【正文】 M 數(shù)據(jù)。 分控制器的電路設計 分控制器采用低檔型的 AT89C2051 單片機作為微處理器， AT89C2051 也是美國ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 2K bytes 的可反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，具 有 15 線可編程 I/O 口，該單片機具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。該監(jiān)控電路的主要功能如下： a）系統(tǒng)正常上電復位：電源上電時，當電源電壓超過復位門限電壓 ， RESET端輸出 200ms 的復位信號，使系統(tǒng)復位。單片機的 、 口輸出的信號經(jīng) 74LS138 譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號加在 A1015 三極管的基極，控制三極管的導通，從而起到對相應數(shù)碼管的選通作用。矩陣鍵盤的列線從左到右分別 與單片機的、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 、 相連。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 所示。 系統(tǒng)在單片機的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的 。 圖 無線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的主控制器通過 RS485 總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時將信息送給數(shù)碼顯示單元進行顯示，并有看門狗電路對運行程序進行有效監(jiān)視。有線通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 。此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設計方法，該方法保證設計電路的標準化、模塊化。 2 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設計框架與性能 系統(tǒng)設計要點 系統(tǒng)設計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設計。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元（ Central Processing Unit），簡稱 CPU，是微機的核心部件。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機。無線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡便、使用效率高，可應用于各個領域，例如，無線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)采集、無線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動化、高檔玩具等等。 RS23 RS422 與 RS485 標準只對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，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。目前，有多種接口標準可用于串行通信，最常用的接口有 RS23 RS42 RS485。 隨著微電子技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的獨立系統(tǒng)，從而能節(jié)約能源、延長燈具壽命、提高照明質(zhì)量。 1． 2 課題 思路 照明控制系統(tǒng)傳統(tǒng)是以照明配電箱通過手動開關來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實現(xiàn)遠距離控制。 1 1 引言 1． 1 課題 背景 近十幾年來，隨著我國城市建設的快速發(fā)展，樓宇照明也相應飛速發(fā)展。而今出現(xiàn)的樓宇自控系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域 控制、定時通斷、中央監(jiān)控等功能。根據(jù)使用客戶的經(jīng)驗，不僅使照明管理與設備維修簡單及降低費用外，還對環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。 RS232 是最早的串行接口標準，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應用。正因為 RS485 的遠距離、多節(jié)點（ 32 個）、可以自行定義協(xié)議以及傳輸線成本低的特性，使得 EIA RS485 成為工業(yè)應用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標準。 無線數(shù)傳技術(shù)是通過單片 機的串口與無線數(shù)傳模塊連接，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳模塊向空中發(fā)出，然后由另一個終端設備的無線數(shù)傳模塊從空中接收數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了預期的任務。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器 儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。 CPU 配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入 /輸出（ Input/Output， 簡稱 I/O）接口電路以及外部設備即構(gòu)成單片機的硬件系統(tǒng)。硬件設計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設計要求。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化系統(tǒng)設計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達到設計功能要求。 該多機通信系統(tǒng)采用 RS485 半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機，從機主要負責對分布的照明燈具進行控制，用中斷的方式接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負責完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統(tǒng)正常工作的工具。 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 關確認定時↓↑+ 5VＤ 圖 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 鍵盤的接口設計 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨立式按鍵和矩陣式鍵盤。每當按下一個鍵時，對應的行線與列線就會連通，這樣單片機就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。 4個 7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。 b）對 +5V 電源進行監(jiān)視：當 +5V 電源正常時， RESET 為低電平，單片機正常工作；當 +5V 電源電壓降至 + 以下時， RESET 輸出高電平，對單片機進行復位。 分控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由晶振、實時時鐘芯片、可控硅控制電路、零點檢測電路、看門狗電路、通信接口電路等組成 。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于 31日時可自動調(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)生時鐘脈沖、尋址信號、數(shù)據(jù)信號等，而從器件則相應接收數(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，在這種運用方 9 式下 VCC2 連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。 零點檢測與可控硅控制電路的設計 這部分電路的設計采用單片機的 I/O 口灌電流的方法控制可控硅實現(xiàn)開關與調(diào)光控制，用光電耦合器 M0C3021 作為可控硅的驅(qū)動器，同時實現(xiàn)強、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 單片機沒有 PWM 信號輸出功能，所以在這里采用單片機定時器配合 10 軟件的方 法來實現(xiàn) PWM 信號的輸出。當檢測到交流電的過零點時，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時通過 PWM 信號的輸出控制雙向可控硅的導通時間，最終達到控制燈泡亮度的目的。主機處于主導和支配地位，從機以中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，從機發(fā)送的信息只能為主機接收，從機之間不能直接通信。 MAX485芯片內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩP 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039T1158 9 C 5 1I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20T L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K Ω 圖 主機通信電路圖 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩT L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K ΩR S T /V pp1R X D /P 3. 02T X D /P 3. 13X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 3. 26I N T 1/ P 3. 37T 0/ P 3. 48T 1/ P 3. 59GND10V C C20P 1. 719P 1. 618P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 1. 214P 1. 1/ A I N 113P 1. 0/ A I N 012P 3. 71189 C 20 51 圖 從機通信電路圖 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器 TLP521對通信系統(tǒng)進行光電隔離。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型微功率無線數(shù)傳模塊。模塊的數(shù)據(jù)輸入和輸出端與單片機的串行口連接，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 。 e） 傳輸距離遠。自動過濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。 h） 雙串口， 3種接口方式。 可 1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，用戶編程更加靈活。 接收電流 20mA，發(fā)射電流 40mA,休眠時電流僅為20uA。 可設置的接口等待時間使模塊既能用于高速用戶設備（如 DSP系統(tǒng)）也可適用低速系統(tǒng)（如 51系統(tǒng)）。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設備的功能是由軟件來定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過有線與無線串行通信程序來完成控制功能，通過軟件定義鍵盤功能，通過編程完成 LED數(shù)碼顯示等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設計貫穿整個軟件設計過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。 鍵盤掃描程序設計 本系統(tǒng)的鍵盤采用的是 4 4矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。如果沒有鍵值按下，讀入的列值為 FH,如果有鍵按下，則不為 FH。即先令 0，然后讀入列值，若列值等于 FH,說明該行無鍵按下，再令 0，對下一行進行掃描；若掃描某一行讀入的列值不等于 FH,則說明該行有鍵按下，求出鍵值。最后將行值和列值相加即得十六進制的鍵值，每個十六進制鍵值對應相應的 操作功能，如表 41所示 表 41 鍵值對應表 鍵值 操作功 能 鍵值