191基于51單片機(jī)的教室智能照明控制系統(tǒng)資料

191基于51單片機(jī)的教室智能照明控制系統(tǒng)資料,基于,51,單片機(jī),教室,智能,照明,控制系統(tǒng),資料 摘 要1摘 要本課題針對(duì)教室燈光的控制，分析了教室燈光智能控制的原理和實(shí)現(xiàn)方法，提出了基于單片機(jī)設(shè)計(jì)教室燈光智能控制系統(tǒng)的思路，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件模塊和相應(yīng)軟件部分。該系統(tǒng)以 AT89S51 單片機(jī)作為控制模塊的核心部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)教室合理開燈的條件，通過對(duì)人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別與判斷，完成對(duì)教室燈光的智能控制，避免了教室用電的大量浪費(fèi)。系統(tǒng)還具有報(bào)警功能；同時(shí)還采用了軟/硬件的“看門狗”等抗干擾措施。本系統(tǒng)程序部分采用 C 語(yǔ)言編寫，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、條理清晰、通用性好，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，針對(duì)性強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足各類院校對(duì)教室燈光控制的要求，很大程度的達(dá)到節(jié)能目的。關(guān)鍵詞：智能控制器 熱釋紅外傳感器 單片機(jī)引言2引言當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源短缺問題日益突出，成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。作為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活不可或缺的電力能源更是如此。尤其現(xiàn)今越來越提倡低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共識(shí)，而作為培養(yǎng)社會(huì)精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。但是目前在校園內(nèi)，教室燈火通明，卻空無一人的現(xiàn)象屢見不鮮，這不僅造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也對(duì)高校的形象造成了很壞的影響。本文所研究的教室燈光控制系統(tǒng)就可以很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的作用。1 系統(tǒng)硬件組成整個(gè)系統(tǒng)由中央控制電路、2×4 按鍵電路、光敏傳感電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、液晶顯示電路六個(gè)模塊組成。其中，光敏傳感電路模塊主要完成對(duì)教室當(dāng)前光線明暗程度的判定，時(shí)鐘電路主要實(shí)現(xiàn)時(shí)基功能，兩者分別提供光照和定時(shí)數(shù)據(jù)供以單片機(jī)為核心的中央控制模塊進(jìn)行邏輯判斷，單片機(jī)最終將運(yùn)算結(jié)果輸出到液晶顯示屏，同時(shí)對(duì)教室燈光進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖 1 所示。1． 1 中央控制模塊系統(tǒng)中，中央控制器主要用于接收兩個(gè)外部數(shù)據(jù)，由此判斷是否定時(shí)時(shí)間已到，教室光照是否充足?？刂破鞲鶕?jù)這兩個(gè)外部數(shù)據(jù)來進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)燈、刷新液晶顯示屏，同時(shí)可以通過鍵盤設(shè)置時(shí)間日期、查看相關(guān)信息根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，控制器選擇了宏晶科技公司提供的 STCl2C4052AD 型單片機(jī)。該款是一種高速、高可靠性單片機(jī)，工作電壓 5．5～3．4V，F(xiàn)lash 程序存儲(chǔ)器 4K 字節(jié)，SRAM 為 256 字節(jié)，2 個(gè)定時(shí)器，8 路 8 位 A／D 轉(zhuǎn)換器，可通過串口實(shí)現(xiàn)在線編程、A／D 轉(zhuǎn)換、看門狗等功能。1． 2 液晶顯示電路為了實(shí)現(xiàn)較好的人機(jī)交互界面，在本系統(tǒng)中采用 1602 液晶顯示屏來顯示用戶的設(shè)定作息時(shí)間及用戶所查詢的信息。點(diǎn)陣字符型液晶顯示器是專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)及少量自定義符號(hào)的顯示器。這類顯示器把 LCD 控制器／點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)器／字符存貯器全做在一塊印刷板上。系統(tǒng)選用日立公司的 HD44780 液晶顯示。 HD44780 具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)／閃爍等功能。與 MCU 的傳輸可采用 8 位并行傳輸或 4 位并行傳輸 2 種方式。液晶顯示電路如圖 2 所示。 31． 3 其他電路按鍵電路主要由一個(gè) 2×4 的按鍵陣列組成，主要用于完成作息時(shí)間、當(dāng)前時(shí)間、定時(shí)時(shí)間段的設(shè)定。光敏傳感電路實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的采集，其門限值可通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。指示燈主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)，如系統(tǒng)工作于自動(dòng)控制模式還是強(qiáng)制模式，滅燈或亮燈狀態(tài)等的指示。2 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)能夠采集室內(nèi)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并結(jié)合學(xué)校作息時(shí)間對(duì)教室燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，達(dá)到方便和節(jié)約能源的目的。電路存在兩種工作模式：自動(dòng)控制模式和強(qiáng)制模式。2．1 自動(dòng)控制模式系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)工作在自動(dòng)控制模式，當(dāng)教室內(nèi)自然光線弱，光敏傳感器把感應(yīng)到的光強(qiáng)信號(hào)送至單片機(jī)處理，輸出照明命令，則打開教室燈光，但因系統(tǒng)定時(shí)關(guān)燈時(shí)間與學(xué)校作息時(shí)間一致，因此在非需要開燈的時(shí)間段內(nèi)，教室燈光自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到節(jié)約用電的效果。系統(tǒng)考慮到如果教室外自然光很強(qiáng)，但因某種需求需要拉上窗簾，這樣室內(nèi)光照就不太理想，需要開燈，因而設(shè)置了兩路光敏傳感器，一路探測(cè)室內(nèi)光強(qiáng)，一路探測(cè)室外光強(qiáng)，這體現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。2．2 強(qiáng)制模式系統(tǒng)正常工作的情況下，通過按下強(qiáng)制按鈕，就能對(duì)燈進(jìn)行強(qiáng)制開關(guān)的控制，通過該按鈕也能使電路切換回自動(dòng)控制狀態(tài)。設(shè)置強(qiáng)制按鈕主要考慮到有時(shí)需要對(duì)燈進(jìn)行強(qiáng)制控制，例如需要在教室通過投影儀觀看電影時(shí)，為達(dá)到最佳的收看效果，需要關(guān)上燈。3 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 STC12C4052AD 單片機(jī)作為控制的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算，因此軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行以及能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的關(guān)鍵。本系統(tǒng)中 STCl2C4052AD 單片機(jī)主要完成接收外部數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、輸出控制數(shù)據(jù)。所以軟件的重點(diǎn)是：如何接收外部數(shù)據(jù)，如何處理以及如何輸出控制數(shù)據(jù)。因此，在該軟件實(shí)現(xiàn)中我們采用了模塊化的方案，整個(gè)軟件設(shè)計(jì)由初始化模塊、鍵盤接收模塊、中斷處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和定時(shí)輸出模塊五個(gè)模塊組成，系統(tǒng)程序主流程框圖如圖 3 所示。 引言4初始模塊主要完成 I／O 口、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷以及液晶顯示屏的初始化，鍵盤接收模塊主要用于接收初始變量，如當(dāng)前時(shí)間、作息時(shí)間等的設(shè)定。同時(shí)也接受相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢，如查詢?cè)O(shè)定好的作息時(shí)間、光照閾值等，數(shù)據(jù)顯示模塊用于顯示當(dāng)前的時(shí)間、定時(shí)開關(guān)時(shí)間以及用戶要查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)。4 調(diào)試和總結(jié)在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后我們?cè)谡{(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)什么光線情況下應(yīng)該開燈及系統(tǒng)在根據(jù)學(xué)校的作息時(shí)間上進(jìn)行了設(shè)定驗(yàn)證、調(diào)試，結(jié)果顯示本系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行且效果理想。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于教室的燈光控制，但是對(duì)于一些公共場(chǎng)合，如會(huì)議室、辦公室、樓道等場(chǎng)所，只要在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)，也可以很好地滿足其需要，因此本系統(tǒng)的可移植性好，具有比較大的市場(chǎng)潛力和廣泛的應(yīng)用前景.目 錄V目 錄摘 要 I第一章 教室燈光控制器簡(jiǎn)介與方案分析 .11.1 教室燈光控制器簡(jiǎn)介 11.2 系統(tǒng)控制方案分析 1第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) .32.1 系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡(jiǎn)介 32.2 系統(tǒng)控制的主要硬件電路 32.2.1 系統(tǒng)主控電路 .32.2.2 系統(tǒng)供電電路 .42.2.3 數(shù)據(jù)采集電路 .52.2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 .72.2.5 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 .82.2.6 超時(shí)報(bào)警電路 .82.2.7 按鍵控制電路 .92.2.8 系統(tǒng)看門狗電路 .9第三章 控制模塊軟件設(shè)計(jì) .133.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 133.1.1 系統(tǒng)自檢初始化 .133.1.2 定時(shí)中斷處理設(shè)計(jì) .143.2 數(shù)據(jù)采集模塊 143.2.1 人體存在傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) .143.2.2 數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn) .143.3 時(shí)鐘模塊 153.3.1 數(shù)據(jù)輸入輸出 .153.3.2 時(shí)鐘程序設(shè)計(jì) .163.4 顯示驅(qū)動(dòng)模塊 18第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 .214.1 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟 214.2 主要問題分析 22第五章 總結(jié)與展望 .255.1 總結(jié) 255.2 展望 25致 謝 .27參考文獻(xiàn) .29第一章 教室燈光控制器簡(jiǎn)介與方案分析1第一章 教室燈光控制器簡(jiǎn)介與方案分析1.1 教室燈光控制器簡(jiǎn)介本課題設(shè)計(jì)的控制器可有效的實(shí)現(xiàn)教室燈光的智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號(hào)和環(huán)境光強(qiáng)度信號(hào)等外界因素。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，實(shí)驗(yàn)證明這種方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈進(jìn)行智能控制。教室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開電燈直射的位置，且人體傳感器安置時(shí)應(yīng)使人體活動(dòng)方向與人體傳感器中兩個(gè)熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號(hào)采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。1.2 系統(tǒng)控制方案分析該控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在且超過一定時(shí)間，控制器自動(dòng)打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。同時(shí)，還可設(shè)置作息時(shí)間來控制，夜晚超過 12 點(diǎn)，若還有人存在，則關(guān)閉自動(dòng)控制器的運(yùn)行，改用開關(guān)來手動(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。所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。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)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析2第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)控制模塊的硬件構(gòu)成及簡(jiǎn)介系統(tǒng)控制單元是以 AT89S51 單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：環(huán)境光采集電路、時(shí)鐘模塊、熱釋紅外傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵電路、EEPROM 存儲(chǔ)模塊、超時(shí)報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1所示。AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)熱釋紅外傳感器環(huán)境光采集電路超時(shí)報(bào)警模塊按鍵電路數(shù)碼管顯示模塊看門狗模塊時(shí)鐘模塊EEPROM 存儲(chǔ)器模塊圖 2-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖環(huán)境光模塊采用光敏三極管來檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，有光照時(shí)，電阻減小，隨著光照強(qiáng)度的減弱，電阻逐漸增大，把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光強(qiáng)度的檢測(cè)。人體存在傳感器模塊采用 HP-208 是基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體存在的檢測(cè)。硬件時(shí)鐘模塊采用具有充電能力的低功耗，具有臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302。該電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。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)控功能鍵盤模塊。2.2 系統(tǒng)控制的主要硬件電路考慮到本系統(tǒng)安裝時(shí)受環(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題。2.2.1 系統(tǒng)主控電路本系統(tǒng)的主控模塊采用 AT89S51 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。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，所以沒有片外擴(kuò)展的 RAM，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)3潔。該芯片的主要特征見如表 2.1：表 2.1 AT89S51 主要特征單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 2-2 所示：圖 2-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)(1) 40（Vcc）20（GND）腳間的電壓應(yīng)有 5V 。(2) 18、19 腳分別與 20 腳間有 1.7―2.5V 電壓 (3) 9（RST）腳與 GND 間電壓基本為 0 。(4) 31 腳 （EA）與 20 引腳（GND）間電壓為 5V 。2.2.2 系統(tǒng)供電電路系統(tǒng)供電原理如圖 2-3 所示，采用+5V 電壓供電。本設(shè)計(jì)采用輸出電壓為9V 的變壓器。系統(tǒng)接通 220V 交流電源后，將 220V 交流電變壓到 9V，經(jīng)過二極管全波整流、電解電容 C1，C2 濾波，再經(jīng)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 C3，C4，最后得到+5V 的直流電壓，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。.AT89S51 引腳 外圍器件引腳 說明P0. 0-P0. 7 ULN2803 數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口P2. 0-P2. 7 PNP-9012 基極 數(shù)碼管段碼驅(qū)動(dòng)接口P1. 0 X5045SI X5045 串行輸入端P1. 1 X5045SCK X5045 串行時(shí)鐘端P1. 2 X5045CS X5045 片選端P1. 3 X504550 X5045 串行輸出端P1. 4 工作狀態(tài)指示燈P1. 5 DS1302CLK DS1302 時(shí)鐘線P1.6 DS1302I/O DS1302 數(shù)據(jù)線P1. 7 DS1302RST DS1302 復(fù)位線P3. 0- P3. 1 數(shù)據(jù)采集輸入端P3. 3 人體存在傳感器輸出信號(hào)端P3. 4 超時(shí)報(bào)警信號(hào)輸入端P3. 7 光敏三極管輸入信號(hào)端第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析4圖 2-3 系統(tǒng)供電電路2.2.3 數(shù)據(jù)采集電路教室的環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在與否是系統(tǒng)主要的輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光照強(qiáng)度和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對(duì)象。常見的環(huán)境光強(qiáng)度采集器件主要有光敏二極管和光敏三極管，考慮抗干擾的需要，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體存在傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)。一、環(huán)境光強(qiáng)度采集電路光電傳感器是一種能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為電量的傳感器。采用的光敏三極管除了具有光敏二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的功能外，還具有對(duì)電信號(hào)的放大功能。在無光照時(shí)，三極管的穿透電流很小，為暗電流，有光照時(shí)，產(chǎn)生的 Ib 增大，成為光電流 Ie，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)。光敏三極管具有靈敏度高，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)等特點(diǎn)。環(huán)境光采集電路原理如圖為 2-4 所示。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度大于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)低阻狀態(tài)≤1KΩ，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。當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)度小于一定程度時(shí)，光敏三極管 D6 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100Ｋ，使三極管 Q12 截止，集電極輸出高電平。其中調(diào)節(jié) R26 阻值，可使三極管 Q12 受環(huán)境光強(qiáng)度影響在適當(dāng)?shù)牧炼认聦?dǎo)通。圖 2-4 環(huán)境光電路R2510k Q12NPND6PHOTOR26470k+5vp27第二章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)5二、人體存在信號(hào)采集電路人體存在傳感器采用 HP-208-N-L 人體感應(yīng)模塊(低電平輸出)?；诩t外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器中。人體傳感器的 1 號(hào)引腳為電源信號(hào)端 VCC，2 號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端OUT， 3 號(hào)引腳為地信號(hào)端 GND。其硬件連接如圖 2-5。1 2 3H P-2 0 8C6 8 0 p fV CCp 3 .3圖 2-5 人體存在信號(hào)采集電路HP-208-N-L 功能特點(diǎn)：全自動(dòng)感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出低電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉低電平，輸出待機(jī)時(shí)的高電平。兩種觸發(fā)方式：a. 不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從低電平變?yōu)楦唠娖?；b.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一直保持低電平，直到人離開后至延時(shí)結(jié)束，低電平跳變?yōu)楦唠娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn)).具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后，待延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)輸出時(shí)間”和“封鎖時(shí)間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時(shí)間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒—幾十秒鐘)。微功耗：靜態(tài)電流Vcc1+0.2V 時(shí)，由 Vcc2 向DS1302 供電，當(dāng) Vcc20； i-- ) //循環(huán) 8 次移位 { SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； //每次傳輸?shù)妥止?jié) addr = 1； //右移一位 SCLK = 1； } //發(fā)送數(shù)據(jù) for ( i=8； i0； i-- ) { SCLK = 0； temp = dat； DIO = (bit)(temp&0x01)； dat = 1； SCLK = 1； } CE = 0； } //數(shù)據(jù)讀取子程序 unsigned char Read1302 ( unsigned char addr ) { unsigned char i，temp，dat1，dat2； CE=0； SCLK=0； CE = 1； 第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析16//發(fā)送地址 for ( i=8； i0； i-- ) //循環(huán) 8 次移位 { SCLK = 0； temp = addr； DIO = (bit)(temp&0x01)； //每次傳輸?shù)妥止?jié) addr = 1； //右移一位 SCLK = 1； } //讀取數(shù)據(jù) for ( i=8； i0； i-- ) { ACC_7=DIO； SCLK = 1； ACC=1； SCLK = 0； } CE=0； dat1=ACC； dat2=dat1/16； //數(shù)據(jù)進(jìn)制轉(zhuǎn)換 dat1=dat1%16； //十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制 dat1=dat1+dat2*10； return (dat1)； } //初始化 DS1302 void Initial(void) { Write1302 (WRITE_PROTECT，0X00)； //禁止寫保護(hù) Write1302 (WRITE_SECOND，0x56)； //秒位初始化 Write1302 (WRITE_MINUTE，0x34)； //分鐘初始化 Write1302 (WRITE_HOUR，0x12)； //小時(shí)初始化 Write1302 (WRITE_PROTECT，0x80)； //允許寫保護(hù) }3.4 顯示驅(qū)動(dòng)模塊系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對(duì)話的一個(gè)重要通道。通過的顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而方便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行第三章 控制模塊軟件設(shè)計(jì)17必要的操作。本系統(tǒng)中采用共陽(yáng)極的數(shù)碼管，其中采用 ULN2803 作為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的段選的芯片，采用簡(jiǎn)單又便宜的 9012 三極管來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的位選，節(jié)約成本，程序編寫簡(jiǎn)單?？紤]到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求的電流較大，采用功率驅(qū)動(dòng)器件 ULN2803 芯片。此芯片是八組 NPN 型達(dá)林頓功放三極管集成芯片，典型的輸入電壓是 5V，集電極輸出功率可達(dá) 50V×0.6A。因此采用 ULN2803 共陽(yáng)極數(shù)碼管的段信號(hào)驅(qū)動(dòng)器。而共陽(yáng)極數(shù)碼管的位信號(hào)驅(qū)動(dòng)則采用 8 個(gè)晶體管 9012 來實(shí)現(xiàn)。又由于ULN2803 為低電平驅(qū)動(dòng)，所以數(shù)據(jù)送到單片機(jī)端口前，應(yīng)在程序中先將數(shù)據(jù)取反。然后將數(shù)據(jù)送到 ULN2803 輸入端相連接單片機(jī)的 P0 端口即可。每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)字節(jié)，然后再送該位數(shù)碼管的地址字節(jié)，直到8 位顯示完全。本系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要顯示查看的數(shù)據(jù)有時(shí)鐘及顯示數(shù)值。正常工作中8 位顯示器顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，顯示小時(shí)、分鐘、秒，其中有兩位用來顯示“—” ，用以分隔顯示小時(shí)、分鐘和秒，這樣顯示更加清晰。第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析18第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析4.1 單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對(duì)軟件和硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作.(1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。(2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時(shí)采用在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯(cuò)誤。(3)動(dòng)態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。在應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行程序。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。各模塊電路調(diào)試流程圖如下示：第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析19圖 4-1 電源調(diào)試 圖 4-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試圖 4-3 按鍵電路調(diào)試 圖 4-4 顯示電路調(diào)試第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析20圖 4-5采集電路調(diào)試4.2 主要問題分析在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題的分析與解決方案。1．電源供電電路中集成穩(wěn)壓器溫度過高。分析解決：穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是：變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器上的電壓較高，使 7805 上的壓降過大。此問題可通過選用輸出電壓低些的變壓器，并在集成穩(wěn)壓器前串入兩只二極管降壓，同時(shí)增大散熱片來解決。2．人體存在傳感器有人存在時(shí)輸出高電平的電壓偏低分析解決：人體存在傳感器輸出高電平的電壓偏低，單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生誤判，或采集不到正確的信號(hào)，于是在人體存在傳感器的輸出端加一個(gè) 100KΩ 的上拉電阻。3．人存在的教室中，若人體超過十秒沒有活動(dòng)，人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，那么如何判定教室此時(shí)有人的問題。分析解決 ：此問題在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可將采集有人體信號(hào)存在的狀態(tài)適當(dāng)延長(zhǎng)保持二至五分鐘，并加以后續(xù)處理。4．單片機(jī)控制信號(hào)輸出后，繼電器沒按預(yù)定設(shè)計(jì)產(chǎn)生動(dòng)作。分析解決：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出控制信號(hào)，在控制繼電器時(shí)，必須加三極管來驅(qū)動(dòng)，否則信號(hào)電流過小將不能使繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，而且必須采用三極管的集電極來驅(qū)動(dòng)繼電器，最后再帶動(dòng)負(fù)載。繼電器驅(qū)動(dòng)電路中還需注意的是要與繼電器線圈并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，增加對(duì)驅(qū)動(dòng)三極管的保護(hù)。5．每次開機(jī)插上電源后，硬件時(shí)鐘顯示的時(shí)間都從所設(shè)初始值開始計(jì)時(shí)。分析解決：硬件時(shí)鐘顯示的時(shí)間不正常。解決辦法：一方面是充電電池沒有充電功能；另一方面是應(yīng)對(duì)硬件時(shí)鐘進(jìn)第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析21行自檢。第四章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析22第五章 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)該教室燈光系統(tǒng)的控制是以 AT89S51 單片機(jī)芯片為核心，通過相關(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)開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)控制單元的硬件電路中多采用集成電路(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/O 口資源，為系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展留下了空間。系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，提高了電能的利用率。在保證穩(wěn)定、可靠工作的前提下，硬件設(shè)計(jì)上盡量采用性價(jià)比高的元器件，以降低成本。軟件設(shè)計(jì)上采用多任務(wù)形式對(duì)信號(hào)的采集、處理，達(dá)到最終控制燈光的目的。本控制系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時(shí)，不需要對(duì)原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動(dòng)，以降低實(shí)現(xiàn)教室燈光智能控制的成本。5.2 展望由于教室大小面積各不相同、教室燈光數(shù)量不一，教室內(nèi)部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會(huì)有所不同，特別是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響更大，一套教室燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用也只是在有限的范圍內(nèi)。若教室面積很大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個(gè)人體傳感器。人體傳感器一般采集的是有活動(dòng)的人體，若人體靜止時(shí)，如坐著看書沒有活動(dòng)，這時(shí)人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，故而最好將人體傳感器裝置設(shè)計(jì)成在系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠擺動(dòng)。本系統(tǒng)中，人體傳感器采集的信號(hào)與環(huán)境光采集的信號(hào)相互間有著密切聯(lián)系。最好能將人體傳感器與環(huán)境光采集電路集成到一起，簡(jiǎn)化電路，從而簡(jiǎn)化軟件程序。初步試驗(yàn)證明，本系統(tǒng)適用性較好，可以應(yīng)用于教室、樓道和辦公室中。致 謝23致 謝在論文完成之際，我首先向關(guān)心、幫助和指導(dǎo)我的譚偉東老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！在論文設(shè)計(jì)過程中，一直得到譚偉東老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我順利的完成論文。譚偉東老師以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對(duì)現(xiàn)在的收獲，我感到無比欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!特別感謝我的師兄以及師姐對(duì)我的學(xué)習(xí)和生活所提供的大力支持和關(guān)心!還要感謝一直關(guān)心幫助我成長(zhǎng)的室友！在我即將完成學(xué)業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授!附 錄24參考文獻(xiàn)1．張毅剛.彭喜源，譚曉鈞，曲春波.MCS-51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2．周明珠.王煒，王福源，無觸點(diǎn)開關(guān)在控制中的應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù).20023．俞海珍.李憲章，馮浩，熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用，電子照明技術(shù) 2006.74．趙海蘭.，趙樣.實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 DS1302 的原理及應(yīng)用.電子元器件應(yīng)用，20055．胡又農(nóng)等，可編程看門狗監(jiān)控EEPROM-X5045及其在8051系統(tǒng)中的應(yīng)用，電子技術(shù)應(yīng)用.1998， No.7，18-196．瞿貴榮.熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)原理及特性，家庭電子愛好者，7．樊貴卿，李慶武，靳建華，串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS 1302程序設(shè)計(jì)中的問題與對(duì)策，電子技術(shù)應(yīng)用2005.28．冀蘭風(fēng).芯片X5045在智能化互感器檢驗(yàn)儀中的應(yīng)用，電子技術(shù)，19989．劉大茂.嚴(yán)飛.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控主程序的設(shè)計(jì)方法.福州大學(xué)學(xué)報(bào)，1998