【正文】 .................................40第 四 章 系 統(tǒng) 可 靠 性 技 術(shù) .........................................41 干 擾 產(chǎn) 生 的 后 果 .......................................................................................................41 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 硬 件 抗 干 擾 設(shè) 計(jì) ........................................................................41 軟 件 抗 干 擾 技 術(shù) .......................................................................................................43參 考 文 獻(xiàn) ....................................................44致 謝 .....................................................45引 言 引言隨 著 國 民 經(jīng) 濟(jì) 的 快 速 發(fā) 展 和 社 會 進(jìn) 步 ， 教 育 在 全 社 會 愈 加 被 關(guān) 注 和 重 視 ， 校 園 規(guī)模 也 隨 著 受 教 育 者 的 數(shù) 量 增 加 而 不 斷 擴(kuò) 大 ， 教 室 的 數(shù) 量 也 大 幅 度 增 加 。 為 使 師 生 有 舒適 的 教 學(xué) 和 學(xué) 習(xí) 的 環(huán) 境 ， 無 論 是 教 室 的 面 積 、 設(shè) 施 和 照 度 ， 校 方 在 力 所 能 及 的 范 圍 內(nèi) ，都 付 出 了 十 分 的 努 力 。 夜 間 許 多 教 室 ， 即 使 僅 有 幾 個 學(xué) 生 在 教室 自 習(xí) ， 但 室 內(nèi) 照 明 全 部 開 啟 ， 絕 不 會 有 師 生 因 為 只 有 少 數(shù) 人 而 僅 開 幾 盞 燈 。 這 種 有 形 和 無 形 的 浪 費(fèi) ， 給 校 方 的 水 電 支 出帶 來 了 沉 重 的 負(fù) 擔(dān) 。 其 中 主 要 能 耗 浪 費(fèi) 較 大 的 是 ： 教 室 照 明 和 空 調(diào) 的 使 用 。能 源 短 缺 是 21 世 紀(jì) 國 際 面 臨 的 新 課 題 。 所 以 學(xué) 校 如 何 來 節(jié) 省 電 力 能 源 也 成 為 了 一 個 迫 切 需 要解 決 的 問 題 。單 片 機(jī) 的 出 現(xiàn) 至 今 已 經(jīng) 有 30 多 年 的 歷 史 了 。 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) 就是 將 中 央 處 理 單 元 、 存 儲 器 、 定 時 /計(jì) 數(shù) 器 和 多 種 接 口 都 集 成 到 一 塊 集 成 電 路 芯 片 上 的微 型 計(jì) 算 機(jī) 。 它 已 成 為 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 、 智 能 儀 器儀 表 、 尖 端 武 器 、 日 常 生 活 中 最 廣 泛 使 用 的 計(jì) 算 機(jī) 。 本系 統(tǒng) 是 以 單 片 機(jī) 為 控 制 器 的 核 心 ， 其 中 上 位 機(jī) 和 下 位 機(jī) 都 是 以 AT89C51 為 基 礎(chǔ) ， 再 連接 外 圍 電 路 ， 通 過 現(xiàn) 場 總 線 RS485 通 信 方 式 實(shí) 現(xiàn) 照 明 燈 具 的 智 能 控 制 。第 一 章 概 述第 一 章 概 述 課 題 研 究 背 景隨 著 計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 、 通 信 、 控 制 等 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ,智 能 建 筑 的 發(fā) 展 越 來 越 迅 猛 。 就 智 能 建 筑 的 照 明 系 統(tǒng) 來 說 ， 許 多地 方 的 燈 經(jīng) 常 是 從 早 到 晚 開 著 的 ， 不 管 這 些 房 間 或 樓 道 是 否 有 人 ， 也 不 管 有 多 少 人 。 這 種 照 明 方 式 ， 不 僅 造 成 能 源 的 浪 費(fèi) ， 而 且 不 能 滿 足 人對 照 明 的 基 本 需 求 ， 同 時 也 給 人 的 視 力 造 成 了 很 大 的 影 響 。 特 別 是 近 年 來 大 廈 內(nèi) 利 用 計(jì) 算 機(jī) 工 作 的 人 員 比 例 上 升 ， 不 同 視 覺要 求 的 工 作 的 數(shù) 量 和 復(fù) 雜 程 度 大 大 增 加 。 因 此 ， 適 應(yīng) 不 同 個 人 和 工作 需 要 ， 結(jié) 合 自 動 調(diào) 節(jié) 與 手 動 調(diào) 節(jié) 的 智 能 化 照 明 系 統(tǒng) 已 經(jīng) 成 為 必 不 可 少 了 。 相 對 商 業(yè) 樓 宇 而 言 ， 大 學(xué) 校 園 里 的 大 功 率 動 力 和 制 冷 設(shè) 備 比 重 較 少 ， 照 明 燈 具則 相 對 比 重 更 多 ， 所 以 控 制 教 室 照 明 是 節(jié) 能 的 關(guān) 鍵 。 課 題 研 究 的 目 的 與 意 義 良 好 的 節(jié) 能 效 果 和 延 長 燈 具 壽 命節(jié) 能 是 照 明 控 制 系 統(tǒng) 的 最 大 優(yōu) 勢 。 而 采 用 了 智 能 照 明 控 制 系 統(tǒng) 后 ， 可 以 根 據(jù) 不 同 場 合 、 不 同 的 人 流量 ， 進(jìn) 行 時 間 段 、 工 作 模 式 的 細(xì) 分 ， 把 不 必 要 的 照 明 關(guān) 掉 ， 在 需 要 時 自 動 開 啟 。 控 制 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 了 不 同 工 作 場 合 的 多 種照 明 工 作 模 式 ， 在 保 證 必 要 照 明 的 同 時 ， 有 效 減 少 了 燈 具 的 工 作 時 間 ， 節(jié) 省 了 不 必 要的 能 源 開 支 ， 也 延 長 了 燈 具 的 壽 命 。 合 理 地 選 用 光 源 、 燈 具 及 性 能優(yōu) 越 的 照 明 控 制 系 統(tǒng) ， 都 能 提 高 照 明 質(zhì) 量 。 同 時 ，系 統(tǒng) 能 根 據(jù) 不 同 的 時 間 段 ， 人 們 的 不 同 需 要 ， 自 動 調(diào) 節(jié) 照 度 。 在 一 般 的 情 況 下 ，不 需 要 有 人 的 參 與 ， 照 明 系 統(tǒng) 自 動 實(shí) 現(xiàn) 開 關(guān) 和 調(diào) 光 功 能 ， 既 大 大 減 少 了 管 理 人 員 的 數(shù)量 ， 也 排 除 了 由 于 人 為 因 素 而 出 現(xiàn) 的 不 定 時 開 關(guān) ， 影 響 學(xué) 校 的 正 常 教 學(xué) 、 生 活 秩 序 的情 況 。 根 據(jù) 一 般 的 辦 公 大 樓 運(yùn) 營 的 經(jīng) 驗(yàn) 來 看 ， 節(jié) 能 效 果 能 達(dá) 到 40％ 以 上 ， 一 般 的 商 場 、酒 店 、 地 鐵 站 等 節(jié) 能 效 果 也 能 達(dá) 到 25％ ～ 30％ 。硬 件 設(shè) 計(jì) 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(jìn) 行調(diào) 試 、 測 試 ， 以 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 要 求 。 硬 件 電 路 的 設(shè) 計(jì) 最 重 要 的 選 擇 用 于 控 制 的 單 片 機(jī) ， 并 確 定與 之 配 套 的 外 圍 芯 片 ， 使 所 設(shè) 計(jì) 的 系 統(tǒng) 既 經(jīng) 濟(jì) 又 高 性 能 。軟 件 設(shè) 計(jì) 部 分 ， 首 先 在 總 體 設(shè) 計(jì) 中 完 成 系 統(tǒng) 總 框 圖 和 各 模 塊 的 功 能 設(shè) 計(jì) ， 擬 定 詳細(xì) 的 工 作 計(jì) 劃 ； 然 后 進(jìn) 行 具 體 設(shè) 計(jì) ， 包 括 各 模 塊 的 流 程 圖 ， 選 擇 合 適 的 編 程 語 言 和 工具 ， 進(jìn) 行 代 碼 設(shè) 計(jì) 等 ； 最 后 是 對 軟 件 進(jìn) 行 調(diào) 試 、 測 試 ， 達(dá) 到 所 需 功 能 要 求 。 本 系統(tǒng) 軟 件 設(shè) 計(jì) 采 用 模 塊 化 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 先 編 寫 各 個 功 能 模 塊 子 程 序 ， 然 后 進(jìn) 行 組 合 與調(diào) 整 ， 經(jīng) 過 調(diào) 試 后 ， 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 功 能 要 求 。 這 三 部 分 共 同 完 成 了 主 控 制 器 通 過 有 線 通 信 方 式 與 分 控 制 器 進(jìn) 行 信 息 交 換 ，達(dá) 到 控 制 照 明 燈 具 的 目 的 。1． 通 信 系 統(tǒng)該 多 機(jī) 通 信 系 統(tǒng) 采 用 RS485 半 雙 工 主 從 式 通 信 系 統(tǒng) ， 主 機(jī) 可 以 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 或 命 令 到從 機(jī) ， 從 機(jī) 主 要 負(fù) 責(zé) 對 分 布 的 照 明 燈 具 進(jìn) 行 控 制 ， 用 中 斷 的 方 式 接 收 主 機(jī) 發(fā) 來 的 命 令或 數(shù) 據(jù) 并 做 出 回 應(yīng) 。 主 控 制 器 硬 件 電路 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 。圖 12 主 控 制 器 硬 件 電 路 結(jié) 構(gòu) 框 圖主 控 制 器RS485接 口分 控 制 器RS485接 口 分 控 制 器RS485接 口 分 控 制 器RS485接 口RS485總 線89C51晶 振鍵 盤 看 門 狗 數(shù) 碼 顯 示 及 驅(qū) 動 電 路通 信 接 口 電 路電 源常 州 工 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 位 機(jī) 系 統(tǒng)分 控 制 器 硬 件 電 路 結(jié) 構(gòu) 如 圖 所 示 。 這 些 程 序 是 系 統(tǒng) 的 靈 魂 ， 是 負(fù) 責(zé) 完 成 硬 件 電 路 實(shí) 現(xiàn) 功 能 和 與 用 戶 交 互 的橋 梁 ， 是 維 護(hù) 系 統(tǒng) 正 常 工 作 的 工 具 。 做 到 光 線 暗 時 開 燈 ， 雨 天 陰 天 時 開 燈 ， 無 人 時 關(guān) 燈 ， 光 線 亮 時關(guān) 燈 ， 晴 天 時 關(guān) 燈 ， 休 息 時 間 關(guān) 燈 。根 據(jù) 上 述 要 求 ， 可 以 畫 出 控 制 系 統(tǒng) 邏 輯 功 能 表 ， 如 表 11 所 示 。則 表 11 可 以 轉(zhuǎn) 化 為 表 12。B圖 21 系 統(tǒng) 硬 件 總 述 圖 CPU 性 能 介 紹本 系 統(tǒng) 采 用 了 ATMEL 公 司 MCS51 系 列 單 片 機(jī) 中 的 AT89C51 芯 片 ， 它 是 低 壓 高 性能 CMOS 8 位 微 處 理 器 ， 帶 有 4k 字 節(jié) Flash 閃 速 存 儲 器 ， 128 字 節(jié) 內(nèi) 部 RAM， 15 個I／ O 口 線 ， 兩 個 16 位 定 時 ／ 計(jì) 數(shù) 器 ， —個 5 向 量 兩 級 中 斷 結(jié) 構(gòu) ， 一 個 全 雙 工 串 行 通信 口 。AT89C51從 機(jī) 1從 機(jī)n常 州 工 學(xué) 院 計(jì) 算 機(jī) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文主 控 制 器 系 統(tǒng) 的 外 圍 接 口 電 路 由 鍵 盤 、 數(shù) 碼 顯 示 及 驅(qū) 動 電 路 、 晶 振 、 看 門 狗 電 路 、通 信 接 口 電 路 等 幾 部 分 組 成 。圖 22 主 控 制 器 系 統(tǒng) 的 硬 件 電 路 原 理 圖 鍵 盤 的 接 口 設(shè) 計(jì)鍵 盤 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 有 兩 種 ， 即 獨(dú) 立 式 按 鍵 和 矩 陣 式 鍵 盤 。 該 形 式 的 鍵 盤 ， 每 個 按 鍵 開 關(guān) 位 于 行 列 的 交叉 處 ， 采 用 逐 行 掃 描 的 方 法 識 別 鍵 碼 。 每 當(dāng) 按 下 一 個 鍵 時 ， 對 應(yīng) 的 行 線 與 列 線 就 會 連 通 ， 這樣 單 片 機(jī) 就 能 檢 測 出 信 號 ， 并 通 過 鍵 盤 掃 描 程 序 對 鍵 盤 進(jìn) 行 掃 描 ， 以 識 別 被 按 鍵 的 行 、列 位 置 。 由 單 片 機(jī) 的 ～ 口 輸 出 的 四 位BCD 碼 ， 經(jīng) 7447 芯 片 后 ， 翻 譯 成 7 段 數(shù) 碼 管 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 相 應(yīng) 的 段 ， 并 輸 出點(diǎn) 亮 數(shù) 碼 管 相 應(yīng) 的 段 。 4 個 7 段 數(shù) 碼 管 都 被 接 成 共 陽 極 方 式 。 MR 與 WDO 經(jīng) 過 一 個 二 極 管 連 接 起 來 ， WDI 接 單 片機(jī) 的 口 ， RESET 接 單 片 機(jī) 的 復(fù) 位 輸 入 腳 RESET， MR 經(jīng) 過 一 個 復(fù) 位 按 鈕 接 地 。 （ 2） 對 +5V 電 源 進(jìn) 行 監(jiān) 視 ： 當(dāng) +5V 電 源 正 常 時 ， RESET 為 低 電 平 ， 單 片 機(jī) 正 常 工 作 ；當(dāng) +5V 電 源 電 壓 降 至 + 以 下 時 ， RESET 輸 出 高 電 平 ， 對 單 片 機(jī) 進(jìn) 行 復(fù) 位 。（ 4） 手 動 復(fù) 位 ： 如 果 需 要 對 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 手 動 復(fù) 位 ， 只 要 按 下 手 動 復(fù) 位 按 鈕 ， 就 能 對 系統(tǒng) 進(jìn) 行 有 效 的 復(fù) 位 。RS485 通 信 電 路 的 設(shè) 計(jì)在 各 種 分 布 式 集 散 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 往 往 采 用 一 臺 單 片 機(jī) 作 為 主 機(jī) ， 多 個 單 片 機(jī) 作 為 從機(jī) ， 主 機(jī) 控 制 整 個 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 行 ； 從 機(jī) 采 集 信 號 ， 實(shí) 現(xiàn) 現(xiàn) 場 控 制 ； 主 機(jī) 和 從 機(jī) 之 間 通 過總 線 相 連 ， 如 圖 24 所 示 。圖 24 單 片 機(jī) 多 機(jī) 通 信 連 線 圖多 機(jī) 通 信 時 ， 為 了 保 證 通 信 的 可 靠 性 ， 在 點(diǎn) 到 點(diǎn) 通 信 時 ， 采 用 了 尋 址 技 術(shù) ， 即 主 機(jī)先 發(fā) 送 一 幀 地 址 信 息 給 各 個 從 機(jī) ， 各 從 機(jī) 接 收 到 主 機(jī) 發(fā) 來 的 地 址 信 息 后 ， 便 與 本 機(jī) 的地 址 號 相 比 較 。多 機(jī) 通 信 時 ， 單 片 機(jī) 的 串 行 口 只 能 工 作 在 方 式 3。 當(dāng) 主 機(jī) 發(fā) 送 地 址 信 息 時 ， 使 TB8=1， 所 有 SM2=1 的 從 機(jī)都 將 產(chǎn) 生 中 斷 ， 接 收 此 地 址 信 息 進(jìn) 行 比 較 ， 其 中 被 主 機(jī) 呼 叫 的 從 機(jī) 的 SM2 位 被 清 “0”；主 機(jī) 發(fā) 送