【正文】 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。 圖 31系統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框 控制系統(tǒng)的主要硬件電路 3. 2. 1 系統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用 Atmel公司的 AT89S52作為主控芯片，它是一種低功耗，8 位 CMOS 工藝處理器，具有 8K 在線可編程 Flash 存儲(chǔ)器，片內(nèi)的 Flash 可多次編程，為在線編程提供了方便。因?yàn)樵O(shè)備的設(shè)置參數(shù)是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更改的，又要求是斷電能夠保存下來(lái)，所以本設(shè)備用一片EEPR0M 來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)。 表 31外圍器件接口的分配 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 32 所示： 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng) (1) 40（ Vcc）、 20（ GND）腳間的電壓應(yīng)有 5V 。 (4) 31 腳 （ EA）與 20 引腳（ GND）間電壓為 5V 。 AT89C52 芯片就是這樣的芯片。 ISP 進(jìn)行在線編程時(shí)，使用 AT89C52 芯片的 ， ， 引腳及 RST 端口，通過(guò) PC 并口，根據(jù) ISP 協(xié)議制作簡(jiǎn)單的編程器就可對(duì) CPU進(jìn)行編程。其下載線正常工作電壓為~6V，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。 3. 2. 3 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。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 C C4，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。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的可充電鋰電池作為備用電源。 3. 2. 4 數(shù)據(jù)采集電路 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。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。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。有光照時(shí)，產(chǎn)生的 b? 增大，成為光電流 be ???? )1( ? 。因此光敏三極管靈敏度高，而且體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其外形電路圖形符號(hào)如圖 3. 2. 4. 11 圖 3. 2. 4. 11 環(huán)境光采集電路原R 2510 k Q 12N P ND6P H O T OR 2647 0 k+ 5vp27理圖如圖 3. 2. 4. 12 所示。當(dāng)自然光強(qiáng)小于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)》 100?? ，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。 圖 3. 2. 4. 12環(huán)境光電路 人體存在傳感器的工作原理 自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(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。 其原因?yàn)椋孩俦粶y(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源； ②大氣對(duì) 22. 61Lm， 351Lm, 81411m 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(jiàn)光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。人體發(fā)射的10uM 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。 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 10uM 左右的紅外輻射非常敏感。 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。 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。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。 (2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。 人體傳感器 HP208 型號(hào)的正視圖如圖 ： 如圖 ： 人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)端， 2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。比如晚間休息、假期等時(shí)間段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘行。而現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘芯片很多，如 DS1302， DS1305， DS1307，PCF8485 等，這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。 此芯片采用的是串行通信方式，還可為掉電 保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。而且本系統(tǒng)采用的 DS1302 只需三根線即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，體積小，使用簡(jiǎn)單，時(shí)鐘精度較高，滿足系統(tǒng)的要求，其主要特征見(jiàn)附錄一。 圖 1 DS1302引腳 DS1302 與單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖 其中 Vcc2 外接 池，為 DS1302 的備用電源。 DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 兩者中較大者供電。 Xl 和 X2 是振蕩源，外接 32. 768kHz 晶振。時(shí)鐘輸入端 SCLK 接單片機(jī) 引腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。 圖 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。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。上電運(yùn)行時(shí)，在 Vcc2. 5V 之前， RST 必須保持低電平。 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。 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)； D5~D1 指定輸入或輸出的特定寄存器 。 在 DS1302 的時(shí)鐘日歷或 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)， DS1302 必須首先發(fā)送命令字節(jié)。 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)為寫操作 。 要特別說(shuō)明的是備用電源，可以用電池或者超級(jí)電容器 (( 以上 )?？梢杂美鲜诫娔X主板上的 3. 6V充電電池。 100uF 就可 以保證 1 小時(shí)的正常走時(shí)。初始化 后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。開(kāi)機(jī)時(shí)，單片機(jī)初始化后的 、 為高電平，三極管截止，所以開(kāi)機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)。繼電器的輸出端并聯(lián) 100 歐的電阻和 6800 皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花。 超時(shí)報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用的超時(shí)報(bào)警電路如圖 29 所示。當(dāng) 端口為低電平，即基極為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對(duì)教室燈的管理，能夠科學(xué)、 有效地管理教室電燈。還有的芯片更是把 EEPROM 也集成進(jìn)去，如 X5045 芯片。 X5045 具有三種常用的功能：看門狗定時(shí)器、復(fù)位控制和 EEPROM 集成在單個(gè) 8 引腳封裝的 CMOS 器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能與高速三線非易失性存儲(chǔ)器組合在一起，從而在很人程度 _上降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求， X5045 的引腳排列如圖 3. 2. 61，其各引腳功能附錄 I。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。 表 狀態(tài)寄存器 WD1=0， WD0=0，預(yù)置時(shí)間 。 WD1=1， WD0=0，預(yù)置時(shí)間 。 看門狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，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。 系統(tǒng)看門狗電路 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障保護(hù)部分由 X5045 組成， X5045 是一種串行通訊的 512 字節(jié)EEPROM，同時(shí)兼有看門狗和電源監(jiān)控功能， X5045 有三種可編程看門狗周期，上電和VCC 低于檢測(cè)門限時(shí)，輸出復(fù)位信號(hào)， X5045 輸出復(fù)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個(gè) l?? 的上拉電阻，并與 AT89C52 的復(fù)位端相連。該芯片還帶有一個(gè) 1. 4 秒的看門狗定時(shí)器可監(jiān)控單片機(jī)的工作。 X5045 代表了新一代串行 EEPROM 的發(fā)展趨勢(shì)，它的運(yùn)用極大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源，同時(shí)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。由于紅外線遙控裝置具有體積小、D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 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、空凋機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。我們采用的是從市場(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，其遙控器外形如圖 3. 2. 8 所示。按鍵的輸入信號(hào)分別接到 ， ， ， ，用二極管和與門電路將按鍵信號(hào)引到外中斷 0 的引腳 。當(dāng)按鍵未按下時(shí)， — 端口的電壓接近電源電壓，為高電平，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口被按紐開(kāi)關(guān)短接到地，為低電平。鍵盤工作方式采用中斷掃描方式， 4 個(gè)二極管和 10K 電阻組成與門電路，當(dāng)任一鍵按下時(shí)，與門輸出 引腳的 電平都會(huì)由高為低。 圖 210按鍵控制電路 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)。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(kāi)發(fā)。 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(kāi)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)和編程到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 監(jiān)控程序按模塊分為監(jiān)控主程序和命令處理子程序叫。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。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，它的編程方法與功能要求及系統(tǒng)應(yīng)用密切相關(guān)。監(jiān)控主程序接受和分析來(lái)自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理 子程序的入口，起引導(dǎo)作用。除初始化和自檢外，監(jiān)控主程序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 系統(tǒng)自檢初始化 系統(tǒng)自檢初始化是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件，系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn)入自檢初始化程序，完成系統(tǒng)的自檢及初始化。本系統(tǒng)中的自檢初始化主要指各接口芯片的檢測(cè)、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。若時(shí)鐘芯片處于啟動(dòng)狀態(tài)，則需要對(duì)其進(jìn)行初始化并啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 000 單元，程序狀態(tài)字寄存器 PSW 清零，片內(nèi)存儲(chǔ)器選擇工作寄存器，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.。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。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)操作。 數(shù)據(jù)采集模塊 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。而缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾。試驗(yàn)也證明了這點(diǎn)，如果人體存在卻一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有活動(dòng)，人體傳感器則認(rèn)為沒(méi)有人體存在。 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論是否有人體存在都不開(kāi)燈；而環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開(kāi)燈，無(wú)人體存在則不開(kāi)燈。 時(shí)鐘模塊 在系統(tǒng)啟動(dòng)自檢初始化時(shí)，首先會(huì)對(duì)時(shí)鐘芯片 DS1302 的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)到 DS1302 處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)才對(duì)其進(jìn)行初始化，啟動(dòng)時(shí)鐘。 數(shù)據(jù)輸入輸出