【正文】 分析選擇軟件分析軟件仿真硬件設(shè)計系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)整合 圖 系統(tǒng)整體設(shè)計思路 系統(tǒng)整體設(shè)計首先是從方案著手處理的，分析其具有何種功能，需要哪些模塊，然后根據(jù)功能模塊再決定選擇什么樣的元器件可達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。 由上可知，本系統(tǒng)研究的主控器把自然光照強(qiáng)度和人體存在狀況作為控制器的兩大主要輸入?yún)?shù)。所以必須設(shè)計報警電路，在室內(nèi)用電出現(xiàn)故障時，及時的提醒用戶，以保證生命財產(chǎn)的安全。 方 案設(shè)計 CAN 總線方案 CAN 總線室內(nèi)燈光自動控制系統(tǒng)其實(shí)就是通過計算機(jī)監(jiān)控和跟蹤各個照明回路，使控制器能夠自動地調(diào)節(jié)電壓，電流幅度及電路開關(guān)，以此來改善照明電路中不必要的電能浪費(fèi)，并且能夠通過場景控制器選擇所需的燈光效果，達(dá)到最優(yōu)化供電和最自如控制的目的。此控制陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 46 頁 方式既能體現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢，又能輕松展現(xiàn) CAN 總線系統(tǒng)分布控制、節(jié)約資源、集中管理、易于維護(hù)的特點(diǎn)。 輸入傳感器調(diào)光輸出輸入傳感器調(diào)光輸出輸入傳感器調(diào)光輸出最 多 接 1 1 0 個 節(jié) 點(diǎn)●●● ●●● ●●● 最 多 接 1 1 0 個 節(jié) 點(diǎn) 最 多 接 1 1 0 個 節(jié) 點(diǎn)1 路 C A NN 路 C A N2 路 C A N● ● ● 圖 智能照明系統(tǒng)總體框圖 CAN 現(xiàn)場總線是由計算機(jī)控制 N 路 CAN 總線，可對任一個回路進(jìn)行控制，但是每路總線最多接入 110 個節(jié)點(diǎn)，故而 同一路節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)相同。光遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)就是利用 GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且其月費(fèi)用的數(shù)據(jù)流量包相對低廉，從而贏得更多客戶的青睞，是當(dāng)前照明系統(tǒng)最佳的小數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊方式 [11]。從而對整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況做到全方位的監(jiān)控。 在單片機(jī)方案構(gòu)想中，該 系統(tǒng)硬件設(shè)計的控制單元是以單片機(jī)主控為核心，其它主要外圍電路有 :系統(tǒng)供電模塊、硬件時鐘模塊、看門狗模塊、定時器模塊、燈光驅(qū)動模塊、 LCD 液晶顯示模塊、環(huán)境光檢測模塊、 EEPROM 存儲模塊、人體紅 外檢測模塊、報警模塊。兩路信號同時檢測，送給單片機(jī)集中處理，再將處理結(jié)果通過 LCD顯示器和室內(nèi)燈光展現(xiàn)出來， 其設(shè)計方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 所示。 方案選擇 CAN 現(xiàn)場總線它能夠通過 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時的監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，其優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性，主要表現(xiàn)在 CAN 為多主方式工作； CAN 總線將節(jié)點(diǎn)劃分成不同的優(yōu)先級；使用非破壞仲裁技術(shù)；報文采用短幀形式結(jié)構(gòu)，所以數(shù)據(jù)出錯率極低；節(jié)點(diǎn)可在錯誤嚴(yán)重的情況下能夠自動關(guān)閉輸出。還有， CAN 現(xiàn)場總線無論是在通信距離還是通信速率方面都無法和以太網(wǎng)相媲美。 譬如 導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置 ，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸， 工業(yè)自動化 過程 中 的實(shí)時控制和數(shù)據(jù)處理，各種智能 IC 卡的廣泛使用，全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物 等等，這些都離不開單片機(jī) ，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 46 頁 一個完整系統(tǒng)的運(yùn)作，首先必須建立在硬件基礎(chǔ)之上，硬件設(shè)計要充分考慮到系統(tǒng)所應(yīng)用的環(huán)境狀況，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的溫濕度，電磁干擾等，再據(jù)其功能選擇性能可靠，性價比高，抗干擾強(qiáng)且精度較高的元器件。同時定時器、人工控制、報警控制等功能據(jù)人性化需求都要加入到系統(tǒng)中。而且通過合理安排使用片內(nèi) RAM空間，就不需要擴(kuò)展片外 RAM，這樣不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，還降低了系統(tǒng)的成本。在AT89C52 的片 內(nèi)存儲器中，將 80HFFH 共 128 個單元作為特殊功能寄存器（ SFE ) , 但并非所有的地址空間都被定義，從 0HFFH 共 128 個字節(jié)里，實(shí)際上只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分字節(jié)沒有定義。 52系統(tǒng)模塊燈光驅(qū)動LCD 液晶顯示紅外人體檢測電源模塊報警模塊環(huán)境光強(qiáng)檢測定時器鍵控模塊陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 46 頁 表 AT89C52 的引腳功能 引腳 /接口 功能 VCC 電源電壓 GND 接地線 P0 口 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 1/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 P1 口 P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， Pl 的輸出 緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“ l，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 IIL。 P3 口 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口還接收一些用于 FLASH 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號，并且擁有第二功能。 ALE/PROG 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 即地址鎖存允許信號，輸出的脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)．一般， ALE 仍輸出為時鐘振蕩頻率 1/6 的固定脈沖信號，因此它可用于定時目的或?qū)ν廨敵鰰r 鐘。 XTAL1 晶體振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。在本系統(tǒng)中，復(fù)位時光強(qiáng)重新檢測，人數(shù)顯示為 0，控制方式為自控控制。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，顯示每個字符也只需要一個點(diǎn)陣字符位，每位點(diǎn)陣字符之間有一個點(diǎn)距的間隔，且每行之間也有間隔，起到了字符間距和 行間距 的作用。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 46 頁 表 LCD1602 的引腳功能 引腳序號 功能特性 1 VSS 為地電源 2 VDD 接 5V 正電源 3 V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可接一個 10K 的電位器對對比度進(jìn)行調(diào)整。 6 E 端為芯片使能端，當(dāng) E 端從高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊將執(zhí)行命令。 光強(qiáng)檢測電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 46 頁 光強(qiáng)檢測電路是本系統(tǒng)中比較重要的一項(xiàng)，在自動控制模式中，光強(qiáng)度決定著燈光的開閉與否。但在實(shí)際硬件中，數(shù)字光強(qiáng)度檢測采用型號為 GY302 的光敏模塊，使用的是 ROHM 原裝 BH1750FVI 芯片，數(shù)據(jù)范圍在 065535內(nèi)，傳感器內(nèi)置 16bitAD 轉(zhuǎn)換器，直接數(shù)字輸出 ，不需要 ADC0808 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，省略復(fù)了雜的計算和標(biāo)定 [14]。此時，從 BH1750 內(nèi)部寄存器讀取的光亮度值為：讀取值 = 實(shí)際值 透光率。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 46 頁 表 透光率的參考基準(zhǔn)值 按鍵控制電路 在實(shí)際生活中，面對一些特殊情況，我們需要手動控制室內(nèi)燈光，已達(dá)到用戶的需求，故而需要按鍵開關(guān)來控制系統(tǒng)的運(yùn)行，電路圖如下圖 所示。 BH1750FVI 最小值 最大值 透光率范圍 % % 0001_1111b 1111_1110 0001_1111b 1111_1110 基準(zhǔn)值 10 進(jìn)制值 2 進(jìn)制值 寄存器高 8 位值 寄存器低 8 位值 100% 50% 69 010_00101 0x42 0x65 50% 138 100_01010 0x44 0x6a 80% 120% 150% 86 010_10110 0x42 0x76 58 001_11010 0x41 0x7a 46 001_01110 0x41 0x7e 200% 35 001_00011 0x41 0x73 F O R C EM O D EP 2 . 6P 2 . 5陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 46 頁 圖 報警電路 報警電路主要由由放大器和蜂鳴器構(gòu)成，單片機(jī)直接輸出的報警信號比較微弱，必須通過放大器放大，才能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出警報。 影響紅外檢測的關(guān)鍵包括發(fā)射角度和發(fā)射強(qiáng)度兩方面的內(nèi)容： （ 1）發(fā)射角度：在發(fā)射強(qiáng)度分布圖形中，發(fā)射強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度為接收角度。一般來說，其紅外輻射強(qiáng)度與正向工作電流成正比，但在接近最大額定值的正向電流時，器件的溫度會隨著電流的熱耗而上升，致使光發(fā)射功率下降。為避免損壞，焊 點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離引腳的根部，焊接溫度也不能太高，焊接時間不宜過長，最好用金屬鑷子夾住引腳的根部，以幫助散熱。當(dāng)有人通過時，接收端收不到發(fā)射端產(chǎn)生的信號，電壓為 0V；沒有人時，接收端可以收到信號，電壓為 5V，以此來識別是否有人進(jìn)出。具體引腳接線如圖 所示。 圖 74HC595 引腳圖 595 是具有 8 位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 移位寄存器中有一個串行移位輸入（ Ds），一個串行數(shù)據(jù)輸出（ Q7’）和一個異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器總線輸出是一個并行 8 位的，并具備三態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng) OE 使能時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)會輸出到總線。9S H_ C P11S T _ CP12DS14MR10OE13U57 4 HC 5 9 5Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q 7 39。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 46 頁 軟件設(shè)計是完成整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，相當(dāng)于一個部門的主心骨，沒有軟件的硬件等于沒有了靈魂，因此，軟件設(shè)計必須建立在了解整個系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)之上。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖 所示。一個主程序可 以調(diào)用多個子程序，主程序一般是一個無限循環(huán)的過程，即它將會反復(fù)調(diào)用子程序。在本系統(tǒng)中就使用了這種模塊化的的設(shè)計思路，將程序分成不同的模塊，便于調(diào)試和糾錯。內(nèi)部計數(shù)器可對內(nèi)部時鐘或者從外部引線 TO 和 TI 輸入的外部脈沖進(jìn)行計數(shù)，可以在上升沿或者下降沿計數(shù)，中斷請求信號是根據(jù)計數(shù)器的溢出信號來判斷的。該定時中斷處理子程序框圖如圖 所示。 定時中斷一般為周期性中斷，間接性的會引發(fā)中斷。 圖 監(jiān)控主程序流程圖 系統(tǒng)的多任務(wù)處理是由主程序控制執(zhí)行的，它由人體傳感器處理任務(wù)，環(huán)境光強(qiáng)檢測任務(wù)，定時器管理任務(wù)， LCD 顯示刷新任務(wù)四個部分組成，各個任務(wù)相互協(xié)調(diào)，相輔相成。 在應(yīng)用軟件的程序設(shè)計中，要盡可能將各個功能模塊編寫為子程序的格式，可通過主程序來調(diào)系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 處 于 手 動 控制 狀 態(tài) m o d e 加 一手 動 按鈕 按 下 ？系 統(tǒng) 處 于 自動 控 制 狀 態(tài)m o d e = 0m o d e = 3有 人 出 去 ？ 有 人 進(jìn) 入 ？人 數(shù) 減 1人 數(shù) 加 1F l a g = 1顯 示 人 數(shù)人 數(shù) 0 ？F l a g = 1 ？報 警室 內(nèi) 光 強(qiáng) 很強(qiáng) ？滅 燈亮 燈m o d e = 7Y e sN oN oN oY e sY e sY e sN oN oY e s N o Y e sN oY e sN om o d e = 1N o…啟 動結(jié) 束Y e sY e sY e s陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 46 頁 用。 部分模塊設(shè)計 主控模塊 主程序控制分為監(jiān)控主程序、定時器程序及命令處理子程序。 主程序設(shè)計 軟件仿真過程中，要盡可能的接近實(shí)際要求，還應(yīng)該與電子 元器件相結(jié)合，根據(jù)接線狀態(tài)，重新定義各個引腳的功能。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 46 頁 在芯片 74HC59