基于單片機的LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計

1、-1 緒論LED光源是21世紀(jì)光源市場的希望，眾多優(yōu)點預(yù)告其未來將逐步取代傳統(tǒng)光源，奧科委指出高亮度LED將是人類繼愛迪生創(chuàng)造白熾燈泡之后，最偉大的創(chuàng)造之一，當(dāng)前全球能源危機的時候，能源是一種珍貴的資源，所以節(jié)約能源是我們未來面臨的問題。LED作為一種新型的節(jié)能、環(huán)保的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來開展的趨勢。1.1 選題的背景隨著全球經(jīng)濟的迅速開展，能源消耗以驚人的速度增長，伴隨而來的則是大量的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。在電能消耗中，興旺國家照明用電占發(fā)電總量的比例為19%，而我國為10%。隨著經(jīng)濟開展，我國的照明用電將有大比例的提高，綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用越來越受到重視。開發(fā)和推廣應(yīng)用節(jié)能燈具，成為迫

2、在眉睫的任務(wù)。LED照明就是在這樣的形勢下開展起來的。傳統(tǒng)光源白熾燈發(fā)熱量大、耗電、發(fā)光效率較低、使用壽命短。熒光燈管顯色性較差光譜是斷續(xù)的特別是它的頻閃效應(yīng)，容易使人眼產(chǎn)生錯覺，需要在設(shè)計上采取措施消除頻閃效應(yīng)，另外燈管存在著有毒的汞蒸汽，不環(huán)保。LED光源與常見光源效率典型數(shù)據(jù)比照方下表1所示。表1 LED光源與常見光源效率典型數(shù)據(jù)比照燈具光源種類光源光效LM/W燈具效率*%燈具有效光效LM/WLED光源90-13090%1-117HPS高壓鈉燈100-13055%55-72Halide金鹵燈8055%44CPL型節(jié)能燈60-7060%36-42無極燈60大功率5060%3630白熾燈15

3、普通熒光燈60-8070%42-56LED照明以其綠色環(huán)保，高效節(jié)能的優(yōu)勢成為當(dāng)前最具潛力的照明方式之一。LED號稱“綠色照明的第四代光源，目前已開場逐步應(yīng)用于電信、交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域。LEDLight-emitting Diode，發(fā)光二極管是一種固態(tài)的半導(dǎo)體組件，能夠把電能直接轉(zhuǎn)化為光能。作為一種固體照明光源，LED具有長壽命、高光效、多光色等特性，可在平安低電壓下工作，也可連續(xù)開關(guān)閃斷，能實現(xiàn)0-100調(diào)光。1.2課題的意義LED是一種新型半導(dǎo)體固態(tài)光源。它是一種不需要鎢絲和燈管的顆粒狀發(fā)光原件。LED光源憑借環(huán)保、節(jié)能、壽命長、平安等眾多優(yōu)點在打造節(jié)能、環(huán)保型社會的大環(huán)境下當(dāng)

4、仁不讓地成為照明行業(yè)的新寵，許多國家都開場推廣LED的應(yīng)用。LED的應(yīng)用在照明領(lǐng)域是最令人振奮的，它將開創(chuàng)一個新的照明市場，很快會成為市場的主打產(chǎn)品。其實LED的技術(shù)不是剛出現(xiàn)的，在許多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，但是那個時候LED只是被用作儀器和設(shè)備的指示燈。近些年隨著科技的突破，材料和芯片性能上都有新的改善和突破，使得LED的亮度和壽命都有了極大的改進，從而也推動了LED更為廣泛的使用。普通白熾燈的壽命只有1000小時，而LED的壽命則高達50000小時，而且消耗的電量要少得多。根據(jù)美國Sandia國家實驗室的研究，如果白光二極管系統(tǒng)能夠普及，全世界照明用電的消耗將減少50。影響白光二極管系統(tǒng)普及的主

5、要障礙還是它的亮度和價格，目前白光二極管的亮度缺乏以照亮整個房屋，而且其價格大約是白熾燈泡的10倍。LED照明技術(shù)的開展將帶來更加明亮的光線和更少的能源消耗。隨著經(jīng)濟開展，我國的照明用電還將有大幅度的提高，國家對綠色節(jié)能科技的投入越來越大，LED照明是借助著這個大環(huán)境下才得以開展的。據(jù)中國綠色照明工程促進工程辦公室專項調(diào)查，我國照明用電每年在3000億度以上，用LED取代全部白熾燈和局部熒光燈，可節(jié)省13的照明用電，相當(dāng)于三峽工程全年的發(fā)電量。LED的優(yōu)點還有很多，作為全固態(tài)發(fā)光體，LED更加的耐震耐沖擊，發(fā)熱量也更低，而且不易破碎、不含汞、鈉等可能危害安康的元素，更加平安，更加環(huán)保。LED的

6、應(yīng)用十分廣泛，應(yīng)用在路燈照片、汽車尾燈、景觀燈、液晶顯示屏、手機背光源等。1.3 LED的國外研究現(xiàn)狀在照明領(lǐng)域的技術(shù)革新中，LED的應(yīng)用毫無疑問是最令人振奮的，它改變了整個照明市場的構(gòu)造。LED的發(fā)光強度很高，但它發(fā)出的熱量很少。白熾燈會浪費大量的熱能，霓虹燈容易破損，熒光燈會產(chǎn)生有毒氣體。LED已被全球看成一種新型的高科技環(huán)保的節(jié)能光源。近幾年來，LED的發(fā)光效率已增長了100倍，而本錢下降了10倍。在目前LED光源及市場開發(fā)中，極具開展與應(yīng)用前景的是照明用LED，其用作固體照明器件的經(jīng)濟性顯著，且有利于環(huán)保，正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈。目前，照明LED的應(yīng)用每年開展的速度超過20%，世界上的

7、許多興旺國家都開場大量應(yīng)用LED照明。功率型LED優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域。為替代熒光燈，白光LED必須具有150200lm/W的光效，而且每流明的價格應(yīng)該控制在 0.015美元以下。想要做到這個標(biāo)準(zhǔn)，仍有很多技術(shù)要突破。根據(jù)理論上的說法，LED的發(fā)光效率可以非常接近100%。所以LED被看成21世紀(jì)的新型光源，很有希望在白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源。為了提高白光LED的發(fā)光效率，世界上許多國家的科研人員正從改進工藝和開發(fā)新材料入手，以改進產(chǎn)品構(gòu)造。美國波士頓的Photonics Research研究中心報道了LED技術(shù)方面的新進展，聲稱光效到達330l

8、m/W。這種被稱作photon-rectcling的半導(dǎo)體光源可發(fā)出藍(lán)、黃兩種波長的光。所發(fā)出的光能使人感到的是白光。這種光效，與目前市場上的LED比要高10倍甚至更高。不過，應(yīng)該指出，從實驗室到商業(yè)化的產(chǎn)品這條路也許還十分漫長。奧地利的照明設(shè)計公司做了一個大型的實驗，用了14000只白光和彩色LED的混合照明整個房間。光照水平可以到達600-700Lu*，足夠一間普通辦公室的照明。用計算機計算白光，藍(lán)光，藍(lán)/綠光，琥珀和紅光二極管的混合效果，可以得到2500-3000K的暖色溫，其顯色指數(shù)非常好。由于LED產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用，呈現(xiàn)出了工業(yè)的欣欣向榮的景象，可以相信，半導(dǎo)體技術(shù)

9、不僅不會被其他技術(shù)取代，而且會繼續(xù)沿著原來的軌道向前開展。半導(dǎo)體照明技術(shù)由于技術(shù)的先進性和產(chǎn)品使用的廣泛性，已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是最具開展?jié)摿Φ母呖萍碱I(lǐng)域之一。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)具有明顯的節(jié)能和環(huán)保效果，也被認(rèn)為是一個戰(zhàn)略性的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。1.4LED相關(guān)知識1.4.1 LED的構(gòu)造及發(fā)光原理LED是英文Light Emitting Diode發(fā)光二極管的縮寫，它的根本構(gòu)造是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。發(fā)光二極管的核心局部是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，p型半導(dǎo)體里面空穴占主導(dǎo)地位，n型半導(dǎo)體里面主要是電子，

10、當(dāng)兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在*些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時即兩端加上正向電壓，電流從LED陽極流向陰極時，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關(guān)。一種LED構(gòu)造圖如圖1所示。圖1 LED構(gòu)造圖1.4.2 LED光源的特點1電壓：LED使用低壓電源，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更

11、平安的電源，特別適用于公共場所。2效能：消耗能量較同光效的白熾燈減少80%。3適用性：很小，每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境 4穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%。5響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級。6對環(huán)境污染：無有害金屬汞。7顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶構(gòu)造和帶隙，實現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。8價格：LED的價格比擬昂貴，較之于白熾燈，幾只LED的價格就可以與一只白熾燈的價格相當(dāng)，

12、而通常每組信號燈需由上300500只二極管構(gòu)成。1.4.3 LED的應(yīng)用1建筑物外觀照明對建筑物*個區(qū)域進展投射，無非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具，這與傳統(tǒng)的投光燈具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，線性投射燈具的研發(fā)無疑成為LED投射燈具的一大亮點，因為許多建筑物根本沒有出挑的地方放置傳統(tǒng)的投光燈。它的安裝便捷，可以水準(zhǔn)也可以垂直方向安裝，與建筑物外表更好地結(jié)合，為照明設(shè)計師帶來了新的照明語匯，拓展了創(chuàng)作空間。并將對現(xiàn)代建筑和歷史建筑的照明手法產(chǎn)生了影響。2景觀照明由于LED不像傳統(tǒng)燈具光源多是玻璃泡殼，它可以與城市街道家具很好的有機結(jié)合?？梢栽诔鞘械男蓍e空間如路徑、樓

13、梯、甲板、濱水地帶、園藝進展照明。對于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作為光源進展照明。LED隱藏式的投光燈具會特別受到青睞。固定端可以設(shè)計為插拔式，依據(jù)植物生長的高度，方便進展調(diào)節(jié)。3標(biāo)識與指示性照明需要進展空間限定和引導(dǎo)的場所，如道路路面的分隔顯示、樓梯踏步的局部照明、緊急出口的指示照明，可以使用外表亮度適當(dāng)?shù)腖ED自發(fā)光埋地?zé)艋蚯对诖怪眽γ娴臒艟?，如影劇院觀眾廳的地面引導(dǎo)燈或座椅側(cè)面的指示燈，以及購物中心樓層的引導(dǎo)燈等。另外，LED與霓虹燈相比，由于是低壓，沒有易碎的玻璃，不會因為制作中彎曲而增加費用，值得在標(biāo)識設(shè)計中推廣使用。4室空間展示照明就照明品質(zhì)來說，由于LED光源沒有熱量、紫外

14、與紅外輻射，對展品或商品不會產(chǎn)生損害，與傳統(tǒng)光源比擬，燈具不需要附加濾光裝置，照明系統(tǒng)簡單，費用低廉，易于安裝。其準(zhǔn)確的布光，可作為博物館光纖照明的替代品。商業(yè)照明大都會使用彩色的LED，室裝飾性的白光LED結(jié)合室裝修為室提供輔助性照明，暗藏光帶可以使用LED，對于低矮的空間特別有利。5娛樂場所及舞臺照明由于LED的動態(tài)、數(shù)字化控制色彩、亮度和調(diào)光，活潑的飽和色可以創(chuàng)造靜態(tài)和動態(tài)的照明效果。從白光到全光譜中的任意顏色，LED的使用在這類空間的照明中開啟了新的思路。長壽命、高流明的維持值10000小時后仍然維持90的光通，與PAR燈和金鹵燈的50250小時的壽命相比，降低了維護費用和更換光源的頻

15、率。另外，LED抑制了金鹵燈使用一段時間后顏色偏移的現(xiàn)象。與PAR燈相比，沒有熱輻射，可以使空間變得更加舒適。目前LED彩色裝飾墻面在餐飲建筑中的應(yīng)用已蔚然成風(fēng)。6視頻屏幕全彩色LED顯示屏是當(dāng)今世界上最為引人注目的戶外大型顯示裝置，采用先進的數(shù)字化視頻處理技術(shù)，有無可比擬的超大面積與超高亮度。根據(jù)不同的戶外環(huán)境，采用各種規(guī)格的發(fā)光像素，實現(xiàn)不同的亮度、色彩、分辨率，以滿足各種用途。它可以動態(tài)顯示圖文動畫信息，利用多媒體技術(shù)，可播放各類多媒體文件。世界上目前最有影響的LED顯示屏，當(dāng)屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所，總計使用了18677760只LED，面積為10736平方英尺。屏幕可以劃分成

16、多個畫面，而同時顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公眾面前。另外崛起在浦東陸家嘴金融中心的震旦國際總部，整個朝向浦西的建筑立面鑲上了長100米的超大型LED屏，總計面積到達3600平方米?？胺Q世界第一。7車輛指示燈照明汽車信號燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國開場在汽車上安裝高位剎車燈，由于LED響應(yīng)速度快納秒級，可以及早讓尾隨車輛的司機知道行駛狀況，減少汽車追尾事故的發(fā)生。. z-2系統(tǒng)設(shè)計原理2.1 總體設(shè)計方案本設(shè)計以89C52單片機為控制器，利用光敏電阻采集環(huán)境光照度，采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)三極管，進而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持環(huán)境光照度在一個設(shè)定的水平。包括手動控

17、制模塊、光采集模塊、電源模塊、LED照明模塊，總體框架圖如以下圖2-1所示。手動控制模塊89C52單片機LED照明光采集模塊電源模塊圖2-1 總體框架圖自動調(diào)光調(diào)光示意圖如以下圖2-2所示。 L2這個LED用來自動調(diào)光 L1這個LED模擬環(huán)境亮度 電位器可以改變環(huán)境亮度單片機圖2-2 調(diào)光示意圖工作原理：通電的時候，單片機采集亮度，以當(dāng)前亮度為基準(zhǔn)。如果環(huán)境變暗，則調(diào)亮L2亮度，直到環(huán)境亮度到達基準(zhǔn)；如果環(huán)境變亮，則調(diào)暗L2亮度，直到環(huán)境亮度到達基準(zhǔn)。調(diào)節(jié)方法：L1是手動調(diào)的，代表環(huán)境其他光線的亮度的變化，如果L1變暗，這時候L2就要變亮，保證環(huán)境總的亮度不變，反之，如果環(huán)境其他光線L1變亮，

18、這個時候L2就要暗下來了。L1手動調(diào)，L2會根據(jù)L1的亮度自動調(diào)節(jié)，這就是自適應(yīng)調(diào)光。在一個環(huán)境比擬暗的地方，調(diào)節(jié)L1，讓L2亮起來。然后在拿到一個比擬亮的地方，L2會變暗，甚至熄滅。2.2系統(tǒng)驅(qū)動方式選擇為發(fā)光二極管照明選擇一個可行的供電方式，是半導(dǎo)體照明普及必須要解決的一個問題。如果選擇用市電驅(qū)動發(fā)光二極管，則需要解決降壓和整流問題，還有較小的體積和較低的本錢，有比擬高的變換效率，特別要考慮到平安隔離問題；考慮到對電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因素等問題。對中小功率的發(fā)光二極管燈來說，其最理想的電路構(gòu)造是隔離式單端反激變換器。對于大功率的應(yīng)用而言，則應(yīng)該使用橋式變換電路?，F(xiàn)階段，家庭

19、用電均為220V的市電，為了能夠更加方便的應(yīng)用我這個課題，我選擇了使用市電驅(qū)動。2.3光照檢測方式選擇方案一、采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平，然后直接接入單片機IO引腳。方案二、采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值模擬值，然后通過運放后給單片機輸入一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號。由于光敏電阻屬于純阻性器件，所以采用方案一。2.4人體感應(yīng)方式選擇方案一、采用紅外對管進展檢測。紅外發(fā)送管和紅外接收管分別安裝在通道兩側(cè)。當(dāng)*一時刻紅外接收管如果接收不到信號表示兩者之間有遮擋物通過，可以視為有人體進入。方案二、采用集成電路BIS0001，該芯片是一款具有較高性能的傳感信號處理

20、集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)、報警用人體熱釋電傳感器等。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于平安區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 由于方案一要求紅外發(fā)送管和接收管必須相對才行，而且兩者距離有限，實現(xiàn)起來較為不便，所以本設(shè)計采用方案二。2.5 LED驅(qū)動設(shè)計注意點電源有各種各樣，但不管何種電源，都不能直接給LED供電。所以說要用LED做照明光源就必須解決好電源變換這個問題。實際上LED是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ姷钠骷?，LED驅(qū)

21、動器應(yīng)具有小尺寸、高效率、直流控制、PWM調(diào)光、過壓保護、負(fù)載斷開、以及簡單易用等特點。為LED提供電的電源變換器設(shè)計的時候一定要注意以下的幾個特點：1LED是一種單向?qū)щ娖骷?。根?jù)這個特點，我們就可以考慮用直流電流或單向脈沖電流給LED提供電能。2發(fā)光二極管是具有PN構(gòu)造造的半導(dǎo)體器件，有勢壘電勢，這會形成導(dǎo)通門限電壓，只有加載到LED上的電壓值超出了這個門限電壓，LED才會充分的導(dǎo)通。一般大功率的LED門限電壓在2.5V以上，一般工作的時候的管壓降為34V。3二極管的電流/電壓特性是非線性的。一般情況下流過LED電流的數(shù)值等于供電電源的電動勢減去LED的勢壘電勢再除以回路的總電阻，總電阻是

22、電源阻、引線電阻、發(fā)光管體電阻的和。所以，流過LED的電流跟加在發(fā)光管兩端的電壓不會成正比關(guān)系。4二極管的PN結(jié)是負(fù)的溫度系數(shù)。溫度升高會導(dǎo)致LED的勢壘電勢下降。根據(jù)這個特點，我們不能直接給 LED電壓源供電，而是需要采取限流措施，不然隨著管子工作時溫度的升高電流會越來越大直到損壞器件。5流過發(fā)光管的電流跟發(fā)光管的光通量之間的比值是非線性的。LED的光通量會隨著流過發(fā)光管的電流上升而上升，但是卻并不是正比關(guān)系，越是后來光通量的增加越是少。所以，我們應(yīng)該讓發(fā)光管在一個發(fā)光效率高的電流值下進展工作。LED和其他光源一樣，能夠承受的電功率是有限的。假假設(shè)加在LED上的電功率超過了一定的數(shù)值，發(fā)光管

23、就有可能被損壞。因為材料特性和生產(chǎn)工藝等方面的區(qū)別，一樣型號的發(fā)光管的勢壘電勢以及發(fā)光管的阻也并不完全一樣，這將導(dǎo)致發(fā)光管工作的時候管壓降不一樣，加上發(fā)光管勢壘電勢具有負(fù)的溫度系數(shù)，所以說LED不能夠直接并聯(lián)使用。綜上所述，用發(fā)光管作照明必須要設(shè)計一個合理的驅(qū)動。. z-3硬件設(shè)計自動調(diào)光系統(tǒng)主要由：電源電路、感光電路、手動控制模塊、單片機控制電路、AD轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管驅(qū)動電路組成，原理圖如圖3-1所示。單片機AT89C52電源電路感光電路AD轉(zhuǎn)換電路發(fā)光二極管驅(qū)動電路晶振電路手動控制模塊圖3-1自動調(diào)光系統(tǒng)原理圖3.1電源電路電源是電路中很重要的一個局部，其設(shè)計的好壞對整個系統(tǒng)的性能有非

24、常大的影響。要想得到+5V的電壓，假設(shè)選用12V的變壓器，整流濾波后輸出往往大于12V，會使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度過高。故不選用輸出電壓為12V的變壓器，而選用輸出電壓為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、再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器LM7805,最后得到+5V的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機系統(tǒng)及其它外圍電路供電。電路圖如下框3-2所示。圖3-2 電源電路如以下圖電路為輸出電壓+5V，它由電源變壓器T，橋式整流電路D1D4，濾波電容C5、C6和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓

25、，再經(jīng)過橋式整流電路D1D4和濾波電容C5、C6的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C5、C6的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、本錢低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。3.2 感光電路照度是指被照物外表在單位面積上受到的光通量。一般

26、用“呎燭光來表示照度。1呎燭光，是指發(fā)光強度為1燭光的光源，在距離光源一呎、面積為一平方呎的垂直面上所產(chǎn)生的光照度。呎燭光平均的光照度就是每平方呎1流明，故可寫作1流明/平方呎。光照度也有用“米燭光為單位，稱作“勒克司，即一平方公尺的面積上受距離一米的燭光的照射。同樣強度的光源，在物體上的照度和其與光源的距離有關(guān)，所以呎燭光的光照度大于米燭光的光照度。1呎燭光的光照度=10.76米燭光；1米燭光的光照度=0.093呎燭光。照度是反映光照強度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明(Lm)數(shù)，也叫做勒克斯(Lu*)：1Lu*=1Lm/平方米。上式中，Lm是光通

27、量的單位，其定義是純鉑在熔化溫度(約1770)時，其1/60平方米的外外表積于1球面度的立體角所輻射的光量。一般情況：夏日下為100,000LU*；陰天室外為10000LU*；室日光燈為100LU*；距地面60CM桌面60W臺燈為300LU*；電視臺演播室為1000LU*；黃昏室為10LU*；夜間路燈為 0.1LU*；燭光(20CM遠(yuǎn)處)1015LU*。下表3-3為學(xué)校照度標(biāo)準(zhǔn)參考表：表3-3學(xué)校照標(biāo)準(zhǔn)參考表照 度(Lu*)場所1500300制圖教室、縫紉教室、電腦教室750200教室、實驗室、實習(xí)工場、研究室、圖書閱覽室、辦公室、教職工員休息室、會議室、保健室、餐廳、播送室、室運動場3001

28、50大教室、禮堂、休息室、樓梯間15075走廊、電梯走道、廁所、值班室、校室外運動場7530倉庫、車庫、平安梯感光電路由光敏電阻、運算放大器LM358組成，如以下圖3-4所示,當(dāng)環(huán)境亮度變化時，光敏電阻的阻值也會發(fā)生對應(yīng)的變化，此時光敏電阻上的壓降也發(fā)生變化。該壓降通過LM358構(gòu)成的電壓跟隨器，輸出到AD轉(zhuǎn)換電路。圖3-4 感光電路3.2.1 LED根本參數(shù) (1)光通量：指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間*一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。(2)發(fā)光效率：發(fā)光體把受激發(fā)時吸收的能量轉(zhuǎn)換為光能的能力。這是衡量現(xiàn)代光源性能的重要指標(biāo)之一，如何提高電光源光效的研究是電光源研究中

29、一個重要方面。(3)光強：描述點光源發(fā)光強弱的一個根本度量，以點光源在指定方向上的立體角元所發(fā)出的光通量來度量。(4)照度：從同一方向看，在給定方向上的任何外表的每單位投影面積上的光照強度，照度是衡量物體外表被光源照亮的程度。3.3手動控制電路手動控制電路框架如圖3-5所示。通過手動按鈕可以手動調(diào)節(jié)環(huán)境的亮度，從而改變LED亮度。圖3-5手動控制電路3.4延時時間選擇電路 系統(tǒng)在AT89C52的P1中設(shè)置了延時時間選擇電路，其目的是在環(huán)境光照較弱時，照明設(shè)備延時一段時間后自動熄滅。電路通過P10P13設(shè)置4個延時時間，當(dāng)P10P30無開關(guān)閉合時，系統(tǒng)按初始值進展延時；當(dāng)P10P13有開關(guān)閉合時

30、，程序從P13P10進展檢測，假設(shè)檢測到*一端口為低電平時，則系統(tǒng)按當(dāng)前端口設(shè)置的值進展延時。設(shè)置時間關(guān)系值如表1所示。3.5單片機控制電路單片機控制電路由單片機、感光電路、手動控制模塊、AD轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管驅(qū)動電路等組成，電路如圖3-6所示。通過1,2,3,4管腳可以控制感光電路，其四個管腳和ADC0832相連，組成AD轉(zhuǎn)換電路；21,22管腳控制手動控制模塊，18,19管腳控制晶振電路。以89C52單片機為控制器，利用光敏電阻采集環(huán)境光照度，采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)三極管，進而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，最終維持環(huán)境光照度在一個設(shè)定的水平。圖3-6單片機控制電路3.5.1 AT89C52簡介1、

31、89C52單片機的根本組成：一個8位微處理器；片256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM/SFR；用以存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)；片4KB程序存儲器Flash ROM；4個8位并行I/O端口P0-P3,可輸入和輸出；兩個16位的定時器/計數(shù)器，可計數(shù)；有5個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)；一個UART的串行I/O口，實現(xiàn)串行通信；片振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路；具有節(jié)電工作方式，也就是說掉電方式。2、89C52單片機引腳及其功能如以下圖3-7所示，為單片機AT89C52的引腳簡單介紹幾個用到的引腳功能。圖3-7單片機AT89C52的引腳圖11到4這四個管腳屬于P1口，其功能：8位準(zhǔn)雙向I/O口，可驅(qū)動4個

32、LS型TTL負(fù)載。2RST9腳，其功能：復(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。312腳屬于P3口，其功能：8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。4*TAL218腳：振蕩器反相放大器的輸出端。*TAL119腳：振蕩器反相放大器及部時鐘發(fā)生器的輸入端。521，22腳為P2口，其功能：8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線高8位復(fù)用，可驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。631腳接+5V。3.6.2 ADC0804簡介 ADC0804 為一只具有20引腳8位CMOS 連續(xù)近似的A/D 轉(zhuǎn)換器，引腳圖如3-8所示圖3-8ADC0804引腳圖引腳功能說明：1

33、. CS片選使能，低電平有效。2. RD：讀信號輸入端。3. WR：寫信號輸入端。4. CLK芯片時鐘信號。5.INTR：轉(zhuǎn)換完畢中斷提供端。6 (VIN(+)、VIN(-)：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓VINVIN(+) VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。7. D0-D7：數(shù)字量輸出端，輸出結(jié)果為八位二進制結(jié)果。8.VCC電源輸入。9. GND電源接地。ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比擬型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。ADC0804 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為100S。其部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使

34、得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。3.5.3 單片機控制電路該電路由發(fā)光二極管、電容、電阻、晶振、AT89C52組成，如以下圖3-9所示。單片機驅(qū)動ADC0804采集當(dāng)前環(huán)境亮度，PWM驅(qū)動發(fā)光二極管調(diào)節(jié)環(huán)境亮度；通過PID算法，自動調(diào)光。圖3-9單片機控制電路3.5.4 AD轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換電路由8位AD芯片ADC0804組成,如以下圖3-10所示。ADC0804的基準(zhǔn)電壓為5V，輸入電壓圍為05V，輸出數(shù)字量最大值為255。圖3-10 AD轉(zhuǎn)換電路3.5.5 PID控制的原理和特點 在實際工程中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，可以被稱為PID調(diào)制或者PID控制?？刂破?/p>

35、作為最早實用化的控制器已經(jīng)有50多年歷史，PID控制器簡單易懂，性能優(yōu)越，穩(wěn)定性好，因此成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控制的對象的參數(shù)和構(gòu)造不能完全知道，或者是得不到精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型時，其他的控制理論技術(shù)很難采用時，系統(tǒng)控制器的參數(shù)和構(gòu)造只能依靠現(xiàn)場調(diào)試以及經(jīng)歷判斷來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。也就是說我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或者是無法通過有效可行的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)，這時候用PID控制技術(shù)最適合。PID控制，具體使用中有PI和PD控制。在實際使用中PID控制器是依照系統(tǒng)的誤差，通過比例、 積分、微分計算出控制量進展控制的。比例P控制比例控制是最容易的控制方式，其控制器

36、的輸入信號和輸出信號成比例關(guān)系。只存在比例控制時系統(tǒng)輸出會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。積分I控制積分控制中，控制器的輸入信號和輸出信號成積分反比關(guān)系。對于一個自動控制系統(tǒng)來說，假設(shè)在進入穩(wěn)態(tài)后有穩(wěn)態(tài)誤差的存在，就可以說這個控制系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。在控制器中引入“積分項可以用來去除穩(wěn)態(tài)誤差。隨著時間的增加，積分項也會增大，所以說積分項對誤差取決于時間的積分。因此，即使誤差非常小，積分項仍會隨著時間的增加而變大；它使控制器的輸出增大以此來減小穩(wěn)態(tài)誤差，直到變成零。所以，利用PI控制器，可以使系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)以后沒有穩(wěn)態(tài)誤差。微分D控制在微分控制中，控制器的輸入誤差與輸出誤差信號的微分成反比關(guān)系。由于存在較大慣性組件或

37、者是滯后組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化所以會導(dǎo)致自動控制系統(tǒng)在抑制誤差的調(diào)節(jié)過程中有可能會出現(xiàn)振蕩甚至是失穩(wěn)。解決振蕩的方法是抑制誤差作用的變化“超前，也就是說在誤差接近零時，抑制誤差的作用就該是零。就是說，在控制器中僅僅只是引入“比例項遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前要求它能預(yù)測誤差變化的趨勢，所以需要增加的是“微分項，只有這樣，具有比例微分的控制器才能提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至是負(fù)值，從而可以防止被控量的嚴(yán)重超調(diào)。因此對于有較大慣性或者滯后的被控對象，PD控制器可以改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。/PID自動調(diào)節(jié)亮度if(PwmNow&

38、gt;PwmSet) 如果實際值大于設(shè)定值PwmCount+=5; 輸出加5if(PwmCount>100) 如果超過最大值PwmCount=100; 輸出最大值else if(PwmNow<PwmSet)PwmCount-=5;if(PwmCount>200)PwmCount=0; 輸出波形為方波。3.6時鐘電路 AT89C51雖然有部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。AT89C51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用部時鐘方式，利用芯片部的振蕩電路，在*TAL1、*TAL2引腳上外接定時元件，部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用

39、的部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C*1、C*2可在20pF到100pF之間取值。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇11.0592MHZ,電容選擇30pF。晶振電路由晶振、和電容組成，跟單片機的18,19這兩個管腳相連，電路如以下圖3-11所示。圖3-11 晶振電路3.7發(fā)光二極管驅(qū)動電路該電路由發(fā)光二極管、電阻和三極管組成如以下圖3-12所示，和單片機12接口相連采用灌電流方式，驅(qū)動發(fā)光二極管。圖3-12 AD發(fā)光二極管驅(qū)動電路. z-4 軟件設(shè)計4.

40、1系統(tǒng)流程圖初始化讀取當(dāng)前亮度當(dāng)前亮度>設(shè)定亮度.減小PWM輸出增大PWM輸出NY本設(shè)計采用C語言編程，先設(shè)定當(dāng)下的環(huán)境亮度為設(shè)定亮度，當(dāng)環(huán)境的亮度變亮的時候，即大于那設(shè)定亮度時，減小PWM輸出，LED燈會變暗，并且以此當(dāng)下的環(huán)境作為設(shè)定的亮度；當(dāng)環(huán)境亮度再次改變，變暗的時候，程序會增大PWM輸出，LED燈會變亮，并且以此為設(shè)定的環(huán)境亮度；通過設(shè)定環(huán)境亮度的標(biāo)準(zhǔn)來自動調(diào)節(jié)LED亮度。4.2 初始化 /亮度手動調(diào)節(jié)按鈕初始化sbit Key1 = P20;uchar PwmCount = 0;uint T1sCount =0;uchar PwmSet = 0;/當(dāng)前所設(shè)置的亮度uchar

41、PwmNow = 0;/當(dāng)前環(huán)境的實時亮度/定時器0初始化void Time0_Init()TMOD = 0*01;IE = 0*82;TH0 = 0*FF;TL0 = 0*A3;/11.0592MZ晶振，1msTR0 = 1;4.3 仿真環(huán)境介紹4.3.1 Keil介紹 隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷開展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷開展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil。該軟件是美國Keil Software公司出品的軟件開發(fā)系統(tǒng)，其允許用戶使用匯編或者C語言來開發(fā)MCS-51單片機或與

42、MSC-51指令兼容的其它單片機的應(yīng)用軟件。功能上，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境uVision將這些部份組合在一起。外觀上采用全Windows界面，容易上手。性能上，即便是使用高級語言開發(fā)應(yīng)用程序，其生成的目標(biāo)代碼效率也非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊。4.3.2 Proteus介紹Porteus是一款集單片機仿真與SPICE分析于一身的EDA仿真軟件，于1989年由英國Labcenter Eletronice Ltd研發(fā)成功，經(jīng)過多年的發(fā)屏，現(xiàn)已成為

43、當(dāng)前EDA性價比最高、性能最強的一款軟件。 Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其最大的特點是Proteus VSM(Virtual System Modelling)實現(xiàn)了混合模式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級圖表仿真、微處理器軟仿真器、第三方的編譯器和調(diào)試器等有機結(jié)合起來，在世界圍第一次實現(xiàn)了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在計算機上完成原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、處理器代碼調(diào)試及實時仿真、系統(tǒng)測試，以及功能驗證。Proteus主要有兩大局部組成：ISIS原理圖設(shè)計、仿真系統(tǒng)。它用于電

44、路原理圖的設(shè)計以及交互式仿真。ARES印制電路板設(shè)計系統(tǒng)。它主要用于印制電路板的設(shè)計，產(chǎn)生最終的PCB文件。4.4 PWM調(diào)制亮度調(diào)節(jié)PWM是英文“Pulse Width Modulation的縮寫，翻譯成脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進展控制，是一種很好用的技術(shù)，在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，比方說測量、通信、功率控制與變換等。脈沖寬度調(diào)制是一種對模擬信號電平進展數(shù)字編碼的方法。通過使用高分辨率計數(shù)器，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體的模擬信號電平進展編碼。PWM信號還是數(shù)字的，在給定的任何時間，滿幅值的直流供電不是完全有(ON)，就是完全無(OFF)。電流源或電壓是以一種斷

45、(OFF) 或通 (ON)的重復(fù)脈沖序列被加載到模擬的負(fù)載上。斷的時候即是供電被斷開的時候，通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候。只要滿足帶寬足夠這個條件，任何的模擬值都可以使用PWM進展編碼。/PWM輸出，一個周期100等分，PwmCount表示LED點亮所占的比例，這個比例越大，LED越亮if(TCount<PwmCount)LedPwm = 0;elseLedPwm = 1;TCount+;if(TCount=100)TCount = 0;/end of PWMTH0 = 0*FF;TL0 = 0*A3;/11.0592MZ晶振，1ms/主函數(shù)void main()Time0_I

46、nit();PwmCount = 0;delay(100);PwmSet = GetVal0832(1);/讀初始亮度while(1)/按鍵調(diào)節(jié)亮度處理if( Key1=0)while(Key1=0);PwmSet+=10;if(PwmCount>250)PwmSet =0;/end of KeySet PwmNow = GetVal0832(1);/讀取當(dāng)前亮度/1s時間調(diào)節(jié)一次亮度if(T1sCount>1000)T1sCount =0;5 系統(tǒng)可靠性技術(shù) 在實驗室里設(shè)計的控制系統(tǒng)，在安裝、調(diào)試后完全符合設(shè)計要求，但把系統(tǒng)置入現(xiàn)場后，系統(tǒng)常常不能正常穩(wěn)定地工作。產(chǎn)生這種情況的原

47、因主要是現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾，所以單片機應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計、抗干擾技術(shù)變得越來越重要了。 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中干擾是以脈沖產(chǎn)的形式進人單片機系統(tǒng)的，其主要的渠道有三條，即空干擾多發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場附近，并通過靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)部；供電系統(tǒng)干擾是由電源的噪聲干擾引起的；過程通道干擾是干擾通過前向通道和后向通道進入系統(tǒng)的。干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)。系統(tǒng)接地裝置不可靠，也是產(chǎn)生干擾的重要原因；各類傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫。5.1干擾產(chǎn)生的后果1數(shù)據(jù)采集誤差的加大。當(dāng)干擾侵入單片機系統(tǒng)的前向通道疊加在信號上，會使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別是前向

48、通道的傳感器接口是小電壓輸入時，此現(xiàn)象會更加嚴(yán)重。2程序運行失常：控制狀態(tài)失靈。在單片機系統(tǒng)中，由于干擾的加人使輸出誤差加大，造成邏輯狀態(tài)改變，最終導(dǎo)致控制失常。死機。在單片機系統(tǒng)受強干擾后，造成程序計數(shù)器PC值的改變，破壞程序正常運行。3系統(tǒng)被控對象誤操作。單片機部程序指針錯亂，指向了其它地方，運行了錯誤的程序；DRAM中的*些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊存放器的值被改變，使程序計算出錯誤的結(jié)果。中斷誤觸發(fā)，使系統(tǒng)進展錯誤的中斷處理。4被控對象狀態(tài)不穩(wěn)定。鎖存電路與被控對象間的線路包括驅(qū)動電路受干擾，從而造成被控對象狀態(tài)不穩(wěn)定。5定時不準(zhǔn)。單片機部程序指針錯亂，使中斷程序運行超出定時時間；RAM中計時

49、數(shù)據(jù)被沖亂，使程序計算出錯誤的結(jié)果。6數(shù)據(jù)發(fā)生變化。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，由于外部RAM是可讀寫的，在干擾的侵入下，RAM中數(shù)據(jù)有可能發(fā)生改變，雖然ROM能防止干擾破壞，但單片機片RAM以及片各種特殊功能存放器等狀態(tài)都有可能受干擾而變化，甚至EPROM中的數(shù)據(jù)也可能誤讀寫,使程序計算出錯誤的結(jié)果。 針對以上出現(xiàn)的問題，本系統(tǒng)分別從硬件和軟件兩個方面來探討一些提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的方法。合理地使用軟件和硬件抗干擾技術(shù)，可使系統(tǒng)最大限度地防止干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地工作。5.2 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計1供電系統(tǒng)。防止從電源系統(tǒng)引入干擾，可采取交

50、流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過壓和欠壓。使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲，低通濾波器濾掉工頻干擾。采用開關(guān)電源并提供足夠的功率余量，主機局部使用單獨的穩(wěn)壓電路，必要時I/O供電分別采用DC-DC模塊隔離，以防止各個局部相互干擾。2注意印制電路板的布線與工藝。盡量采用多層印制電路板，多層板可提供良好的接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。印制電路板要合理分區(qū)。模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動區(qū)要盡量分開，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，防止相互平行以減小寄生耦合：防止相鄰導(dǎo)線平行段過長；加大信號線間距。高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短，使用4

51、5°或者圓弧折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。印制電路板要按單點接電、單點心接地的原則送電。三個區(qū)域的電源線、地線分三路引出。地線、電源線要盡量粗，噪聲元件與非噪聲元件要盡量離遠(yuǎn)一些。時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路局部用地線圈起來，讓周圍電場趨近于零。使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時鐘，時鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該個TTL或20多個CMOS。如果輸出負(fù)載過重，會降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動器件的輸入門檻電平，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。3提高元器件的可靠性。選用質(zhì)量好的電子元件，并進展嚴(yán)格的測試、篩選和老化。設(shè)計時元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量。提高印制板和組裝的

52、質(zhì)量。4使用雙機冗余設(shè)計。在對控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求的場合，使用雙機冗余可進一步提高系統(tǒng)抗干擾能力。雙機冗余，就是執(zhí)行同一個控制任務(wù)，可安排兩個單片機來完成，即主機與從機。正常情況下，主機掌握著三總線的控制權(quán)，對整個系統(tǒng)進展控制，此時，從機處于待機狀態(tài)，等待仲裁器的觸發(fā)。當(dāng)主機由于*種原因發(fā)生誤動作時，仲裁器根據(jù)判別條件，假設(shè)認(rèn)為主機程序已混亂，則切斷主機的總線控制權(quán)，將從機喚醒，從機將代替主機進展處理與控制。5用好去耦電容。好的高頻去耦電容可以去除高到1AHZ的高頻成份。瓷片電容或多層瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計印刷線路板時，每個集成電路的電源，地之間都要加一個去耦電容。去耦電容有兩個作用

53、：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1uf，10uf電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進入印刷板的地方和一個1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱為蓄放電容，電容大小可選10uf。5.3 軟件抗干擾技術(shù)1數(shù)據(jù)采集誤差

54、的軟件對策1用軟件濾波算法，可濾掉大局部由輸入信號干擾而引起的輸出控制錯誤。最常用的方法有算術(shù)平均值法、比擬舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法。具體選取何種方法，必須根據(jù)信號的變化規(guī)律選擇。對開關(guān)量采用屢次采集的方法來消除開關(guān)的抖動。2關(guān)鍵數(shù)據(jù)可使用軟件冗余技術(shù)，即給數(shù)據(jù)增加一定的冗余位，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢錯和糾錯功能。常用的方法有：奇偶校驗，海明碼和循環(huán)碼校驗。2程序運行失控的軟件對策對于程序運行失常的軟件對策，主要是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)并及時將系統(tǒng)引導(dǎo)到初始狀態(tài)。1指令冗余。對MCS-51系列單片機，大局部指令為單字節(jié)，當(dāng)出錯的程序落到其上時，出錯的程序可自動納入正軌；當(dāng)落到多字節(jié)指令的操作數(shù)時，程序

55、將繼續(xù)出錯，所以在關(guān)鍵的對程序的流向起決定性的指令之前插入兩條NOP指令，以使被彈飛的指令恢復(fù)正軌。2設(shè)置程序指針陷阱。軟件陷阱將出錯的程序捕獲并強行引入出錯處理的程序，軟件陷阱可安排在四個地方：未使用的中斷向量區(qū)，干擾可使未使用的中斷開放并激活中斷，在這些地方設(shè)置軟件陷阱就能及時捕獲到錯誤中斷。未使用的ROM空間，在其中每隔一段設(shè)置一個陷阱，可將彈飛至該區(qū)域的出錯程序捕獲。表格，儲存在EPROM中的表格后安排軟件陷阱，可在一定程度上防止軟件彈飛。程序區(qū)，一般程序中不能任意安排軟件陷阱，但是在正常程序中會有一些跳轉(zhuǎn)指令，在這些指令后使用軟件陷阱可捕獲到彈飛到跳轉(zhuǎn)指令的操作數(shù)上的出錯程序。3使用程序監(jiān)視跟蹤定時