【正文】 000111100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)相與門操作，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)，其軟件程序?yàn)?； Function： BodySensor and Iight to light port356DoSensLight：Mov c, port33 ；Signal of SensorAnl c, port37Cpl c 。 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論有否人體存在都不應(yīng)開燈。試驗(yàn)檢測(cè)也證明了這點(diǎn)，只要人體存在卻有巧秒左右沒(méi)有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒(méi)有人體存在。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。優(yōu)點(diǎn)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(jià)格低廉。本控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)象為環(huán)境光信號(hào)及人體存在信號(hào)，在程序設(shè)計(jì)中對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置在多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集。就緒狀態(tài)是任務(wù)滿足所有啟動(dòng)條件后所進(jìn)入的狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)任務(wù)獲得CPU的執(zhí)行權(quán)時(shí)，CPU執(zhí)行該任務(wù)，此時(shí)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。任務(wù)的執(zhí)行在微觀上是分時(shí)順序進(jìn)行的，但在宏觀上可以認(rèn)為是同時(shí)執(zhí)行的。多任務(wù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)一般是靠CPU運(yùn)行實(shí)時(shí)內(nèi)核，對(duì)多任務(wù)進(jìn)行分配和調(diào)度，使CPU不停地執(zhí)行這些任務(wù)中的某一個(gè)任務(wù)，以至能最大限度地提高CPU的利用率，加快運(yùn)行速度，各任務(wù)(程序)不被耽誤運(yùn)行。開始定時(shí)中斷到？多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)間劃分下一步Y(jié)N圖 412 定時(shí)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(lái)判斷是否有遙控器信號(hào)，若有，就采集下來(lái)并加以處理；若無(wú)，則返回到主循環(huán)。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來(lái)構(gòu)造多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，即該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)就緒。計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。 系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化，單片機(jī)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器PC指向程序存儲(chǔ)器的入口地址0000單元，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工區(qū)工作寄存器，用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)，堆棧指針SP指向07H，其它定時(shí)器、中斷允許寄存器IE、累加器ACC等皆為00H。 各接口芯片的檢測(cè)主要檢測(cè)各芯片是否己處于準(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。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(lái)構(gòu)成一個(gè)無(wú)限循環(huán)，系統(tǒng)所有功能都在這一循環(huán)中周而復(fù)始的有選擇的執(zhí)行。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。監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過(guò)程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。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(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。圖 超時(shí)報(bào)警的電路4控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā) 在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。若P3. 4端口為高電平，即基極為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。再經(jīng)過(guò)限流電阻100歐與三極管C945的基極相連。另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，學(xué)習(xí)期間開燈時(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)生應(yīng)該休息或必需改用遙控器手動(dòng)方式來(lái)控制燈了。每個(gè)繼電器都有一對(duì)常開常閉的觸點(diǎn)，便于在其他電路中使用，繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管是起到吸收反向電動(dòng)勢(shì)的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)三極管，這種繼電器驅(qū)動(dòng)方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。，這里繼電器由相應(yīng)的PNP型號(hào)的59012三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，開機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的P3. 5/P3. 6為高電平，三極管截止，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果P3. 5/P3. 6為低電平，三極管的基極就會(huì)被拉低而產(chǎn)生足夠的基極電流，使三極管導(dǎo)通，繼電器就會(huì)得電吸合，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。如果在1. 4秒內(nèi)未檢測(cè)到其工作，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時(shí)器將使看門狗WD I處于低電平狀態(tài)，為系統(tǒng)提供保護(hù)，避免死機(jī)、程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)等意外的發(fā)生。看門狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)?？撮T狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可山具體應(yīng)用程序的循環(huán)屁期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。WD1=1，WD0=0。表3. 2. 6狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D!D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWD1=0，WD0=0。如表3. 2. 6狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義。由于系統(tǒng)需要看門狗和EEPROM，所以本硬件設(shè)計(jì)中使用了美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的芯片X5045。在單片機(jī)工炸過(guò)一程中，不可避免的會(huì)由于外界的干擾而產(chǎn)生程序跑飛、死機(jī)甚至造成整機(jī)癱瘓等情況，為了能夠恢復(fù)單片機(jī)的工作，只能采用重新復(fù)位的方法，雖然在程序設(shè)計(jì)中，一可以使用軟件陷阱的方法來(lái)減少這種情沉的發(fā)生，但是不能完全解決這個(gè)問(wèn)題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計(jì)中使用看門狗電路，這樣在單片機(jī)發(fā)生死機(jī)的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個(gè)夏位信號(hào)給單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位重新執(zhí)行程序:.現(xiàn)在的MCU被集成了越來(lái)越多的功能，有的集成了看門狗，如工IMP813L。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長(zhǎng)時(shí)一間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池。再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)。若進(jìn)行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。最低位LSB (DO)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，DO=1，指定讀操作(輸出)。 硬件時(shí)鐘芯片DS1302與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB (D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護(hù):D6=0，指定時(shí)鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定RAM數(shù)據(jù)。I/0為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說(shuō)明。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2. 5V之前，RST必須保持低電平。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。RST輸入有兩種功能:首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器。數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)相連。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，Vcc1大于Vcc2，因此由Vcc1給DS1302供電，在主電源關(guān)閉的情況下，則由Vcc2給DS1302供電，保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。Vcc1外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓+5V，為DS1302的主電源?？蔀榈綦姳Ｗo(hù)電源提供可編程的充電功能的時(shí)鐘芯片DS1302的引腳圖如圖1所示。它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，. 5V, DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源、后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力?？紤]到本系統(tǒng)停電時(shí)只需對(duì)時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機(jī)資源，本系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS公司推出的具有充電能力的低功耗1*8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302。傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如MC146818, MC68H68T, LM8365等，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)6800pF的電容，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖如圖3. 2. 4. 23 HP208傳感器電路原理圖 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)符合學(xué)校的作息時(shí)間。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果二人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)8，15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?3)人體傳感器工作電壓寬為DC3VDC24V；(4)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距了為7米以內(nèi)；(5)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；(6)工作溫度介于－15度和+70度之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(7)靈敏度高，可靠性強(qiáng)。若人體進(jìn)入最不敏感移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所以要特別注意人體傳感器的安裝方向。5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。 3)人體存在的探測(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為左右的紅外輻射非常敏感。人體發(fā)射的左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。其原因?yàn)?①被測(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；②,351Lm, 8141Lm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測(cè)；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。其中可變電阻R26可調(diào)節(jié)，調(diào)R26阻值的大小，使Q12三極管受環(huán)境光影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。當(dāng)自然光強(qiáng)大于一定程度時(shí)，光敏三極管D6呈現(xiàn)底阻狀態(tài)1千歐，三極管Q12的基極電壓升高，Q12管飽和導(dǎo)通，集電極輸出低電平。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的HP208型號(hào)的人體存在傳感器。 教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。硬件時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的+5V主電源情況下工作，而只有系統(tǒng)+5V主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè)3. 6V的可充電鏗電池作為備用電源。系統(tǒng)接通220V交流電源后，將220V交流電變壓到9V，經(jīng)過(guò)二極管全波整流、電解電容Cl，C2濾波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM7805，為了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容CC4，最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的Vcc+端供電。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。部分電腦即使不連接VCC也可以正常工作，10心的插頭和插座有三角形標(biāo)志的均為第一腳。ISP進(jìn)行在線編程時(shí)，通過(guò)PC并口，根據(jù)工SP協(xié)議制作簡(jiǎn)單的編程器就可對(duì)CPU進(jìn)行編程。AT89C52芯片就是這樣的芯片。AT89S52I/0端口與系統(tǒng)其它外圍器件接口的分配情況表如表31所示。片內(nèi)有128字節(jié)的RAM, 4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片內(nèi)RAM空間，所以沒(méi)有擴(kuò)展的片外RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷。 考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會(huì)因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問(wèn)題。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。同時(shí)，還要按作息時(shí)間來(lái)控制，夜晚超過(guò)12點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用機(jī)械開關(guān)來(lái)手動(dòng)控制，以解決因特殊情況下，自動(dòng)控制器的不人性化運(yùn)行。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無(wú)論人是否存在，都不開燈。 所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來(lái)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、推廣性較好的目標(biāo)。本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn):(1)了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)；(2)調(diào)研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；(3)研究人體存在探測(cè)技術(shù)，探測(cè)角度與范圍；(4)研究傳感器教室分布、安放問(wèn)題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等；(5)研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)研究燈光控制器電源問(wèn)題； (7)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；(8)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問(wèn)題；(9)研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，