【正文】 本系統(tǒng)采用正向邏輯，定義為環(huán)境光線亮?xí)r為二進(jìn)制的“ 0”，暗時(shí)為“ 1”，人體存在為“ 1”，人體不存在為“ 0”，開燈為“ 1”，關(guān)燈為“ 0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關(guān)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(qiáng)信號及人體存在信號，在程序設(shè)計(jì)中對 這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集通過傳感器傳遞給單片機(jī)，進(jìn)行處理。該定時(shí)中斷處理子程序框圖如圖 所示。 定時(shí)中斷一般為周期 性中斷，間接性的會引發(fā)中斷。內(nèi)部計(jì)數(shù)器可對內(nèi)部時(shí)鐘或者從外部引線 TO 和 TI輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以在上升沿或者下降沿計(jì)數(shù)，中斷請求信號是根據(jù)計(jì)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(wù)處理是由主程序控制執(zhí)行的，它由人體傳感器處理任務(wù)，環(huán)境光強(qiáng)檢測任務(wù)，定時(shí)器管理任務(wù)， LCD顯示刷新任務(wù)四個(gè)部分組成，各個(gè)任務(wù)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(shè)計(jì)思路，將程序分成不同的模塊，便于調(diào)試和糾錯(cuò)。 在應(yīng)用軟件的程序設(shè)計(jì)中，要盡可能將各個(gè)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(dòng) 控制 狀 態(tài) m o d e 加 一手 動(dòng) 按鈕 按 下 ？系 統(tǒng) 處 于 自動(dòng) 控 制 狀 態(tài)m o d e = 0m o d e = 3有 人 出 去 ？ 有 人 進(jìn) 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(bào) 警室 內(nèi) 光 強(qiáng) 很強(qiáng) ？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(dòng)結(jié) 束Y e sY e sY e s陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 46 頁 用。一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，主程序一般是一 個(gè)無限循環(huán)的過程，即它將會反復(fù)調(diào)用子程序。 部分模塊設(shè)計(jì) 主控模塊 主程序控制分為監(jiān)控主程序、定時(shí)器程序及命令處理子程序。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。 主程序設(shè)計(jì) 軟件仿真過程中，要盡可能的接近實(shí)際要求，還應(yīng)該與電子元器件相結(jié)合，根據(jù)接線狀態(tài)，重新 定義各個(gè)引腳的功能。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 46 頁 軟件設(shè)計(jì)是完成整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，相當(dāng)于一個(gè)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(shè)計(jì)必須建立在了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)之上。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 46 頁 在芯片 74HC595 的驅(qū)動(dòng)下， LED 點(diǎn)陣可根據(jù)實(shí)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(gè)串行移位輸入（ Ds），一個(gè)串行數(shù)據(jù)輸出（ Q7’）和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲寄存器總線輸出是一個(gè)并行 8 位的，并具備三態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng) OE 使能時(shí)（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(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，從 ST_cp 的上升沿方可進(jìn)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(gè)存儲器，三態(tài)輸出功能。 驅(qū)動(dòng)該點(diǎn)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(guān)、斷三種狀態(tài)。具體引腳接線如圖 所示。 LD1088BHG 型號的 8X8 點(diǎn)陣共由 64 個(gè)發(fā)光二極管組成，且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上，當(dāng)對應(yīng)的某一行置 1 電平，某一列置 0 電平，則相應(yīng)的二極管就點(diǎn)亮了。當(dāng)有人通過時(shí)，接收端收不到發(fā)射端產(chǎn)生的信號，電壓為 0V；沒有人時(shí)，接收端可以收到信號，電壓為 5V，以此來識別是否有人進(jìn)出。由功能要求，硬件電路設(shè)計(jì)如圖 所示。為避免損壞，焊點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離引腳的根部，焊接溫度也 不能太高，焊接時(shí)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(qiáng)度與溫度也有一定的關(guān)系：在溫度上升的情況，發(fā)射強(qiáng)度同樣也會有所下降的。一般來說，其紅外輻射強(qiáng)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(shí)，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(guān)鍵包括發(fā)射角度和發(fā)射強(qiáng)度兩方面的內(nèi)容： （ 1）發(fā)射角度：在發(fā)射強(qiáng)度分布圖形中，發(fā)射強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度為接收角度。 本電路采用 HDDS25CM5MM 的紅外對管來實(shí)現(xiàn)硬件功能，它的 感應(yīng)距離是 25cm， 感應(yīng)方式為對射型（非透明物）， 最大 工作電流 可達(dá) 10MA， 輸出電流是 100mA，并且 可直接驅(qū)動(dòng)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(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% 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(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 46 頁 圖 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)警信號比較微弱，必須通過放大器放大，才能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。 報(bào)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(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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 46 頁 表 透光率的參考基準(zhǔn)值 按鍵控制電路 在實(shí)際生活中，面對一些特殊情況，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，電路圖如下圖 所示。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。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。 解析度即對環(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。但在實(shí)際硬件中，數(shù)字光強(qiáng)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(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn) 換，省略復(fù)了雜的計(jì)算和標(biāo)定 [14]。硬件仿真電路如圖 所示。 光強(qiáng)檢測電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 46 頁 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。 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 硬件電路連接如圖 所示。 6 E 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。 5 R/W 為讀寫信號線，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作。 陜西理工學(xué)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(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可接一個(gè) 10K 的電位器對對比度進(jìn)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(diǎn)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(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。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。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。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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 46 頁 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，首先設(shè)計(jì)出單片機(jī)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(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 EA/VPP 外部訪問允許。 ALE/PROG 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， 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(shí)鐘振蕩頻率 1/6 的固定脈沖信號，因此它可用于定時(shí)目的或?qū)ν廨敵鰰r(shí)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(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器讀取指令（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。 P3 口還接收一些用于 FLASH 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號，并且擁有第二功能。對 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。 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(shí)， 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(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)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 IIL。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 IIL。 P1 口 P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， Pl 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) 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(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。 52系統(tǒng)模塊燈光驅(qū)動(dòng)LCD 液晶顯示紅外人體檢測電源模塊報(bào)警模塊環(huán)境光強(qiáng)檢測定時(shí)器鍵控模塊陜西理工學(xué)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(fù)用口。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“