【文章內容簡介】 據輸入/輸出，數據通過這條雙向I2C總線串行傳送，在系統(tǒng)主板上和單片機的P27連接。第6腳SCL為串行時鐘輸入線，在系統(tǒng)主板上和單片機的P26連接。SDA和SCL都需要和正電源間各接一個4K7的電阻上拉。第7腳需要接P25。 繼電器輸出電路設計現代自動控制設備中，都存在互相連接的問題，即一個電子電路與電氣電路的。一方面要能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件(電動機，電磁鐵，電燈等)，另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電隔離，以保護人身的安全和電子電路[27]。電子繼電器便能完成這一橋梁作用。系統(tǒng)中使用5VDC輸入220VAC輸出型固態(tài)繼電器。繼電器線圈由PNP型三極8550驅動，在繼電器的長開觸點上由輸出端子JP2的1, 2腳連接，一旦達到指定的時間，系統(tǒng)會自動關閉或開啟繼電器。若加一個二極管到繼電器的線圈兩頭。 第 47 頁 共 47 頁系統(tǒng)硬件電路設計完成之后，就要進行軟件的設計和調試。如果沒有軟件來控制硬件電路和外圍設備，系統(tǒng)仍然是不完善的。在程序方面，采用模塊化設計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。運用這種方法，關鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配，會出現意想不到的錯誤。 51單片機的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是C語言.在高級語言中，C語言還是比較接近硬件的語言，而且比起匯編語言來說，C語言比匯編語言更符合人們的思維習慣，用C語言進行系統(tǒng)開發(fā)者可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細節(jié)問題。使用像C語言進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時，程序員不必十分熟悉處理器的運算過程，這就意味著對新的處理器也能夠很快上手，并不必知道處理器的具體內部結構。C語言同其他編程語言相比，具有以下優(yōu)點：(1)編程調試方便。當前幾乎所有的嵌入式系統(tǒng)都有相應的C語言級別的仿真調試系統(tǒng)，調試十分方便。(2)生成代碼編譯效率高。當前較好的C語言編譯系統(tǒng)編譯出來的代碼效率比直接使用匯編低20%左右，如果能優(yōu)化編譯甚至可以更低。(3)模塊化開發(fā)性好。(4)可移植性好。(5)項目的維護管理容易[28]。由于本設計是51單片機控制系統(tǒng)，利用C語言開發(fā)較之匯編語言有更好的效果，所以本系統(tǒng)的程序采用C語言編寫。而C語言開發(fā)在Windows視窗系統(tǒng)下有許多的的交叉編譯環(huán)境，如Visual C++、VS2003和Keil μVision4 等軟件。 美國Keil Software公司出品的51系列單片機C語言Keil軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在結構性、可讀性、功能上、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易用易學。Keil軟件提供功能強大的集成開發(fā)調試工具和豐富的庫函數，界面是全Windows。另外重要的一點，Keil有非常之高的生成目標代碼效率，由多數語句生成的十分緊湊的匯編代碼，讓人容易理解。在開發(fā)大型軟件的時候，更能體現高級語言的優(yōu)勢[27]。綜合以上C語言的優(yōu)點，本系統(tǒng)采用C語言在Keil編程環(huán)境下編程、調試，待調試完程序后，設置Keil單片機模擬調試軟件使其編譯生成可下載到實驗板里的“.hex”文件，用STC_ISP下載程序時選擇需要下載的“.hex”文件下載到系統(tǒng)單片機里面即可。無線電源開關控制器的功能是在程序控制下實現的。該系統(tǒng)的軟件設計方法與硬件設計相對應，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計、編程和調試，最后通過主程序將各程序模塊連接起來。本系統(tǒng)的軟件部分主要進行時間顯示程序、日期顯示程序、時間調整程序、定時開關時間調整程序和延時程序的設計，按鍵的輸入掃描等。程序開始運行后要進行初始化，包括設置定時器、LCD160DS130 NRF24L0AT24C02及端口的初始化。發(fā)送端AT89S52完成初始化后，日歷信息通過LCD1602顯示出來，當實時時間與設定的開啟關閉時間相同后，LCD1602上顯示的時間仍然照常走動，時鐘芯片向單片機發(fā)出中斷請求，主機把NRF24L01配置成PTX工作模式。啟動NRF24L01發(fā)送數據，若從按鍵模塊接收到數據，則將相應標志位置1，并將對應編號顯示于 LCD 顯示屏。若發(fā)送成功，則產生TX_DS中斷。若重發(fā)超限，則產生MAX_RT中斷。若發(fā)送目標成功，則發(fā)送繼續(xù)，否則對發(fā)送數據進行出錯處理[28]。接收端AT89S52完成初始化后．把NRF24L01配置成PRX工作模式 。當正確接收數據時，NRF24L01產生接收中斷標志 ，AT89S52從NRF24L01讀取數據并校驗數據標志位，如果對應標志位為1，通過改變電平，使繼電器接通，以控制電源通斷，則點亮LED指示燈。此時，若按下主機復位鍵，可手動控制關閉分機電源。 軟件設計總體流程圖軟件設計總體流程圖主要分為發(fā)送端流程圖和接收端流程圖，（a），（b）所示。 （a）發(fā)送端流程圖 （b）接收端流程圖 發(fā)送端流程圖和接收端流程圖 按鍵輸入模塊系統(tǒng)中有七個按鍵，即：復位鍵S切換鍵K開啟電源時間顯示鍵K關閉時間顯示鍵K上調鍵K下調鍵K5和確認鍵K6。 （1）按下S1鍵，系統(tǒng)中如分機處于開啟狀態(tài)，則分機直接關閉電源。（2）按下K1鍵，系統(tǒng)進入設置狀態(tài)，再按下K1鍵，可在年、月、日、時、分、秒、星期上停留，此時再按下上調鍵K4鍵，即可進行加一操作，按下下調鍵K5即可進行減一的操作，設置完所有項目后，再按確認鍵K6即可。 （3）按下K2鍵或K3鍵會進入到開啟或關閉時間顯示界面，再按K1鍵可設置時間，設置完后，再按確認鍵K6即可。 液晶顯示模塊液晶顯示驅動程序。LCD1602 的程序主要是對內部控制器進行操作，如液晶初始化，讀，寫，判忙，制定位置等，這些操作驅動程序有子函數構成。 時鐘處理程序DS1302 數據處理要始終對內部的數據進行處理獲得液晶顯示需要的字符。主要包括DS1302的初始化，讀一個字節(jié)，寫一個字節(jié)，讀寫，數據處理等函數組成。對DS1302讀寫數據命令、DS1302RAM 讀寫命令和寄存器標志 內容的了解，實現計時，調時程序很容易。在程序中盡量使用位移、位或、位與來實現乘除法，這樣可以節(jié)約單片機的處理時間。最后將時分秒年月日分解為字符送給液晶顯示[16]。開始DS1302初始化設置DS1302讀年月日星期時分秒將讀取的數據處理后送液晶屏顯示 返回 圖 DS1302讀寫流程圖 參數存儲模塊工藝參數存儲部分由AT24C02作為外圍存儲區(qū)。AT24C02內有2K的存儲空間，具有I2C接口，可以與單片機之間通過軟件模擬I2C時序建立I2C通信，實現讀取和存儲數據。它通過SDA(串行數據線)及SCL(串行時鐘線)兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據地址識別每個器件。這里只用到一片AT24C02芯片，所以不需要地址識別[28]。編程之前要掌握I2C器件的讀寫操作時序。 (1) I2C總線起始和停止條件 AT24C02是基于I2C總線的器件，在I2C總線技術規(guī)范中，起始條件(S)和停止條件(P)一般是由主器件產生的。起始條件表明一個I2C總線傳送的開始，停止條件則表明I2C總線通信的結束。SCL為高電平時，SDA由高電平到低電平的跳變被定義為起始條件，而SDA有低電平到高電平的跳變未停止條件[25]。I2C總線在起始條件以后被認為處于忙狀態(tài)，在停止條件以后，如果沒有起始條件產生，這段時間總線可以被認為是處于空閑狀態(tài)。 (2) I2C總線的位傳輸 I2C總線協(xié)議的技術規(guī)范中規(guī)定每次發(fā)到I2C總線SDA上的數據必須是一個字節(jié)，但每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數量是不受到限制的[27]。傳輸的數據字節(jié)按照由高位到低位的順序發(fā)送，，通知單片機進入等待狀態(tài)，直到AT24C02準備好接收下一個字節(jié)數據，釋放時鐘線SCL，單片機才可以繼續(xù)發(fā)送數據. (3) I2C總線上的數據響應在響應脈沖期間，AT24C02將總線拉低，并使得SDA在這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。AT24C02響應信號結束后，SDA返回高電平，進入下一個傳送周期。開始寫程序入口總線空閑？YN寫命令字 寫要存放數據的地址逐位寫入數據釋放總線結束 寫AT24C02程序流程圖 測試不同障礙物下，主機控制分機開關機有效距離。 距離測試障礙物材料無障礙物/m有障礙物/m書本桌子磚石等10m12m910m鋼板等金屬68m玻璃910m結論：障礙物影響信號的發(fā)射接收，而金屬物影響相對更大。 提前設定好開關機時間，測試實時時間，是否相符。（其中開機時間設定為10：00，關機時間設為13：00）。 自動模式測試 顯示時間交換機狀態(tài)（LED反饋）10：00：02燈亮13：00：01燈滅 手動設置開機時間，復位鍵代替關機鍵，測試實時時間是否相符。（其中開機時間設定為14：00，關機時間設為15：00）。 手動模式測試顯示時間交換機狀態(tài)（LED反饋）14：00：01燈亮15：00：01燈滅 用一個單片機主機控制幾個分機，且控制對象在不同的地方。 多通路測試機組距離/m顯示時間交換機狀態(tài)（LED反饋）11016：0017：00燈亮/燈滅2416：0017：00燈亮/燈滅 結論：、說明電路功能正常。結論在本次畢業(yè)設計課題的研究中,我大有收獲。首先在選擇畢業(yè)設計課題時，我本著鞏固所學理論知識，加強實際動手能力，增加對現代科技特別是無線和通信方面的了解，圓滿完成大學本科學業(yè)的想法，選了節(jié)能型交換機無線開關控制的設計這一實際而又有挑戰(zhàn)性的課題。 應用單片機的定時中斷功能，該設計可以進行定時控制，并通過NRF24L01將信號送給接收部分，在定時時間到達時，接收端控制繼電器閉合，通過LED 燈可實現信號的反饋。如果對該系統(tǒng)加以開發(fā)利用，只要檢測到用戶請求，家電就能實現開關機，那家電智能化的時代就會更豐富。經過四年學習的積累，在已經掌握相關專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認真且嚴肅的完成了我的畢業(yè)設計。這次畢業(yè)設計歷時至少3個月，由一開始的確定課題，再到后來的資料查找、理論學習應用，再有就是近來的軟件設計、硬件電路組建、結果分析和測試過程。這一切都使我的理論知識理解力和動手能力得到很大的加強。可以說是一次全面綜合的電路知識檢驗。在通信理論的學習和實際芯片的識別、電路的組建、分析以及后來的測試過程中，我不可避免地遇到各種問題，我在積極思考的前提下，請教了同學或指導老師，比較順利的一一解決了問題，圓滿完成了設計制作。這次畢設對我的求實精神、面對困難的積極心態(tài)都有極大的考驗，我也曾消沉止步不前，但在周圍拉奧是的和同學的感染下，我從困境中挺了過來。我在這個過程中深刻的感受到了做畢業(yè)設計的意義所在，那就是堅持不放棄就會成功。 致謝本課題的研究和論文的完成是在李菊葉老師的耐心指導和熱情幫助下完成的。老師嚴謹的治學態(tài)度、豐富的實踐經驗、兢兢業(yè)業(yè)的工作精神都使我受益匪淺。老師豁達的胸懷對我樹立正確的人生觀和價值觀產生了積極的影響。在老師的指點和關注下，我的理論知識理解和動手經驗都得到了很大的提高。在我人生道路上，老師無微不至的關注讓我更加堅穩(wěn)的走好每一步。跟隨老師學習以來，我獲得了一生中最寶貴的財富，就是豐富的知識和如何運用它的方法。在此謹向曾老師表示崇高的敬意和衷心的感謝!感謝老師在研究工作中對我進行的悉心指導，使我的論文的撰寫得以順利進行。為我的學習提供了良好的條件，成功的完成了畢設的軟硬件設計。最后感謝我的父母，你們對我的無私關愛讓我健康成長到了今天。我順利的完成了大學的學業(yè)，即將成為一個就要步入社會的人，我會實現自我的價值，為自己、家庭，更為社會做出更大的貢獻！ 參考文獻[1] 黃智偉．單片無線數據通信 IC 原理與應用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2004：1234. 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