【正文】 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(duì)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 。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。 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 所示。 矩陣鍵盤的列線從左到右分別與 單片機(jī)的 、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 、 相連。單片機(jī)的 、 74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號(hào)加在 A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對(duì)相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。 該監(jiān)控電路的主要功能如下： [2] （ 1） 系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)， 當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 ， RESET 端輸出 200ms 的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。 分控制器的電路設(shè)計(jì) 分控制器采用 低檔型的 AT89C2051單片機(jī)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(jī)，片內(nèi)含 2K bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，具有 15線可編程 I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。 DS1302是美國 Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI三線接口與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā) 方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。串行數(shù)據(jù)線 I/O與串行時(shí)鐘線 SCLK分別接在 和 ，所有的單片機(jī)地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。后 8個(gè)脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。當(dāng) VCC1小于 VCC2時(shí)， DS1302由 VCC2供電。在一個(gè)周期內(nèi)的脈沖寬度（導(dǎo)通時(shí)間） 為 T1，周期為 T，波形如圖 。因此占空比越大，燈泡就越亮，當(dāng)占空比α =1時(shí)，燈泡的亮度最高。在本系統(tǒng)中 所使用的過零檢測(cè)電路如圖 ，先由一個(gè)變壓器將市電電壓轉(zhuǎn)換15 成 10V左右的電壓，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓后可作為系統(tǒng)工作電源，同時(shí)將變壓器次級(jí)的同名端引出一根線連接到比較器 LM311的正輸入端 ，用以檢測(cè)交流電的過零點(diǎn)，然后將過零信號(hào)送給單片機(jī)的 。 在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS485電平的功能。同時(shí) 將 A和 B端之間加匹配電阻， 這里 選 用 120Ω 的電阻。 無線數(shù)傳電路的設(shè)計(jì) 無線數(shù)據(jù)傳輸需要通過無線數(shù)傳模塊來實(shí)現(xiàn)。 無線數(shù)傳電路的連接 主控制器與分控制器各使用一個(gè)無線數(shù)傳模塊，形成發(fā)送與接收的無線通信通道。 （ 2） ISM頻段工作頻率，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)。 （ 4） 完善的通訊協(xié) 議。 提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。 SRWF1型模塊可提供 1200bps、2400bps、 4800bps、 9600bps、 19200bps等多種通信波特率，并且無線傳輸速率與接口波特率成正比，以 滿足客戶設(shè)備對(duì)多種波特率的需要。 （ 9） 高速無線通訊和大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 （ 11） 低功耗及休眠功能。 19 （ 13） 兩種接口收發(fā)等待時(shí)間。 3． 5 本章小結(jié) 本章詳細(xì)地闡述了 系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)過程，從系統(tǒng)主控制器的硬件電路設(shè)計(jì)到分控制器的硬件電路設(shè)計(jì)，然后是 RS485通信電路設(shè)計(jì)與無線數(shù)傳模塊的 電路 連接 。主控制器通過串口 使用 RS485通信方式或者無線數(shù)傳方式向分控制器發(fā)出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈的啟停、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制等功能。 本著軟件設(shè)計(jì)的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計(jì)方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化 分析與設(shè)計(jì)方法來完成的。 20 照 明 控 制 系 統(tǒng)照 明 啟 停 控 制 照 明 亮 度 控 制 照 明 定 時(shí) 控 制 人 機(jī) 交 互 串 行 通 信全部啟停控制單獨(dú)啟?？刂迫苛炼瓤刂茊为?dú)亮度控制全部定時(shí)控制單獨(dú)定時(shí)控制鍵盤掃描L E D數(shù)碼顯示無線數(shù)傳R S4 8 5通信 圖 照明控制 系統(tǒng)軟件 程序 總體結(jié)構(gòu)圖 人機(jī)交互程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的人機(jī)交互 程序 設(shè)計(jì)， 主要 是 解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能夠靈活地控制系統(tǒng)工作。 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接 到按鍵開關(guān)的兩端， 在進(jìn)行鍵盤掃描時(shí)，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測(cè)矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號(hào)，如果有信號(hào)，那么就證明這根 行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機(jī)就讀入這個(gè)鍵值。讓單片機(jī)不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)，而只響應(yīng)一次確實(shí)存在的按鍵信號(hào)。 系統(tǒng)的按鍵定義除了基本的數(shù)字鍵（ 0～ 9）外，將其它的鍵依次定義為開、關(guān) 、增 值 、減 值 、定時(shí)、確認(rèn)六個(gè)命令鍵， 其控制的基本功能是： （ 1） 通過數(shù)字鍵、確認(rèn)鍵輸入分控制器的地址以及定時(shí)功能的時(shí)間設(shè)置。 系統(tǒng)通過軟件方法實(shí)現(xiàn)該功能，即定義開、關(guān)、增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)等命令鍵，利用鍵盤掃描程序獲取 對(duì)應(yīng) 命令鍵的鍵值 ，然后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能。 [6] 這里選用的 7447 芯片是從 BCD 碼到 SEG7 段碼的轉(zhuǎn)換器，而 74LS138 是一個(gè)地址譯碼器，通過 74LS138 選通某個(gè)數(shù)碼管，然后根據(jù) 7447 傳送過來的 SEG7 段碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 ，而在非選通的時(shí)候，數(shù)碼管能夠保持原有的顯示數(shù)據(jù)。 在這個(gè)多機(jī)系統(tǒng)中采用的是主從式通信方式，主機(jī)即主控制器處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)即分控制器一般以中斷方式來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。主機(jī)與從機(jī)的數(shù)據(jù)通信波特率定為 9600波特，每個(gè)從機(jī)都有唯一的地址號(hào)，用來區(qū)分各從機(jī)。主機(jī) 向從機(jī)發(fā)送廣播地址信息時(shí)，廣播地址為 00H，所有分機(jī)都接收到廣播地址信息，然后進(jìn)入正常通信狀態(tài)，清除 SM2位，開始接收主機(jī)發(fā)送來的命令。 主機(jī)首先發(fā)送從機(jī)地址，被叫到的從機(jī)向主機(jī)發(fā)送本機(jī)地址，然后主機(jī)向從機(jī)傳送數(shù)據(jù)，從機(jī)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。如果呼叫本機(jī)則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，清除 SM2，并把本機(jī)地址號(hào)發(fā)送給主機(jī)作為應(yīng)答，然后才開始接收主機(jī)發(fā)送來的信息。從機(jī) 根據(jù)命令執(zhí)行 相應(yīng)的 動(dòng)作 ，如果 為打開命令，則輸出高電平驅(qū)動(dòng)可控硅動(dòng)作，開啟照明燈；如果為關(guān)閉命令，則輸出低電平使可控硅截止，停掉照明燈。在一定頻率的方波中，調(diào)整高電平和低電平的占空比，即可實(shí)現(xiàn)。這樣，在每個(gè) 1/2020秒的方波周期中，都可以改變方波的輸出占空比，從而控制燈泡的 10個(gè)亮度級(jí)別。 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機(jī) 發(fā) 送 的 地 址地 址 是 0 0 H 嗎接 收 主 機(jī) 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)是 調(diào) 亮 命 令 嗎返 回是 調(diào) 暗 命 令 嗎NYYNYN交 流 電 過 零 點(diǎn) 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 增 加 一 個(gè) 亮度 級(jí) 別 的 P W M 信 號(hào)還 有 數(shù) 據(jù) 嗎交 流 電 過 零 點(diǎn) 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 減 少 一 個(gè) 亮度 級(jí) 別 的 P W M 信 號(hào)YYYNNN 圖 全部 亮度控制從機(jī)程序流程圖 30 單獨(dú)亮度控制程序 設(shè)計(jì) 單獨(dú)照明亮度控制系統(tǒng)通信原理基本上與單獨(dú)照明啟停控制系統(tǒng)相同， 也是開始時(shí)所有從機(jī)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待主機(jī)的呼叫，當(dāng)主機(jī)發(fā)出某一從機(jī)的地址時(shí)，所有從機(jī)將接收到的地址與本機(jī)地址相比較，如果相符，說明主機(jī)在呼叫自己，然后發(fā)回應(yīng)答信號(hào)，表示準(zhǔn)備好開始接收后面的命令，否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。 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 調(diào) 亮 命 令 嗎返 回是 調(diào) 暗 命 令 嗎NYYNYN交 流 電 過 零 點(diǎn) 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 增 加 一 個(gè) 亮度 級(jí) 別 的 P W M 信 號(hào)還 有 數(shù) 據(jù) 嗎交 流 電 過 零 點(diǎn) 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 減 少 一 個(gè) 亮度 級(jí) 別 的 P W M 信 號(hào)YYYNNN向 主 機(jī) 發(fā) 送 本 機(jī) 地 址 圖 單獨(dú)亮度控制從機(jī)程序流程圖 照明定時(shí)控制程序設(shè)計(jì) 31 照明定時(shí)控制系統(tǒng)是利用從機(jī)即單片機(jī) AT89C2051和時(shí)鐘芯片 DS1302進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ，主機(jī)采用串口通 信方式對(duì)從機(jī)進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的設(shè)置，從機(jī)然后根據(jù)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行照明燈的啟停控制。 RST輸入有兩種功能：首先， RST接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個(gè) SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位 0位至高位 7。單獨(dú)定時(shí)控制的主機(jī)程序流程圖同33 圖 ，從機(jī)程序流程圖如圖 。若從機(jī)的控制位 SM2被設(shè)為 1，則當(dāng)接收的是地址幀時(shí)，數(shù)據(jù)裝入 SBUF，并置 RI=1，向 CPU發(fā)出中斷 申請(qǐng)，若接收的是數(shù)據(jù)幀，則不產(chǎn)生中斷，信息被拋棄。 （ 3） 從機(jī)接收到地址幀后， 如果是廣播地址幀，則所有從機(jī)都將其 SM2位置 0， 準(zhǔn)備接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)或命令；如果不是廣播地址幀，則 將本機(jī)地址與幀中地址進(jìn)行比較。 （ 5） 當(dāng)主機(jī)需要與其他從機(jī)通信時(shí)，可以再次發(fā)出地址幀尋呼從機(jī)，重復(fù)這一過程。 單片機(jī)的串口工作在方式 3下，其波特率由定時(shí)器 1（ T1）的溢出率決定，計(jì)算公式為： [10] 35 3 22S M O DT 1 的 溢 出 率=波 特 率 定時(shí)器 T1的溢出率的計(jì)算公式為： 3 2f=溢 出 率o s c247。主機(jī)的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下： （ 1） 主機(jī)首先向所有從機(jī)發(fā)送地址幀對(duì)要通信的從機(jī)進(jìn)行呼叫，發(fā)送地址幀時(shí)需將TB8位置 1。 36 開 始發(fā) 送 地 址 幀等 待 從 機(jī) 應(yīng) 答應(yīng) 答 信 息 與 發(fā) 送 的地 址 相 符 嗎調(diào) 用 發(fā) 送 函 數(shù) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)等 待 從 機(jī) 應(yīng) 答發(fā) 送 成 功 嗎結(jié) 束YNN是 廣 播 地 址 嗎YNY 圖 主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖 從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì) 從機(jī)通信程序也被分為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和接收數(shù)據(jù)部分 4個(gè)部分。 如果接收函數(shù)返回 0xff,表示數(shù)據(jù)校驗(yàn)失敗，程序等待主機(jī)重新發(fā)送37 數(shù)據(jù) 。 開 始將 S M 2 位 置 為 1 只 接 收地 址 幀串 口 有 數(shù) 據(jù) 接 收是 廣 播 地 址 嗎發(fā) 送 應(yīng) 答 信 號(hào)信 號(hào) 內(nèi) 容 為 本 機(jī) 地 址調(diào) 用 接 收 函 數(shù) 接 收 數(shù) 據(jù)接 收 函 數(shù) 返 回 值 為 0 x f f接 收 函 數(shù) 返 回 值 為 0 x f e向 主 機(jī) 發(fā) 送 成 功 信 號(hào)YNNYYN接 收 的 地 址 與 本 機(jī)地 址 相 同 嗎Y 圖 從機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖 無線數(shù)傳通信程序設(shè)計(jì) 這里所設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是采用主從式通信方式， 主控制器設(shè)為主站，所有分控制器設(shè)為從站，所有從站都編一個(gè)唯一的地址。如要傳送 1個(gè)數(shù)據(jù)幀，此時(shí)間延遲將逐漸減少。 無線數(shù)傳的通信協(xié)議與流程基本上與 RS485通信程序相同，因此主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)通信程序流程圖分別如圖 。 39 五 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(hào)，地址號(hào)是由數(shù)字組成的，在輸入完畢后，然后按下確認(rèn)鍵，信號(hào)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(chǎng)應(yīng)用還有一定的距離。 40 參考文獻(xiàn)