【正文】 iliary controllers or each one, including: turning 上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 3 on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc. The wireless data transmitting programming function is that by wireless transmitter it realizes wireless controlling of the lighting, and achieves the functions identical to wired munication. Key Words: Host controller, Auxiliary controller, Singlechip microputer, Wired munication, Wireless data transmitting, controlling brightness of lighting, Timed controlling 上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 4 目 錄 摘要 6 單片機應用技術 7 無線數(shù)傳技術 8 第二章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設計框架和性能 9 系統(tǒng)設計要點 9 系統(tǒng)性能指標與技術要求 12 第三章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設計 14 LED數(shù)碼顯示的接口設計 15 時鐘芯片的接口設計 16 零點檢測與可控硅控制電路的設計 17 無線數(shù)傳電路的設計 20 SRWF1模塊的特性 21 第四章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的軟件設計 22 人機交互程序設計 22 上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 5 鍵盤掃描程序設計 23 LED數(shù)碼顯示程序設計 26 全部啟?？刂?程序設計 26 單獨啟?？刂瞥绦蛟O計 30 全部亮度控制程序設計 32 照明定時控制程序設計 33 單獨定時控制程序設計 35 主機部分通信程序設計 37 無線數(shù)傳通信程序設計 39 第五章 實驗及 總結(jié) 41 參考文獻 43 上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 6 第一章 序言 近十幾年來，隨著我國城市建設的快 速發(fā)展， 樓宇 照明也相應飛速發(fā)展。樓宇中人工光環(huán)境對于 滿足 人們的生活、學習、娛樂 以及工作 方面有著重要的意義。而今出現(xiàn)的 樓宇 自控系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域控制、定時通斷、中央監(jiān)控等功能。故當 樓宇 自控 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，照明系統(tǒng)亦受到影響。根據(jù)使用 客戶 的經(jīng)驗，不僅 使 照明管理與設備維修簡單及降低費用外，還對環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。 1． 1 單片機的應用技術 電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。 因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機。 單片機由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。 其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元 （ Central Processing Unit），簡稱 CPU，是微機的核心部件。 軟件系統(tǒng)是微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統(tǒng)進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。 1． 2 有線通信技術 在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。 RS232 是最早的串行接口標準，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應用。但總的來說， RS23 RS422 與 RS485最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）制訂并發(fā)布的， EIA于 1983年在 RS422基礎上制定了 RS485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標準。正因為 RS485 的遠距離、多節(jié)點（ 32個）、可以自行定義協(xié)議以 及傳輸線成本低的特性，使得 EIA RS485 成為工業(yè)應用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標準。無線數(shù)字傳輸技術日益完善，其重要性也被人們所認識，相應的基于無線數(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。 無線數(shù)傳技術是通過單片機的串口與無線數(shù)傳模塊連接， 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳模塊 向空中發(fā)出，然后由另一個終端設備的無線數(shù)傳模塊從空中接收數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了預期的任務。它從傳統(tǒng)的方式逐步發(fā)展到能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制， 使用戶使用起來更加方便、舒適。在這里 主要 對這三種技術的組成、功能、發(fā)展以及使用領域 等方面 進行了 簡要 的 闡述。硬件設計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設計要求。 在系統(tǒng)設計中設計方法的選用是系統(tǒng)設計能否成功的關鍵。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機， 并確定與之配套的外圍芯片， 使所設計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。 軟件設計的方法 與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關系，本系統(tǒng)由于是采用 51系列單片機，因此使用 Keil C語言進行開發(fā)。本系統(tǒng)軟件設計 采用模塊化系統(tǒng)設 計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調(diào)整， 經(jīng)過調(diào)試后，達到設計功能要求。 這三部分共同完成了主控制器通過有線、無線通信方式與分控制器進行信息交換，達到控制照明燈具的目的。 該多機通信系統(tǒng)采用 RS485半雙工主從 式 通信系統(tǒng) ，主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機，從機主要負責對分布的照明燈具進行控制，用中斷的方式接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應。主控制器是發(fā)送遙控指令、發(fā)送數(shù)據(jù)信息、接收應答信息等，分控制器接收數(shù)據(jù)與遙控指令，完成對照明燈具的控制。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 。分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負責完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統(tǒng)正常工作的工具。 上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 13 第三章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件 電路 設計 3． 1 主控制器的電路設計 主控制器 采用 AT89C51單片機 作 為微處理器， AT89C51是美 國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi) 含 4K bytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元。 主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 。本系統(tǒng)使用的是 4 4 矩陣式鍵盤，第一行從左到右為 4，第二行為 8，第三行為 0、開、關，第四行為 增值 、 減值 、 定時 、確認。 矩陣鍵盤的列線從左到右分別與 單片機的 、 、 、 相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與 、 、 、 。 LED數(shù)碼 顯示 的接口設計 數(shù)碼顯示與驅(qū)動電路由 74LS138 譯碼器、 7447 TTL BCD7 段高有效譯碼器 /驅(qū)動器、 4個數(shù)碼管以及 5個 A1015三極管組成。單片機的 、 74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號加 在 A1015 三極管的基極，控制三極管的導通，從而起到對相應數(shù)碼管的選通作用。 看門狗監(jiān)控電路的設計 本系統(tǒng)采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗，與 AT89C51的接口電路如圖 。 該監(jiān)控電路的主要功能如下： （ 1） 系統(tǒng)正常上電復位：電源上電時， 當電源電壓超過復位門限電壓 ， RESET端 輸出 200ms的復位信號，使系統(tǒng)復位。 （ 3） 看門狗定時器被清零 ， WDO維持高電平；當程序跑飛或死機時， CPU不能在 1． 6s內(nèi)給上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 15 出 “喂狗”信號 ， WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由?MR端 有一個內(nèi)部 250mA的上拉電流， D導通 MR獲得有效低電平， RESET端輸出復位脈沖，單片機復位， 看門狗定時器清零， WDO又恢復成高電平。 分控制器的電路設計 分控制器采用 低檔型的 AT89C2051單片機作為微處理器， AT89C2051也是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 2K bytes的可反復擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)，具有 15線可編程 I/O口，該單片機具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高等特點。 分控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖 。 DS1302是美國 Dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加 31字節(jié)靜態(tài) RAM，采用 SPI三線接口與 CPU進行同步通信，并 可采用突發(fā) 方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302與單片機的連接僅需要 3根線，即 SCLK、 I/O、 RST。串行數(shù)據(jù)線 I/O與串行時鐘線 SCLK分別接在 ，所有的單片機地址、命令及數(shù)據(jù)均通過這兩條線傳輸。對 DS1302的每一次讀寫需 16個時鐘脈沖，前 8個脈沖輸入操作地址和讀寫命令。后 8個脈沖寫入或讀出數(shù)據(jù)。 DS1302由兩者中的較大者供電。當 VCC1小于 VCC2時， DS1302由VCC2供 電。光電耦合器 M0C3021通過一個非門與 89C2051的 ， 當此腳輸出高電平時，將會封鎖住 MOC3021，使雙向可控硅 BT131不導通，這樣就會使照明燈關閉；當 ，使光電耦合器 MOC3021打開驅(qū)動雙向可控硅 ，從而將雙向可控硅觸發(fā)導通，這樣就開啟了所要控制的照明燈。在一個周期內(nèi)的脈沖寬度（導通時間） 為T1，周期為 T，波形如圖 。 當電源電壓 VCC不變的情況下，輸出電壓的平均值 U取決與占空比α的大小，改變α的大小就可以改變輸出電壓的平均值 ，這就是 PWM的工作原理。因此占空比越大，燈泡就越亮，當占空比α =1時，燈泡的亮度最高。 使用 PWM方法 進行可控硅控制時，調(diào)制頻率不能低于市電頻率，因為當頻率低于 50Hz時，超過了人眼視覺暫留效應， 用于調(diào)光將產(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象。在本系統(tǒng)中 所使用的過零檢測電路如圖 ，先由一個變壓器將市電電壓轉(zhuǎn)換成10V左右的電壓，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓后可作為系統(tǒng)工作電源，同時將變壓器次級的同名端引出一根線連接到比較器 LM311的正輸入端 ，用以檢測交流電的過零點，然后將過零信號送給單片機的 。 RS485通信電路的設計 本系統(tǒng)的有線通信方式采用 RS485總線 進行通信， RS485標準支持 半雙工通信 ， 只需 三上海交通大學自學考試畢業(yè)論文 18 根線就可以進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達177。 在這里使用的是主從式通信方式，主機由主控制器充 當，從機為分控制器。主機與從機的通信電路圖分別如圖 。它完成將 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS485電平的功能。RO和 DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 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 RE端 為邏輯 0時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE端 為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可 ，主機 與從機分別 使用 ； A端和 B端分別 為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A引腳的電平高于 B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當 A的電平低于 B端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。同時將 A和 B端之間加匹配電阻， 這里 選 用 120Ω 的電阻。從機使用單片機的