【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3年在 RS422基礎(chǔ)上制定了 RS485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標(biāo)準(zhǔn)。RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。正因?yàn)?RS485 的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（ 32個(gè)）、可以自行定義 協(xié)議以及傳輸線成本低的特性，使得 EIA RS485 成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。 1． 3 無線數(shù)傳技術(shù) 有線 傳輸?shù)姆绞诫m然使用非常廣泛且可靠性較高，但由于各方面的局限性，已經(jīng)在眾多方面被無線傳輸方式所取代。無線數(shù)字傳輸技術(shù)日益完善，其重要性也被人們所認(rèn)識(shí)，相應(yīng)的基于無線數(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。無線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便、使用效率高，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 ，例如，無線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)采集、無線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動(dòng)化、高檔玩具等等 。 無線數(shù)傳技術(shù)是通過單片機(jī)的串口與無線數(shù)傳模塊連接， 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線數(shù) 傳模塊向空中發(fā)出，然后由另一個(gè)終端設(shè)備的無線數(shù)傳模塊從空中接收數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的任務(wù)。 8 1． 4 本章小結(jié) 本章介紹了 照明控制系統(tǒng)在智能樓宇中的應(yīng)用、發(fā)展以及所使用的主要專業(yè)技術(shù)。它從傳統(tǒng)的方式逐步發(fā)展到能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制， 使用戶使用起來更加方便、舒適。本文所研究的照明控制系統(tǒng)主要使用了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、有線通信技術(shù)和無線數(shù)傳技術(shù)。在這里 主要 對(duì)這三種技術(shù)的組成、功能、發(fā)展以及使用領(lǐng)域 等方面 進(jìn)行了 簡(jiǎn)要 的 闡述。 9 第二章 基于單片機(jī)的照 明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架與性能 2． 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件 電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)， 并確定與之配套的外圍芯片， 使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試， 發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 軟件設(shè)計(jì)的方法 與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用 51系列單片機(jī)，因此使用 Keil C語言進(jìn)行開發(fā)。此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 采用模 塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整， 經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。 2． 2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（ 1）上位機(jī)系統(tǒng)；（ 2）下位機(jī)系統(tǒng)；（ 3）通信系統(tǒng)。 這三部分共同完成了主控制器通過有線、無線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。 有線通信 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 該多機(jī)通信系統(tǒng)采用 RS485半雙工主從 式 通信系統(tǒng) ，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。 10 主 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口R S 4 8 5 總 線 圖 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。主控制器是發(fā)送遙控指令、發(fā)送數(shù)據(jù)信息、接收應(yīng)答信息等，分控制器接收數(shù)據(jù)與遙控指令，完成對(duì)照明燈具的控制。 主 控 制 器 無 線 數(shù) 傳 模 塊分 控 制 器無 線 數(shù) 傳 模 塊分 控 制 器 無 線 數(shù) 傳 模 塊 圖 無線數(shù)傳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng) 的主控制器通過 RS485 總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器 ，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門 狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開關(guān)、亮度控制 ， 并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 。 11 8 9 C 5 1晶 振鍵 盤看 門 狗數(shù) 碼 顯 示 及 驅(qū) 動(dòng) 電 路通 信 接 口 電 路電 源 圖 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 8 9 C 2 0 5 1看門狗晶 振時(shí) 鐘 電 路電 源零 點(diǎn) 檢 測(cè) 電 路可 控 硅 控 制 電 路 圖 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同 時(shí)能夠控制照明燈具 ，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。 2． 3 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求 （ 1） 照明啟停控制系統(tǒng) ① 全開 12 ② 全關(guān) ③ 單獨(dú)開 ④ 單獨(dú)關(guān) （ 2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨(dú)亮度調(diào)節(jié) （ 3） 定時(shí)控制系統(tǒng) ① 對(duì)全部照明燈進(jìn)行定 時(shí)控制 ② 對(duì)每個(gè)照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 2． 4 本章小結(jié) 本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求三方面對(duì)所研究的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能進(jìn)行了闡述，該系統(tǒng)由一個(gè)主控制器與若干個(gè)分控制器組成， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應(yīng)的軟件程序， 最終要達(dá)到所要求的性能指標(biāo)。 13 第三章 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的硬件 電路 設(shè)計(jì) 3． 1 主控制器的電路設(shè)計(jì) 主控制器 采用 AT89C51單片機(jī) 作 為微處理器， AT89C51是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元。 主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由鍵盤、數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路、晶振、看門狗電路、通信接口電路等幾部分組成。 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39T11589 C 51I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7abcdefgABCD744710 0Ω 7D4A 10 15 4RBIRBOLTGNDV C C30pF30pF1 2 M H zD3 D2 D1V C C+ 5 VABCV C CG 2 AG 2 BY0Y1Y2Y3 K Ω 47 4 L S 1 3 8W D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5V+ 5V1 2 3 45 6 7 89 0 開 關(guān)確認(rèn)定時(shí)↓↑+ 5VＤ 圖 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 14 鍵盤的接口 設(shè)計(jì) 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式有兩種，即獨(dú)立式按鍵和矩陣式鍵盤。本系統(tǒng)使用的是 4 4 矩陣式鍵盤，第一行從左到右為 4，第二行為 8，第三行為 0、開、關(guān)，第四行為 增值 、 減值 、 定時(shí) 、確認(rèn)。 該形式的鍵盤，每個(gè)按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。 矩陣鍵盤的列線從左到右分別與 單片機(jī)的 、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 、 。 每 當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通， 這樣單片機(jī)就能檢測(cè)出信號(hào)， 并 通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。 LED數(shù)碼 顯示 的接口設(shè)計(jì) 數(shù)碼顯示與驅(qū)動(dòng)電路由 74LS138 譯碼器、 7447 TTL BCD7 段高有效譯碼器 /驅(qū)動(dòng)器、 4個(gè)數(shù)碼管以及 5個(gè) A1015三極管組成。由單片機(jī)的 ～ BCD碼，經(jīng) 7447芯片后，翻譯成 7段數(shù)碼管 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g相應(yīng)的段 ，并 輸出 點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的 、 74LS138譯碼器 后產(chǎn)生的高電平信號(hào)加在 A1015 三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，從而起到對(duì)相應(yīng)數(shù)碼管的選通作用。 4個(gè) 7段數(shù)碼管都被接成共陽極方式。 看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗，與 AT89C51的接口電路如圖 。 MR 與 WDO 經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來， WDI接單片機(jī)的 口，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET， MR經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。 該監(jiān)控電路的主要功能如下： （ 1） 系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)， 當(dāng)電源電壓超過復(fù)位門限電壓 ， RESET端輸出 200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。 （ 2） 對(duì) +5V電源進(jìn)行監(jiān)視： 當(dāng) +5V電源正常時(shí)， RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng) +5V電源電壓降至 + 時(shí)， RESET輸出 高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （ 3） 看門狗定時(shí)器被清零 ， WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)， CPU不能在 1． 6s內(nèi)給 15 出 “喂狗”信號(hào) ， WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由?MR端 有一個(gè)內(nèi)部 250mA的上拉電流， D導(dǎo)通 MR獲得有效低電平， RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位， 看門狗定時(shí)器清零， WDO又恢復(fù)成高電 平。 （ 4） 手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。 分控制器的電路設(shè)計(jì) 分控制器采用 低檔型的 AT89C2051單片機(jī)作為微處理器， AT89C2051也是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 2K bytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，具有 15線可編程 I/O口，該單片機(jī)具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高等特點(diǎn)。 分控制器系統(tǒng) 的外圍接口電路由晶振、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、可控硅控制電路、零點(diǎn)檢測(cè)電路、看門狗電路 、通信接口電路 等組成。 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 。 30pF30pF1 2 M H zR S T /V pp1R X D /P 2T X D /P 3X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 6I N T 1/ P 7T 0/ P 8T 1/ P 9GND10V C C20P 19P 18P 17P 16P 15P 14P 13P 12P 1189 C 20 51V C C 1R S TS C L KI / OV C C 2X1X2GNDD S 1 3 0 2+ 5V20pF20pF3 2 .7 6 8 K H z+ 5V330Ω330Ω39Ω0 .0 1 u F100Ω+ 5 V7404M O C 3 0 2 11246~ 2 2 0 VB T 1 3 1B A T T E R Y3 . 6 VW D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5VD220nFVIVOGND220nFL M 7 8 0 5123V C C+ 5 V~ 2 2 0 VD1D210V+1 K Ω+ 5 VD3D41 .5 K Ω+ 5 VL M 3 1 1 圖 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 16 時(shí)鐘芯片的接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)利用單片機(jī) 89C2051和時(shí)鐘芯片 DS1302進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用于定時(shí)控制照明燈具的啟停。 DS1302是美國 Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI三線接口 與 CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā) 方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或 RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于 31日時(shí)可自動(dòng)調(diào)整。 DS1302與單片機(jī)的連接僅需要 3根線，即 SCLK、 I/O、 RST。 RST接在 ，此引腳為高電平時(shí)，選中該芯片，可對(duì)其進(jìn)行操作。串行數(shù)據(jù)線 I/O與串行時(shí)鐘線 SCLK分別接在 ，所有的單片機(jī)地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。在本系統(tǒng)中， 89C2051為主器件， DS1302為從器件，主器件在總線上產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖、尋址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等， 而從器件則相應(yīng)接收數(shù)據(jù)、送出數(shù)據(jù)。對(duì) DS1302的每一次讀寫需 16個(gè)時(shí)鐘脈沖，前 8個(gè)脈沖輸入操作地址和讀寫命令。其中位 7必須為 1；位 0為 0時(shí)向芯片寫入數(shù)據(jù)，為 1時(shí)從芯片讀出數(shù)據(jù)； 位 6～位 1選定芯片中的地址。后 8個(gè)脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。 DS1302采用雙電源系統(tǒng)供電， VCC1在雙電源系統(tǒng)中提供主電源，在這種運(yùn)用方式下 VCC2連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存 時(shí)間 信息 以及數(shù)據(jù)。 DS1302由兩者中的較大者供電。當(dāng) VCC1大于 VCC2+， VCC1給 DS1302供電。當(dāng) VCC1小于 VCC2時(shí)， DS1302由VCC2供電。 零點(diǎn)檢測(cè)與可控硅控制電路 的設(shè)計(jì) 這部分 電路的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的 I/O口灌電流的方法控制可控硅實(shí)現(xiàn)開關(guān)與調(diào)光控制，用光電耦合器 M0C3021作為可控硅的驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電的隔離。光電耦合器 M0C3021通過一個(gè)非門與 89C2051的 ， 當(dāng)此腳輸出高電平時(shí)，將會(huì)封鎖