【正文】 19 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集模塊 ................................................. 20 人體存在傳感器的優(yōu)缺 點(diǎn) .................................. 20 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)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(shí)鐘模塊 ..................................................... 22 數(shù)據(jù)輸入輸出 ............................................ 22 時(shí)鐘自檢初始化 .......................................... 23 時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) ............................................ 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(yùn)行及問(wèn)題分析 .................................. 28 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 ..................................... 28 主要問(wèn)題分析 ................................................. 30 第 6 章 結(jié)束語(yǔ) ................................................ 31 致 謝 .......................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。最根本的是通過(guò)充分利用自然光來(lái)減少人工照明帶來(lái)的能源消耗 [4][5]。 總之，研究新型照明控制器及系統(tǒng)，對(duì)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(zhǎng)的對(duì)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(jì)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(kāi)發(fā)的，現(xiàn)已廣泛用于很多國(guó)家和地區(qū)。它是典型的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，每個(gè)元件就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)相互之間的通訊從而實(shí)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(duì)象的需求上，通過(guò)優(yōu)化照明系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)達(dá)到節(jié)能的效果 [10]。同時(shí)，還可設(shè)置作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò) 10 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(kāi)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。 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(lái)檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時(shí)，電阻減小，隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度的檢測(cè)。 ：目前 AT89S51的性能遠(yuǎn)高于 AT89C51,AT89S51支持最高高達(dá)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(jī)工作過(guò)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。 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(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。常見(jiàn)的環(huán)境光強(qiáng)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。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(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)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(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)端， 2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。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 [14]，滿足系統(tǒng)的要求。時(shí)鐘輸入端 SCLK 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。于是本系統(tǒng)采用蜂鳴報(bào)警電路，以聲音的方式來(lái)教室無(wú)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(shí)間點(diǎn)，學(xué)習(xí)期 間開(kāi)燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使教室燈工作超時(shí)，于是本系統(tǒng)蜂鳴報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，在晚上 10 點(diǎn)時(shí)提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必須改用手動(dòng)強(qiáng)制控制燈了。按鍵控制電路采用單片機(jī) P2 口的低 4 個(gè)口作按鍵的輸入信號(hào)端，信號(hào)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(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對(duì)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(hào)采集處理、時(shí)鐘管理、按鍵接收處理 )，實(shí)時(shí)中斷處理等。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的 CPU 申請(qǐng)中斷 [17]。如果人體存在卻在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒(méi)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(hào)狀態(tài) )，暗時(shí)為 1，人體存在為 1，人體不存在為 0， 開(kāi)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(lái)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(jì) 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(jìn)行與操作，又由于繼電器是低電平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài)，其軟件程序?yàn)椋? 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(bào)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(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向有很大關(guān)系。 無(wú)論是讀操作還是寫操作，都必須在開(kāi)頭的 8 個(gè)時(shí)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(jì)流程圖如圖 43 所示： 啟動(dòng) 復(fù)位端變高 啟動(dòng)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(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 Y Y N N 圖 43 DS1302 的自檢初始化程序設(shè)計(jì)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(rèn)為自動(dòng)控制模式。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 Y Y Y N 圖 45 總流程框圖 開(kāi)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(shí) 10 秒 有人嗎？ 蜂鳴警告 延時(shí) 10 秒 Y N N N 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問(wèn)題分析 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì) 要求。 (2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時(shí)采用在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。 分析解決：穩(wěn)壓器溫度過(guò)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(guò)大。繼電器驅(qū)動(dòng)電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，增加對(duì)驅(qū)動(dòng)三極管的保護(hù)。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(gè)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(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)。 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。 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(jì) 29 通電運(yùn)行，用萬(wàn)用表測(cè)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(gè)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(jī)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(wú)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(dá)到需要的物理量 給采集電路所需要的采集信號(hào) 是否達(dá)到系統(tǒng)要求 采集輸出端是否有相應(yīng)輸出信號(hào) 硬件連接是否正確 Y N 基于單片機(jī)的教室燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 主要問(wèn)題分析 在本系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中遇到的主要問(wèn)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(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。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)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(shí)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(duì)DS1302 內(nèi)部時(shí)鐘的影響。菲尼爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡，它用來(lái)配合熱釋電紅外傳感器達(dá)到提高接收靈敏度以提高檢測(cè)距離及范圍的目的。 ：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。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(fèi)很大一部分原因是由于室內(nèi)長(zhǎng)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(kāi)啟的情況。而缺點(diǎn)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(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 0000 單元，程序狀態(tài)字寄存器 PSW 清零，片內(nèi)存儲(chǔ)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