【正文】 本控制系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時(shí)，不需要對(duì)原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動(dòng)，以降低實(shí)現(xiàn)教室燈光智能控制的成本。 人體傳感器一般采集的是有活動(dòng)的人體，若人體靜止時(shí)，如坐著看書沒有活動(dòng)，這時(shí)人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，故而最好將人體傳感器裝置設(shè)計(jì)成在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能夠擺動(dòng)。 附 錄 22 參考文獻(xiàn) 1．張毅剛 .彭喜源，譚曉鈞，曲春波 .MCS51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2．周明珠 .王煒，王福源，無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù) .2020 3．俞海珍 .李憲章，馮浩，熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用，電子照明技術(shù) 4．趙海蘭 .，趙樣 .實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 DS1302 的原理及應(yīng)用 .電子元器件應(yīng)用， 2020 5．胡又農(nóng)等，可編程看門狗監(jiān)控 EEPROMX5045及其在 8051系統(tǒng)中的應(yīng) 用，電子技術(shù)應(yīng)用 .1998， ， 1819 6．瞿貴榮 .熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)原理及特性，家庭電子愛好者， 7．樊貴卿，李慶武，靳建華，串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS 1302程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與對(duì)策，電子技術(shù)應(yīng)用 8．冀蘭風(fēng) .芯片 X5045在智能化互感器檢驗(yàn)儀中的應(yīng)用，電子技術(shù)， 1998 9．劉大茂 .嚴(yán)飛 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法 .福州大學(xué)學(xué)報(bào)， 1998 。最好能將人體傳感器與環(huán)境光采集電路集成到一起， 簡(jiǎn)化電路，從而簡(jiǎn)化軟件程序。若教室面積很大，超過(guò)人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。 在保證穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件設(shè)計(jì)上盡量采用性價(jià)比高的元器件，以降低成本。 解決辦法：一方面是充電電池沒有充電功能；另一方面是應(yīng)對(duì)硬件時(shí)鐘進(jìn)行自檢。 分析解決：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出控制信號(hào)，在控制繼電器時(shí)，必須加三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，否則信號(hào)電流過(guò)小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，而且必須采用三極管的集電極來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，最后再帶動(dòng)負(fù)載。 2．人體存在傳感器有人存在時(shí)輸出高電平的電壓偏低 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 20 分析解決：人體存在傳感器輸出高電平的電壓偏低，單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號(hào)，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個(gè) 100KΩ 的上拉電阻。 各 模塊 電路調(diào)試流程圖如下示： 圖 41 電源調(diào)試 圖 42 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 19 圖 43 按鍵電路調(diào)試 圖 44 顯示電路調(diào)試 圖 45 采集電路調(diào)試 主要問(wèn)題 分析 在本系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題的分析與解決方案。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來(lái)對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。正常工作中 8位顯示器顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，顯示小時(shí)、分鐘、秒，其中有兩位用來(lái)顯示“ — ”，用以分隔顯示小時(shí)、分鐘和秒，這樣顯示更加清晰。又由于 ULN2803為低電平驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口 前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反。 考慮到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的電流較大，采用功率驅(qū)動(dòng)器件 ULN2803 芯片。0x01)； dat = 1； SCLK = 1； } CE = 0； } //數(shù)據(jù)讀取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) { unsigned char i， temp， dat1， dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； //發(fā)送地址 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 16 for ( i=8； i0； i ) //循環(huán) 8 次移位 { SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(tempamp。地址 /命令信息用于指明 40 個(gè)寄存器中的哪個(gè)進(jìn)行何種操作。 數(shù)據(jù)輸入輸出 在對(duì) DS1302 進(jìn)行各種操作之前，必須先對(duì)其初始化，即需要把復(fù)位輸入 RST端置為高電平，如果 RST 輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且 I/O 引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論是否有人體存在都不開燈；而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈，無(wú)人體存在則不開燈。而缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來(lái)構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)操作。 000 單元，程序狀態(tài)字寄存器 PSW 清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工作寄存器，用戶標(biāo)志位 F0 為 0 狀態(tài)，堆棧指針 SP 指向 07H,其它定時(shí)器、中斷允許寄存器 IE,累加器 ACC 等皆為 00H.。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測(cè)、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。監(jiān)控主程序接受和分析來(lái)自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。該芯片還帶有一個(gè) 秒的看門狗定時(shí)器可用來(lái)監(jiān)控單片機(jī)的工作。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán) 周 期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán) 周 期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。 圖 211 X5045的引腳圖 看門狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)設(shè)定的。為了能夠及時(shí)恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用看門狗電路，這樣在單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，重新執(zhí)行程序。單片機(jī)檢測(cè) 4 個(gè)端口電平的變化，從而確定是哪個(gè)鍵被按下。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 8 圖 29超時(shí)報(bào)警電路 按鍵控制電路 按鍵控制電路如圖 210 所示。單片機(jī)的 端口外加一 個(gè) 10K的上拉電阻，再經(jīng)過(guò)限流電阻 100 歐與三極管 C945 的基極相連。如果 、 為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。 RST 是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST 輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。 Vcc1 外接供電模塊的穩(wěn)定輸出電壓 +5V，為 DS1302的主電源。 圖 26 DS1302的引腳圖 各引腳的功能為： Vcc1：主電源； Vcc2：備份電源。 考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)需為時(shí)鐘電路提供電源、且不 占用太多單片機(jī)資源，于是采用具有充電能力的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302， 作為臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。此功能可以實(shí)現(xiàn) “ 感應(yīng)輸出時(shí)間 ” 和 “ 封鎖時(shí)間 ” 兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端 VCC， 2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端 OUT， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)端 GND。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度小于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥ 100Ｋ，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。在無(wú)光照時(shí)，三極管的穿透電流很小，為暗電流，有光照時(shí)，產(chǎn)生的 Ib 增大，成為光電流 Ie，光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。常見的環(huán)境光強(qiáng)度采集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較 高的光敏三極管。 系統(tǒng)供電電路 系統(tǒng)供電原理如圖 23 所示， 采用 +5V 電壓供電。片內(nèi)有 128 字節(jié)的 RAM， 4KB 的 EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi) RAM 空間，所以沒有片外擴(kuò)展的 RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。該電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 2 第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡(jiǎn)介 系統(tǒng)控制單元是以 AT89S51 單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：環(huán)境光采集電路、時(shí)鐘模塊、 熱釋紅外 傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵電路、EEPROM 存儲(chǔ)模塊、超時(shí)報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。同時(shí)，還可設(shè)置作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò)12 點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用開關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人 存在時(shí)開燈，實(shí)驗(yàn)證明這種方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制。 4 調(diào)試和總結(jié) 在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后我們?cè)谡{(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)什么光線情況下應(yīng)該開燈及系統(tǒng)在根據(jù)學(xué)校的作息時(shí)間上進(jìn)行了設(shè)定驗(yàn)證、調(diào)試，結(jié)果顯示本系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行且效果理想。所以軟件的重點(diǎn)是：如何接收外部數(shù)據(jù)，如何處理以及如何輸出控制數(shù)據(jù)。 2． 2 強(qiáng)制模式 系統(tǒng)正常工作的情況下，通過(guò)按下強(qiáng)制按鈕，就能對(duì)燈進(jìn)行強(qiáng)制開關(guān)的控制，通過(guò)該按鈕也 能使電路切換回自動(dòng)控制狀態(tài)。 2 系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)能夠采集室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并結(jié)合學(xué)校作息時(shí)間對(duì)教室燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到方便和節(jié)約能源的目的。液晶顯示電路如圖 2 所示。這類顯示器把 LCD 控制器／點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器／字符存貯器全做在一塊印刷板上。控制器根據(jù)這兩個(gè)外部數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)燈、刷新液晶顯示屏，同 時(shí)可以通過(guò)鍵盤設(shè)置時(shí)間日期、查看相關(guān)信息 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，控制器選擇了宏晶科技公司提供的 STCl2C4052AD 型單