【正文】 19 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計 數(shù)據(jù)采集模塊 ................................................. 20 人體存在傳感器的優(yōu)缺 點 .................................. 20 數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn) ...................................... 20 人體存在傳感器的抗干擾措施 .............................. 21 人體存在傳感器的安裝要求 ................................ 21 時鐘模塊 ..................................................... 22 數(shù)據(jù)輸入輸出 ............................................ 22 時鐘自檢初始化 .......................................... 23 時鐘程序設(shè)計 ............................................ 25 系統(tǒng)工作總流程 ............................................... 26 本章小節(jié) ..................................................... 26 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試運行及問題分析 .................................. 28 單片機系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 ..................................... 28 主要問題分析 ................................................. 30 第 6 章 結(jié)束語 ................................................ 31 致 謝 .......................................... 錯誤 !未定義書簽。最根本的是通過充分利用自然光來減少人工照明帶來的能源消耗 [4][5]。 總之，研究新型照明控制器及系統(tǒng)，對于節(jié)約照明用電，減少環(huán)境污染，滿足人民群眾日益增長的對照明質(zhì)量、照明環(huán)境和減少 環(huán)境污染的需要，建立優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟舒適、安全可靠、有益環(huán)境的照明系統(tǒng)有著極其重要的意義。 CBus智能照明控制系統(tǒng) CBus系統(tǒng)是 1994年由澳大利亞奇勝電氣公司開發(fā)的，現(xiàn)已廣泛用于很多國家和地區(qū)。它是典型的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，每個元件就是一個節(jié)點，這些節(jié)點連接在一根 2芯雙絞線介質(zhì)的總線上，不分主從隸屬關(guān)系實現(xiàn)相互之間的通訊從而實現(xiàn)控制和被控制。在保證照明質(zhì)量的前提下，降低照明用電量的根本措施就在于提高照明設(shè)備的效率，即提高光源與燈具的效率；另一種是在現(xiàn)有照明燈具的基礎(chǔ)上研究智能照明控制策略，即在充分研究照明對象的需求上，通過優(yōu)化照明系統(tǒng)的運行來達到節(jié)能的效果 [10]。同時，還可設(shè)置作息時間來控制，夜晚超過 10 點，若還有人存在，則關(guān)閉自動控制器的運行，改用開關(guān)來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控 制器的不人性化運行。 圖 31 圖 31 系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)圖 環(huán)境光模塊采用光敏三極管來檢測環(huán)境光的強度，有光照時，電阻減小，隨著光照強度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號轉(zhuǎn)化成電信號，實現(xiàn)對光強度的檢測。 ：目前 AT89S51的性能遠高于 AT89C51,AT89S51支持最高高達33MHz 的工作頻率，而 AT89C51工作頻率范圍最高只支持到 24MHz。 (2) 1 19 腳分別與 20 腳間有 ― 電壓 。在單片機工作過程中，不可避免的會由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機甚至造成整機癱瘓等情況。 表 32 狀態(tài)寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1=0， WD0=0，預(yù)置時間為 ， WD1=0， WD0=1，預(yù)置時間為 ， WD1=1， WD0=0，預(yù)置時間為 ， WD1=1， WD0=1，禁止看門狗工作。常見的環(huán)境光強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。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點。量子型與熱型的相反，而且要求冷卻條件。 3）人體存在的探測，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 人體傳感器的 1 號引腳為電源信號端， 3 號引腳為地信號端， 2 號引腳為采集信號輸出端。DS1302 只需三根線即可與單片機進行通信，體積小，使用簡單，時鐘精度較高 [14]，滿足系統(tǒng)的要求。時鐘輸入端 SCLK 接單片機 引腳，進行時鐘控制。于是本系統(tǒng)采用蜂鳴報警電路，以聲音的方式來教室無人并關(guān)閉電源；另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時間點，學(xué)習(xí)期 間開燈時間過長，致使教室燈工作超時，于是本系統(tǒng)蜂鳴報警電路就會發(fā)出聲音，在晚上 10 點時提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必須改用手動強制控制燈了。按鍵控制電路采用單片機 P2 口的低 4 個口作按鍵的輸入信號端，信號取自電阻的分壓。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出的方法確定后，程序軟件就可以完全獨立的進行設(shè)計、開發(fā)。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，看門狗的激活，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用 (系統(tǒng)中的信號采集處理、時鐘管理、按鍵接收處理 )，實時中斷處理等。計數(shù)器的溢出信號作為中斷請求信號，去置位定時器溢出標(biāo)志位，向單片機的 CPU 申請中斷 [17]。如果人體存在卻在一定時間內(nèi)沒有活動，人體傳感器則認為沒有人體存在。本系統(tǒng)邏輯定義為：環(huán)境光亮?xí)r為邏輯 0(符合光采集電路輸出信號狀態(tài) )，暗時為 1，人體存在為 1，人體不存在為 0， 開燈 為 1， 關(guān)燈為 0，那么環(huán)境光與人體存在可以用以下的邏輯關(guān)系表來表示，如表 41所示： 表 41 環(huán)境光與人體存在邏輯關(guān)系 環(huán)境光參數(shù) 人體存在參數(shù) 教室燈狀態(tài) 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 21 表 41 數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)進行與操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動，所以要將采集處理后的信號進行非操作，才可以驅(qū)動繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)，其軟件程序為： 173。173。173。173。173。173。173。173。delay 5 minute SensOut: Ret 173。173。173。173。173。173。173。173。 人體存在傳感器的安裝要求 人體存在傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)該滿足下列條件： 。人體存在傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向有很大關(guān)系。 無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的 8 個時鐘周期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。 DS1302 的自檢初始化程序設(shè)計流程圖如圖 43 所示： 啟動 復(fù)位端變高 啟動一次數(shù)據(jù)傳輸工作 寫命令字節(jié)一位 SCLK 脈沖 夠 8次嗎 寫數(shù)據(jù)字節(jié)一位 SCLK 脈沖 夠 8次嗎 復(fù)位端變低 結(jié)束 N N 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計 24 Y Y N N 圖 43 DS1302 的自檢初始化程序設(shè)計流程圖 DS1302 的自檢初始化程序如下所示 : 173。173。173。173。173。173。173。173。Second Time ACall DSRd1Byte Mov DSCheckData,a Cjne a,60H,$+3 DSCheckNext:Jnc DSSetTime :a=60H to Set DS130239。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。首先，系統(tǒng)默認為自動控制模式。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 27 Y Y Y N 圖 45 總流程框圖 開始 系統(tǒng)初始化 自診斷 按鍵否？ 鍵盤掃描程序 有自然光嗎？ 熄燈具 有人嗎？ 亮燈 延時 10 秒 有人嗎？ 蜂鳴警告 延時 10 秒 Y N N N 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計 28 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試運行及問題分析 單片機系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 整個系統(tǒng)設(shè)計完成后，要進行運行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時驗證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計 要求。 (2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時采用在計算機上利用模擬軟件實現(xiàn)對單片機的硬件模擬、指令模擬及運行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。 分析解決：穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是：變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器上的電壓較高，使 7805 上的壓降過大。繼電器驅(qū)動電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個續(xù)流二極管，增加對驅(qū)動三極管的保護。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個人體傳感器。但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)。 4．單片機控制信號輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計產(chǎn)生動作。 各模塊電路調(diào)試流程圖如圖 5圖 5圖 5圖 54 所示： 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 29 通電運行，用萬用表測量輸出電壓 檢查電路尋找原因 電源部分成功 供電部分是否穩(wěn)定 下載一個正確的小程序到最小系統(tǒng)中 最小系統(tǒng)是否工作 最小系統(tǒng)部分成功 檢查電路尋找原因 Y N Y N Y 圖 51 電源調(diào)試 圖 52 單片機最小系統(tǒng)調(diào)試 圖 53 按鍵電路調(diào)試 圖 54 采集電路調(diào)試 N 硬件連接無誤 下載按鍵程序 按鍵是否工作 按鍵調(diào)試部分成功 查看硬件和相應(yīng)軟件是否正確 采集電路調(diào)試成功 調(diào)整硬件參數(shù)達到需要的物理量 給采集電路所需要的采集信號 是否達到系統(tǒng)要求 采集輸出端是否有相應(yīng)輸出信號 硬件連接是否正確 Y N 基于單片機的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計 30 主要問題分析 在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題的分析與解決方案。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時，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。在程序設(shè)計過程中，采用合理的程序設(shè)計結(jié)構(gòu)是一項關(guān)鍵技術(shù)。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。173。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時間。在數(shù)據(jù)讀 /寫完之后， RST 端應(yīng)置為低電平，以防止外部干擾對DS1302 內(nèi)部時鐘的影響。菲尼爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計的光學(xué)透鏡，它用來配合熱釋電紅外傳感器達到提高接收靈敏度以提高檢測距離及范圍的目的。 ：探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。173。173。173。173。173。173。173。on relay 2 Jnc SensOut 。173。173。173。173。173。173。173。 教室中，電能的浪費很大一部分原因是由于室內(nèi)長明燈的出現(xiàn)，即在室內(nèi)自然光照充足的情況下，照明燈具仍然開啟的情況。而缺點是容易受各種熱源、光源干擾。 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，單片機復(fù)位后，程序計數(shù)器 PC 指向程序存儲器的入口地址 0000 單元，程序狀態(tài)字寄存器 PSW 清零，片內(nèi)存儲器選擇 Ⅰ 區(qū)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