【文章內(nèi)容簡介】 ，就需要有驅(qū)動(dòng)燈光啟動(dòng)的模塊；硬件時(shí)鐘模塊：根據(jù)室內(nèi)燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的限制，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)和人們作息時(shí)間行對(duì)應(yīng)，還應(yīng)具有掉電保護(hù)電路，保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。EEPROM存儲(chǔ)器模塊：設(shè)備的設(shè)置參數(shù)既可根據(jù)實(shí)際需要人性化更改，又要斷電能夠保存下來，所以其設(shè)置參數(shù)需存儲(chǔ)于一片EEPR0M中。CAN現(xiàn)場總線它能夠通過網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)的監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)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(shí)時(shí)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(diǎn)劃分成不同的優(yōu)先級(jí)；使用非破壞仲裁技術(shù)；報(bào)文采用短幀形式結(jié)構(gòu)，所以數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；節(jié)點(diǎn)可在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下能夠自動(dòng)關(guān)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(yuǎn)程信息。再者，它不易與上位機(jī)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(jià)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(diǎn)在于它可以充分利用現(xiàn)有資源，方便、快速、低建設(shè)成本地為用戶數(shù)據(jù)終端提供遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的部署傳輸速率高，接入時(shí)間短；并且提供實(shí)時(shí)在線功能?？墒?，任何事物都具有兩面性，GPRS的應(yīng)用也會(huì)沖擊現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)容量，實(shí)際傳輸速度比理論低得多；GPRS標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)功能。單片機(jī)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(kuò)展構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[12]；由于單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，滲透于我們生活的多個(gè)領(lǐng)域，幾乎難以找到哪個(gè)領(lǐng)域范圍沒有單片機(jī)的蹤跡。譬如導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程中的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，各種智能IC卡的廣泛使用，全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。但是，它小巧玲瓏的同時(shí)注定存在一定的局限性，單片機(jī)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(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，程序編寫困難，代碼難以理解，不易于識(shí)讀，難于移植，排錯(cuò)困難，編寫程序花的時(shí)間相當(dāng)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(qiáng)，但都需要在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)下才能實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)傳輸勢必會(huì)受其影響；而單片機(jī)程序雖然編寫困難，不易移植，但對(duì)于本系統(tǒng)已經(jīng)足夠了，而且它的性價(jià)比較高，簡潔攜帶，靈活又方便，外圍電路結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格實(shí)惠，控制簡單方便，頻率要求不高，并且不需要網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以也就不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)那樣大的時(shí)延，在沒有網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)都不會(huì)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(fèi)。對(duì)于自身的學(xué)習(xí)來說，GPRS和CAN總線方面知識(shí)存在一定的欠缺，沒有單片機(jī)那樣的熟練?；谏鲜龇N種原因，本研究選用單片機(jī)方案來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。一個(gè)完整系統(tǒng)的運(yùn)作，首先必須建立在硬件基礎(chǔ)之上，硬件設(shè)計(jì)要充分考慮到系統(tǒng)所應(yīng)用的環(huán)境狀況，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的溫濕度，電磁干擾等，再據(jù)其功能選擇性能可靠，性價(jià)比高，抗干擾強(qiáng)且精度較高的元器件?；谠O(shè)計(jì)方案的選定，該系統(tǒng)現(xiàn)以AT89C52單片機(jī)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(dòng)電路、紅外線人體探測電路、環(huán)境光強(qiáng)檢測電路、按鍵控制電路、報(bào)警電路。 系統(tǒng)硬件電路組成通過產(chǎn)品性價(jià)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(hào)；燈光驅(qū)動(dòng)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(duì)管；環(huán)境光強(qiáng)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?xiàng)l件，系統(tǒng)就可以對(duì)人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和智能判斷，送入單片機(jī)控制中心處理，再由單片機(jī)控制室內(nèi)燈光狀態(tài)。同時(shí)定時(shí)器、人工控制、報(bào)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(jī)。它片內(nèi)具有4K 可重復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和8KB的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。由于器件采用ATMEL公司高密度、非易失性的存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，且與標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)單元[13]，可實(shí)現(xiàn)多次編程，為在線編程提供了方便，適用多種較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。而且通過合理安排使用片內(nèi)RAM空間，就不需要擴(kuò)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(jìn)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。空閑方式下CPU停止工作，但允許RAM、定時(shí)／計(jì)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(huì)禁止其它所有部件工作，直到下一個(gè)硬件復(fù)位。在AT89C52的片內(nèi)存儲(chǔ)器中，將80HFFH共128個(gè)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(gè)字節(jié)里，實(shí)際上只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分字節(jié)沒有定義。對(duì)于沒有定義的單元進(jìn)行讀寫動(dòng)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(yīng)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(huì)被賦予新的功能，在此種情況下，復(fù)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(fù)用口。作為輸出口用時(shí)．每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL 邏輯門電路，對(duì)端口P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部 上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字 節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL。P2口P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電路。對(duì)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(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流IIL。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。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(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，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(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)，并且擁有第二功能。RST復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。PSEN程序儲(chǔ)存允許PSEN輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期只有兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖信號(hào)。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)跳過兩次PSEN信號(hào)。ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE即地址鎖存允許信號(hào)，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(shí)鐘振蕩頻率1/6的固定脈沖信號(hào)，因此它可用于定時(shí)目的或?qū)ν廨敵鰰r(shí)鐘。需要注意的是，訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將會(huì)跳過一個(gè)ALE脈沖。EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)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(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。XTAL1晶體振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)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(jī)主要功能介紹，以及本系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)要求。單片機(jī)最小系統(tǒng)中含有復(fù)位電路，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，由于各類原因會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，不管會(huì)不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象，為了安全起見，都應(yīng)該存在。在本系統(tǒng)中，復(fù)位時(shí)光強(qiáng)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(dòng)，適用于大規(guī)模集成電路，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在個(gè)人電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)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(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位構(gòu)成，顯示每個(gè)字符也只需要一個(gè)點(diǎn)陣字符位，每位點(diǎn)陣字符之間有一個(gè)點(diǎn)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(gè)字符。它的優(yōu)勢主要在于：（1）質(zhì)量高：液晶顯示器每點(diǎn)在收到信號(hào)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(jī)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(dòng)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)的16腳接口。 LCD1602的引腳功能引腳序號(hào)功能特性1VSS為地電源2VDD接5V正電源3V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可接一個(gè)10K的電位器對(duì)對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整。4RS為寄存器選擇，低電平時(shí)選擇指令寄存器，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器。5R/W為讀寫信號(hào)線，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RW為低電平RS為高電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。6E端為芯片使能端，當(dāng)E端從高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，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(fù)極根據(jù)電路功能需求，它需要顯示當(dāng)前光照強(qiáng)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(jī)的P0口相連，通過讀寫端口來顯示所需要的內(nèi)容。光強(qiáng)檢測電路是本系統(tǒng)中比較重要的一項(xiàng)，在自動(dòng)控制模式中，光強(qiáng)度決定著燈光的開閉與否。當(dāng)光強(qiáng)足夠強(qiáng)時(shí)，燈光處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)光強(qiáng)度較弱且有人時(shí)，燈光就會(huì)打開。 光強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。但在實(shí)際硬件中，數(shù)字光強(qiáng)度檢測采用型號(hào)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(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，省略復(fù)了雜的計(jì)算和標(biāo)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(duì)環(huán)境光亮的測量精度，若解析度設(shè)置為4，則BH1750 不能分辨環(huán)境光亮度在相差4 個(gè)Lux 值（例如450和453）時(shí)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(shí)值之間差異的最大值為4。透光率設(shè)置當(dāng)Light sensor 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，可進(jìn)行透光率設(shè)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(shí)，從BH1750 內(nèi)部寄存器讀取的光亮度值為：讀取值 = 實(shí)際值透光率。設(shè)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(shè)為50%，則其測量精度實(shí)際上也會(huì)相應(yīng)提高一倍，對(duì)于較低亮度環(huán)境下的測量將更為準(zhǔn)確有效。透光率設(shè)置方法是若想把透光率設(shè)為X，則在寄存器Change Measurement time 中寫入的值應(yīng)為：X 乘以100%透光率的基準(zhǔn)值。 透光率的參考基準(zhǔn)值BH1750FVI最小值最大值透光率范圍%%0001_1111b 1111_11100001_1111b 1111_1110基準(zhǔn)值10 進(jìn)制值2 進(jìn)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(shí)際生活中，面對(duì)一些特殊情況，我們需要手動(dòng)控制室內(nèi)燈光，已達(dá)到用戶的需求，故而需要按鍵開關(guān)來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 按鍵控制電路按鍵開關(guān)中，F(xiàn)ROCE表示特殊情況手動(dòng)強(qiáng)制控制，MODE表示控制模式，有自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種，兩種調(diào)節(jié)方式共同控制系統(tǒng)的合理化運(yùn)行。室內(nèi)電路或多或少的存在安全隱患，有些是電器設(shè)備原因，有些是人為操作的緣故，所以就需要報(bào)警電路警示用戶用電安全。 報(bào)警電路報(bào)警電路主要由由放大器和蜂鳴器構(gòu)成，單片機(jī)直接輸出的報(bào)警信號(hào)比較微弱，必須通過放大