基于單片機(jī)的智能燈光控制

畢業(yè)設(shè)計〔論文〕題目：基于單片機(jī)的高校節(jié)能燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要現(xiàn)在的大學(xué)，由于學(xué)校開放型的管理模式，加之學(xué)生節(jié)能意識的淡薄，學(xué)校的很多教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然存在開燈現(xiàn)象；或者夜間許多教室，即使僅有幾個學(xué)生在教室自習(xí)，但教室內(nèi)照明全部開啟。長明燈到處都是，人離開不熄燈的現(xiàn)象處處可見。這種有意和無意的浪費，不僅是浪費了國家資源，而且給學(xué)校帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。本文設(shè)計了基于單片機(jī)的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控制器，實現(xiàn)了控制與警告提示等功能。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比擬成熟的傳感技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制，從而到達(dá)節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89S52；熱釋電；節(jié)能；AD采集電路AbstractNowdays,duetotheopenmanagementstyleandstudents’weakenergy-savingawarenessinhighschool,lightsinmanyclassroomsarekeptonatthedaytimewiththehighbrightness,andalso,lightsarealloninaroomwithonlyafewstudentsstudyingatnight.Wecanfindtheever-burninglampseverywhere.Thoseconsciousandunconsciouswasteleadtothesquanderingnationalresources,meanwhile,itbringscollegesatremendousburden.ThispassagedisplaysanefficientenergycontrolmethodbasedontheprinciplesofSCM

indoor

lighting

control

system.ThissystemachievedthecontrolandalertfunctionwithAT89S52SCMasitsmaincontroller.Itadoptedtheadvancedtechnologyofripesensingandcomputercontrolmethod,basedonthecharacterstocontrolthelightingconditionofclassroomsoastosaveenergy.Keywords:Lightingcontrolsystem;AT89S52;Pyroelectric;Energysaving;ADacquisitioncircuit目錄緒論11教室燈光控制器簡介及控制方案的分析31.1教室燈光控制器簡介31.2系統(tǒng)控制方案的分析31.2.1硬件方案論證31.2.2微處理器的選擇31.2.3傳感器的選擇42系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計52.1控制模塊的硬件構(gòu)成52.2控制系統(tǒng)的主要硬件電路52.2.1AT89S52單片機(jī)52.2.2光線強(qiáng)度檢測模塊102.2.3單片機(jī)對ADC0832的控制132.2.4熱釋電紅外人體檢測模塊電路142.2.5按鍵管理模塊電路172.2.6超時報警電路172.2.7系統(tǒng)的其他模塊183控制模塊軟件設(shè)計與開發(fā)213.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊213.1.1系統(tǒng)自檢初始化223.1.2定時中斷處理223.1.3ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程233.2數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)243.3系統(tǒng)鍵功能253.4系統(tǒng)顯示功能263.7看門狗模塊273.8超時報警系統(tǒng)28結(jié)論30致謝31參考文獻(xiàn)32附錄A系統(tǒng)電路原理圖33附錄B系統(tǒng)源程序…………………...34附錄C硬件實物圖45緒論隨著科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的開展，人們的生活水平在不斷提高，導(dǎo)致用電量的加劇，又因為世界性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的重大問題。而此問題對我國來說更加嚴(yán)重。隨著各類高等院校的擴(kuò)招，教室的擴(kuò)建，教室照明的需求也越來越大，而教室照明的管理不嚴(yán)格，往往造成電能的巨大浪費，在這種情況下，提高教室用電效率便成為首要考慮的問題。我國的能源儲量位居世界前列，中國是世界第二大能源生產(chǎn)國，同時也是第二大能源消費國。我國一次能源資源總儲藏估為4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右。但是，人均能源資源占有量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界的平均水平。二十世紀(jì)九十年代,中國人均探明煤儲藏量147噸，為世界平均水平的41.4%；人均探明石油儲藏量2.9噸，為世界平均水平的11%；人均探明天然氣為世界平均水平的4%；人均探明可開發(fā)水能資源也低于世界人均水平。從人均能源消費角度看，1994年世界平均水平為1433千克油當(dāng)量，興旺國家和地區(qū)為5066千克油當(dāng)量，我國估計為670千克油當(dāng)量。1997年我國人均占有電力裝機(jī)容量0.21千瓦、人均用電量為900kWh，僅是世界平均水平的1/3?！笆濞暺陂g，我國將投資5900億元推廣九大重點節(jié)能工程，節(jié)能裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增長15%以上，2023年，規(guī)模以上工業(yè)增加值能耗比2023年下降21%左右。隨著各類大、中專院校的不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電量不斷加劇，教室用電管理不善，造成電能浪費與學(xué)校經(jīng)濟(jì)損失，這種浪費情況與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。其次，隨著計算機(jī)技術(shù)的開展，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，燈光的管理也在朝著智能化和自動化方向開展。例如，樓道燈光的自動控制等等。國內(nèi)外已經(jīng)開始采用對燈光的智能控制，但是對教室燈光的控制，尤其是我國，教室燈光的智能控制更為缺乏和不完善，仍然是傳統(tǒng)式的人工管理。由此可見，教室燈光控制也應(yīng)該向著智能化的方向開展。在國內(nèi)各大院校中，由于同學(xué)們的節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強(qiáng)時仍然開燈，下課后離開教室燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在。并且，節(jié)能規(guī)劃極為缺乏，教室的燈光控制由管理人員手工執(zhí)行。由于教室極多，管理人員不能及時關(guān)閉電源,就造成不必要的電能浪費和經(jīng)濟(jì)損失?；谝陨显?，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要措施之一。由此，教室節(jié)能燈光自動控制系統(tǒng)的研發(fā)便成為一項重要課題。因此，開發(fā)簡便和實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重大的現(xiàn)實意義[1]。本課題的研究內(nèi)容有如下幾點：(1)使用自動或者手動控制燈光技術(shù)的方法；(2)燈光控制器的電源問題，了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn);(3)教室燈光照明需求，環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；(4)控制器參數(shù)值設(shè)定，要求及方案；(5)學(xué)習(xí)人體傳感器的有關(guān)參數(shù)；(6)人體存在探測技術(shù)，了解探測范圍與角度；(7)傳感器在教室分布與安放問題，是一燈一傳感器還是多燈公用傳感器；(8)與現(xiàn)有教室照明互相兼容，容易替代，不易被偷盜、仿制，易于維護(hù)和維修的控制技術(shù)；(9)報警等附加功能。本課題擬通過試驗研究教室燈光的控制方案解決如下關(guān)鍵問題：(1)人體傳感器的參數(shù)輸入與采集問題：(2)環(huán)境光采集與參數(shù)的輸入問題(3)教室燈與傳感器合理安裝的問題；(4)開、關(guān)燈的自動與手動相兼容措施；(5)照明回路控制回路和控制器本身存在的節(jié)能問題；設(shè)計的教室燈光控制系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)有的教室照明系統(tǒng)進(jìn)行改造，以實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能化及人性化管理，提高用電效率；實現(xiàn)自動和手動燈光控制相互兼容，降低本錢；通過反復(fù)試驗和研究，最后到達(dá)可靠性大、實用性強(qiáng)、推廣性較好的目標(biāo)。1燈光控制器簡介及控制方案的分析1.1燈光控制器簡介教室燈光控制器可實現(xiàn)教室燈光智能化控制。其主要輸入?yún)?shù)是人體存在信號和環(huán)境光信號等外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度到達(dá)一定值時燈關(guān)閉,環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下并且有人存在時燈開啟，理論和實驗證明用這種方法來對教室燈光進(jìn)行智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)。教室燈光控制器應(yīng)安裝在教室內(nèi)電燈直射不到的位置，且人體傳感器安置時要使人體活動方向與人體傳感器中熱釋電元連線方向垂直，如此可使人體存在信號采集更加靈敏、可靠，同時還應(yīng)該盡可能的防止外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。1.2系統(tǒng)控制方案的分析所設(shè)計的控制器以環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在當(dāng)作控制器主要的輸入?yún)?shù)?？梢詫崿F(xiàn)手動與自動控制相互兼容。在環(huán)境光較弱時，有人存在，且超過一定時間，控制器會自動翻開電燈，等到人離開后再延時一定時間后燈關(guān)閉；在環(huán)境光線足夠強(qiáng)時，無論人是否存在，都不開燈。同時，還要按照作息時間控制，假設(shè)夜晚超過12點，還有人存在，那么自動控制器關(guān)閉，改用機(jī)械開關(guān)或遙控器來手動控制，以解決特殊情況下，非人性化的自動控制器的運行問題。本文所設(shè)計的教室燈光控制器主要是由硬件與軟件兩大局部構(gòu)成。硬件局部是根底,是整個系統(tǒng)執(zhí)行的前提,它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件局部，是對硬件端口所表達(dá)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，到達(dá)控制器自動與手動相結(jié)合的教室燈光智能控制。1.2.1硬件方案論證對于燈光智能控制系統(tǒng)來說，硬件系統(tǒng)是它的最根本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的根底。系統(tǒng)的設(shè)計成功與否很大程度上是由硬件系統(tǒng)的設(shè)計決定的，硬件的選擇和所選硬件的性能對于系統(tǒng)的功能實現(xiàn)以及系統(tǒng)的精確度都有直接的影響。本系統(tǒng)硬件方案論證包括燈光控制系統(tǒng)的傳感器、單片機(jī)、通信方式、總線接口和顯示電路的選擇。微處理器的選擇方案一：8031芯片內(nèi)部無ROM，需要外擴(kuò)程序存儲器，因此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購置其他的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時/計數(shù)器〔PWM〕等芯片，這樣造成本錢較高，性價比擬低。方案二：ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89S52芯片，它是低壓高性能CMOS8位微處理器，帶有4k字節(jié)可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器，128字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，32個I／O口線，兩個16位定時／計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)及一個全雙工串行通信口。根據(jù)本設(shè)計的要求，AT89S52芯片完全能夠滿足燈光自動控制系統(tǒng)所需要的處理器條件。故本設(shè)計采用AT89S52芯片。1.2.3傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計的要求，該控制系統(tǒng)需要兩種傳感器：一種是人體信號采集傳感器，另一種是光線信號強(qiáng)度采集傳感器。用于人體信號采集的傳感器和光線信號強(qiáng)度采集的傳感器有很多，這里根據(jù)設(shè)計的要求采用了以下傳感器：〔1〕熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器是一種采用熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器及濾光窗等局部組成。光敏電阻光敏電阻能夠感應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，自己電阻阻值隨著光強(qiáng)度的增加而減小，從而通過電阻上的電壓變化來反響光照強(qiáng)度的變化。傳感器輸出變化的電壓信號給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號的變化來確定下一步將要執(zhí)行的動作。光敏電阻是一種常用光電元件,它可以十分準(zhǔn)確的反響出光照的變化，應(yīng)用電路也十分的簡單、實用。2系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計考慮到影響本系統(tǒng)的環(huán)境因素有很多，而且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器等設(shè)備經(jīng)常會隨環(huán)境情形變化而變化，所以在設(shè)計過程中，要充分考慮到線路布置、電子元器件的選用和設(shè)備安放的抗干擾問題。2.1控制模塊的硬件構(gòu)成以單片機(jī)主控模塊作為系統(tǒng)控制單元的核心，其它外圍電路主要包括：系統(tǒng)供電模塊、環(huán)境光模塊、人體存在熱釋電傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵及超時報警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。人體熱釋電傳感器模塊電源模塊AD模塊光敏電阻人體熱釋電傳感器模塊電源模塊AD模塊光敏電阻按鍵模塊看門狗模塊51系統(tǒng)模塊按鍵模塊看門狗模塊51系統(tǒng)模塊LED強(qiáng)弱調(diào)節(jié)顯示LED強(qiáng)弱調(diào)節(jié)顯示超時報警模塊超時報警模塊圖2.1結(jié)構(gòu)框框圖2.2控制系統(tǒng)的主要硬件電路2.2.1AT89S52單片機(jī)功能特性描述AT89S52是一種高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有在系統(tǒng)可編程Flash和靈巧的8位CPU，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。VCC：電源GND：地P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。對P3端口寫“1〞時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。對P2端口寫“1〞時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流〔IIL〕。對P1端口寫“1〞時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1〞時，引腳用作高阻抗輸入。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平會使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。ALE/PROG：地址鎖存控制信號〔ALE〕是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳〔PROG〕也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE輸出脈沖為晶振六分之一的固定頻率，可用來作為時鐘或外部定時器使用。PSEN：外部程序存儲器選通信號〔PSEN〕是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。WDT〔看門狗定時器〕是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT由13位計數(shù)器和特殊功能存放器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器〔WDTRST〕構(gòu)成。WDT在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，用戶必須向WDTRST存放器〔地址為0A6H的SFR〕寫入0E1H和0E1H。當(dāng)WDT激活后，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來防止WDT溢出。當(dāng)計數(shù)到達(dá)8191(1FFFH)時，13位計數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一個機(jī)器周期WDT都會增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H〔WDTRST是只讀存放器〕。WDT計數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)WDT計數(shù)器溢出時，將給RST引腳產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖輸出，這個復(fù)位脈沖持續(xù)96個晶振周〔TOSC〕，其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，以防止WDT復(fù)位，應(yīng)該在一定時間內(nèi)周期性寫入那局部代碼。在掉電模式下，晶振會停止工作，這說明WDT也停止了運行。在這種方式下，用戶不必喂狗。離開掉電模式有兩種方式：一是硬件復(fù)位，二是通過一個激活的外部中斷。由硬件復(fù)位方式退出掉電模式后，用戶就應(yīng)當(dāng)給WDT喂狗，就如同通常AT89S52復(fù)位一樣。由中斷退出掉電模式的情形與硬件復(fù)位有很大的不同，中斷應(yīng)該持續(xù)拉低非常長一段時間，使得晶振工作穩(wěn)定。在中斷拉高以后，將執(zhí)行中斷效勞程序。為了防止在中斷保持低電平的時候WDT復(fù)位器件，WDT在中斷拉低后才開始工作。這就說明WDT應(yīng)該在中斷效勞程序中復(fù)位。在進(jìn)入待機(jī)模式之前，特殊存放器AUXR的WDIDLE位用來決定WDT是否繼續(xù)計數(shù)。在默認(rèn)狀態(tài)下，待機(jī)模式，當(dāng)WDIDLE＝0，WDT繼續(xù)計數(shù)。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)創(chuàng)立一個定時器，定時離開待機(jī)模式，喂狗后，再重新進(jìn)入待機(jī)模式。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)時，WDT不被溢出，在進(jìn)入掉電模式前，最好就復(fù)位WDT。如圖2.2所示為AT89S52單片機(jī)有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。陶瓷諧振器與石英晶體都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。假設(shè)外部時鐘源驅(qū)動器件的話，從XTAL1接入，而XTAL2可以不接，如圖2.3所示。由于外部時鐘信號經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時鐘電路輸入的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有其它要求，最少高電平持續(xù)時間與最長低電平持續(xù)時間等還是要符合要求的。圖2.2內(nèi)部振蕩電路連接圖圖2.3外部振蕩電路連接圖在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能存放器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了SFR的值，但不改變片上RAM的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時，硬件復(fù)位不能無效，并且應(yīng)保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化[2]?？臻e工作模式下，所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)，而CPU處于睡眠狀態(tài)。可以通過軟件產(chǎn)生這種狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，特殊功能存放器和片上RAM的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被硬件復(fù)位或任一個中斷終止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個機(jī)器周期有效復(fù)位信號，在這種情況下，片上硬件可以訪問端口引腳，而禁止訪問內(nèi)部RAM。硬件復(fù)位終止空閑模式后，為了防止預(yù)想不到的寫端口，激活空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)是外部存儲器或?qū)懚丝?。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2.4所示。圖2.4單片機(jī)的最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來，最根本的電路構(gòu)成為：時鐘電路：單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。時鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。時鐘電路連接方式如圖2.5所示。圖2.5時鐘電路連接圖電源電路：向單片機(jī)供電。AT89S52單片機(jī)的工作電壓范圍是4.5V—5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。連接方式為VCC〔40引腳〕接電源+5V端，GND〔20引腳〕接電源地端。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。如圖2.6所示。圖2.6復(fù)位電路連接圖單片機(jī)接通電源時，產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動，確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)。手動按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動，確定單片機(jī)的初始狀態(tài)。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或“死機(jī)〞時，使用手動復(fù)位可實現(xiàn)單片機(jī)“重啟〞。2.2.2光線強(qiáng)度檢測模塊光線強(qiáng)度檢測模塊把單片機(jī)作為控制處理核心，具有價格低、體積小等優(yōu)點，滿足實際需求。傳感器選擇光敏電阻，用精密電阻與之串聯(lián)分壓得到一電壓信號送給A／D如圖2.7所示。為了減小模塊體積和降低本錢，選擇低功耗的ADC0832作為A／D轉(zhuǎn)換器，其原理如圖2.8所示。ADC0832是8位分辨率；8P、14P—DIP〔雙列直插〕、PICC多種封裝；雙通道A/D轉(zhuǎn)換；5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；商用級芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°Cto+85°C；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS一般功耗僅為15mW；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容。芯片接口說明：CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。CS_片選使能，低電平芯片使能。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入〔復(fù)用〕。DI數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK芯片時鐘輸入。GND芯片參考0電位〔地〕。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇[3]。圖2.7環(huán)境光采集電路圖2.8A/D轉(zhuǎn)換器電路光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻的主要參數(shù)與特性：〔1〕光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX〞表示?！?〕光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。假設(shè)將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線?！?〕暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX〞表示。〔4〕光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。假設(shè)進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，那么電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。〔5〕靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值〔暗電阻〕與受光照射時的電阻值〔亮電阻〕的相對變化值。〔6〕溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，局部光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度那么較低。〔7〕伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大?！?〕額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時，其消耗的功率就降低[4]。2.2.3單片機(jī)對ADC0832的控制正常情況下單片機(jī)和ADC0832的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CLK、CS、DI、DO。但由于DI端和DO端在通信時并不是同時有效，并且與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DI與DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，CLK和DO/DI的電平可任意，此時芯片禁用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平，并且保持低電平到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束為止。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，DO/DI端那么使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前，DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，DC0832與單片機(jī)的接口電路如圖2.9所示。圖2.9ADC0832與單片機(jī)的接口電路當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1〞、“1〞時，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1〞、“0〞時，只對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0〞、“1〞時，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0〞、“0〞時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端那么開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。圖2.10DC0832封裝以及各端子作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓那么轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H[5]。熱釋電紅外人體檢測模塊電路人體存在傳感器的工作原理：自然界中的各種物體，如石頭、人體、火焰、木材、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進(jìn)行檢測。根據(jù)工作原理的不同，紅外傳感器可分為量子型和熱型兩大類，熱型紅外傳感器也稱被動紅外傳感器或熱釋電紅外傳感器。與量子型紅外傳感器相比，價格廉價，響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，并且可在常溫下工作。量子型要求冷卻條件，而且與熱型的特點相反。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在自動電梯、防盜報警、自動門火災(zāi)檢測、自動照明、自動水龍頭等場合，及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的傳感器。其原因為：=1\*GB3①大氣對3-51LM、2-2.61LM、8-1411M三個被稱為“大氣窗口〞的特定光通量的紅外線吸收很少，很容易被檢測；=2\*GB3②被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；③中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測。人體傳感器的主要特性如下：(1)感應(yīng)為全自動方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時輸出高電平(高3.3V〕，人離開感應(yīng)范圍那么自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其上下電平利于采集；(2)采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時8秒-15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?3)人體傳感器工作電壓寬為DC3V-DC24V；(4)工作溫度在-15°和+700°之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(5)人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距離在7米以內(nèi)；(6)可靠性強(qiáng)，靈敏度高。(7)其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的特性及工作原理如下：人體都有恒定的溫度，一般在37度左右，所以會發(fā)出波長10μM左右特定的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10μM左右特定的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μM左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號。1)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，視場越多，控制越嚴(yán)密。2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。3〕這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為10μM左右的紅外輻射非常敏感。4)人體存在的探測，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個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，于是探測器無信號輸出。5)一旦有人進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過局部鏡面聚焦。并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出有人體存在的信號。人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖如圖2.11所示，當(dāng)有人進(jìn)入時，移動人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，輸出高電平.那么人體存在被感應(yīng)。假設(shè)人體進(jìn)入最不敏感的移動方向時，那么人體傳感器有時還會產(chǎn)生誤動作，所表達(dá)的信號就會不理想。因此，要特別注意人體傳感器的安裝方向。圖2.11信號采集敏感區(qū)人體傳感器的正視圖如圖2.12所示。圖2.12熱釋電人體感應(yīng)模塊人體傳感器的1號引腳為電源信號端，3號引腳為地信號端，2號引腳為采集信號輸出端。在電路設(shè)計中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號引腳2與地信號引腳3之間加一個6800PF的電容，另外人體存在傳感器的信號引腳2與單片機(jī)的P3.3引腳相連，P3.3引腳再接一個100KQ的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號的可靠性。其電路原理圖如圖2.13所示[6]。圖2.13人體傳感器電路圖2.2.5按鍵管理模塊電路按鍵管理電路采用獨立按鍵通過程序進(jìn)行控制、通過按鍵進(jìn)行電路的控制檢測是自動檢測還是手動檢測，然后另有兩個按鍵是控制檢測的開或者關(guān)的，電路如圖2.14所示。圖2.14按鍵模塊原理圖2.2.6超時報警電路在教室中，如果采用手動控制的方式時，一方面由于管理人員及學(xué)生的疏忽，教室里沒有人而燈還開著，導(dǎo)致室內(nèi)電燈工作超時，浪費能源，于是本系統(tǒng)采用超時報警電路，用聲音的方式來提醒管理人員是否關(guān)閉電源。另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，學(xué)習(xí)期間開燈時間過長，在夜里忘了時間點，導(dǎo)致教室燈工作超時。于是本系統(tǒng)超時報警電路就會發(fā)出聲音，提醒學(xué)生必須改用遙控器手動方式來控制燈或該休息了。蜂鳴器是一種采用直流電壓供電，一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。廣泛應(yīng)用于復(fù)印機(jī)、計算機(jī)、報警器打印機(jī)、汽車電子設(shè)備、電子玩具、定時器、機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“HA〞或“H〞〔舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM〞、“LB〞、“JD〞等〕表示。下面對壓電式蜂鳴器的工作原理做出詳細(xì)解釋。壓電式蜂鳴器主要由阻抗匹配器、多諧振蕩器、共鳴箱、壓電蜂鳴片及外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓〕，多諧振蕩器起振，輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。單片機(jī)的P0.0端口外加一個10K的上拉電阻，再經(jīng)過限流電阻100歐與三極管9015的基極相連。假設(shè)基極為高電平，即P0.0端口為高電平時，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。當(dāng)基極為低電平，即P0.0端口為低電平時，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴發(fā)出聲音以示教室燈工作超時[7]。超時報警電路如圖2.15所示。圖2.15超時報警的電路2.2.7系統(tǒng)的其他模塊〔1〕電源模塊根據(jù)系統(tǒng)的需求，采用+5V電源就可以使系統(tǒng)正常工作。電路原理如圖2.16所示，當(dāng)電源接入后，指示燈亮起，此時表示系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。假設(shè)指示燈未亮，那么表示電源插頭未接好，需要重新接通電源。圖2.16電源電路圖〔2〕系統(tǒng)顯示模塊系統(tǒng)采用8個發(fā)光二極管作為顯示器，以此來表示燈的開閉情況以及不同情況下燈亮個數(shù)。電路圖如圖2.17所示。圖2.17顯示燈電路圖同時，系統(tǒng)還采用兩個發(fā)光二極管作為手動和自動模式的切換顯示，此外，還采用三個發(fā)光二極管來對外界光線強(qiáng)弱程度進(jìn)行顯示，電路圖如圖2.18所示。圖2.18指示燈電路圖3控制模塊軟件設(shè)計與開發(fā)在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的根底上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確實定后，程序軟件就可以完全獨立的進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)。本控制軟件的模塊主要包括：系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)功能鍵。3.1系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊整個控制系統(tǒng)的核心局部就是監(jiān)控主程序，其外圍模塊在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用一般都需要經(jīng)過監(jiān)控模塊實現(xiàn)。監(jiān)控主程序起引導(dǎo)作用，接收和分析來自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口。本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊包括看門狗的激活，對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，實時中斷處理，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用等。其監(jiān)控主程序流程圖如圖3.1所示。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化設(shè)定定時器，允許定時中斷設(shè)定定時器，允許定時中斷按鍵處理任務(wù)按鍵處理任務(wù)環(huán)境光處理任務(wù)環(huán)境光處理任務(wù)人體傳感器處理任務(wù)人體傳感器處理任務(wù)定時管理系統(tǒng)定時管理系統(tǒng)結(jié)束結(jié)束圖3.1監(jiān)控主程序流程圖3.1.1系統(tǒng)自檢初始化保證整個控制系統(tǒng)能夠正常運行的重要條件是系統(tǒng)自檢初始化，系統(tǒng)價電復(fù)位后，就直接進(jìn)入自檢初始化程序中，完成系統(tǒng)自檢及初始化。初始化過程主要是對一些數(shù)據(jù)區(qū)、控制器及外部芯片進(jìn)行初始化定義和參數(shù)設(shè)置。本系統(tǒng)中自檢初始化主要指接口芯片的檢測內(nèi)部存放器的初始化及芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化。接口芯片的檢測主要是檢查有無硬件故障，各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)等。如檢測環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出信號，檢測各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時的界面等。系統(tǒng)內(nèi)部存放器初始化主要是指，在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，局部特殊功能存放器SFR的復(fù)位初始化及各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值，單片機(jī)復(fù)位后，程序狀態(tài)字存放器PSW清零，程序計數(shù)器PC指向程序存儲器的入口地址0000單元，堆指針SP指向07H，片內(nèi)部存儲器選擇1區(qū)工作存放器，其他定時器、中斷允許存放器IE累加器ACC等皆為00H用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)[8]。定時中斷處理定時中斷時利用單片機(jī)內(nèi)部的計數(shù)值已滿的終端或定時器定時時間到，內(nèi)部定時器的計數(shù)器可以對從外部引線T0和T1輸入的外部脈沖或內(nèi)部時鐘進(jìn)行計數(shù)，中斷請求信號是計數(shù)器的溢出信號，去置位定時器溢出標(biāo)位，向單片機(jī)的CPU申請中斷。定時中斷是周期中斷，每隔一段時間會中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時中斷主要用來構(gòu)成多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，該中斷可以啟動有關(guān)的任務(wù)就緒，即無需對斷點實施現(xiàn)場保護(hù)，可以直接進(jìn)行多任務(wù)時間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)。該定時中斷處理程序框圖如圖3.2所示。本系統(tǒng)還采用了外部中斷，主要用來判斷是否有遙控器信號，假設(shè)無，那么返回到主循環(huán)；假設(shè)有，就采集下來并加以處理。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為人體存在信號及環(huán)境光信號。在程序設(shè)計中，對這兩個數(shù)據(jù)的采集放置多任務(wù)模塊中實施定時采集[9]。定時中斷到？定時中斷到？下一步多任務(wù)啟動時間劃分N圖3.2定時中斷處理程序框圖開始YN3.1.3ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程為了實現(xiàn)通信的高速有效，接口程序采用匯編語言編寫。由于ADC0832的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，所以A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證的某些場合對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實時性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。程序占用資源有工作存放器R7、累加器A、特殊存放器CY和通用存放器B。轉(zhuǎn)換值和通道功能存放器共用存放器B。在使用轉(zhuǎn)換子程序之前必須確定通道功能存放器B的值，其賦值語句為“MOVB,#data〞〔00H~03H〕。運行轉(zhuǎn)換子程序后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值被放入B中。子程序退出后即可以對B中數(shù)據(jù)處理[10]。ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程圖如圖3.3所示。開始字節(jié)數(shù)據(jù)校驗將值送入指定存放器讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)輸入通道控制字產(chǎn)生時鐘信號開始字節(jié)數(shù)據(jù)校驗將值送入指定存放器讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)輸入通道控制字產(chǎn)生時鐘信號使能芯片使能芯片返回返回圖3.3ADC0832數(shù)據(jù)讀取流程3.2數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈，無人體存在不開燈；環(huán)境光足夠亮?xí)r，無論有否人體存在都不應(yīng)該開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“1〞，暗時為“0〞，人體存在為“1〞，人體不存在為“0〞，開燈為“0〞，關(guān)燈為“0〞，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關(guān)系表表示，如表3.1所示。表3.1環(huán)境與人的關(guān)系環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)教室燈狀態(tài)011000110100數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3.4所示。開始開始N光線弱N光線弱YYN有人存在N有人存在YY燈開啟燈關(guān)閉燈開啟燈關(guān)閉返回返回圖3.4數(shù)據(jù)采集流程圖3.3系統(tǒng)鍵功能鍵盤是系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)設(shè)備應(yīng)用最廣泛的一種，它也是人機(jī)交互對話。對系統(tǒng)進(jìn)行操作的重要通道，操作者的許多操作意圖是通過鍵盤來輸入。本系統(tǒng)在鍵盤不多的情況下，采用中斷方式，把鍵盤信號采集放在中斷程序中，鍵盤的功能放在任務(wù)操作模式中完成。按鍵流程圖如圖3.5所示。在執(zhí)行完鍵盤采集工作后，如果有鍵按下，程序轉(zhuǎn)入鍵處理功能程序。系統(tǒng)根據(jù)采集過程中得到的鍵號，散轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理子程序，通過鍵盤設(shè)置修改系統(tǒng)工作參數(shù)?？梢?，通過對系統(tǒng)不同功能進(jìn)行測試，系統(tǒng)工作正常，測試效果良好，滿足實用的要求。開始開始有鍵按下鍵處理程序下一步圖3.5按鍵處理流程圖YN3.4系統(tǒng)顯示功能系統(tǒng)顯示模塊分為顯示燈和指示燈兩個局部。顯示燈是對教室內(nèi)燈的開閉以及開的個數(shù)進(jìn)行顯示。即在有人存在的條件下，光線強(qiáng)不亮燈，光線較弱亮四個燈，光線弱時燈全部亮。在無人存在的條件下，無論光線強(qiáng)度如何，都不亮燈。指示燈是對光線強(qiáng)弱程度以及按鍵處理進(jìn)行顯示。三個二極管分別對光線強(qiáng)、較弱、弱三個等級進(jìn)行顯示。假設(shè)系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)下，那么代表手動控制的指示燈亮，自動控制亦然。流程圖如圖3.6所示。開始開始按鍵處理任務(wù)指示燈亮情況顯示燈亮情況返回圖3.6顯示模塊的流程圖3.7看門狗模塊電源看門狗，又叫watchdogtimer，是一個定時器電路，一般有一個輸入，叫喂狗(kickingthedogorservicethedog〕，一個輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時候，每隔一段時間輸出一個信號到喂狗端，給WDT清零，如果超過規(guī)定的時間不喂狗，〔一般在程序跑飛時〕，WDT定時超過，就會給出一個復(fù)位信號到MCU，使MCU復(fù)位.防止MCU死機(jī)。看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。硬件看門狗監(jiān)控主程序的運行，是利用了一個定時器。也就是說在主程序的運行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進(jìn)行復(fù)位。假設(shè)出現(xiàn)死循環(huán)，或者說PC指針不能回來，那么定時時間到后就會使單片機(jī)復(fù)位。在系統(tǒng)運行以后也就啟動了看門狗計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)。在使用有看門狗的芯片時要注意清看門狗。如果到了一定的時間還不去清看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗電路的應(yīng)用，使在無人狀態(tài)下單片機(jī)可以實現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是:單片機(jī)的一個I/O引腳和看門狗芯片相連，該I/O引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平〔或低電平〕，這一程序語句是分散地放在單片機(jī)其他控制語句中間的，一旦單片機(jī)陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)或由于干擾造成程序跑飛時，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行。這個時候，看門狗電路就會由于得不到單片機(jī)送來的信號，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號，程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位[11]。51系列有專門的看門狗定時器，對系統(tǒng)頻率進(jìn)行分頻計數(shù)，定時器溢出時，將引起復(fù)位。看門狗可設(shè)定溢出率，也可單獨用來作為定時器使用。流程圖如圖3.7所示。開始開始設(shè)置一個定時器時鐘周期設(shè)置數(shù)據(jù)存放器的初始值設(shè)置計數(shù)存放器的初始值禁止Reset使中斷觸發(fā)使能看門狗返回圖3.7看門狗的程序流程圖3.8超時報警系統(tǒng)在教室中，假設(shè)采用手動方式控制時，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時，能源浪費，于是本系統(tǒng)采用超時報警電路，以聲音的方式來提醒管理人員是否關(guān)閉電源。先設(shè)定一個時間參數(shù)，在無人存在且燈亮著時計時器進(jìn)行計時，然后用一個程序驗證是否超過設(shè)定的時間。假設(shè)超過，蜂鳴器就會報警。流程圖如圖3.8所示。開始開始設(shè)定一個時間參數(shù)計時器計時驗證是否超時？蜂鳴器報警返回NY圖3.8超時報警流程圖結(jié)論該教室燈光系統(tǒng)的控制的核心是AT89S52單片機(jī)主控單元，利用相關(guān)電腦的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設(shè)備〔教室燈光〕的智能化控制，系統(tǒng)設(shè)計智能化控制的同時，還設(shè)置了遙控器控制和手動控制，那么即使系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)故障，也可采用手動操縱，從而影響教室燈光的正常使用。整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)采用一個二極管亮滅顯示，實現(xiàn)對教室燈光的自動開燈、關(guān)燈控制。在保證系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時，不需要對原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動。假設(shè)教室面積很大，超過傳感器的輻射范圍，這樣采集的信號可能會不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運行。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，使系統(tǒng)更加的可靠，最好采用多個傳感器。由于教室大小面積各不相同及教室燈光數(shù)量不一致，導(dǎo)致教室內(nèi)部安裝智能控制設(shè)備的數(shù)量也會有所不同，尤其是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響很大，一套教室燈光控制系統(tǒng)也只是在有限的范圍內(nèi)。初步試驗說明，基于C51單片機(jī)的高校教室燈光智能控制系統(tǒng)，能完成對教學(xué)樓內(nèi)各種樓道及教室照明的智能控制，精度在要求指標(biāo)范圍內(nèi)。本課題以人體存在狀況與環(huán)境光等外界環(huán)境因素為控制器的主要輸入?yún)?shù)，相比單純的人員管理，更加合理有效的降低了教室燈光的資源使用。同時，還參加時間控制參數(shù)，使學(xué)校的作息時間與教室燈光的控制相符合。對適合應(yīng)用于教室燈光控制系統(tǒng)局部進(jìn)行了研究。本控制系統(tǒng)的設(shè)計也實用于各類辦公室的燈光控制，對于各類大、中專院校的教師燈光管理具有重要的意義。致謝在本文即將結(jié)束之際，我要由衷地感謝在我畢業(yè)設(shè)計階段，乃至本科四年學(xué)習(xí)生活中幫助過我的師長與同學(xué)。首先我要感謝我的導(dǎo)師李姿老師。在設(shè)計的過程中，我得到了李老師的精心指導(dǎo)。設(shè)計期間，感受著老師雄闊的視野，淵博的學(xué)識，深邃的思想。潛移默化，耳濡目染，不僅使我努力的改變著“好讀書，不求甚解〞的習(xí)慣，努力培養(yǎng)“知其然，且知其所以然〞的求學(xué)態(tài)度，而且還明白了許多待人處事與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、感人至深的人文關(guān)心，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。在論文完成的過程中傾注了導(dǎo)師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊敬的老師表示衷心的感謝。最后，以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心與幫助過我的親人們、老師們和朋友們！對我的父母以及所有親人給予我的理解、幫助和支持表示深深的感謝。他們是我學(xué)習(xí)和生活的精神支柱。對我的關(guān)愛、理解和支持陪伴我度過生命中許多難忘的日子，烏鴉尚知道反哺，今后我將竭盡所能，不負(fù)老師、朋友及親人們的期望，努力回報社會，做一個有用的人。參考文獻(xiàn)[1]江珊.2005照明電器新進(jìn)展〔電光源〕.中國照明電器.2005，9；P1-2[2]ATMEL公司，AT89S52的技術(shù)手冊;P6-9[3]趙玉安，人體熱釋電紅外線傳感器介紹，中國電子制作，2006.9;P10-11[4]人體紅外感應(yīng)模塊，深圳市浩博特電子;P12[5]李朝青，《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》〔簡明修訂版〕［M］，北京航空航天大學(xué)出版社，1998;P13-14[6]李廣弟，《單片機(jī)根底》［M］，北京航空航天大學(xué)出版社，1994;P15-16[7]劉守義《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002’P17-18[8]秦實宏《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》北京：中國水利水電出版社，2005;P22[9]盧艷軍《單片機(jī)根本原理及應(yīng)用系統(tǒng)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005;P22[10]竇振中《單片機(jī)外圍器件實用手冊》北京：北京航空學(xué)院出版社，1998;P23[11]夏繼強(qiáng)、沈德金《單片機(jī)實驗與實踐指導(dǎo)二》北京：北京航空學(xué)院出版社，2001;P25-28附錄A系統(tǒng)電路原理圖附錄B系統(tǒng)源程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineNUM_TIMER60//超時時間#include"ADC0832.H"sbitSENSOR_IN=P1^0;/*******************按鍵端口定義******************/sbitkey1=P3^5; //手動/自動切換sbitkey2=P3^7; //手動狀態(tài)下“開〞sbitkey3=P3^6; //手動狀態(tài)下“關(guān)〞/*******************指示燈端口定義*****************/sbitLED1=P1^1; //環(huán)境光強(qiáng)sbitLED2=P1^2; //環(huán)境較弱sbitLED3=P1^3; //環(huán)境弱sbitLED4=P1^4;//自動sbitLED5=P1^5; //手動/*******************蜂鳴器端口定義*****************/sbitbeep=P0^0;/******************標(biāo)示位定義**********************/bitHOLD_SET=0;//自動/手動控制標(biāo)示位“0〞自動“1〞手動ucharNO_NUM_FLOG=0;//亮燈個數(shù)標(biāo)示位“0〞全滅“1〞亮兩組〔即四個〕“2〞全亮ucharnum=0,num1=0,num2=0;bitBEEP_FLOG=0; //蜂鳴器報警標(biāo)示位ucharLight_Ray_Flog=0; //光線強(qiáng)弱標(biāo)示位bitLight_Flog=1;/******************A/D轉(zhuǎn)換模塊**********************/sbitADC0832_CS=P0^7;sbitADC0832_CLK=P0^6;sbitADC0832_DIO=P0^5;unsignedintA_D(){unsignedchari,dat;ADC0832_CS=1;//一個轉(zhuǎn)換周期開始ADC0832_CLK=0;//為第一個脈沖作準(zhǔn)備ADC0832_CS=0;//CS置0，片選有效ADC0832_DIO=1;//DIO置1，規(guī)定的起始信號ADC0832_CLK=1;//第一個脈沖ADC0832_CLK=0;//第一個脈沖的下降沿，此前DIO必須是高電平ADC0832_DIO=1;//DIO置1，通道選擇信號ADC0832_CLK=1;//第二個脈沖，第2、3個脈沖下沉之前，DI必須跟別輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道，這里選通道CH0ADC0832_CLK=0;//第二個脈沖下降沿ADC0832_DIO=0;//DI置0，選擇通道0ADC0832_CLK=1;//第三個脈沖ADC0832_CLK=0;//第三個脈沖下降沿ADC0832_DIO=1;//第三個脈沖下沉之后，輸入端DIO失去作用，應(yīng)置1ADC0832_CLK=1;//第四個脈沖for(i=0;i<8;i++)//高位在前{ADC0832_CLK=1;//第四個脈沖ADC0832_CLK=0;dat<<=1;//將下面儲存的低位數(shù)據(jù)向右移 dat|=(unsignedchar)ADC0832_DIO; //將輸出數(shù)據(jù)DIO通過或運算儲存在dat最低位} ADC0832_CS=1;//片選無效 returndat; //將讀書的數(shù)據(jù)返回}/**********************延時子程序********************/voidDelay_1ms(uintxms){ uinti,j; for(i=xms;i>0;i--) for(j=122;j>0;j--);}#include"KEY.H"/********************人體紅外檢測子程序*****************/voidINFRARED_DETE(){ if(SENSOR_IN==1) { Delay_1