【正文】 系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用簡(jiǎn)易芯片 (ULN2803, DS1302, X5045 等 )，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)省了單片機(jī) I/。 該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89C2051 單片機(jī)主控 單元為核心，通過(guò)相關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)設(shè)備 (電燈 )的控制，采用一個(gè)二極管閃爍顯示整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)教室燈光的自動(dòng)開(kāi)燈、關(guān)燈控制。同時(shí)還加入了時(shí)間控制參數(shù)，使教室燈光的控制更加符合學(xué)校的作息時(shí)間。 兩次讀取的秒鐘數(shù)據(jù)是否相同 讀取 DS1302 秒鐘時(shí)間 開(kāi)始 返回主程序 DS1302 正常工作 再次讀取秒鐘數(shù)據(jù) 延時(shí) 秒 設(shè)置 DS1302 初始時(shí)間 秒鐘大于 60H？ 35 第 5 章 總結(jié) 出現(xiàn)的問(wèn)題 本課題對(duì)適合應(yīng)用于教室燈光控制系統(tǒng)的控制部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)鍵功能 在執(zhí)行完鍵盤(pán)采集工作后，如果有鍵按下，程序轉(zhuǎn)入鍵處理功能程序。通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而便于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。 DS1302 的自檢初始化程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 44所示。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(shè)計(jì)中己作過(guò)介紹，此處不再詳述。當(dāng)為低電平時(shí)，選擇 24小時(shí)方式，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用的就為 24 小時(shí)方式。當(dāng)把此位置為 0時(shí)，時(shí)鐘將啟動(dòng)。 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(xiě)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(shuō)明： （ 1）上表中，時(shí)鐘寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)是以 BCD 碼的形式存在的。 時(shí)鐘內(nèi)部寄存器的使用 DS1302 有控制寄存器和年、月、日、周、時(shí)、分、秒等工作寄存器組成。無(wú)論是讀操作還是寫(xiě)操作，都必須在開(kāi)頭的 8個(gè)時(shí)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。 在數(shù)據(jù)讀 /寫(xiě)完后， RST 端應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對(duì) DS1302 內(nèi)部時(shí)鐘的影響。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302 的初始化及其讀寫(xiě)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。人體存在 32 傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感，而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動(dòng)則最為敏感 .在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤 報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。人體存在傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。 、家具、大型盆景或其他隔離物。 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(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足下列條件： 。 探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 中要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 31 表 41 環(huán)境光與人體存在的邏輯關(guān)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(jìn)行與門(mén)操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動(dòng)，所以要將采集處理后的信號(hào)進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動(dòng)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(shí)特別注 意抗干擾性能。而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開(kāi)燈，無(wú)人體存在不開(kāi)燈。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設(shè)計(jì)為有人體存在狀態(tài)后間隔 2 分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)對(duì)人體存在參數(shù)信號(hào)的采集。環(huán) 境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)還會(huì)造成短時(shí)失靈。而缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾 。 存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) 人體存在傳感器有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。休眠狀態(tài)是任務(wù)已執(zhí)行完的狀態(tài)。等待狀態(tài)是指任務(wù)的執(zhí)行需要等待某一事 件發(fā)生，則由運(yùn)行狀態(tài)退出，進(jìn)入等待狀態(tài)。因此，各任務(wù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的就會(huì)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。 本系統(tǒng)多任務(wù)的執(zhí)行是對(duì)定時(shí)中斷中設(shè)置的實(shí)時(shí)標(biāo)志進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)標(biāo)志位的狀態(tài)決定各任務(wù)的調(diào)用。 多任務(wù)操作系統(tǒng)的構(gòu)建 多任務(wù)操作是將用戶應(yīng)用程序分成多個(gè)任務(wù)，在操作系統(tǒng)的管理下，以某種準(zhǔn)則調(diào)度并分配任務(wù)由處理器去執(zhí)行。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖 42所示。 定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會(huì)中斷一次。 定時(shí)中斷處理 定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線 TO和 TI輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 各接口芯片的檢測(cè)主要檢測(cè)各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無(wú)硬件故障等，如檢測(cè)各位 LED 是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)機(jī)時(shí)的界面，檢測(cè)硬件時(shí)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(cè)系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測(cè)人體傳感器輸出信號(hào)是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出 的信號(hào)等。初始化過(guò)程主要是對(duì)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(shí)鐘芯片 DS1302 等 )進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。其監(jiān)控主程序流程圖如圖 41所示。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能各個(gè)功能模塊寫(xiě)成子程序的形式，并通過(guò)主程序調(diào)用。監(jiān)控主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對(duì)于 51 系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的過(guò)程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過(guò)程。 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(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊及系統(tǒng)鍵功能和存儲(chǔ)模塊。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。用戶軟件的開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。從計(jì)算結(jié)果可以看出：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的照 明設(shè)計(jì)，采用智能照明設(shè)計(jì)，采用智能照明控制系統(tǒng)能夠更有效的節(jié)約電能。 (3)晚上：通常 19:3023:00 期間光線將越來(lái)越弱，因此需要點(diǎn)亮的光源數(shù)量也逐漸增加，照度也將達(dá)到最大則耗電量為 25盞 40W 3h=3(kwh) 全天消耗功率可達(dá)： kwh+(kwh)+ 3(kwh)=(kwh) 全年用電量為： (kwh) 365=(kwh) 26 計(jì)算結(jié)果分析 針對(duì)相同面積的教室，選定了相同照度標(biāo)準(zhǔn)，光源類型以及相同的燈具布局方案，如果采用傳統(tǒng)的照明方式，通常光源只能全部點(diǎn)亮而且照度一定是達(dá)到最大，因此耗電量也較大，全年的耗電量為： （ kwh） （ kwh） 。 (2)上午：在 14： 3016:30 期間， 可以不用點(diǎn)亮光源。 MAX485 是市面上最為常見(jiàn)的 RS422 芯片，亦是用量最大的 RS422 芯片，性價(jià)比高，優(yōu)質(zhì)， 供貨穩(wěn)定是大部分廠家采用它的主要原因。接收器輸入具有失效保護(hù)特性，當(dāng)輸入開(kāi)路時(shí)，可以確保邏輯高電平輸出。所有器件都工作在5V 單電源下。 MAX485 的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制 , 可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率。 引腳圖如 313 所示： RE 圖 313 max485 的引腳圖 基本參數(shù) : 半雙工； 速率： ； 限擺率： NO； 1 2 3 4 8 7 6 5 VCC R0 A GND DI DE MAX481 MAX483 MAX485 MAX487 MAX1487 A 25 低電流關(guān)斷模式： NO； 接收允許控制： YES； 靜態(tài)電流 300； 負(fù)載個(gè)數(shù)： 32； 引腳數(shù)： 8。只需要一個(gè)信號(hào)控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。RO 和 DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 RXD 和 TXD 相連即可； RE和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) /RE 為邏輯 0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE 為邏輯 1 時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端 ,當(dāng) A 引腳的電平高于 B 時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A的電平低于 B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。MAX48 MAX48 MAX490、 MAX49 MAX1487 的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率。 圖 312 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 1. max485 的介紹 MAX48 MAX487MAX491 以及 MAX1487 是用于 RS485與 RS422通信的低功耗收發(fā)器，每個(gè)器件中都具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。 當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí) Q2 截止，繼電器兩端電壓為 5V 開(kāi)關(guān)閉合，燈具發(fā)光；當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí) Q2 導(dǎo)通，繼電器兩端電壓為 0V，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，燈具不發(fā)光。繼電器可以直接隔離強(qiáng)電與弱電，無(wú)須另外附加光耦合隔離電路。繼電器具有動(dòng)作塊，工作可靠安全性高，使用壽命長(zhǎng)，體積小等優(yōu)點(diǎn)， 使用歷史悠久。 23 圖 311 供電原理圖 照明設(shè)備控制電路 本模塊功能是根據(jù)單片機(jī)輸出信號(hào)控制照明設(shè)備的工作。在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主、從雙電源供電方式。 圖 310 超時(shí)報(bào)警的電路 系統(tǒng)供電電路 要取得 +5V電壓，若選用 12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于 12V，會(huì)使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較高，故不選用輸出電壓為 12V的變壓 器，而選用輸出電壓為 9V的變壓器。單片機(jī)的 10K的上拉電阻，再經(jīng)過(guò)限流電阻 100歐與三極管 C945的基極相連。 33 真值表 輸出 enable Latch ENABLE 啟用 D 輸出 O L H H H L H L L L L X QO H X X Z H=高電平 L=低電平 = 不定 Z=高阻態(tài) QO=建立穩(wěn)態(tài)輸入條件前 Q 的電平 圖 39 74LS 的引腳圖 34 引腳功能表 管腳號(hào) 功能 D0– D7 數(shù)據(jù)輸入 LE 鎖存使能輸入（高電平有效） OE 3 態(tài)輸出使能輸入（低電平有效） O0– O7 3 態(tài)鎖存輸出 超時(shí)報(bào)警電路 在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒(méi)人而燈還亮著，導(dǎo)致教室日光燈工作超時(shí)，能源浪費(fèi)，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，以聲音的方式來(lái)提醒管理人員是否關(guān)閉電源，另一方面由于學(xué)生學(xué) 22 習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，學(xué)習(xí)期間開(kāi)燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，致使教室燈工作超時(shí)于是本系統(tǒng)超時(shí)報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，提醒學(xué)生該休息或必須改用遙控器手動(dòng)方式來(lái)控制燈了。這種電路可以驅(qū)動(dòng)大電容或低阻抗負(fù)載，可以直接與 21 系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動(dòng)總線，而不需要外接口。當(dāng)使能為低時(shí) ，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。接收器輸出端外接單片機(jī)的 ，便于遙控信號(hào)采集。 20 圖 37 紅外接收器 此紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，只是焊上一個(gè) 10mf 的濾波電容，可以使接收器工作更可靠。 遙控器的數(shù)據(jù)流識(shí)別后，就為遙控器的軟件設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。解碼的關(guān)鍵是如何識(shí)別“ 0”和“ 1”，由示波器采集的信號(hào)及位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“ 0”、“ 1”均以 ，不同的高電平的寬度不同，“ 0”為 ，“ 1”為 ，所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“ 0”和“ 1”。如果按鍵下超過(guò) 40ms仍不松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射重復(fù)代碼，仍為一個(gè)起始碼（ ）和一個(gè) 16位數(shù)據(jù)碼（ ）組成。由表中數(shù)據(jù)可以計(jì)算出 X1的平均值為 。本人采用顧偉電子實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的 GDS815/820/840系列的數(shù)字儲(chǔ)存示波器，來(lái)采集遙控器發(fā)出的鍵碼信號(hào)并總結(jié)碼流方式，以備遙控器的軟件設(shè)計(jì)使用。我們采用市場(chǎng)上很容易就能買到，且信號(hào)較穩(wěn)定的 JVC： RMC457型號(hào)遙控器作為燈光控 制的鍵盤(pán)。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其他小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。初始化后 就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 100μF 就可以保證 1小時(shí)的正常走 時(shí) 。雖然 DS1302 在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長(zhǎng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池，以用老式電腦主板上的 充電電池。 DS1302 與 RAM 相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個(gè) RAM單元，共 31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè) 8位的字節(jié)，其命令控制字為 COH～ FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM 寄存器