【正文】 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)系。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。 4．單片機(jī)控制信號(hào)輸出后，繼電器沒(méi)按預(yù)定設(shè)計(jì)產(chǎn)生動(dòng)作。 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(lái)。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(guò)高損壞芯片或傳感器。而共陽(yáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。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。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。 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)。 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。 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(guò)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的作用。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)。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。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 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。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 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。 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)。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。 . AT89S51 引腳 外圍器件引腳 說(shuō)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(wèn)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。 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。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。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。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)。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。 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。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。 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(guò)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)。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。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 型單片機(jī)。液晶顯示電路如圖 2 所示。 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)。 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。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。該電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。 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。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)。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。 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。 Vcc1 外接供電模塊的穩(wěn)定輸出電壓 +5V，為 DS1302的主電源。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。 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。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。 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。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。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。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。 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。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。 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。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。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。 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。 解決辦法：一方面是充電電池沒(méi)有充電功能；另一方面是應(yīng)對(duì)硬件時(shí)鐘進(jìn)行自檢。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。 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