控，同樣實(shí)現(xiàn)有線方式控制的功能。 2 第一章 序言 7 本章小結(jié) 11 本章小結(jié) 14 看門(mén)狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì) 20 無(wú)線數(shù)傳電路的連接 30 單獨(dú)亮度控制程序設(shè)計(jì) 34 RS485通信程序設(shè)計(jì) 39 本章小結(jié) 42 附錄 在樓宇的照明數(shù)量與質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進(jìn)入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個(gè)性化、安全、節(jié)能等方面日見(jiàn)突出。由于照明控制系統(tǒng)在 樓宇 自控系統(tǒng)中并非獨(dú)立，同時(shí)控制 功能簡(jiǎn)單，因此使用上有一定的局限性。 本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器的核心，其中上位機(jī)是以 AT89C51 為基礎(chǔ)，下位機(jī)是以AT89C2051 為基礎(chǔ)，再連接外圍電路，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線 RS485 通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模 塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，從而達(dá)到照明燈具的智能控制。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。 CPU 配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ Input/Output，簡(jiǎn)稱 I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，最常用的接口有 RS23RS42 RS485。RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。無(wú)線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便、使用效率高，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線數(shù)據(jù)采集、無(wú)線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動(dòng)化、高檔玩具等等。本文所研究的照明控制系統(tǒng)主要使用了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、有線通信技術(shù)和無(wú)線數(shù)傳技術(shù)。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 2． 2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（ 1）上位機(jī)系統(tǒng)；（ 2）下位機(jī)系統(tǒng)；（ 3）通信系統(tǒng)。 主 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口R S 4 8 5 總 線 圖 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和命令，通過(guò)可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開(kāi)關(guān)、亮度控制，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(kāi)關(guān)控制。 2． 3 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求 （ 1） 照明啟?？刂葡到y(tǒng) 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 12 ① 全開(kāi) ② 全關(guān) ③ 單獨(dú)開(kāi) ④ 單獨(dú)關(guān) （ 2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨(dú)亮度調(diào)節(jié) （ 3） 定時(shí)控制系統(tǒng) ① 對(duì)全部照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 ② 對(duì) 每個(gè)照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 2． 4 本章小結(jié) 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求三方面對(duì)所研究的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能進(jìn)行了闡述，該系統(tǒng)由一個(gè)主控制器與若干個(gè)分控制器組成， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應(yīng)的軟件程序，最終要達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39T11589 C 51I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7abcdefgABCD744710 0Ω 7D4A 10 15 4RBIRBOLTGNDV C C30pF30pF1 2 M H zD3 D2 D1V C C+ 5 VABCV C CG 2 AG 2 BY0Y1Y2Y3 K Ω 47 4 L S 1 3 8W D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5V+ 5V1 2 3 45 6 7 89 0 開(kāi) 關(guān)確認(rèn)定時(shí)↓↑+ 5VＤ 圖 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 14 鍵盤(pán)的接口設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤(pán)。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(guò)鍵盤(pán)掃描程序?qū)︽I盤(pán)進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。 4個(gè) 7段數(shù)碼管都被接成共陽(yáng)極方式。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 15 （ 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 +， RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、可控硅控制電路、零點(diǎn)檢測(cè)電路、看門(mén)狗電路、通信接口電路等組成。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于 31日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整。在本系統(tǒng)中， 89C2051為主器件， DS1302為從器件，主器件在總線上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖、尋址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等，而從器件則相應(yīng)接收數(shù)據(jù)、 送出數(shù)據(jù)。 DS1302采用雙電源系統(tǒng)供電， VCC1在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下 VCC2連接到備份電源，以便在沒(méi)有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。 零點(diǎn)檢測(cè)與可控硅控制電路的設(shè)計(jì) 這部分電路的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的 I/O口灌電流的方法控制可控硅實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)與調(diào)光控制，用光電耦合器 M0C3021作為可控硅的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。 T 1T 2T 圖 脈沖波形圖 則輸出電壓的平均值為： U=VCC T1/T=α VCC 其中α =T1/T（正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖周期的 比值）稱為占空比，α的變化范圍為 0≤α≤ 1， VCC為電源電壓。 由于 89C2051單片機(jī)沒(méi)有 PWM信號(hào)輸出功能，所以在這里采用單片機(jī)定時(shí)器配合軟件的方法來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM信號(hào)的輸出 。當(dāng)檢測(cè)到交流電的過(guò)零點(diǎn)時(shí)，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時(shí)通過(guò) PWM信號(hào)的基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 18 輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，最終達(dá)到控制燈泡亮度的目的。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。 MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器 TLP521對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行光電隔離。本系統(tǒng)選用的是上海桑銳電子科技有限公司生產(chǎn)的 SRWF1型微功率無(wú)線數(shù)傳模塊。模塊的數(shù)據(jù)輸入和輸出端與單片機(jī)的串行口連接，即模塊的串行數(shù)據(jù)發(fā)射端 TXD與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸入端 RXD連接；模塊的串行數(shù)據(jù)接收端 RXD與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出端 TXD連接。 載頻頻率 429438MHz，也可提供315/868/915MHz等載頻 。 （ 5） 傳輸距離遠(yuǎn)。自動(dòng)過(guò)濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號(hào)及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。 （ 8） 雙串口， 3種接口方式。 可 1次傳輸無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，用戶 編程更加靈活。 接收電流 20mA，發(fā)射電流 40mA,休眠時(shí)電流僅為 20uA。 可設(shè)置的接口等待時(shí)間使模塊既能用于高速用戶設(shè)備（如 DSP系統(tǒng)）也可適用低速系統(tǒng)（如 51系統(tǒng)）。系統(tǒng)的主控制器和分控制器分別是以 AT89C51與 AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)，按照所要求的功能配上相應(yīng)的外圍電路。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 23 第四章 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ，軟件也是非常重要的。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法雖然是早期 的程序設(shè)計(jì)方法，但該方法還一直被廣泛地使用。鍵盤(pán)用來(lái)輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來(lái)顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的人機(jī)交互形式。如果所有的四根行線都沒(méi)有信號(hào)，那么就把第一根列線 置低，把第二根列線置高，再一次檢測(cè)行線有沒(méi)有信號(hào)，然后依次類推。消抖動(dòng)程序是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，并不立即認(rèn)為是一次按鍵，而是延時(shí)一段時(shí)間以后再進(jìn)行 檢測(cè)，如果三次檢測(cè)都有信號(hào)，那么就認(rèn)為有一次按鍵動(dòng)作發(fā)生了。 （ 2） 利用開(kāi)、關(guān)鍵控制照明燈具的啟停。 開(kāi) 始初 始 化將 第 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號(hào) 嗎延 時(shí) 一 次有 信 號(hào) 嗎再 延 時(shí) 一 次有 信 號(hào) 嗎將 上 一 根 列 線 置 低將 下 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號(hào) 嗎延 時(shí) 一 次有 信 號(hào) 嗎再 延 時(shí) 一 次有 信 號(hào) 嗎是 第 四 根 列 線 嗎將 第 四 根 列 線 置 低返 回 對(duì) 應(yīng) 鍵 值返 回 對(duì) 應(yīng) 鍵 值返 回 一 個(gè) 值YYYNNNYYYNNNYN 圖 鍵盤(pán)掃描程序流程圖 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用了四位共陽(yáng)極七段數(shù)碼管，共陽(yáng)極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽(yáng)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。 LED數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖 。在主從式多機(jī)系統(tǒng)中主機(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)，在這里是要發(fā)送給所有的從機(jī)，來(lái)控制照明燈的啟停。單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時(shí)器 T1為波特發(fā)生器，數(shù)據(jù) 傳送格式為 1位起始位， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位， 1位可編程位（ TB8）。從機(jī)收到的