【文章內(nèi)容簡介】 統(tǒng)總框圖和各模塊的功能 設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。本河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計功能要求。 2． 2 系統(tǒng)設(shè)計思路 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（ 1）上位機(jī)系統(tǒng)；（ 2）下位機(jī)系統(tǒng)；（ 3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器通過有線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。 2． 2． 1 通信系統(tǒng) 該多機(jī)通信系統(tǒng)采用 RS485 半 雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。如圖 21 所示 2． 2． 2 上位機(jī)系統(tǒng) 系統(tǒng)的主控制器通過 RS485 總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時將信息送給數(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。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制，并且利用實(shí)時時鐘芯片對照明燈具進(jìn)行定時開河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 6 關(guān)控制 2． 2． 3 下位機(jī)系統(tǒng) 分控制器硬 件電路結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 7 室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)氣候、人體等因素全天候自動模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時開燈，雨天陰天時開燈，無人時關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時，可有效防止無人燈（無人時開燈）﹑無效燈（光線亮?xí)r開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。根據(jù)上述要求 ，可以畫出如表 21 所示控制系統(tǒng)邏輯功能表。 關(guān)系如果假設(shè)： 室內(nèi)光線強(qiáng)度為 A：光線強(qiáng)時 A=1，光線弱時 A=0； 人體信號為 B：有人時 B=1，無人時 B=0； 電燈開關(guān)狀態(tài)為 D：合時 D=1，斷開時 D=0。 由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為： D=A 非 B 表 21 系統(tǒng)邏輯 (真值表 ) 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 8 3 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)硬件總述 系統(tǒng)以單片微型計算機(jī)為核心外加多種接口電路組成，共有六個主要部分： STC89C52RC 芯片、光信號采集電路、人體信號采集電路、時鐘控制電路 DS130輸出控制電路、定時監(jiān)視器電 路，如圖 31 所示 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 9 CPU 性能介紹 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KBEEPROM， MAX810 復(fù)位電路，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。 主控室電路設(shè)計 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。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 32 所示。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 10 鍵盤接口設(shè)計 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。本 系統(tǒng)使用的是 4 4矩陣式鍵盤，第一行從左到右為 4，第二行為 8，第三行為 0、開、關(guān)，第四行為增值、減值、取消、確認(rèn)。該形式的鍵盤，每個按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)的 、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 相連。每當(dāng)按下一個鍵時，對應(yīng)的行線與列線就會連通，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。 數(shù)碼 顯示設(shè)計 顯示模塊采用點(diǎn)陣字符液晶顯示器 LCD1602， LCD1602 專門用來顯示數(shù)字、字母、常見圖形符號。顯示器把 LCD 控制器、點(diǎn)陣驅(qū)動器、字符存儲器集成在一河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 11 起，字符型液晶顯示模塊由內(nèi)置 192 個字符，所以使用起來非常的方便，而且顯示界面非常清晰，能較好的顯示當(dāng)前的年、月、日、時、分、秒及相關(guān)信息。 看門狗監(jiān)控電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗，與 STC89C52RC 的接口電路如圖 32 所示。 MR 與 WDO 經(jīng)過一個二極管連接起來， WDI 接單片機(jī)的 口， RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET， MR 經(jīng)過一個復(fù)位按鈕接地。該監(jiān)控電路的主要功能如下： （ 1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時，當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 ， RESET 端輸出 200ms 的復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位。 （ 2）對 +5V 電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng) +5V 電源正常時， RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng) +5V 電源電壓降至 + 以下時， RESET 輸出高電平，對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （ 3）看門狗定時器被清零， WDO 維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時， CPU不能在 1． 6s 內(nèi)給出“喂狗” 信號， WDO 跳變?yōu)榈碗娖剑捎?MR 端有一個內(nèi)部 250mA 的上拉電流， D 導(dǎo)通 MR 獲得有效低電平， RESET 端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時器清零， WDO 又恢復(fù)成高電平。 （ 4）手動復(fù)位：如果需要對系統(tǒng)進(jìn)行手動復(fù)位，只要按下手動復(fù)位按鈕，就能對系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。 分控制器的電路設(shè)計 由于條件限制，分控制器仍采用采用 STC89C52 單片機(jī)作為微處理器。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 12 光信號取樣電路 光信號取樣電路如圖 37 所示，圖中主要由光信號采集電路和比較輸出電路組成。信號經(jīng)過采集送入 MAX485 同相輸入端 ，通過芯片處理后，最終由 Ro 腳輸出相應(yīng)高電平或低電平，送入單片機(jī) 口，由單片機(jī)接收并作為開關(guān)等的依據(jù)。 電路中電位器可調(diào)節(jié) B 端的輸入電壓，從而調(diào)節(jié)在不同光強(qiáng)下設(shè)置開關(guān)燈門限。 在此電路中，光敏電阻在不同光強(qiáng)下呈現(xiàn)不同阻值，當(dāng)光照強(qiáng)度變小時，其阻值變大，使得加在光敏電阻上的電壓變大，經(jīng)過 82K 電阻再次分壓后，如達(dá)到導(dǎo)通三極管電壓，即加在 MAX485 的 A 腳的電壓隨之變化，達(dá)到比較效果。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 13 人體信號采集模塊 人體信號采集由人體紅外檢測探頭和比較電路組成，本設(shè)計中直接使用夠買的成品人體紅外感應(yīng)報警模 塊。 人體紅外探頭 熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線 ,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時 ,在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡 ,這樣可大大提高接收靈敏度 ,增加檢測距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明 ,熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡 ,則其檢測距離僅為 2 m左右 。而配上菲涅爾透鏡后 ,其檢測距離可增加到 10 m以上。 靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會產(chǎn)生電信號輸出。動態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后 被 A源或被 B源感應(yīng)， SaSb或 SaSb產(chǎn)生河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 14 差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出。 信號處理電路 本設(shè)計采用 BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。 BIS0001 是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路 ,它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成。 圖 310 中 ,熱釋電傳感器 S 極輸出信號送入 BIS0001 的 14 腳 ,經(jīng)內(nèi)部第一級運(yùn)算放大器放大后 ,由 C3 耦合從 12 腳輸入至內(nèi)部第二級運(yùn)算放大器放大 ,再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后 ,檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器 ,最后從 12腳輸出信號 (Vo )送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。實(shí)驗(yàn)所得 ,當(dāng)傳感器檢測室內(nèi)有人時 ,Vo =4V無人時 Vo = V。 BIS0001 的 1 腳接高電平 ,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出 Vo (高電平 )的延遲時間 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小調(diào)整 。觸發(fā)封鎖時間 Ti 由外部 R9 和 C6 的大小調(diào)整。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 15 比較電路 比較電路如圖 311 所示，由兩個運(yùn)算放大器組成，輸入信號來自于紅外 人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個獨(dú)立的分壓電路得到，供 電路比較所用。 即運(yùn)算放大器 D1 的 6 腳和 D2 的 1 腳電壓分別為 和 。 通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號輸出。當(dāng)被動紅外探頭 在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號后，運(yùn)算放大器的 “2 腳 ” 或 “5 腳 ” 的電壓降 為 ；當(dāng)被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號時， “2 腳 ” 或 “5 腳 ” 的電壓降為 。探頭故障斷路時，則 “2 腳 ” 或 “5 腳 ” 的電壓降 為 0V。 “1 腳 ” 的電壓恒定為 ， “2 腳 ” 的電壓有 1V 或是 兩種狀態(tài)， “6 腳 ” 的電壓恒定為 ， “5 腳 ” 的電壓與 “2 腳 ” 的電壓保持一致。 探頭將會根據(jù)有無人體信號在 “2 腳 ” 產(chǎn)生 或 兩種電壓信號。 （由于故障或沒有安裝探頭） “1 腳 ” 的電壓恒定為 ， “2 腳 ” 的電壓為 0V， “6 腳 ” 的電壓恒定為 ， “5 腳 ” 的電壓為 0V。 探頭將只會產(chǎn)生一種電壓信號 0V。 具體的比較結(jié)果如下表 31 所示。 表 31 探頭采集信號輸出狀態(tài)表 通過比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時被動紅外探頭的對外界人體紅外信號的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過被動紅外探頭的兩根電源線同時也傳輸了所采集的周圍環(huán)境 的紅外信號，一舉兩得。 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè) (設(shè)計 )論文 16 輸出驅(qū)動電路設(shè)計 ULN2021 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作 電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。 是一個 7 路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時 ULN2021 輸出端為低電 平， 當(dāng)輸入端為低電平時 ULN2021 輸出端為高電平， 繼電器得電吸合。 功能特點(diǎn)： 高電壓輸出 50V 輸出鉗位二極管 輸入兼容各種類型的邏輯電路 應(yīng)用繼電器驅(qū)動器 輸出控制電路如圖 312 所示， 單片機(jī) 腳接 ULN2021 芯片 IN7 腳， 單片機(jī)向 IN7 輸入一個高電平時，芯片從 OUT7 腳輸出低電平，繼電