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正文內(nèi)容

畢業(yè)論文-基于at89c52單片機的高校節(jié)能燈光控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)

2024-07-12 10:47 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 超時報警電路 本系統(tǒng)采用的超時報警電路如圖 29 所示。單片機的 端口外加一個 10K 的上拉電阻,再經(jīng)過限流電阻 100 歐與三極管 C945 的基極相連。當 端口為低電平,即基極為低電平時,三極管導通,驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音,以示教室燈工作超時。若 端口為高電平,即基極為高電平時,三極管截止,蜂鳴器不工作,教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時報警電路方便了管理人員對教室燈的管理,能夠科學、 有效地管理教室電燈。 圖 29 超時報警電路 系統(tǒng) 看門狗電路 在單 片機工炸過一程中,不可避免的會由 于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機 甚至造成整機癱瘓等情況,為了能 夠恢復單片機的工作,只能采用重新復位的方法,雖然在程序設計中,一可以使用軟件陷阱的方法來減少這種情沉的發(fā)生,但是不能完全解決這個問題,因此還應該在硬件設計中使用看門狗電路,這樣在單片機發(fā)生死機的情況下,看門狗將產(chǎn)生一個復位信號給單片機,使單片機復位重新執(zhí)行程序,現(xiàn)在的 MCU被集成了越來越多的功能,有的集成了看 門狗,如工 IMP813L。還有的芯片更是把 EEPROM 也集成進去,如 X5045 芯片。由于系統(tǒng)需要看門狗和EEPROM,所以本硬件設計中使用了美國 Xicoi公司生產(chǎn)的芯片 X5045。 X5045 具有三種常用的功能:看門狗定時器、復位控制和 EEPROM 集成在單個 8 引腳封裝的 CMOS 器件內(nèi),將電源監(jiān)控和看門狗功能與高速三線非易失性存儲器組合在一起,從而在很人程度 _上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求, X5045 的引腳排列如圖 3. 2. 61,其各引腳功能附錄 I。 看門 狗定時器的預置時間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應位來設定的。如表 3. 2. 6 狀態(tài)寄存器所示, X5045 狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義。其中 WD l , WDO 和看門狗電路有關,其余位和 EEPROVI 的工作設置有關。 表 狀態(tài)寄存器 WD1=0, WD0=0,預置時間 。 WD1=0, WD0=1,預置時間 。 WD1=1, WD0=0,預置時間 。 WD1=1, WD0=1,禁 止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定,通常比系統(tǒng)正 常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。 本系統(tǒng)中 X5045 的硬件連接如圖 所示。 系統(tǒng)看門狗電路 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護部分由 X5045 組成, X5045 是一種串行通訊的 512 字節(jié)EEPROM,同時兼有看門狗和電源監(jiān)控功能, X5045 有三種可編程看門狗周期,上電和VCC 低于檢測門限時,輸出復位信號, X5045 輸出復位高電平有效,為了復位更加可靠,其復位輸出端外接一個 l?? 的上拉電阻,并與 AT89C52 的復位端相連。看門狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個復位信號。該芯片還帶有一個 1. 4 秒的看門狗定時器可監(jiān)控單片機的工作。如果在 秒內(nèi)未檢測到其工作,出現(xiàn)故障,內(nèi)部定時器將使看門狗WD1 處于低電平狀態(tài),為系統(tǒng)提供保護,避免死機、程序跑飛或進入死循環(huán)等意外的發(fā)生。 X5045 代表了新一代串行 EEPROM 的發(fā)展趨勢,它的運用極大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源,同時簡化了電路設計,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。 3. 2. 9 遙控鍵盤 管理模塊電路 紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 功耗低、功能強、成本低等特點,因而,繼彩電、錄像機之后,在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設備中,在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下,采用紅外線遙控不僅可靠而且能有效地隔離電氣干擾。我們采用的是從市場上很容易就能買到,且信號較穩(wěn)定的 JVC:RMC457 型號遙控器作為燈光控制的鍵盤,其遙控器外形如圖 3. 2. 8 所示。 圖 3. 2. 8所示遙控器外形圖 按鍵控制電路如圖 210 所示。按鍵的輸入信號分別接到 , , , ,用二極管和與門電路將按鍵信號引到外中斷 0 的引腳 。按鍵控制電路采用單片機P2 口的低 4 個口作按鍵的輸入信號端,信號取自電阻的分壓。當按鍵未按下時, — 端口的電壓接近電源電壓,為高電平,當某一按鍵按下時,對應端口被按紐開關短接到地,為低電平。單片機檢測 4 個端口電平的變化,從而確定是哪個鍵被按下。鍵盤工作方式采用中斷掃描方式, 4 個二極管和 10K 電阻組成與門電路,當任一鍵按下時,與門輸出 引腳的 電平都會由高為低。 第二功能是外部中斷 0 的輸入引腳,我們利用其電平的變化產(chǎn)生中斷,在中斷服務程序中讀入 P2 口低 4 位信號,確定哪個鍵按下,執(zhí)行相應的按鍵功能, 電容和 10K 電阻組成濾波電路,消除按鍵的抖動。 圖 210按鍵控制電路 在單片機硬件系統(tǒng)的基礎上,再配上相應的軟件,才能構成一個完整的系統(tǒng)。 用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后,程序軟件就可以完全獨立的進行設計、開發(fā)。在程序設計過程中,采用合理的程序設 計結構是一項關鍵技術。 在本系統(tǒng)的設計過程中,總體設計采用自上至下的設計思想將主程序設計好, 而在各個部分展開成從屬程序或子程序時,是將各個小模塊分別進行設計和編程到了結構程序設計的思想。同時在編程的過程中又用本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括:系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、顯示驅(qū)動模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲模塊。 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序叫。監(jiān)控主程序的基本任務是調(diào)用子程序,一個主程序可以調(diào)用多個子程序,對于 51 系列單片機,系統(tǒng)資源有限,主程序通 常是一個無限循環(huán)的過程,即是一個反復調(diào)用子程序的過程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序,它們之間可以互相嵌套和調(diào)用,即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。在應用軟件的設計中,盡可能各個功能模塊寫成子程序的形式,并通過主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作,它按各種命令再分為不同的子程序模塊,它的編程方法與功能要求及系統(tǒng)應用密切相關。 監(jiān)控主程序是整個控制系統(tǒng)的核心部分,其它外圍模塊一般都需經(jīng)過監(jiān)控模塊實現(xiàn)其在控制系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來自鍵盤的命令,進而把控制轉到相應的處理 子程序的入口,起引導作用。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊主要包括對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢,看門狗的激活,多任務操作模塊的調(diào)用 (系統(tǒng)中的信號采集處理、時鐘管理、按鍵接收處理、驅(qū)動顯示模塊 ),實時中斷處理等。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構成一個無限循環(huán),系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復始的有選擇的執(zhí)行 系統(tǒng)自檢初始化 系統(tǒng)自檢初始化是保證整個控制系統(tǒng)能夠正常運行的重要條件,系統(tǒng)加電復位后,直接進入自檢初始化程序,完成系統(tǒng)的自檢及初始化。初始化過程主要是對一些控制寄存器 (如中斷控制 )、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片 (如時鐘芯片 DS1302 等 )進行初始參數(shù)設置和定義。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測、芯片內(nèi)部設定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。 各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準備工作的就緒狀態(tài),有無硬件故障等,如檢測各位 LED 是否正常顯示系統(tǒng)設置開機時的界面,檢測硬件時鐘 DS1302 是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài),還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài),即檢測系統(tǒng)中控制時間表的有效性,檢測熱釋紅外傳感器輸出信號是否正常體現(xiàn)人體存在的信息,檢測光采集電路輸出的 信號等。若時鐘芯片處于啟動狀態(tài),則需要對其進行初始化并啟動實時時鐘。 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 的復位初始化,單片機復位后,程序計數(shù)器 PC 指向程序存儲器的入口地址。 000 單元,程序狀態(tài)字寄存器 PSW 清零,片內(nèi)存儲器選擇工作寄存器,用戶標志位 F0 為 0 狀態(tài),堆棧指針 SP 指向 07H,其它定時器、中斷允許寄存器IE,累加器 ACC 等皆為 00H.。 定時中斷處理設計 定時中斷是利用單片機內(nèi)部的定時器定時,時間到或計數(shù)值已滿引起的中 斷,內(nèi)部定時器的計數(shù)器可以對內(nèi)部時鐘或從外部引線 T0 和 T1 輸入的外部脈沖進行計數(shù)。計數(shù)器的溢出信號作為中斷請求信號,去置位定時器溢出標志位,向單片機的 CPU 申請中斷。 定時中斷為周期性中斷,每隔一定的時間會中斷一次。本系統(tǒng)中設定的定時中斷主要用來構造多任務操作系統(tǒng),在系統(tǒng)響應中斷后,無需對斷點實施現(xiàn)場保護,可直接進行多任務時間的劃分工作,使相應的操作任務進入就緒狀態(tài),即該中斷可以啟動有關的任務操作。該定時中斷處理程序框圖如圖 41 所示: 圖 41 定時中斷處理程序框圖 本系統(tǒng) 還采用了外部中斷,此外部中斷主要用來判斷是否有外來信號輸入,若有,就采集下來并加以處理;若無,則返回到主循環(huán)。 數(shù)據(jù)采集模塊 本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光信號及人體存在信號,在程序設計中對這兩個數(shù)據(jù)的采集放置在多任務模塊中實施定時采集。 人體存在傳感器的優(yōu)缺點 人體存在傳感器具有本身不發(fā)出任何類型的輻射,器件功耗很小,隱蔽性好,價格低廉的優(yōu)點。而缺點是容易受各種熱源、光源干擾。由于紅外穿透力差,因此人體的紅外輻射容易被遮擋,不易被探頭接收;易受射頻輻射的干擾;當環(huán)境溫度和人 體溫度接近時,探測和靈敏度就會明顯下降,甚至造成短時失靈。試驗也證明了這點,如果人體存在卻一定時間內(nèi)沒有活動,人體傳感器則認為沒有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn),本系統(tǒng)軟件程序中設計為有人體存在狀態(tài)后間隔 1分鐘或更長的時間來對人體存在參數(shù)信號的采集。 數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮時,無論是否有人體存在都不開燈;而環(huán)境光不夠亮時,有人體存在才開燈,無人體存在則不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為:環(huán)境光亮時為邏輯“ 0(符合光采集電路輸出信號狀態(tài) ),暗時為“ 1,人體存在為“ 1,人體不存 在為“ 0,開燈為“ 1”,關燈為“ 0,那么環(huán)境光與人體存在可以用以下的邏輯關系表來表示,如表所示 : 表 環(huán)境光與人體存在邏輯關系 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 上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)進行與操作,又由于繼電器是低電平驅(qū)動,所以要將采集處理后的信號進行非操作,才可以驅(qū)動繼電器工作,即可得到教室燈的狀態(tài)。 時鐘模塊 在系統(tǒng)啟動自檢初始化時,首先會對時鐘芯片 DS1302 的運行狀態(tài)進行判斷,當檢測到 DS1302 處于啟動狀態(tài)時才對其進行初始化,啟動時鐘。實時時鐘芯片 DS1302 的初始化及其讀寫程序設計的關鍵是要遵循其時序要求。 數(shù)據(jù)輸入輸出 在對 DS1302 進行各種操作之前,必須先對其初始化,即需要把復位輸入 RST 端置為高電平,如果 RST 輸入為低電平,那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止,且 I/O 引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀 /寫完后, RST 端應置成低電平,以防止外部干擾對 DS1302 內(nèi)部時鐘的影響。 同時,為了防止復位輸入端受到外部的干擾,要求上電時,在主電源引腳 Vcc2≥ , RST 必須為邏輯 0。無論是讀操作還是寫操作,都必須在開頭的 8 個時鐘周期內(nèi)把提供地址和命令信息的 8 位數(shù)據(jù)裝入到 DS1302 的移位寄存器中。地址 /命令信息用于指明 40 個寄存器中的哪個進行何種操作。數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入,在開始的 8 個時鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后,若跟隨的是寫命令字節(jié),則在下 8 個SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié),若跟隨在讀命令字節(jié)的 8 個 SCLK 周期之后,在下8 個 SCLK 周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。程序流程如圖 43 所示: 圖 43數(shù)據(jù)輸入輸出流程圖 時鐘程序設計 驅(qū)動程序 //寄存器宏定義 define WRITE_SECOND 0x80 define WRITE_MINUTE 0x82 define WRITE_HOUR 0x84 define READ_SECOND 0x81 define READ_MINUTE 0x83 define READ_HOUR 0x85 define WRITE_PROTECT 0x8E //位尋址寄存器定義 sbit ACC_7 = ACC^7; //管腳定義 sbit SCLK = P3^5; // DS1302 時鐘信號 7
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