【文章內(nèi)容簡介】 ，就需要有驅(qū)動燈光啟動的模塊；硬件時鐘模塊：根據(jù)室內(nèi)燈光使用特性，該系統(tǒng)還應受到時間的限制，控制系統(tǒng)的時間應和人們作息時間行對應，還應具有掉電保護電路，保證系統(tǒng)的智能化運行。EEPROM存儲器模塊：設備的設置參數(shù)既可根據(jù)實際需要人性化更改，又要斷電能夠保存下來，所以其設置參數(shù)需存儲于一片EEPR0M中。CAN現(xiàn)場總線它能夠通過網(wǎng)絡，實時的監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，其優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，主要表現(xiàn)在CAN為多主方式工作；CAN總線將節(jié)點劃分成不同的優(yōu)先級；使用非破壞仲裁技術(shù)；報文采用短幀形式結(jié)構(gòu)，所以數(shù)據(jù)出錯率極低；節(jié)點可在錯誤嚴重的情況下能夠自動關閉輸出。但是，它也有不好的一面。CAN現(xiàn)場總線作不能同Internet互連，不能共享遠程信息。再者，它不易與上位機直接相連，現(xiàn)有的CAN總線接口卡較之以太網(wǎng)網(wǎng)卡相比大都價格昂貴。還有，CAN現(xiàn)場總線無論是在通信距離還是通信速率方面都無法和以太網(wǎng)相媲美。GPRS顯而易見的優(yōu)點在于它可以充分利用現(xiàn)有資源，方便、快速、低建設成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠程接入網(wǎng)絡的部署傳輸速率高，接入時間短；并且提供實時在線功能。可是，任何事物都具有兩面性，GPRS的應用也會沖擊現(xiàn)有的網(wǎng)絡容量，實際傳輸速度比理論低得多；GPRS標準涵蓋了無線封包技術(shù)，并采用數(shù)據(jù)整合和再傳方法，傳輸延遲大；而且沒有儲存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的；指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能；～；易擴展構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)[12]；由于單片機的應用十分廣泛，滲透于我們生活的多個領域，幾乎難以找到哪個領域范圍沒有單片機的蹤跡。譬如導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程中的實時控制和數(shù)據(jù)處理，各種智能IC卡的廣泛使用，全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。但是，它小巧玲瓏的同時注定存在一定的局限性，單片機目前還沒有通用的系統(tǒng)管理軟件或監(jiān)控程序，而且還必須十分了解所用單片機的硬件結(jié)構(gòu)，程序編寫困難，代碼難以理解，不易于識讀，難于移植，排錯困難，編寫程序花的時間相當多，調(diào)試不便等等，通過上述比較，可以看到GPRS和CAN總線方案的通用性很強，但都需要在應用網(wǎng)絡下才能實現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸勢必會受其影響；而單片機程序雖然編寫困難，不易移植，但對于本系統(tǒng)已經(jīng)足夠了，而且它的性價比較高，簡潔攜帶，靈活又方便，外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，價格實惠，控制簡單方便，頻率要求不高，并且不需要網(wǎng)絡服務，所以也就不會產(chǎn)生網(wǎng)絡那樣大的時延，在沒有網(wǎng)絡或網(wǎng)絡不穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)都不會受到大的影響，符合用戶的需求，也能更有效地減少資源浪費。對于自身的學習來說，GPRS和CAN總線方面知識存在一定的欠缺，沒有單片機那樣的熟練?；谏鲜龇N種原因，本研究選用單片機方案來實現(xiàn)室內(nèi)燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)。一個完整系統(tǒng)的運作，首先必須建立在硬件基礎之上，硬件設計要充分考慮到系統(tǒng)所應用的環(huán)境狀況，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的溫濕度，電磁干擾等，再據(jù)其功能選擇性能可靠，性價比高，抗干擾強且精度較高的元器件?；谠O計方案的選定，該系統(tǒng)現(xiàn)以AT89C52單片機作為控制裝置的智能組件，其它外圍電路主要包括：LCD液晶顯示電路、燈光驅(qū)動電路、紅外線人體探測電路、環(huán)境光強檢測電路、按鍵控制電路、報警電路。 系統(tǒng)硬件電路組成通過產(chǎn)品性價比，功能需求，抗干擾等多方位綜合考慮：LCD液晶顯示選擇大家常用的1602型號；燈光驅(qū)動芯片選擇74HC595；紅外人體檢測選擇航抗干擾較好的NPN常開型光電對管；環(huán)境光強檢測選用光敏模塊；其他電路都是最常見的器件。根據(jù)室內(nèi)開燈的合理條件，系統(tǒng)就可以對人體的存在信號和環(huán)境光信號進行識別和智能判斷，送入單片機控制中心處理，再由單片機控制室內(nèi)燈光狀態(tài)。同時定時器、人工控制、報警控制等功能據(jù)人性化需求都要加入到系統(tǒng)中。本系統(tǒng)選用的AT89C52主控芯片，是由 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，8位高性能CMOS 單片機。它片內(nèi)具有4K 可重復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和8KB的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。由于器件采用ATMEL公司高密度、非易失性的存儲技術(shù)生產(chǎn)，且與標準MCS51指令系統(tǒng)及8052 產(chǎn)品引腳相兼容，并且芯片內(nèi)置有通用的8位中央處理器（CPU ）和FLASH存儲單元[13]，可實現(xiàn)多次編程，為在線編程提供了方便，適用多種較為復雜控制應用場合。而且通過合理安排使用片內(nèi)RAM空間，就不需要擴展片外RAM，這樣不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，還降低了系統(tǒng)的成本。AT89C52可降至0 HZ進行靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選軟件的節(jié)電操作模式?？臻e方式下CPU停止工作，但允許RAM、定時／計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式下可以保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，也會禁止其它所有部件工作，直到下一個硬件復位。在AT89C52的片內(nèi)存儲器中，將80HFFH共128個單元作為特殊功能寄存器（SFE ) , 但并非所有的地址空間都被定義，從0HFFH共128 個字節(jié)里，實際上只有一部分被定義，還有相當一部分字節(jié)沒有定義。對于沒有定義的單元進行讀寫動作將是無效的，讀出的數(shù)位也將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也有可能丟失[4]。不應將數(shù)據(jù)“1”寫入未定義的地址單元，由于這些地址單元可能在將來的產(chǎn)品中會被賦予新的功能，在此種情況下，復位后這些單元數(shù)值總是“0”。 AT89C52的引腳功能引腳/接口功能VCC電源電壓GND接地線P0口P0口是一組8位漏極開路型雙向1/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時．每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL 邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部 上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字 節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。P2口P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯電路。對端口P2寫“l(fā)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流IIL。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。P3口P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL)。P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號，并且擁有第二功能。RST復位輸入，當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。PSEN程序儲存允許PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52由外部程序存儲器讀取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期只有兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖信號。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，會跳過兩次PSEN信號。ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE即地址鎖存允許信號，輸出的脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)．一般，ALE仍輸出為時鐘振蕩頻率1/6的固定脈沖信號，因此它可用于定時目的或?qū)ν廨敵鰰r鐘。需要注意的是，訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將會跳過一個ALE脈沖。EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器(地址為0000HFFFFH ) , EA端必須保持低電平(接地）．需注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。XTAL1晶體振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2晶體振蕩器反相放大器的輸出端。通過以上單片機主要功能介紹，以及本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標要求。單片機最小系統(tǒng)中含有復位電路，系統(tǒng)在運行時，由于各類原因會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，不管會不會出現(xiàn)系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象，為了安全起見，都應該存在。在本系統(tǒng)中，復位時光強重新檢測，人數(shù)顯示為0，控制方式為自控控制。 LCD顯示電路液晶顯示是利用液晶的物理特性，通過控制電壓顯示區(qū)域，有電就可以顯示出圖形。液晶顯示器厚度較薄，直接驅(qū)動，適用于大規(guī)模集成電路，目前已經(jīng)被廣泛應用在個人電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。LCD 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示數(shù)字、字母及符號等的點陣型液晶顯示模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位構(gòu)成，顯示每個字符也只需要一個點陣字符位，每位點陣字符之間有一個點距的間隔，且每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602LCD顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符。它的優(yōu)勢主要在于：（1）質(zhì)量高：液晶顯示器每點在收到信號后就一直保持特定色彩和亮度，恒定發(fā)光；（2）數(shù)字式接口：數(shù)字式的接口和單片機系統(tǒng)連接更加簡單可靠，操作愈加方便；（3)功耗低：只有內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC主要消耗能源，耗電量比其它顯示器要少得多；（4)體積小/重量輕：通過電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要小巧好多。LCD1602采用標準的16腳接口。 LCD1602的引腳功能引腳序號功能特性1VSS為地電源2VDD接5V正電源3V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可接一個10K的電位器對對比度進行調(diào)整。4RS為寄存器選擇，低電平時選擇指令寄存器，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器。5R/W為讀寫信號線，低電平時進行寫操作，高電平時進行讀操作。當RS和RW共同為低電平時可以顯示地址或者寫入指令，如果RW為高電平RS為低電平時可以讀忙信號，當RW為低電平RS為高電平時可以寫入數(shù)據(jù)。6E端為芯片使能端，當E端從高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊將執(zhí)行命令。7—14D0～D7是8位雙向數(shù)據(jù)線。15背光電源正極16背光電源負極根據(jù)電路功能需求，它需要顯示當前光照強度，室內(nèi)人體數(shù)目，以及系統(tǒng)的控制模式。 LCD液晶顯示電路圖LCD 1602的3腳可以接電位器用來調(diào)節(jié)顯示器頻幕的亮度，D0D7這8 條數(shù)據(jù)線可以直接和單片機的P0口相連，通過讀寫端口來顯示所需要的內(nèi)容。光強檢測電路是本系統(tǒng)中比較重要的一項，在自動控制模式中，光強度決定著燈光的開閉與否。當光強足夠強時，燈光處于關閉狀態(tài)，當光強度較弱且有人時，燈光就會打開。 光強檢測電路由于在仿真中，光線無法采集，所以就采用上述電路模擬實現(xiàn)。但在實際硬件中，數(shù)字光強度檢測采用型號為GY302的光敏模塊，使用的是ROHM原裝BH1750FVI芯片，數(shù)據(jù)范圍在065535內(nèi)，傳感器內(nèi)置16bitAD轉(zhuǎn)換器，直接數(shù)字輸出，不需要ADC0808進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，省略復了雜的計算和標定[14]。并且此模塊不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性。解析度即對環(huán)境光亮的測量精度，若解析度設置為4，則BH1750 不能分辨環(huán)境光亮度在相差4 個Lux 值（例如450和453）時所存在的亮度差異，也就是從芯片寄存器中所讀取的值與真實值之間差異的最大值為4。透光率設置當Light sensor 在機構(gòu)設計時沒有完全裸露在外面或是上面蓋有不完全透明的遮擋物時，可進行透光率設置，使Light sensor 測得的光亮度值不受其位置或上面遮擋物的影響。此時，從BH1750 內(nèi)部寄存器讀取的光亮度值為：讀取值 = 實際值透光率。設置透光率還可以改變光亮度的測量精度，例如，若將透光率設為50%，則其測量精度實際上也會相應提高一倍，對于較低亮度環(huán)境下的測量將更為準確有效。透光率設置方法是若想把透光率設為X，則在寄存器Change Measurement time 中寫入的值應為：X 乘以100%透光率的基準值。 透光率的參考基準值BH1750FVI最小值最大值透光率范圍%%0001_1111b 1111_11100001_1111b 1111_1110基準值10 進制值2 進制值寄存器高8位值寄存器低8位值100%50%69010_001010x420x6550%138100_010100x440x6a80%120%150%86010_101100x420x76120%58001_110100x410x7a150%46001_011100x410x7e200%35001_000110x410x73在實際生活中，面對一些特殊情況，我們需要手動控制室內(nèi)燈光，已達到用戶的需求，故而需要按鍵開關來控制系統(tǒng)的運行。 按鍵控制電路按鍵開關中，F(xiàn)ROCE表示特殊情況手動強制控制，MODE表示控制模式，有自動模式和手動模式兩種，兩種調(diào)節(jié)方式共同控制系統(tǒng)的合理化運行。室內(nèi)電路或多或少的存在安全隱患，有些是電器設備原因，有些是人為操作的緣故，所以就需要報警電路警示用戶用電安全。 報警電路報警電路主要由由放大器和蜂鳴器構(gòu)成，單片機直接輸出的報警信號比較微弱，必須通過放大