【正文】 片機(jī)。 1 系統(tǒng)硬件組成 整個(gè)系統(tǒng)由中央控制電路、 24 按鍵電路、光敏傳感電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、液晶顯示電路六個(gè)模塊組成。作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。系統(tǒng)還具有報(bào)警功能；同時(shí)還采用了軟 /硬件的“看門狗”等抗干擾措施。 該系統(tǒng)以 AT89S51 單片機(jī)作為控制模塊的核心部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開燈的條件，通過對(duì)人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別與判斷，完成對(duì)教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。 關(guān)鍵詞 ： 智能控制器 熱釋紅外 傳感器 單片機(jī) 引言 2 引言 當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的 “瓶頸 ”。本文所研究的教室燈光控制系統(tǒng)就可以很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的作用。 1． 1 中央控制模塊 系統(tǒng)中，中央控制器主要用于接收兩個(gè)外部數(shù)據(jù)，由此判斷是否定時(shí)時(shí)間已到，教室光照是否充足。 點(diǎn)陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數(shù)字、字母、圖 形符號(hào)及少量自定義符號(hào)的顯示器。與 MCU 的傳輸可采用 8 位并行傳輸或 4 位并行傳輸 2 種方式。指示燈主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)，如系統(tǒng)工作于自動(dòng)控制模式還是強(qiáng)制模式，滅燈或亮燈狀態(tài)等的指示。 系統(tǒng)考慮到如果教室外自然光很強(qiáng)，但因某種需求需要拉上窗簾，這樣室內(nèi)光照就不太理想，需要開燈，因而設(shè)置了兩路光敏傳感器，一路探測(cè)室內(nèi)光強(qiáng)，一路探測(cè)室外光強(qiáng)，這體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。本系統(tǒng)中 STCl2C4052AD 單片機(jī)主要完成接收外部數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出控制數(shù)據(jù)。同時(shí)也接受相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢，如查詢?cè)O(shè)定好的作息時(shí)間、光照閾值等，數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示當(dāng)前的時(shí)間、定時(shí)開關(guān)時(shí)間以及用戶要查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光強(qiáng)度信號(hào)等外界因素。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開電燈，直到人離開后再 延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 硬 件時(shí)鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302。 系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊采用 AT89S51 作為主控芯片，它是一種低功耗， 8 位 CMOS工藝處理器，具有 8K 在線可編程 Flash 存儲(chǔ)器，片內(nèi)的 Flash 可多次編程，為在線編程提供了方便。 (4) 31 腳 （ EA）與 20 引腳（ GND）間電壓為 5V 。 . AT89S51 引腳 外圍器件引腳 說明 P0. 0P0. 7 ULN2803 數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口 P2. 0P2. 7 PNP9012 基極 數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口 P1. 0 X5045SI X5045 串行輸入端 P1. 1 X5045SCK X5045 串行時(shí)鐘端 P1. 2 X5045CS X5045 片選端 P1. 3 X504550 X5045串行輸出端 P1. 4 工作狀態(tài)指示燈 P1. 5 DS1302CLK DS1302時(shí)鐘線 DS1302I/O DS1302數(shù)據(jù)線 P1. 7 DS1302RST DS1302復(fù)位線 P3. 0 P3. 1 數(shù)據(jù)采集輸入端 P3. 3 人體存在傳感 器輸出信號(hào)端 P3. 4 超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端 P3. 7 光敏三極管輸入信號(hào)端 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 4 圖 23 系統(tǒng)供電電路 數(shù)據(jù)采集電路 教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光照強(qiáng)度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的功能外，還具有對(duì)電信號(hào)的放大功能。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)低阻狀態(tài) ≤1KΩ，三極管 Q12 的基極電壓升高， Q12 管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平?；诩t外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用 于各類自動(dòng)感應(yīng)電器中。 兩種觸發(fā)方式： ：即感應(yīng)輸出低電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從低電平變?yōu)楦唠娖剑?：即感應(yīng)輸出低電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一 直保持低電平，直到人離開后至延時(shí)結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn) ). 具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。 DS1302 只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其引腳圖如圖 26 所示。 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接如圖 27，其中 Vcc2 外接 可充電的鋰電池，為 DS1302 的備用電源。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開機(jī)后繼電器始終 處于釋放狀態(tài)。 圖 28 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 超時(shí)報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用的超時(shí)報(bào)警電路如圖 29 所示。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對(duì)教室燈的管理，能夠科學(xué)、有效地管理教室電燈。當(dāng)按鍵未按下時(shí)， — 端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口被按紐開關(guān)短接到地，為低電平。 圖 210按鍵控制電路 系統(tǒng)看門狗電路 在單片機(jī)工作過程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況。這三種功能是集成在單個(gè) 8 引腳封裝的 CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能以及高速三線非易失性存儲(chǔ)器組合在一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求， X5045 的引腳排列如圖 211。 表 狀態(tài)寄存器 WD1=0， WD0=0， 預(yù)置時(shí)間為 ， WD1=0， WD0=1， 預(yù)置時(shí)間為 ， WD1=1， WD0=0， 預(yù)置時(shí)間為 ， WD1=1， WD0=1，禁止看門狗工作。看門狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。 監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對(duì)于 51 系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無限循環(huán)的過程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過程。 監(jiān)控主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其它外 圍模塊一般都需經(jīng)過監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的作用。初始化過程主要是對(duì)一些控制寄存器 (如中斷控制 )、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片 (如時(shí)鐘芯片 DS1302 等 )進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。 系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器 SFR 的復(fù)位初始化，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向程序存儲(chǔ)器的入口地址。 定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。 人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) 人體存在傳感器具有本身不發(fā)出任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設(shè)計(jì)為有人體存在狀態(tài)后間隔 1 分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間來對(duì)人體存在參數(shù)信號(hào)的采集。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302 的初始化及其讀寫程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的 8 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)把提供地址和命令信息的 8 位數(shù)據(jù)裝入到 DS1302 的移位寄存器中。0x01)； //每次傳輸?shù)妥止?jié) addr = 1； //右移一位 SCLK = 1； } //發(fā)送數(shù)據(jù) for ( i=8； i0； i ) { SCLK = 0； temp = dat； DIO = (bit)(tempamp。本系統(tǒng)中采用共陽極的數(shù)碼管，其中采用 ULN2803 作為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的第三章 控制模塊軟件設(shè)計(jì) 17 段選的芯片，采用簡(jiǎn)單又便宜的 9012 三極管來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡(jiǎn)單。而共陽極數(shù)碼管的位信號(hào)驅(qū)動(dòng)則采用 8 個(gè)晶體管 9012 來實(shí)現(xiàn)。 本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要顯示查看的數(shù)據(jù)有時(shí)鐘及顯示數(shù)值。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。 (3)動(dòng)態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。 程序調(diào)試完畢后，利用編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。此問題可通過選用輸出電壓低些的變壓器，并在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同時(shí)增大散熱片來解決。 4．單片機(jī)控制信號(hào)輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計(jì)產(chǎn)生動(dòng)作。 分析解決：硬件時(shí)鐘顯示的時(shí)間不正常。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。 展望 由于教室大小面積各不相同、教室燈光數(shù)量不一，教室內(nèi)部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會(huì)有所不同，特別是人體傳 感器使用的數(shù)量受面積的影響更大，一套教室燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用也只是在有限的范圍內(nèi)。 本系統(tǒng)中，人體傳感器采集的信號(hào)與環(huán)境光采集的信號(hào)相互間有著密切聯(lián)