【文章內(nèi)容簡介】 性及操作人員按鍵動作決定，一般為5ms～20ms；按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短是由操作人員的按鍵按壓時間長短決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒不等。在本設(shè)計中由于按鍵不是太多，故采用獨立按鍵法，這樣可以減小編程的難度，圖215為本設(shè)計的按鍵接線圖。圖215 按鍵接線圖 硬件電路板制作 開發(fā)環(huán)境protel99SE開發(fā)硬件設(shè)計主要使用的是protel 99軟件如圖15所示，protel是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用protel。Protel99 SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計。圖216 protel工作空間界面首先進入protel新建一個工程，在菜單欄中的file→new，然后選擇路徑和設(shè)定工程名稱，單機OK，這樣就成功的新建了一個工程。在右邊會出現(xiàn)工作空間，單機右鍵→new→選擇Schematic Document，這樣就新建了一個電氣原理圖(如圖216)，修改原理圖名稱，然后進入原理圖，繪制需要的電氣圖。在原理圖繪制完畢后，對每個元件選擇相應(yīng)的封裝，接著在菜單欄里的design菜單中選擇Update to PCB，protel會自動在工作空間中生成與原理圖同名的PCB圖，并且在PCB中標記有飛線，這樣會方便布線，分布號元器件位置，設(shè)置好線寬，焊盤等設(shè)置，即可開始繪圖。如圖217所示。圖217 PCB圖形繪制 電路板的制作繪制完畢PCB圖后，將其打印在轉(zhuǎn)印紙上，將其覆蓋在擦洗打磨干凈的覆銅板上，平整的固定住，與其一起在快速制版機中加熱。注意，溫度過高可能會使覆銅板銅皮翹起，溫度太低會使碳粉吸附不牢固。轉(zhuǎn)印好銅板后，將轉(zhuǎn)印好的銅板放入氯化鐵溶液中浸泡腐蝕，將沒有覆蓋碳粉的部分腐蝕掉，待腐蝕完畢后，用細砂紙將電路上的碳粉打磨掉露出同色的銅皮即可。，并且對照著PCB圖焊接好對應(yīng)的元器件，經(jīng)過萬用表測試無斷線無短路即可上電使用。成果如圖218所示。圖218 焊接完畢的電路板第三章 程序的設(shè)計實現(xiàn) 系統(tǒng)整體程序框架本設(shè)計整體工作主要由單片機程序控制實現(xiàn)，其工作過程為：電路啟動初始化，電路功能選擇，通訊握手，讀取信號，顯示信號，輸出選擇并確定輸出，單片機采集外部光強和紅外信號等，程序整體框架如圖31所示。圖31 程序整體框架圖本設(shè)計流程框圖如圖32所示。首先上電，對各個模塊進行初始化，然后檢測各個房間的燈光狀態(tài)（自動狀態(tài)，強制開，強制關(guān)），將狀態(tài)寫給NRF2401A射頻芯片的緩存區(qū)，并將其發(fā)射給遙控器。再進行對各個狀態(tài)的處理，強制開狀態(tài)則將該房間對應(yīng)的管腳置1；反之，強制關(guān)則將對應(yīng)房間的管腳清零。繼電器輸出模塊會通過管腳電平變化改變繼電器線圈電流，控制線圈吸合或者斷開，從而控制房間燈光的開關(guān)。如果是自動狀態(tài)，則通過光強傳感器、紅外傳感器判斷房間是否應(yīng)該開燈。當外部亮度足夠亮，則不需要開燈；若外部亮度較暗，則通過紅外傳感器檢測是否有37℃的紅外頻率出現(xiàn)，當有人被紅外傳感器檢測到，紅外傳感器信號位跳變?yōu)楦唠娖?，單片機相應(yīng)管腳接收到該信號會進行處理，控制對應(yīng)房間的管腳變?yōu)楦唠娖?。圖32 主控板程序流程圖 燈光延時等待的設(shè)計與思考考慮到在家居時，很多人會暫時離開一下某件屋子，然后會回來，這樣使燈具頻繁的開關(guān)可能會導致燈具的損壞，所以設(shè)計了一套燈光延時等待程序，為了節(jié)省MCU的占用率，該段程序使用的是內(nèi)部定時器進行計時，這樣可以再執(zhí)行其他程序的同時進行延時。通過TMOD將單片機內(nèi)部定時器0與定時器1的工作方式選方式一。TMOD狀態(tài)字如表31所示表31 TMOD狀態(tài)字D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/~TM1M0GATEC/~TM1M0定時器/計數(shù)器1定時器/計數(shù)器0計算出計時器每次計時時間，并對TH1，TL1，TH0，TL0進行賦值。計算公式如32式。T=(65536X)TCY （32）在式32中T為定時器定時時間，X為寄存器存儲值，將其高八位寫入TH中低八位寫入TL中；TCY為一個指令周期，TCY與晶振頻率f有關(guān)，TCY =12/f。由于每次計時器計時長度有限約10ms（方便計算），不能達到系統(tǒng)要求，在使用時，設(shè)定了一個時間次數(shù)變量TIME，讓其循環(huán)100次即可延時1S，如需時間改變，改變TIME值即可。定時器的調(diào)用步驟如圖33所示。圖33 定時器調(diào)用框圖鑒于本設(shè)計有多個房間（多于兩個）而單片機中僅有兩個定時器，所以在每次調(diào)用定時器時都會有一個對定時器選擇的程序。當需要使用定時器時，先進行判定，定時器0是否被其他房間所占用，若沒有被占用則使用定時器0，若被占用了，則使用定時器1 。若定時器0與定時器1同時被占用，則調(diào)用手動編寫的延時定時器程序，由于該程序段比較占用單片機，會影響到系統(tǒng)整體的運行速度，所及將其優(yōu)先級放在最后。 遙控器程序設(shè)計遙控器主要包含的模塊有LCD1602顯示器，DS1302時鐘芯片，NRF2401A射頻模塊，還有按鍵部分。主要設(shè)計思路如下，首先上電對各個模塊初始化，讀取DS1302中的時間數(shù)據(jù)，同時讓LCD液晶顯示屏顯示時間與房間，接著通過NRF2401A向主控板發(fā)送信號，要求返回各個房間的狀態(tài)，并將其寫入LCE液晶顯示屏上。然后掃描鍵盤，判斷是否有房間狀態(tài)需要改變，若有鍵盤按下，則將按鍵信號通過NRF2401A射頻發(fā)送到主控板中，主控板接收到信號后改變房間狀體，同時返回當前房間狀態(tài)，讓遙控板上的LCD作出相應(yīng)的顯示。其流程框圖如圖34所示。圖34 遙控器工作流程圖 NRF2401A無線射頻通訊的程序設(shè)計1）初始化程序初始化函數(shù)： void n1A_Init_Dev() 程序包括端口初始化和向芯片寫控制字操作，初始化流程如圖32所示。圖35 NRF2401A初始化框圖NRF2401A的工作模式如表32所示：表32 NRF2401A工作模式工作模式PWR_UPCECS收發(fā)模式110配置模式101空閑模式100關(guān)機模式0XX對nRF2401A的初始化包括nRF2401A上電和向nRF2401A寫控制字。nRF2401A上電是將芯片的PWRUP管腳設(shè)置為高電平，上電以后才可以對nRF2401A進行控制和讀寫操作。nRF2401A共有18Byte(144bit)的命令字。其配置字格式如表33所示。表33　配置字格式位（bit）位數(shù)名字功能111~1048DATA1_W通道1有效數(shù)據(jù)長度63~240ADDR1通道1地址23~186ADDR_W通道1地址長度171CRC_L8或6位CRC，0是8位，1是16位161CRC_ENCRC使能位141CM1是ShockBurstTM模式12~103XO_F晶振頻率選擇9~82RF_PWR發(fā)射功率7~17RF_CH信道頻率01RXEN0使能發(fā)射，1使能接收向nRF2401A寫控制字操作時序圖36所示。圖36　向nRF2401A寫命令字時序圖PWRUP為高， CE為低時，置位CS，芯片處于命令字寫入狀態(tài)，通過通道1向芯片的控制字緩沖區(qū)寫入命令字，按照由高位到低位的順序，命令字全部寫入后，將CS置底，nRF2401A芯片將會根據(jù)命令字配置相應(yīng)的內(nèi)部模塊。在第一次配置操作結(jié)束后，只有最后兩個字節(jié)的命令字可以被更改，前16個字節(jié)的修改無效，如果需要修改前16個字節(jié)的命令字（如果通道接收地址，接收數(shù)據(jù)長度等），則需要掉電（PWRUP置低）后重新上電（PWRUP置高），才能對芯片進行徹底初始化操作。2）數(shù)據(jù)發(fā)送程序nRF2401A采用ShockBurstTM（突發(fā)模式）方式發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機向nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖34所示。圖37　單片機向nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)流程單片機向nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)的時序如圖38所示。圖38　單片機向nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)時序圖圖39　單片機向nRF2401A發(fā)送數(shù)據(jù)格式An~A0為接收機地址，不超過40位，通過更換地址，可以向多個nRF2401A模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；Dk~D0為待發(fā)送的數(shù)據(jù)。以上數(shù)據(jù)由單片機發(fā)送到nRF2401A之后，nRF2401A將會進行打包并發(fā)射，打包后的數(shù)據(jù)格式如圖310所示。前緩沖地址有效數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗圖310 nRF2401A對外發(fā)送數(shù)據(jù)的打包格式其中，前緩沖是硬件自動添加，地址由用戶設(shè)定。為3240位；循環(huán)冗余校驗由內(nèi)置CRC糾檢錯硬件電路自動添加?？稍O(shè)為O、8或6位。所有的數(shù)據(jù)總共長度為256位。3）據(jù)接收程序當接收端成功接收到數(shù)據(jù)后，將會置位對應(yīng)的管腳數(shù)據(jù)請求DR1/DR2,單片機通過按鍵查詢該管腳狀態(tài)，或者通過中斷方式接受數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收流程如圖311所示。圖311單片機讀取數(shù)據(jù)流程