【正文】 著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進(jìn)入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個(gè)性化、安全、節(jié)能等方面日見突出。 本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器的核心，其中上位機(jī)是以 AT89C51 為基礎(chǔ)，下位機(jī)是以AT89C2051 為基礎(chǔ)，再連接外圍電路，通過現(xiàn)場總線 RS485 通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過無線數(shù)傳模 塊實(shí)現(xiàn)無線通信，從而達(dá)到照明燈具的智能控制。 CPU 配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入 /輸出（ Input/Output，簡稱 I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。本文所研究的照明控制系統(tǒng)主要使用了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、有線通信技術(shù)和無線數(shù)傳技術(shù)。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 主 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口R S 4 8 5 總 線 圖 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 2． 3 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求 （ 1） 照明啟?？刂葡到y(tǒng) 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 12 ① 全開 ② 全關(guān) ③ 單獨(dú)開 ④ 單獨(dú)關(guān) （ 2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨(dú)亮度調(diào)節(jié) （ 3） 定時(shí)控制系統(tǒng) ① 對全部照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 ② 對 每個(gè)照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 2． 4 本章小結(jié) 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求三方面對所研究的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能進(jìn)行了闡述，該系統(tǒng)由一個(gè)主控制器與若干個(gè)分控制器組成， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應(yīng)的軟件程序，最終要達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。每當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對應(yīng) 的行線與列線就會(huì)連通，這樣單片機(jī)就能檢測出信號，并通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 15 （ 2）對 +5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng) +5V電源正常時(shí)， RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng) +5V電源電壓降至 +， RESET輸出高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于 31日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整。 DS1302采用雙電源系統(tǒng)供電， VCC1在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下 VCC2連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時(shí)間信息以及數(shù)據(jù)。 T 1T 2T 圖 脈沖波形圖 則輸出電壓的平均值為： U=VCC T1/T=α VCC 其中α =T1/T（正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖周期的 比值）稱為占空比，α的變化范圍為 0≤α≤ 1， VCC為電源電壓。當(dāng)檢測到交流電的過零點(diǎn)時(shí)，就去觸發(fā)雙向可控硅，同時(shí)通過 PWM信號的基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 18 輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通時(shí)間，最終達(dá)到控制燈泡亮度的目的。 MAX485芯片內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。本系統(tǒng)選用的是上海桑銳電子科技有限公司生產(chǎn)的 SRWF1型微功率無線數(shù)傳模塊。 載頻頻率 429438MHz，也可提供315/868/915MHz等載頻 。自動(dòng)過濾掉空中產(chǎn)生的噪音信號及假數(shù)據(jù)（所發(fā)即所收）。 可 1次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)，用戶 編程更加靈活。 可設(shè)置的接口等待時(shí)間使模塊既能用于高速用戶設(shè)備（如 DSP系統(tǒng)）也可適用低速系統(tǒng)（如 51系統(tǒng)）。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 23 第四章 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 ，軟件也是非常重要的。鍵盤用來輸入指令，發(fā)光數(shù)碼管用來顯示單片機(jī)的狀態(tài)，這是一個(gè)比較簡單的人機(jī)交互形式。消抖動(dòng)程序是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)檢測到一個(gè)脈沖信號時(shí)，并不立即認(rèn)為是一次按鍵，而是延時(shí)一段時(shí)間以后再進(jìn)行 檢測，如果三次檢測都有信號，那么就認(rèn)為有一次按鍵動(dòng)作發(fā)生了。 開 始初 始 化將 第 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號 嗎延 時(shí) 一 次有 信 號 嗎再 延 時(shí) 一 次有 信 號 嗎將 上 一 根 列 線 置 低將 下 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號 嗎延 時(shí) 一 次有 信 號 嗎再 延 時(shí) 一 次有 信 號 嗎是 第 四 根 列 線 嗎將 第 四 根 列 線 置 低返 回 對 應(yīng) 鍵 值返 回 對 應(yīng) 鍵 值返 回 一 個(gè) 值YYYNNNYYYNNNYN 圖 鍵盤掃描程序流程圖 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用了四位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的 8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。在主從式多機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，在這里是要發(fā)送給所有的從機(jī)，來控制照明燈的啟停。從機(jī)收到的命令是開燈時(shí)，向 ，打開 MOC3021驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，從而就點(diǎn)亮了燈泡；同理，如果收到 的命令是關(guān)燈時(shí)，向 平，封閉 MOC3021使雙向可控硅截止，也就達(dá)到了關(guān)閉燈泡的目的。而其它從機(jī)由于地址號不符，他們的 SM2位仍然為 1，仍處于偵聽狀態(tài)，無法 接收主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息。假設(shè)把一個(gè) 周期分為 10個(gè)時(shí)間等份，如果方波中的高低電平占空比是 1:9，這時(shí)就是一個(gè)比較暗的亮度，如果占空比是 5:5，就是一個(gè)中間亮度，如果高低電平占空比是 9:1，這時(shí)就是一個(gè)比較亮的亮度，高低電平占空比為 0:10時(shí)，燈泡是滅的，高低電平占空比為 10:0時(shí)，燈泡最亮。主機(jī)收到從機(jī)的應(yīng)答后，則開始一次通信，通信完畢，從機(jī)繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。當(dāng) RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進(jìn)行操作。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 35 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)返 回NYY時(shí) 間 到 了 嗎N向 主 機(jī) 發(fā) 送 本 機(jī) 地 址將 數(shù) 據(jù) 寫 入 D S 1 3 0 2 芯 片讀 出 D S 1 3 0 2 芯 片 的 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 照 明 燈 圖 單獨(dú)定時(shí)控制從機(jī)控制程序流程圖 RS485通信程序設(shè)計(jì) 由于 RS485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對從機(jī)的查詢方式通信。如果地址相同，則將其 SM2位置 0，并發(fā)送本機(jī)地址幀，然后準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。 （ 4） 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，相應(yīng)的從機(jī)接收，其他從機(jī)則不受影響。當(dāng)串口以方式 3工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一幀信息都是 11位，其中第 9位數(shù)據(jù)位是可編程的，通過對 SCON寄存器的 TB8位置 1或置 0，以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀（規(guī)定地址幀的第 9位為 1，數(shù)據(jù)幀的第 9位為 0）。在控制指令字輸入后的下一個(gè) SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0開始。該系統(tǒng)的主機(jī)控制程序流程圖同圖 ，從機(jī)控制程序流 程圖如圖 。這每 10次脈沖再用來控制基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 31 高低電平的 10個(gè)比值。只有 SM2=0的從機(jī)才能接收到主機(jī)發(fā)送的信息。 開 始初 始 化調(diào) 用 鍵 盤 掃 描 子 程 序取 鍵 值有 鍵 按 下 嗎發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 給 從 機(jī)返 回YN 圖 全部啟?？刂浦鳈C(jī)程序流程圖 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 28 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 打 開 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 高 電 平返 回是 關(guān) 閉 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 低 電 平NYYNYN 圖 全部啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì) 單獨(dú)照明啟?？刂葡到y(tǒng)是通過主機(jī)發(fā)送給指定的從機(jī)命令信息，來實(shí)現(xiàn)照明燈的啟?？刂啤Ｖ鳈C(jī)由 AT89C51單片機(jī)充當(dāng)，從機(jī)為 AT89C2051單片機(jī)。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻，這里的限流電阻選為 100Ω 。鍵盤掃描程序的流程圖如圖 。一個(gè) 4 4的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有 16個(gè)按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤較之獨(dú)立式按鍵鍵盤要節(jié)省很多 I/O口。 該照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明定時(shí)控制程序、人機(jī)交互程序以及 RS485串行通信與無線數(shù)傳通信程序等。 ATMega8L的看門狗監(jiān)控內(nèi)部功能，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的可靠性。 即使是半雙工通信，用戶也無需編制多余的程序，只要從接口收 /發(fā)數(shù)據(jù)即可，其它如空中收 /發(fā)轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)連接，控制等操作，SRWF1型模塊能夠自動(dòng)完成。 SRWF1型模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供 8個(gè)信道，根據(jù)用戶需要，可擴(kuò)展到 16/32信道，滿足用 戶多種通信組合方式的需求?；?FSK的調(diào)制方式，采用高效 無線 通信協(xié)議，在信道誤碼率為 102時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率 105～ 106。單片機(jī)與無線數(shù)傳模塊之間可以進(jìn)行信息的傳送與回饋，即所謂的雙向通信。 在進(jìn)行通信時(shí) 只需要一個(gè)信號控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。200mV，大大提高了通信距離，在 100K bps速率下通信距離可達(dá) 1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá) 10M bps。燈泡的亮度與加在燈泡兩端的電壓成比例，而燈泡兩端的電壓與可控硅的導(dǎo)通角成比例，這樣通過調(diào)節(jié) PWM信號的占空比來控制可控硅的導(dǎo)通角。當(dāng) VCC1大于 VCC2+， VCC1給 DS1302供電。 RST接在 ，此引腳為高電平時(shí)，選中該芯片，可對其進(jìn)行操作。 （ 4）手動(dòng)復(fù)位： 如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。由單片機(jī)的 ～ BCD碼，經(jīng) 7447芯片后，翻譯成 7段數(shù)碼管 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g相應(yīng)的段，并輸出點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。 主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。 主 控 制 器 無 線 數(shù) 傳 模 塊分 控 制 器無 線 數(shù) 傳 模 塊分 控 制 器 無 線 數(shù) 傳 模 塊 圖 無線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的主控制器通過 RS485 總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對運(yùn)行 程序進(jìn)行有效監(jiān)視。此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 9 第二章 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)框架與性能 2． 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。 1． 3 無線數(shù)傳技術(shù) 有線傳輸?shù)姆绞诫m然使用非常廣泛且可靠