【正文】 有線通信技術(shù) 在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。但總的來說， RS23 RS422與 RS485 最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）制訂并發(fā)布的， EIA 于 1983年在 RS422 基礎(chǔ)上制定了 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模 范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標(biāo)準(zhǔn)。無線數(shù)字傳輸技術(shù)日益完善，其重要性也被人們所認(rèn)識，相應(yīng) 的基于無線數(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。硬件設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)試、測試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。該多機(jī)通信系統(tǒng)采用 RS485 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)。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(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。 7 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(guān)確認(rèn)定時(shí)↓↑+ 5VＤ 圖 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 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。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對應(yīng)的行線與列線就會連通，這樣單片機(jī)就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程 序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。 4個(gè) 7 段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。 （ 2）對 +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 + 以下時(shí)， RESET 輸出高電平，對單片機(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)檢測電路、看門狗電路、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 11 小于 31日時(shí)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(shí)鐘脈沖、尋址信號、數(shù)據(jù)信號等，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)開關(guān)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(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。 12 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)沒有 PWM信號輸出功能，所以在這里采用單片機(jī)定時(shí)器配合軟件的方法來實(shí)現(xiàn) PWM信號的輸出。當(dāng)檢測到交流電的過零點(diǎn)時(shí)，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時(shí)通過 PWM信號的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）。 （ 8） 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(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)）。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)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(gè)重要組成部分。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。 鍵盤掃描程序設(shè)計(jì) 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(diǎn)上。由于鍵盤掃描的速度很快，而人按鍵總會持續(xù)一定的時(shí)間，因此只要單片機(jī)處在等待輸入的狀態(tài)，這個(gè)鍵盤掃描程序基本上不會錯(cuò)過任何一個(gè)按鍵信號。延時(shí)的選擇非常重要，太快了 起不到消除抖動的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯(cuò)過較多的按鍵信號。 （ 3） 利用增值、減值鍵控制照明燈具的亮度。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。 子 程 序 入 口初 始 化返 回YN查 表 取 段 碼段 碼 送 驅(qū) 動 顯 示位 碼 送 譯 碼 器 選 通 低 位數(shù) 碼 管數(shù) 字 是 否 顯 示 完顯 示 緩 沖 區(qū) 左 移關(guān) 顯 示 圖 LED 數(shù)碼顯示程序流程圖 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì) 照明的啟停控制主要是由主控制器發(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?？刂苾刹糠帧Ｔ诒鞠到y(tǒng)中采用廣播式命令，不需要從機(jī)返回信息，從機(jī)之間也不能直接通信。工作方式：定時(shí)器 T1 設(shè)置為方式 2，串口設(shè)置為工作方式 3。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)的控制程序流程圖如圖 。其具體的工作過程是：所有的從機(jī)在通信之前都把 SM2位置 1，隨時(shí)處于偵聽狀態(tài)。主機(jī)收到從機(jī)發(fā)送來的回應(yīng)信息后，比較主機(jī)已發(fā)送的地址號與剛接收的地址號是否相符，如果不符，則發(fā)出錯(cuò)誤信息； 如果相符，則正式發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這時(shí)發(fā)送的每幀的第 9位都為 0。 開 始初 始 化調(diào) 用 鍵 盤 掃 描 子 程 序取 鍵 值有 鍵 按 下 嗎發(fā) 送 地 址 給 從 機(jī)返 回YN接 收 從 機(jī) 返 回 的 地 址兩 個(gè) 地 址 相 符 嗎發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 給 從 機(jī) 送 顯 錯(cuò) 誤 信 息 “ 0 E ”YN 圖 單獨(dú)啟停控制主機(jī)程序流程圖 26 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機(jī) 發(fā) 送 的 地 址與 本 機(jī) 地 址 相 符 嗎接 收 主 機(jī) 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)是 打 開 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 高 電 平返 回是 關(guān) 閉 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 低 電 平NYYNYN向 主 機(jī) 發(fā) 送 本 機(jī) 地 址 圖 單獨(dú)啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖 照明亮度控制程序設(shè)計(jì) 照明亮度控制系統(tǒng)是利用主控制器鍵盤上的增值與減值鍵，通過串口通信方式來控制分控制器所控制的照明燈的亮度。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中，將定時(shí)器 1的溢出定為 1/20200秒，每 10次脈沖輸出一個(gè) 2KHz頻率。 全部亮度控制程序設(shè)計(jì) 全部照明亮度控制系統(tǒng)就是主機(jī)向從機(jī)發(fā)送廣播地址，所有從機(jī)都接收主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息，然后根據(jù)命令是調(diào)亮還是調(diào)暗來進(jìn)行相應(yīng)的燈泡亮度控制。從機(jī)在收到調(diào)亮或調(diào)暗的命令后，利用零點(diǎn)檢測電路檢測電源過零點(diǎn)，一旦單片機(jī)的 點(diǎn)脈沖，就會向 PWM信號以調(diào)高或調(diào)低燈泡的亮度。 DA1302的控制字如表 41所示。如果在傳送過程中置 RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。該系統(tǒng)的主機(jī)控制流程圖同圖 ，從機(jī)的控制流程圖如圖 。在通信中，主機(jī)與各個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信，必須能對各個(gè)從機(jī)進(jìn)行識別，這一識別功能是利用串口控制寄存器 SCON的 SM2位實(shí)現(xiàn)的。利用這一功能，可以按照如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)通信： （ 1） 將所有 SM2位置 1，使其處于只接收地址幀的狀態(tài)。如果地址相同，則將其 SM2位置 0，并發(fā)送本機(jī)地址幀，然 后準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。 主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，按照表 42的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。( 2 T 1 的 初 值 )k 33 則波特率的公式變?yōu)椋?3 22S M O D=波 特 率3 2fo s c247。 （ 2） 發(fā)送地址幀后，如果發(fā)送的是廣播地址幀，則不需要從機(jī)應(yīng)答，待延遲一段時(shí)間后，調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)；如果發(fā)送的是非廣播地址幀，主機(jī)則要接收應(yīng)答，若應(yīng)答信號中的地址與前面發(fā)送的地址并不相同，主機(jī)將重新發(fā)送地址幀呼叫，否則調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。從機(jī)部分的數(shù)據(jù)通信過程受主機(jī)控制，其基本的流程如下： （ 1） 初始化完成后，從機(jī)設(shè)置 SM2位為 1，串口只接收第 9位數(shù)據(jù)位為 1的地址幀，數(shù)據(jù)幀將被直接拋棄。如果函數(shù)返回值為 0xfe，表示從機(jī)在數(shù)據(jù)接收過程中發(fā) 現(xiàn)主機(jī)發(fā)送地址幀，程序?qū)⒎艞壆?dāng)前接收過程，將 SM2位重新置 1，開始下一通信過程。通信的協(xié)調(diào)完全由主站控制，主站先發(fā)送地址幀， 所有從站都接收 ，如果是接收的是廣播地址碼，則所有從站都做好接收主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或命令的準(zhǔn)備，然后主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或命令；如果接收的是其它地址碼，則 從站將接收到的地址 幀 與本地地址碼相比較，若不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不做任何響應(yīng)；若地址碼相同，則證明是 呼叫 本站 ， 從站 將自己的地址碼發(fā)送回去，主站收到自己剛發(fā)出去的地址碼后，接著發(fā)送數(shù)據(jù)或命令。當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)被發(fā)送后，模塊將處于等待狀態(tài)直到模塊所設(shè)置的接收等待時(shí)間延遲之后，模塊將自動通知所有接收設(shè)備斷開無線網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)入空閑狀態(tài)。 5 實(shí)驗(yàn)及總結(jié) 本文研究了基于 AT89C51與 AT89C2051單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。 在實(shí)驗(yàn)過程中，首先通過主控制器上的鍵盤輸入地址號，地址號是由數(shù)字組成的，在輸入 完畢后，然后按下確認(rèn)鍵，信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸后，分控制器將收到的地址進(jìn)行比較確認(rèn)后，然后執(zhí)行下一步的程序。該系統(tǒng)還只是試驗(yàn)室的調(diào)試系統(tǒng)，離真正的現(xiàn)場應(yīng)用還有一定的距離。 38 參考文獻(xiàn) [1] 王幸之、鐘愛琴等 . 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