【文章內(nèi)容簡介】 29V C C40GND20T L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K Ω 圖 36 主機通信電路圖 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩT L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K ΩR S T /V pp1R X D /P 3. 02T X D /P 3. 13X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 3. 26I N T 1/ P 3. 37T 0/ P 3. 48T 1/ P 3. 59GND10V C C20P 1. 719P 1. 618P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 1. 214P 1. 1/ A I N 113P 1. 0/ A I N 012P 3. 71189 C 20 51 圖 37 從機通信電路圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 14 主機與從機選用的 RS485 通信收發(fā)器芯片為 MAX485， 它是 MAXIM 公司生產(chǎn)的用于 RS 485 通信的低 功率收發(fā)器件， 采用單一電源 +5 V 工作，額定電流為 300 μA，采用半雙工通 信 方式。它完成將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS485 電平的功能。 MAX485 芯片內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。 RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD 和 TXD 相連即可； RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 RE 端 為邏輯 0 時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE 端 為邏輯 1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可 ，主機 與從機分別 使用 與 腳進 行控制 ； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A 引腳的電平高于 B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當 A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。 在進行通信時 只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可。同時將 A 和 B 端之間加匹配電阻， 這里 選 用 120Ω 的電阻。 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電耦合器 TLP521 對通信系統(tǒng)進行光電隔離。從機使用單片機的 控制通信收發(fā)器 MAX485 的工作狀態(tài)，平時置 為低電平，使從機串行口處于偵聽狀態(tài)。當有串行中斷產(chǎn)生時判別是否是本機號，若為本機地址則置 為高電平，發(fā) 送應(yīng)答信息，然后再置 為低電平接收控制指令，繼續(xù)保持 為低電平，使串行收發(fā) 器處于接收狀態(tài)；若不是本機地址，使 為低電平，使串行收發(fā)器處于接收偵聽狀態(tài)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 15 4 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件計算機不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計算機中的地位，而在計算機控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是由軟件來定義的，如系統(tǒng) 要控制分布的照明燈具，通過有線串行通信程序來完成控制功能，通過軟件定義鍵盤功能，通過編程完成 LED 數(shù)碼 顯示等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 該照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟停控制程序、照明亮度控制程序、照明定時控制程序、 人機交互程序以及 RS485 串行通信等。 本著軟件設(shè)計的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化 分析與設(shè)計方法來完成的。 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法雖然是早期的程序設(shè)計方法， 但該方 法還一直被廣泛地使用。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計貫穿整個軟件設(shè)計過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。 本照明控制系統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。 照 明 控 制 系 統(tǒng)照 明 啟 停 控 制 照 明 亮 度 控 制 照 明 定 時 控 制 人 機 交 互 串 行 通 信全部啟停控制單獨啟?？刂迫苛炼瓤刂茊为毩炼瓤刂迫慷〞r控制單獨定時控制鍵盤掃描L E D數(shù)碼顯示無線數(shù)傳R S4 8 5通信 圖 41 照明控制系統(tǒng)軟件 程序 總體結(jié)構(gòu)圖 人機交互程序設(shè)計 系統(tǒng)的人機交互 程序 設(shè)計， 主要 是 解決按鍵的掃描與信息的顯示，讓操作者能河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 16 夠靈活地控制系統(tǒng)工作。 鍵盤用來輸入指令， 發(fā)光數(shù)碼管用來顯示單片機的狀態(tài) ，這是一個比較簡單的人機交互形式。 本系統(tǒng)的鍵盤采用的是 4 4 矩陣式鍵盤，矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列線的交叉點上。一個 4 4 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個含有 16 個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數(shù)量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤 要節(jié)省很多 I/O 口。 矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端， 在進行鍵盤掃描時，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號，如果有信號，那么就證明這根 行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機就讀入這個鍵值。如果所有的四根行線都沒有信號，那么就把第一根列線置低，把第二根列線置高，再一次檢測行線有沒有信號，然后依次類推。 由于鍵盤掃描的速度很快，而人按鍵總會持續(xù)一定 的時間，因此只要單片機處在等待輸入的狀態(tài) ，這個鍵盤掃描程序基本上不會錯過任何一個按鍵信號。 由于一般 人按鍵會有抖動， 抖動信號造成 鍵盤掃描時 會出現(xiàn)一些錯誤的信號，要不就是掃描不進數(shù)據(jù)，要不就是重復(fù)輸入很多次數(shù)據(jù) ，因此需要有一個消除抖動的程序。讓單片機不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動信號，而只響應(yīng)一次確實存在的按鍵信號。消抖動程序是這樣實現(xiàn)的，當檢測到一個脈沖信號時，并不立即認為是一次按鍵，而是延時 一段時間以后再進行檢測，如果三次檢測都有信號，那么就認為有一次按鍵動作發(fā)生了。延時的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯過較多的按鍵信號。鍵盤掃描程序的流程圖如圖 42 所示。 系統(tǒng)的按鍵定義除 了基本的數(shù)字鍵（ 0～ 9）外，將其它的鍵依次定義為開、關(guān)、增值 、減 值 、定時、確認六個命令鍵， 其控制的基本功能是： （ 1） 通過數(shù)字鍵、確認鍵輸入分控制器的地址以及定時功能的時間設(shè)置。 （ 2） 利用 開、關(guān)鍵控制照明燈具的啟停。 （ 3） 利用 增 值 、減 值 鍵控制照明燈具的亮度。 （ 4） 通過定時鍵 來對照明燈具進行定時控制的設(shè)置。 系統(tǒng)通過軟件方法實現(xiàn)該功能，即定義開、關(guān)、增值、減值、定時、確認等命令鍵，利用鍵盤掃描程序獲取 對應(yīng) 命令鍵的鍵值 ，然后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，實現(xiàn)所要求的控制功能。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 17 開 始初 始 化將 第 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號 嗎延 時 一 次有 信 號 嗎再 延 時 一 次有 信 號 嗎將 上 一 根 列 線 置 低將 下 一 根 列 線 置 高依 次 掃 描 行 線有 信 號 嗎延 時 一 次有 信 號 嗎再 延 時 一 次有 信 號 嗎是 第 四 根 列 線 嗎將 第 四 根 列 線 置 低返 回 對 應(yīng) 鍵 值返 回 對 應(yīng) 鍵 值返 回 一 個 值YYYNNNYYYNNNYN 圖 42 鍵盤掃描程序流程圖 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計 本系統(tǒng)采用了四位共陽極七段數(shù)碼管，共陽極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它 管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段 導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻，這里的限流電阻選為 100Ω。 這里選 用的 7447 芯片是從 BCD 碼到 SEG7 段碼的轉(zhuǎn)換器，而 74LS138 是一個地址譯碼器，通過 74LS138 選通某個數(shù)碼管，然后根據(jù) 7447 傳送過來的 SEG7 段碼的數(shù)據(jù)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 進行顯示 ，而在非選通的時候，數(shù)碼管能夠保持原有的顯示數(shù)據(jù)。 LED 數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖 43 所示。 子 程 序 入 口初 始 化返 回YN查 表 取 段 碼段 碼 送 驅(qū) 動 顯 示位 碼 送 譯 碼 器 選 通 低 位數(shù) 碼 管數(shù) 字 是 否 顯 示 完顯 示 緩 沖 區(qū) 左 移關(guān) 顯 示 圖 43 LED數(shù)碼顯示程序流程圖 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計 照明的啟停控制主要是由主控制器發(fā)出指令，通過 RS485 通信方式或無線數(shù)傳方式控制全部或部分分控制器所控制照明燈具的 啟停，因此照明啟?？刂瞥绦蛴蓛刹糠纸M成，即全部啟?？刂婆c單獨啟停控制兩部分。 設(shè)計 全部照明啟?？刂葡到y(tǒng)是利用主控制器上的開、關(guān)按鍵來控制全部照明燈的啟停，控制命令是通過串口通信方式傳達到分控制器，分控制器再依據(jù)命令向 口輸出高低電平，來達到控制燈泡亮 和 滅的目的。 在這個多機系統(tǒng)中采用的是主從式通信方式，主機即主控制器處于主導(dǎo)和支配地位，從機即分控制器一般以中斷方式來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在主從式多機系統(tǒng)中主機發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，在這里是要發(fā)送給所有 的從機，來控制照明燈的啟停。在本系統(tǒng)中采用廣播式 命令，不需要從機返回信息，從機之間也不能直接河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 通信。主機由 AT89C51 單片機充當，從機為 AT89C2051 單片機。主機與從機的數(shù)據(jù)通信波特率定為 9600 波特，每個從機都有唯一的地址號，用來區(qū)分各從機。單片機的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時器 T1 為波特發(fā)生器，數(shù) 據(jù)傳送格式為 1 位起始位， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位， 1 位可編程位（ TB8）。工作方式：定時器 T1 設(shè)置為方式 2，串口設(shè)置為工作方式 3。 本系統(tǒng)的 通信原理為：從機在 建立與主機通信之前 所有分機的 SM2 都置 1，即隨時處于 對通信線路監(jiān)聽的狀態(tài)，只能收到主機發(fā)送來的機號信息。主機向從機發(fā)送廣播地址信息時，廣播地址為 00H，所有分機都接收到廣播地址信息，然后進入正常通信狀態(tài)，清除 SM2 位，開始接收主機發(fā)送來的命令。 從機 收到的命令是開燈時，向 口輸出高電平，打開 MOC3021 驅(qū)動雙向可控硅，從而就點亮了燈泡；同理，如果收到的命令是關(guān)燈時，向 口輸出低電平，封閉 MOC3021 使雙向可控硅截止，也就達到了關(guān)閉燈泡的目的。 該系統(tǒng)的主機和從機的控制程序流程圖如圖 44 和圖 45 所示。 開 始初 始 化調(diào) 用 鍵 盤 掃 描 子 程 序取 鍵 值有 鍵 按 下 嗎發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 給 從 機返 回YN 圖 44 全部 啟停 控制主機程序流程圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機 發(fā) 送 的 地 址地 址 是 0 0 H 嗎接 收 主 機 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)是 打 開 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 高 電 平返 回是 關(guān) 閉 命 令 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 低 電 平NYYNYN 圖 45 全部 啟停 控制從機程序流程圖 設(shè)計 仍 單獨照明啟?？刂葡到y(tǒng)是通過主機發(fā)送給指定的從機命令信息，來實現(xiàn)照明燈的啟?？刂?。主機首先發(fā)送從機地址，被叫到的從機向主機發(fā)送本機地址，然后主機向從機傳送數(shù)據(jù)，從機根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。單片機的工作方式同全部照明啟停控制系統(tǒng)。其具體的工作過程是：所有的從機在通信之前都把 SM2位置 1，隨時 處于偵聽狀態(tài)。當主機發(fā)送從機的地址信息時，每幀數(shù)據(jù)的第 9位都為 1，所有從機都接收到地址信息，然后判斷主機是否呼叫本機。如果呼叫本機則進入正式通信狀態(tài)，清除SM2，并把本機地址號發(fā)送給主機作為應(yīng)答，然后才開始接收主機發(fā)送來的信息。而其它從機由于地址號不符，他們的 SM2位 然為 1，仍處于偵聽狀態(tài)