【文章內(nèi)容簡介】 減少 各行各業(yè) 總 能耗，進而緩解能源緊張的局面，利于國家能源戰(zhàn)略的實施，推進節(jié)約型社會的建立；從微觀上說，可以減少 辦公室 總 能耗，降低 各類單位的用電費用， 減少 能源消耗 開支。 同時， 節(jié)能是貫徹落實科學發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措，節(jié)能是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境 友好型社會的必然選擇，節(jié)能 對于調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式、提 高人民生活質(zhì)量、維護中華民族長遠利益，具有極其重要而深遠的意義 。 課題主要研究的內(nèi)容 在充分調(diào)查了 天水師范學院各二級學院公共辦公室及行政管理各辦公室用電設(shè)備及其工作情況的前提下，通過 深入 的學習與論證，設(shè)計并完成了整套無人自動斷電裝置，所做的主要工作有： （ 1） 對 MCS51 內(nèi)核的單片機 進行了深入的學習，主要對 AT89C51 和AT89C2051 進行了 詳細 的 研究 ，并 大量 查閱了其 在生活中 的應(yīng)用 實例。 （ 2） 對現(xiàn)有的各類無線傳輸模塊進行了選型，并 對 藍牙 無線通訊模塊進行了 研究與學習，了解了其 基本特性，對其 組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸 進行了詳細的學習 ，在本節(jié)能裝置 設(shè)計中得到了很好的應(yīng)用 。 （ 3） 對 可以進行人員活動探測的傳感器進 行了選型，具體 對熱釋紅外傳感器進行了學習 ，了解了 具體的應(yīng)用 實例 。 （ 4）學習了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的抗干擾處理措施，并應(yīng)用了 多種隔離措施，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行得到了保證 。 （ 5）進行了節(jié)能裝置的實物設(shè)計與測試，并驗證了該裝置的可行性。 系統(tǒng)總框圖 本系統(tǒng)分為主控制設(shè)備和感知設(shè)備， 感知設(shè)備 以低功耗方式工作， 安裝在室內(nèi) 能探知有人活動的最佳位置處，當探知有人活動時，向控制端發(fā)送有人信息，控制端收到感知端發(fā)來的有人活動信息后，接通總電源， 并進行延時計時，當延時到而沒有再次收到有人活動的信息 時，判斷為室內(nèi)不再有人活動，切斷總電源?？紤]到辦公室內(nèi)布線的成本和施工的 困難 性 ，控制端和感知端 采用 無線通訊模塊進行數(shù)據(jù)交換 ，使系統(tǒng)的安裝變得簡單易行。 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)如 圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)總 結(jié)構(gòu) 圖 系統(tǒng)設(shè)計要求 本系統(tǒng)應(yīng)用在各類公共辦公室內(nèi)，由于辦公室內(nèi)在正常上班工作時要求供電安全穩(wěn)定 且 可靠，在無人活動時，要求斷電以節(jié)省電能，為 適應(yīng) 實際的應(yīng)用，本節(jié)能裝置應(yīng)滿足以下要求： （ 1） 穩(wěn)定可靠 ： 本節(jié)能裝置應(yīng)用在辦公室里，在辦公室正常上班工作時，由于斷電會使電腦等一些需要保存數(shù)據(jù)的設(shè)備丟失數(shù)據(jù)， 造成不必要的損 失， 所以必須保證系統(tǒng)在正常供電時 可靠穩(wěn)定， 不能出現(xiàn)斷電現(xiàn)象， 以防止重要數(shù)據(jù)丟失。 （ 2） 通訊穩(wěn)定： 本節(jié)能裝置的主控制端和感知端之間通過無線方式進行通訊，在設(shè)計 和安裝 時要充分的考慮無線模塊的通訊距離與避障能力，確保主控制端和感知端的數(shù)據(jù)傳輸暢通，使 整個系統(tǒng) 有一個 安全可靠的運行 環(huán)境 。 （ 3） 抗干擾能力 :由于系統(tǒng) 采用 交流市電 供電 ，交流市電 網(wǎng)中 的各種干擾會對系統(tǒng)的穩(wěn)定 運行 造成 不同程度 的影響， 嚴重時，會 使 系統(tǒng)運行 出現(xiàn)錯誤，因此系統(tǒng)應(yīng)具備很強的抗干擾能力 。 （ 4） 安全保護： 在辦公室內(nèi)，用電設(shè)備的最大總功率無法預(yù)先確定，過大的功率會 導(dǎo)致 本 裝置 損壞，所以本裝置應(yīng)具備過流和過壓保護 功能 ，還應(yīng)具備防雷擊的保護功能，以保證 系統(tǒng)運行的安全可靠和 辦公室內(nèi)各種用電設(shè)備 的安全 。 3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 主控制端 硬件設(shè)計 主控制端硬件主要由微控制器，無線通訊模塊，隔離電路，繼電器電路，延時輸入和系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路組成， 完成與感知端的通訊，繼電器的控制，系統(tǒng)抗干擾處理等功能， 具體的結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 圖 31 主控制端 結(jié)構(gòu) 圖 感知端 硬件設(shè)計 感知端硬件主要由微控制器，無線通訊模塊，熱釋紅外傳感器和系統(tǒng)工作狀態(tài)指示電路組成，完成與主控制端的通 訊，有無人員活動的探知，系統(tǒng)抗干擾處理等功能，具體的結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 圖 32 感知端 結(jié)構(gòu) 圖 單片機 選型與最小系統(tǒng)設(shè)計 MCS51 內(nèi)核單片機介紹 MCS51 內(nèi)核 單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu) ， 將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開 。MCS51 單片機由 8 位 CPU、只讀存儲器 EPROM／ ROM、讀寫存儲器 RAM、并行 I／ O 口、串行 I／ O 口、定時器／計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘電路等部分組成。各部分之間通過內(nèi)部總線相連。 （ 1） MCS51 系列單片機的主要特性 ： 8 位字長 CPU 和指令系統(tǒng)。 1 個片內(nèi)時鐘振蕩器和時鐘電路。 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間。 64K 外部程序存儲器的地址空間。 32 條雙向且分別可位尋址的 I／ O 口線。 128 字節(jié)的片內(nèi) RAM(52 子系列為 256 字節(jié) )。 2 個 16 位定時器／計數(shù)器 (52 子系列為 3 個 )。 具有 2 個優(yōu)先級的 5 個中斷源結(jié)構(gòu) (52 子系列有 6 個 )。 1 個全雙工串行口。 1 個布爾處理器。 （ 2） MCS51 單片機的功能模塊框圖如圖 331 所示 。 圖 331 MCS51 單片機功能模塊框圖 目前市場上 MCS51 內(nèi)核的單片機有很多家公司的產(chǎn)品，比如 Motorola， Microchip， Intel， Zilog， Atmel， TI 公司 MSP430， STC 系列 ，凌陽單片機 ， 華幫單片機 等 。 考慮到系統(tǒng) 的非復(fù)雜性，我們選擇常用的 Atmel公司生產(chǎn)的 AT89C51 和 AT89C4051 單片機來完成本次設(shè)計。 AT89S51 單片機介紹 AT89S51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內(nèi)含 4k Bytes ISP的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲 單元 。 （ 1） AT89S51 特性 ： ?與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ?－ 的工作電壓范圍 ? 4K字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ) ? 全靜態(tài)工作： 0Hz33MHz ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 兩個 16 位 定時器 /計數(shù)器 ? 6 個中斷源 ， 5 個中斷優(yōu)先級 ， 2 層中斷嵌套 ? 2 個可編程全雙工串行通信口通道 ? 低功耗的閑置和掉電模式 ? 看門狗 （ WDT）電路，片內(nèi) 時鐘振蕩器 和時鐘電路 ? 具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 （ 2） 主要 端口 說明： P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口 ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為 低 八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部