【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 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(mén)狗工作。 通?？梢酝ㄟ^(guò)控制應(yīng)用程序的循環(huán)周期來(lái)決定看門(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間，一般情況下，只要比系統(tǒng)在正常工作情況下最大循環(huán)周期的時(shí)間稍微長(zhǎng)一點(diǎn)即可。 X5045 硬件部分連接如圖 所示。 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 系統(tǒng)看門(mén)狗電路 由上圖可以看出，系統(tǒng)看門(mén)狗電路分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和故障保護(hù)部分， X5045 是一個(gè)EEPROM,它是一個(gè)串行通信 512 字節(jié)，并且它還具 有看門(mén)狗和電源監(jiān)控功能， X5045 有三種可編程看門(mén)狗周期，上電和 Vcc 低于檢測(cè)門(mén)限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)， X5045 輸出復(fù)位高電平有效，為了使復(fù)位變得更加可靠，我們?cè)谒膹?fù)位輸出端上接了 10K 的上拉電阻，使它與 AT89S51 的復(fù)位端相連接。看門(mén)狗在電源上電或者是掉電的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。另外這個(gè)芯片還有一個(gè) 的看門(mén)狗定時(shí)器，我們可以通過(guò)它來(lái)監(jiān)控單片機(jī)的工作。只要在 之 內(nèi)還沒(méi)有檢測(cè)到其工作或者說(shuō)系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，那么內(nèi)部定時(shí)器就會(huì)使看門(mén)狗WD1 處于低電平，這樣就可以起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。 數(shù) 據(jù)采集電路 對(duì)于數(shù)據(jù)采集，我們首先應(yīng)該想到的是，此次研究設(shè)計(jì)主要是針對(duì)大學(xué)校園教學(xué)樓里的燈光控制問(wèn)題，我們要采集的數(shù)據(jù)有教師的環(huán)境光強(qiáng)度以及人體是否存 。一般情況下我們通過(guò)光敏二極管和光敏三極管來(lái)對(duì)室內(nèi)環(huán)境光強(qiáng)度進(jìn)行采集，由于要考慮到抗干擾的問(wèn)題，所以最好選用靈敏度較高的光敏三極管。除此之外，我們要注意，一定要選用靈敏度高，可靠性強(qiáng)的傳感器，可以減少誤差。 一、環(huán)境光采集電路 光電傳感器可以將光轉(zhuǎn)換成電量。系統(tǒng)采用的光敏三極管除了可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)外，同時(shí)它還可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大。在無(wú)光的情況下，三極管 的穿透電流很小，被稱作暗電流。相反，當(dāng)在有光照時(shí)，三極管的穿透電流會(huì)增大，它就變成了光電流。由此可以得出結(jié)論，光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，最終我們就在負(fù)載電阻上得到隨室內(nèi)光商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 照強(qiáng)度變化而不斷變化的電信號(hào)了。 環(huán)境光采集電路原理圖如圖 所示。自然光照強(qiáng)度只要高于一定程度 (即設(shè)定參數(shù)），那么光敏三極管 D6 就會(huì) 呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，隨著電阻的減小三極管 Q8 的基極電壓將會(huì)增大，三極管 Q8 就會(huì) 飽和導(dǎo)通，最終三極管 Q8 集電極輸出低電平，也就不參與工作。與之相反，光照強(qiáng)度一旦低于一定程度時(shí) (即設(shè)定參數(shù) )，光敏三極管 D6 就會(huì)立 即 呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)大于100 KΩ，那么三極管 Q8 就會(huì) 截止， Q8 的集電極就會(huì)輸出高電平，最終也就參與電路的工作?？勺冸娮?R9 的作用 是調(diào)節(jié)教室中環(huán)境光的光照強(qiáng)弱靈敏度參數(shù)，當(dāng)它的阻值變化時(shí)，三極管 Q8 也會(huì)隨著她阻值的不同 在不同的環(huán)境光照強(qiáng)度下而導(dǎo)通。 R C9 組成的電路則是為了防止外界的干擾而精心設(shè)計(jì)的，它們具備了抗干擾的能力。 圖 環(huán)境光采集電路圖 二、人體存在傳感器的工作原理 我們大自然中各種各樣的物體，如人體，木材，石頭，等都會(huì)各自發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，所以我們可以利用紅外線傳感器對(duì)它們進(jìn)行 檢測(cè)。紅外傳感器一般分為熱型和量子型兩類。與量子型相比，熱型的紅外傳感器的優(yōu)點(diǎn)就是波長(zhǎng)范圍較寬，并且可以在常溫下正常工作。量子型與熱型的恰好相反，并且要求冷卻條件。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理。 人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下： 眾所周知人的體溫一般都在 37℃ 左右 ，正是因?yàn)轶w溫的存在，那么人體就會(huì)發(fā)出紅外商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 線，它的波長(zhǎng)大概為 10μM，那么被動(dòng)式紅外探頭就可以根據(jù)人體發(fā)射出來(lái)的紅外線來(lái)進(jìn)行工作了。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，一旦這種元件接收到人體紅外 輻射溫度發(fā)生變化，它就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生有人體存在的信號(hào)[12]。 1）這種探頭就是專門(mén)被用來(lái)進(jìn)行探測(cè)人體輻射，那么熱釋電元件就會(huì)對(duì)波長(zhǎng)為 10μM左右的紅外輻射極其的敏感。 2）為了增強(qiáng)使它只對(duì)人體紅外輻射的敏感程度，可以在它的輻射照面上覆蓋菲尼爾濾光片，這樣它就不容易受到外界環(huán)境的干擾。 3）對(duì)人體是否存在進(jìn)行探測(cè)，這個(gè)傳感器是由兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元組成，而且這兩個(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。 4）只要有人進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域之內(nèi)，那么人體發(fā)射出的紅外線就會(huì)立即被部分鏡面聚焦，人體存在傳感器的熱釋電元就會(huì)及時(shí)的接收到它，由于兩片熱釋電元各自接收到的熱量不不一樣，所以他們就不能相互抵消，最后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理以后就會(huì)輸出人體存在信號(hào)。 5)當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)菲尼爾濾光片性能的要求不一樣時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生不一樣的焦距（感應(yīng)距離），因此也就會(huì)產(chǎn)生不一樣的監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，隨著視場(chǎng)的增多，控制就會(huì)變得越嚴(yán)密。 只要有人進(jìn)入到特定區(qū)域之內(nèi)，不斷移動(dòng)的人體就會(huì)發(fā)出紅外線，紅外傳感器此時(shí)就會(huì)及時(shí)的接收到它，因此人體是否存在就會(huì)被 及時(shí)感應(yīng)到，一旦被感應(yīng)到就會(huì)輸出高電平。 三、人體存在信號(hào)采集電路 人體傳感器 HP208 基于紅外線的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下： （ 1）感應(yīng)的方式是全自動(dòng)的，只要有人體進(jìn)入到感應(yīng)范圍區(qū)域之內(nèi)，它就會(huì)立即輸出高電平（高 ）。與之相反，當(dāng)人體不在感應(yīng)范圍區(qū)域之內(nèi)時(shí)，那么它就會(huì)自動(dòng)的延時(shí)及時(shí)關(guān)閉高電平，并且輸出低電平（低 ），高低電平有利于信號(hào)的采集； （ 2）通常一定要記著采用可重復(fù)這種觸發(fā)方式來(lái)進(jìn)行。即使有時(shí)它感應(yīng)輸出了高電平，只要在延時(shí)這段時(shí)間范圍內(nèi)，如果此時(shí)有人體依然在它能 感應(yīng)的范圍活動(dòng)之內(nèi)，那么輸出就會(huì)一直保持高電平，一直等到人體離開(kāi)，延時(shí) 15s 之后 高電平就會(huì)立即變?yōu)榈碗娖剑? （ 3） 人體傳感器工作電壓寬為 DC3VDC24V； （ 4） 其靜態(tài)電流小于 50μA，功耗低； （ 5）工作溫度介于 15℃ 和 +70℃ 之間，適應(yīng)性強(qiáng)； （ 6）靈敏度高，可靠性強(qiáng)。 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 正如下圖所示，電源的信號(hào)端接在了人體傳感器的 1 號(hào)引腳上面，接地信號(hào)端接在了3 號(hào)引腳上面，采集信號(hào)輸出端接在了 2 號(hào)引腳上面。電路中的電容可以使傳感器的工作更加可靠， 100KΩ 的 上拉電阻可以增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖 所示 。 圖 人體傳感器電路圖 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 為了滿足教室燈光使用的要求，此系統(tǒng)在某些情況下還受到了時(shí)間的控制，因此為了使系統(tǒng)智能化的進(jìn)行還應(yīng)該加入時(shí)鐘電路。 因?yàn)橄到y(tǒng)停電后，需要及時(shí)的為時(shí)鐘電路提供電源、并且又不能占用太多單片機(jī)資源，所以本系統(tǒng)采用美國(guó) DALLAS 公司推出的具有充電能力的低功耗 18 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302。這種芯片用到的是串行通信方式，它的作用是可以為掉電保護(hù)電源充 電，我們有時(shí)也可將此項(xiàng)功能關(guān)閉。該芯片對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 ～ [13]。 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。 可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片 DS1302 的引腳圖如圖 所示。 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 的引腳圖 DS1302 與單片機(jī)接口電路的連接原理圖如圖 所示。其中 Vcc2 為系統(tǒng)的備用電源，它 外接了 。 Vcc1 外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓 +5V，為 DS1302的主電源。 DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 兩者中較大者供電。只要 Vcc1 大于 Vcc2+， Vcc1就會(huì) 給 DS1302 提 供電能，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)正常的運(yùn)行；主電源關(guān)閉時(shí)， Vcc1 就會(huì) 小于 Vcc2，這時(shí) Vcc2 就會(huì) 給 DS1302 供電，這樣時(shí)鐘就可以持續(xù)的運(yùn)行了。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。 RST 與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連接 ，當(dāng) RST 被 置為高電平時(shí)，它就可以啟動(dòng)全部的數(shù)據(jù)傳送。時(shí)鐘輸入端 SCLK 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/O 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行數(shù) 據(jù)傳輸。 圖 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)接口電路如圖 所示。開(kāi)機(jī)時(shí)，由于單片機(jī)剛剛被初始化，所以 為高電平，此時(shí)三極管就處于截止?fàn)顟B(tài)，因此開(kāi)機(jī)后繼電器將會(huì)處于釋放狀態(tài)。當(dāng) 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 為低電平時(shí)，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。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴報(bào)警電路 通常情況下，人們會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在教室無(wú)人或者自然光充足的情況下，由于 學(xué)生的疏忽教室內(nèi)的燈任然亮著，這樣就會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)，這種現(xiàn)象在我們大學(xué)校園里很常見(jiàn)。為了杜絕這種浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中使用了蜂鳴報(bào)警電路，它可以以聲音的方式來(lái)提醒教師的學(xué)生來(lái)及時(shí)關(guān)閉電源，避免一些浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生；另一方面一些學(xué)生會(huì)有時(shí)會(huì)因?yàn)閷W(xué)習(xí)的過(guò)分投入以至于忘了時(shí)間，那么就會(huì)造成開(kāi)燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，教室里的燈就會(huì)工作超時(shí)，這時(shí)蜂鳴報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，它可以及時(shí)的提醒學(xué)生休息的時(shí)間到了。這樣可以有效地保護(hù)公共設(shè)施，延長(zhǎng)燈的壽命。 本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖 所示。當(dāng)我們把 端口置 為低電平時(shí)，也就是說(shuō)基極為低電平時(shí)，三極管就會(huì)導(dǎo)通，此時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音，她就代表教室的燈工作超時(shí)。當(dāng) 端口被置為高電平時(shí)，三極管就會(huì)截止，此時(shí)蜂鳴器就不會(huì)工作，那么教室的燈就會(huì)正常工作。此奉命報(bào)警裝置可以及時(shí)的提醒管理人員，以免造成浪費(fèi)。 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 蜂鳴報(bào)警電路 按鍵控制電路 按鍵控制電路如圖 所示。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。當(dāng)按鍵沒(méi)有被按下時(shí)， — 端口的電壓就會(huì)接近電源電壓，則為高電平。當(dāng)某一按鍵被按下 時(shí)，對(duì)應(yīng)端口短接到地，則為低電平。鍵盤(pán)的工作方式采用了中斷掃描的方式， 4 個(gè)二極管與 10K 電阻組成了與門(mén)電路，不管按下任何一鍵， 引腳的電平全部都會(huì)由高變低。 圖 按鍵控制電路電路圖 4 控制模塊軟件設(shè)計(jì) 只有單片機(jī)硬件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為了使系統(tǒng)正常的運(yùn)行，我們還要配上相應(yīng)的軟件，商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 只有這樣才能夠成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)硬件聯(lián)系緊密。只有系統(tǒng)的硬件及輸入輸出的方法確定后，程序軟件才可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。 主程序模塊 監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序 [15]。一個(gè)主程序能夠調(diào)用多個(gè)子程序，對(duì) 51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，由于系統(tǒng)資源有限，主程序一般是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，也就是說(shuō)是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過(guò)程。我們?cè)谠O(shè)計(jì)應(yīng)用軟件的時(shí)候，一定要盡可能的把每個(gè)功能模塊寫(xiě)成子程序的形式，并且要通過(guò)主程序調(diào)用。 整個(gè)控制系統(tǒng)的核心就是監(jiān)控主程序，所有外圍的模塊一般都需要經(jīng)過(guò)監(jiān)控模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)它們?cè)谙到y(tǒng)中所起到的作用。我們通過(guò)鍵盤(pán)輸入相關(guān)程序，當(dāng)監(jiān)控主程序接受到這些命令后，經(jīng)過(guò)綜合分析，然后把它傳輸?shù)较鄳?yīng)的處理子程序的入口，起 引導(dǎo)作用。 監(jiān)控主程序模塊主要就是對(duì)系統(tǒng)外圍器件的輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行初始化自檢和看門(mén)狗的激活，還有就是對(duì)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 )，有時(shí)還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)中斷處理等。除初始化和自檢外，監(jiān)控主程序一般總是把其余部分連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)無(wú)限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行[16]。 系統(tǒng)自檢初始化 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢初始化后，整個(gè)控制系統(tǒng)就能夠正常的運(yùn)行。當(dāng)我們對(duì)系統(tǒng)加電復(fù)位以后，系統(tǒng)就可以立即進(jìn)入自檢初始化程序，然后就完成了系統(tǒng)的自檢以及初始化。 有時(shí)對(duì)各個(gè)接口芯片進(jìn)行檢測(cè)主要是為了檢測(cè)各個(gè)芯片的準(zhǔn)備工作是否準(zhǔn)備就緒，有沒(méi)有硬件故障等。如果說(shuō)時(shí)鐘芯片處在啟動(dòng)的狀態(tài)，那么我們就要對(duì)它進(jìn)行初始化并且還要啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 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,其它定時(shí)器、中斷允許寄存器 IE,累加器 ACC 等皆為 00H。 定時(shí)中斷處理設(shè)計(jì) 定時(shí)中斷就是當(dāng)有時(shí)用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，計(jì)數(shù)值已滿而引起的中斷。內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線 T0 和 T1 輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。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]。 商丘學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 N Y 定時(shí)中斷為周期性的，它每隔一定的時(shí)間就會(huì)中斷一次。定時(shí)中斷可以用來(lái)構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，不需要對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可以立即進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的