【正文】 本系統(tǒng)采用正向邏輯，定義為環(huán)境光線亮時為二進制的“ 0”，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如下表 所示。 數(shù)據(jù)采集 本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光強信號及人體存在信號，在程序設計中對 這兩個數(shù)據(jù)的采集通過傳感器傳遞給單片機，進行處理。該定時中斷處理子程序框圖如圖 所示。 定時中斷一般為周期 性中斷，間接性的會引發(fā)中斷。內(nèi)部計數(shù)器可對內(nèi)部時鐘或者從外部引線 TO 和 TI輸入的外部脈沖進行計數(shù)，可以在上升沿或者下降沿計數(shù)，中斷請求信號是根據(jù)計數(shù)器的溢出信號來判斷的。 圖 監(jiān)控主程序流程圖 系統(tǒng)的多任務處理是由主程序控制執(zhí)行的，它由人體傳感器處理任務，環(huán)境光強檢測任務，定時器管理任務， LCD顯示刷新任務四個部分組成，各個任務相互協(xié)調(diào)，相輔相成。在本系統(tǒng)中就使用了這種模塊化的的設計思路，將程序分成不同的模塊，便于調(diào)試和糾錯。 在應用軟件的程序設計中，要盡可能將各個功能模塊編寫為子程序的格式，可通過主程序來調(diào)系 統(tǒng) 初 始 化系 統(tǒng) 處 于 手 動 控制 狀 態(tài) m o d e 加 一手 動 按鈕 按 下 ？系 統(tǒng) 處 于 自動 控 制 狀 態(tài)m o d e = 0m o d e = 3有 人 出 去 ？ 有 人 進 入 ？人 數(shù) 減 1人 數(shù) 加 1F l a g = 1顯 示 人 數(shù)人 數(shù) 0 ？F l a g = 1 ？報 警室 內(nèi) 光 強 很強 ？滅 燈亮 燈m o d e = 7Y e sN oN oN oY e sY e sY e sN oN oY e s N o Y e sN oY e sN om o d e = 1N o…啟 動結 束Y e sY e sY e s陜西理工學院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 46 頁 用。一個主程序可以調(diào)用多個子程序，主程序一般是一 個無限循環(huán)的過程，即它將會反復調(diào)用子程序。 部分模塊設計 主控模塊 主程序控制分為監(jiān)控主程序、定時器程序及命令處理子程序。整個系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖 所示。 主程序設計 軟件仿真過程中，要盡可能的接近實際要求，還應該與電子元器件相結合，根據(jù)接線狀態(tài)，重新 定義各個引腳的功能。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 46 頁 軟件設計是完成整個系統(tǒng)的關鍵，相當于一個部門的主心骨，沒有軟件的硬件等于沒有了靈魂，因此，軟件設計必須建立在了解整個系統(tǒng)運作的基礎之上。陜西理工學院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 46 頁 在芯片 74HC595 的驅(qū)動下， LED 點陣可根據(jù)實際燈光需求，通過程序 控制，可呈現(xiàn)其該有的燈光場景效果。9S H_ C P11S T _ CP12DS14MR10OE13U57 4 HC 5 9 5Q015Q11Q22Q33Q44Q55Q66Q77Q 7 39。 根據(jù)具體功能要求，硬件電路仿真如圖 所示。 移位寄存器中有一個串行移位輸入（ Ds），一個串行數(shù)據(jù)輸出（ Q7’）和一個異步的低電平復位，存儲寄存器總線輸出是一個并行 8 位的，并具備三態(tài)結構，當 OE 使能時（為低電平），存儲寄存器的數(shù)據(jù)會輸出到總線。SCH_cp 的上升沿進行數(shù)據(jù)輸入，從 ST_cp 的上升沿方可進入到存 儲寄存器中去。 圖 74HC595 引腳圖 595 是具有 8 位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。 驅(qū)動該點陣選用的芯片型號是是 74HC595，它是一種串入并出的芯片，具有高阻、關、斷三種狀態(tài)。具體引腳接線如圖 所示。 LD1088BHG 型號的 8X8 點陣共由 64 個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置 1 電平，某一列置 0 電平，則相應的二極管就點亮了。當有人通過時，接收端收不到發(fā)射端產(chǎn)生的信號，電壓為 0V；沒有人時，接收端可以收到信號，電壓為 5V，以此來識別是否有人進出。由功能要求，硬件電路設計如圖 所示。為避免損壞，焊點應當遠離引腳的根部，焊接溫度也 不能太高，焊接時間不宜過長，最好用金屬鑷子夾住引腳的根部，以幫助散熱。發(fā)射強度與溫度也有一定的關系：在溫度上升的情況，發(fā)射強度同樣也會有所下降的。一般來說，其紅外輻射強度與正向工作電流成正比，但在接近最大額定值的正向電流時，器件的溫度會隨著電流的熱耗而上升，致使光發(fā)射功率下降。影響發(fā)射管角度的還有支架碗杯大小深淺，模條的 R 角大小及晶片的大小高低等。 影響紅外檢測的關鍵包括發(fā)射角度和發(fā)射強度兩方面的內(nèi)容： （ 1）發(fā)射角度：在發(fā)射強度分布圖形中，發(fā)射強度大于最大強度一半構成的角度為接收角度。 本電路采用 HDDS25CM5MM 的紅外對管來實現(xiàn)硬件功能，它的 感應距離是 25cm， 感應方式為對射型（非透明物）， 最大 工作電流 可達 10MA， 輸出電流是 100mA，并且 可直接驅(qū)動繼電器。 BH1750FVI 最小值 最大值 透光率范圍 % % 0001_1111b 1111_1110 0001_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% 69 010_00101 0x42 0x65 138 100_01010 0x44 0x6a 80% 120% 150% 86 010_10110 0x42 0x76 58 001_11010 0x41 0x7a 46 001_01110 0x41 0x7e 200% 35 001_00011 0x41 0x73 F O R C EM O D EP 2 . 6P 2 . 5陜西理工學院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 46 頁 圖 報警電路 報警電 路主要由由放大器和蜂鳴器構成，單片機直接輸出的報警信號比較微弱，必須通過放大器放大，才能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出警報。 報警電路 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。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 46 頁 表 透光率的參考基準值 按鍵控制電路 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，電路圖如下圖 所示。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。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。 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。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]。硬件仿真電路如圖 所示。 光強檢測電路 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 46 頁 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。 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 硬件電路連接如圖 所示。 6 E 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。 5 R/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。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 46 頁 表 LCD1602 的引腳功能 引腳序號 功能特性 1 VSS 為地電源 2 VDD 接 5V 正電源 3 V0 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。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。它由若干個 5X7 或者 5X11 等點陣字符位構成，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。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。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。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 46 頁 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，首先設計出單片機控制的最小系統(tǒng)如下圖 所示。 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。 EA/VPP 外部訪問允許。 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。 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。 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。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。 P3 口 P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。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。對端口 P2 寫“ l，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。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。 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。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。 52系統(tǒng)模塊燈光驅(qū)動LCD 液晶顯示紅外人體檢測電源模塊報警模塊環(huán)境光強檢測定時器鍵控模塊陜西理工學院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 46 頁 表 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。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“