【導讀】系統(tǒng)自檢初始化.....

　　

【正文】 ），可以節(jié)約 （ kwh）。從計算結果可以看出：統(tǒng)一標準的照 明設計，采用智能照明設計，采用智能照明控制系統(tǒng)能夠更有效的節(jié)約電能。 27 第 4 章 控制模塊軟件設計 在單片機硬件系統(tǒng)的基礎上，再配上相應的軟件，才能構成一個完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨立的進行設計、開發(fā)。在程序設計過程中，采用合理的程序設計結構是一項關鍵技術。在本系統(tǒng)的設計過程中，總體設計采用自上至下的設計思想將主程序設計好，而在各個部分展開成從屬程序或子程序時，是將各個小模塊分別進行設計和編程，同 時在編程的過程中又用到了結構程序設計的思想。 本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括 :系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時鐘模塊、顯示驅(qū)動模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲模塊。 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 圖 41 監(jiān)控主程序流程圖 系統(tǒng)初始化 看門狗激活 設定定時器，允許定時中斷 上電 Reset 人體傳感器處理任務 環(huán)境光處理任務 定時時鐘管理 顯示刷新任務 28 監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序。監(jiān)控主程序的基本任務是調(diào)用子程序，一個主程序可以調(diào)用多個子程序，對于 51 系列單片機，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個無限循環(huán)的過程，即是一個反復調(diào)用子程序的過程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào) 用，即中斷子程序可以調(diào)用功能子程序。在應用軟件的設計中，盡可能各個功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調(diào)用。而命令處理子程序完成各種命令所規(guī)定的具體操作，它按各種命令再分為不同的子程序模塊，它一般總是把其余部分連接起來構成一個無限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復始的有選擇的執(zhí)行。其監(jiān)控主程序流程圖如圖 41所示。 系統(tǒng)自檢初始化 系統(tǒng)自檢初始化是保證整個控制系統(tǒng)能夠正常運行的重要條件，系統(tǒng)加電復位后，直接進入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢及初始化。初始化過程主要是對一些控制寄存器 (如 中斷控制 )、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片 (如時鐘芯片 DS1302 等 )進行初始參數(shù)設置和定義。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測、芯片內(nèi)部設定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。 各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否已處于準備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測各位 LED 是否正常顯示系統(tǒng)設置開機時的界面，檢測硬件時鐘DS1302 是處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)中控制時間表的有效性，檢測人體傳感器輸出信號是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出 的信號等。若時鐘芯片處于啟動狀態(tài)，系統(tǒng)控制時間表無效，則需要對其進行初始化并啟動實時時鐘。 定時中斷處理 定時中斷是利用單片機內(nèi)部的定時器定時時間到或計數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時器的計數(shù)器可以對內(nèi)部時鐘或從外部引線 TO和 TI輸入的外部脈沖進行計數(shù)。計數(shù)器的溢出信號作為中斷請求信號，去置位定時器溢出標志位，向單片機的 CPU申請中斷。 定時中斷為周期性中斷，每隔一定的時間會中斷一次。本系統(tǒng)中設定的定時 29 中斷主要用來構造多任務操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應中斷后，無需對斷點實施現(xiàn)場保護，可直接進行多任務時間的 劃分工作，使相應的操作任務進入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動有關的任務就緒。該定時中斷處理程序框圖如圖 42所示。 圖 42 定時中斷處理程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有遙控器信號，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。 多任務操作系統(tǒng)的構建 多任務操作是將用戶應用程序分成多個任務，在操作系統(tǒng)的管理下，以某種準則調(diào)度并分配任務由處理器去執(zhí)行。多任務運行實現(xiàn)一般是靠 CPU運行實時內(nèi) 圖 43 任務 狀態(tài)圖 核，對多任務進行分配和調(diào)度，使 CPU 不停地執(zhí)行這些任務中的某一個任務，以開始 定時中斷到？ 多任務啟動時間劃 分 下一步 Y N 運行 等待 休眠 就緒 30 致能最大限度地提高 CPU 的利用率，加快運行速度，各任務 (程序 )不被耽誤運行。 本系統(tǒng)多任務的執(zhí)行是對定時中斷中設置的實時標志進行檢測，通過標志位的狀態(tài)決定各任務的調(diào)用。任務的執(zhí)行在微觀上是分時順序進行的，但在宏觀上可以認為是同時執(zhí)行的。因此，各任務在實時系統(tǒng)中的就會處于四種狀態(tài)中的某種狀態(tài)之下，這四種狀態(tài)如圖 43所示。 當某個任務獲得 CPU 的執(zhí)行權時， CPU執(zhí)行該任務，此時任務處于運行狀態(tài)。等待狀態(tài)是指任務的執(zhí)行需要等待某一事 件發(fā)生，則由運行狀態(tài)退出，進入等待狀態(tài)。就緒狀態(tài)是任務滿足所有啟動條件后所進入的狀態(tài)。休眠狀態(tài)是任務已執(zhí)行完的狀態(tài)。 數(shù)據(jù)采集模塊 本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光信號及人體存在信號，在程序設計中對這兩個數(shù)據(jù)的采集放置在多任務模塊中實施定時采集。 存在傳感器的優(yōu)缺點 人體存在傳感器有優(yōu)點，也有缺點。優(yōu)點便是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉。而缺點是容易受各種熱源、光源干擾 。由于紅外穿透力差，因此人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾 。環(huán) 境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時還會造成短時失靈。試驗檢測也證明了這點，只要人體存在卻有幾米左右沒有活動，人體傳感器則認為沒有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設計為有人體存在狀態(tài)后間隔 2 分鐘或更長的時間來對人體存在參數(shù)信號的采集。 數(shù)據(jù)采集軟件設計的實現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮時，無論有否人體存在都不應開燈 。而環(huán)境光不夠亮時，有人體存在才開燈，無人體存在不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮時為二進制的“ 0” (符合光采集電路輸出信號狀態(tài) )，暗時為“ 1”，人體存在為 “ 1”，人體不存在為“ 0”，開燈為“ 1”，關燈為“ 0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關系表表示，如表 41 所示。 31 表 41 環(huán)境光與人體存在的邏輯關系表 環(huán)境光參數(shù) 人體存在參數(shù) 教室燈狀態(tài) 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)進行與門操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動，所以要將采集處理后的信號進行非操作，才可以驅(qū)動繼電器工作，即可得到教室燈的狀態(tài) . 人體存在傳感器的抗干擾措施 人體存在傳感器易受外界影響，于是要在使用時特別注 意抗干擾性能。 探測器安裝在推薦使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動物，不產(chǎn)生信號。 探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 中要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 探測器正常靈敏度范圍內(nèi)，接受 3米外 H4鹵素燈透過玻璃照射，不產(chǎn)生信號。 人體存在傳感器的安裝要求 人體存在傳感 ??2器 的安裝要求：人體存在傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關系，正確的安裝應滿足下列條件： 。 ，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 、家具、大型盆景或其他隔離物。 ，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。人體存在傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。人體存在傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關系很大。人體存在 32 傳感器對于徑向移動反應最不敏感，而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動則最為敏感 .在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤 報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 時鐘模塊 在系統(tǒng)啟動自檢初始化時，首先會對時鐘芯片 DS1302 的運行狀態(tài)進行判斷，當檢測到 DS1302 處于啟動狀態(tài)時才對其進行初始化啟動時 ??7鐘 。實時時鐘芯片DS1302 的初始化及其讀寫程序設計的關鍵是要遵循其時序要求。 數(shù)據(jù)輸入輸出 在對 DS1302 進行的各種操作之前，必須先對其初始化，即需要把復位輸入RST端置為高電平，如果 RST輸入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且 I/0引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。 在數(shù)據(jù)讀 /寫完后， RST 端應置成低電平，以防止外部干擾對 DS1302 內(nèi)部時鐘的影響。 同時，為了防止復位輸入端受到外部的干擾，要求上電時，在主電源引腳 Vcc22. 5V 之前， RST必須為邏輯 0。無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的 8個時鐘周期把提供地址和命令信息的 8位數(shù)據(jù)裝入到 DS1302的移位寄存器。數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿串行輸入，在開始的 8 個時鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫命令字節(jié)，則在下 8個 SCLK 周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，若跟隨在讀命令字節(jié)的 8 個 SCLK 周期之后，在下 8 個 SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 時鐘內(nèi)部寄存器的使用 DS1302 有控制寄存器和年、月、日、周、時、分、秒等工作寄存器組成。本系統(tǒng)中只用到工作寄存器中的時分秒及控制寄存器，所應用的各寄存器地址(命令 )及數(shù)據(jù)寄存器分配情況如表 42所示。 33 表 42 內(nèi)部寄存器 寄存器名 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫操作 讀操作 7 6 5 4 3 2 1 0 SEC 80H 81H 00~59 CH 10SEC SEC MIN 82H 83H 00~59 0 10MIN MIN HR 84H 85H 01~02 或 00~23 12/24 0 10 HR A/P CONTROL 8EH 8FH WP 0 0 0 0 0 0 0 CHARGER 90H 91H TCS TCS TCS TCS DS DS RS RS CLOCK BURST BEH BFH 說明： （ 1）上表中，時鐘寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)是以 BCD 碼的形式存在的。其中秒寄存器的位定義為時鐘暫停位，當此位設置為邏輯 1 時，時鐘振蕩器停止， DS1302進入低功耗的備份狀態(tài) 。當把此位置為 0時，時鐘將啟動。 （ 2）小 時寄存器的位 7定義為 12 或 24 小時方式選擇位。當為低電平時，選擇 24小時方式，本系統(tǒng)在設計中采用的就為 24 小時方式。 （ 3）寫保護寄存器的位 7 是寫保護位，在對時鐘進行操作之前，位 7應先置為 0,當它是高電平時，寫保護防止對任何其它寄存器進行寫操作。此外，充電寄存器各位的作用及工作原理等在本論文前半部分 DS1302 的硬件設計中己作過介紹，此處不再詳述。 時鐘自檢初始化 考慮剛買來的時鐘芯片處于一切未知狀態(tài)，于是必須對 DS1302 進行自檢初始化。 DS1302 的自檢初始化程序設計流程圖如圖 44所示。 34 圖 44 DS1302 的自檢初始化程序設計流程圖 顯示驅(qū)動模塊 系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機相互對話的一個重要通道。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運行的狀態(tài)，從而便于對整個系統(tǒng)進行必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽極的數(shù)碼管，采用簡單又便宜的 A1015 三極管來驅(qū)動數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡單。 系統(tǒng)鍵功能 在執(zhí)行完鍵盤采集工作后，如果有鍵按下，程序轉入鍵處理功能程序。系統(tǒng)根據(jù)鍵采集 過程中得到的鍵號，散轉到相應的鍵處理子程序，通過鍵盤設置修改系統(tǒng)工作參數(shù)。 兩次讀取的秒鐘數(shù)據(jù)是否相同 讀取 DS1302 秒鐘時間 開始 返回主程序 DS1302 正常工作 再次讀取秒鐘數(shù)據(jù) 延時 秒 設置 DS1302 初始時間 秒鐘大于 60H？ 35 第 5 章 總結 出現(xiàn)的問題 本課題對適合應用于教室燈光控制系統(tǒng)的控制部分進行了設計。以環(huán)境光、人體存在狀況等外界環(huán)境為控制器的輸入?yún)?shù)，比單純的人員管理教室燈光更合理，更有效的降低教室燈光的資源費用 。同時還加入了時間控制參數(shù)，使教室燈光的控制更加符合學校的作息時間。本控制系統(tǒng)的設計對于各類大、中專院校的教室燈光管理具有重要的意義，也適用于各類辦公室的燈光控制。 該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89C2051 單片機主控 單元為核心，通過相關電路的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設備 (電燈 )的控制，采用一個二極管閃爍顯示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關燈控制。系統(tǒng)設計在實現(xiàn)智能化控制的同時，還設置了手動，這樣在系統(tǒng)智能控制偶爾出現(xiàn)故障時，可采用手動操縱，不至于影響教室燈光的正常應用。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用簡易芯片 (ULN2803, DS1302, X5045 等 )，簡化了電路設計，同時節(jié)省了單片機