基于單片機的智能照明控制系統設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 6個按鍵的鍵盤，顯然，在按鍵數量較多時，矩陣式鍵盤較之獨立式按鍵鍵盤要節省很多I/O口。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端，在進行鍵盤掃描時，首先把矩陣鍵盤列線的第一根線置高，然后分別再檢測矩陣鍵盤行線是否有高電平的信號，如果有信號，那么就證明這根行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機就讀入這個鍵值。如果所有的四根行線都沒有信號，那么就把第一根列線置低，把第二根列線置高，再一次檢測行線有沒有信號，然后依次類推。由于鍵盤掃描的速度很快，而人按鍵總會持續一定的時間，因此只要單片機處在等待輸入的狀態，這個鍵盤掃描程序基本上不會錯過任何一個按鍵信號。由于一般人按鍵會有抖動，抖動信號造成鍵盤掃描時會出現一些錯誤的信號，要不就是掃描不進數據，要不就是重復輸入很多次數據，因此需要有一個消除抖動的程序。讓單片機不響應一些相關的抖動信號，而只響應一次確實存在的按鍵信號。消抖動程序是這樣實現的，當檢測到一個脈沖信號時，并不立即認為是一次按鍵，而是延時一段時間以后再進行檢測，如果三次檢測都有信號，那么就認為有一次按鍵動作發生了。延時的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動的效果，太慢了又讓鍵盤太不靈活，錯過較多的按鍵信號。鍵盤掃描程序的流程圖如圖32所示。系統的按鍵定義除了基本的數字鍵（0～9）外，將其它的鍵依次定義為開、關、增值、減值、定時、確認六個命令鍵，其控制的基本功能是：（1） 通過數字鍵、確認鍵輸入分控制器的地址以及定時功能的時間設置。（2） 利用開、關鍵控制照明燈具的啟停。（3） 利用增值、減值鍵控制照明燈具的亮度。（4） 通過定時鍵來對照明燈具進行定時控制的設置。系統通過軟件方法實現該功能，即定義開、關、增值、減值、定時、確認等命令鍵，利用鍵盤掃描程序獲取對應命令鍵的鍵值，然后執行相應的子程序，實現所要求的控制功能。圖32 鍵盤掃描程序流程圖 LED數碼顯示程序設計本系統采用了四位共陽極七段數碼管，共陽極數碼管的8個發光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅動電路輸出端。當某段驅動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據發光字段的不同組合可顯示出各種數字或字符。此時，要求段驅動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻，這里的限流電阻選為100Ω。這里選用的7447芯片是從BCD碼到SEG7段碼的轉換器，而74LS138是一個地址譯碼器，通過74LS138選通某個數碼管，然后根據7447傳送過來的SEG7段碼的數據進行顯示，而在非選通的時候，數碼管能夠保持原有的顯示數據。LED數碼顯示程序的流程圖如圖33所示圖33 LED數碼顯示程序流程圖 照明啟停控制程序設計照明的啟停控制主要是由主控制器發出指令，通過RS485通信方式或無線數傳方式控制全部或部分分控制器所控制照明燈具的啟停，因此照明啟停控制程序由兩部分組成，即全部啟停控制與單獨啟停控制兩部分。 全部啟停控制程序設計 全部照明啟停控制系統是利用主控制器上的開、關按鍵來控制全部照明燈的啟停，控制命令是通過串口通信方式傳達到分控制器，來達到控制燈泡亮和滅的目的。在這個多機系統中采用的是主從式通信方式，主機即主控制器處于主導和支配地位，從機即分控制器一般以中斷方式來接收和發送數據。在主從式多機系統中主機發送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，在這里是要發送給所有的從機，來控制照明燈的啟停。在本系統中采用廣播式命令，不需要從機返回信息，從機之間也不能直接通信。主機由AT89C51單片機充當，從機為AT89c51單片機。主機與從機的數據通信波特率定為9600波特，每個從機都有唯一的地址號，用來區分各從機。單片機的數據通信由串口完成，定時器T1為波特發生器，數據傳送格式為1位起始位，8位數據位，1位停止位，1位可編程位（TB8）。工作方式：定時器T1設置為方式2，串口設置為工作方式3。本系統的通信原理為：從機在建立與主機通信之前所有分機的SM2都置1，即隨時處于對通信線路監聽的狀態，只能收到主機發送來的機號信息。主機向從機發送廣播地址信息時，廣播地址為00H，所有分機都接收到廣播地址信息，然后進入正常通信狀態，清除SM2位，開始接收主機發送來的命令。從機收到的命令是開燈時，打開MOC3021驅動雙向可控硅，從而就點亮了燈泡；同理，如果收到的命令是關燈時，封閉MOC3021使雙向可控硅截止，也就達到了關閉燈泡的目的。該系統的主機和從機的控制程序流程圖如圖34和圖35所示。圖34 全部啟停控制主機程序流程圖圖35 全部啟停控制從機程序流程圖 單獨啟停控制程序設計 單獨照明啟停控制系統是通過主機發送給指定的從機命令信息，來實現照明燈的啟停控制。主機首先發送從機地址，被叫到的從機向主機發送本機地址，然后主機向從機傳送數據，從機根據接收的數據信息執行相應的命令。單片機的工作方式同全部照明啟停控制系統。其具體的工作過程是：所有的從機在通信之前都把SM2位置1，隨時處于偵聽狀態。當主機發送從機的地址信息時，每幀數據的第9位都為1，所有從機都接收到地址信息，然后判斷主機是否呼叫本機。如果呼叫本機則進入正式通信狀態，清除SM2，并把本機地址號發送給主機作為應答，然后才開始接收主機發送來的信息。而其它從機由于地址號不符，他們的SM2位仍然為1，仍處于偵聽狀態，無法接收主機發送來的數據信息。主機收到從機發送來的回應信息后，比較主機已發送的地址號與剛接收的地址號是否相符，如果不符，則發出錯誤信息；如果相符，則正式發送數據信息，這時發送的每幀的第9位都為0。只有SM2=0的從機才能接收到主機發送的信息。從機根據命令執行相應的動作，如果為打開命令，則輸出高電平驅動可控硅動作，開啟照明燈；如果為關閉命令，則輸出低電平使可控硅截止，停掉照明燈。該系統的主機和從機控制程序流程圖分別如圖36與37所示。圖36 單獨啟停控制主機程序流程圖圖37 單獨啟停控制從機程序流程圖 照明控制程序設計照明控制系統是利用從機即單片機AT89c51和時鐘芯片DS12887進行數據通信，讀取和寫入實時數據，主機采用串口通信方式對從機進行定時時間的設置，從機然后根據設定的時間進行照明燈的啟停控制。 全部定時控制程序設計在全部定時控制系統中是通過主控制器向所有的分控制器發送廣播地址，分控制器在收到廣播地址后，使自己處于接收數據狀態，然后主控制器向網絡中發送時間數據信息，分控制器在收到時間數據后寫入DS12887芯片，等到設定時間到達后，單片機發出命令關閉照明燈。該系統的主機控制流程圖同圖34所示，從機的控制流程圖如圖38所示。圖38 全部定時控制從機程序流程圖 單獨定時控制程序設計 主控制器使用鍵盤輸入被呼叫分控制器的地址，并通過網絡向所有分控制器傳送，在分控制器將該地址與本機地址進行比較后，判斷是否是呼叫自己，如果是呼叫本機，就將本機地址傳送給主控制器，進一步接收傳送的數據，然后分控制器就將數據寫入DS12887芯片，等到設定的時間到達時就執行關閉照明燈的命令。單獨定時控制的主機程序流程圖同圖36所示，從機程序流程圖如圖39所示。圖39 單獨定時控制從機控制程序流程 RS485通信程序設計由于RS485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻總線只可能呈現一種狀態，所以這種方式一般適用于主機對從機的查詢方式通信。在通信中，主機與各個從機進行通信，必須能對各個從機進行識別，這一識別功能是利用串口控制寄存器SCON的SM2位實現的。當串口以方式3工作時，發送和接收的每一幀信息都是11位，其中第9位數據位是可編程的，通過對SCON寄存器的TB8位置1或置0，以區別發送的是地址幀還是數據幀（規定地址幀的第9位為1，數據幀的第9位為0）。若從機的控制位SM2被設為1，則當接收的是地址幀時，數據裝入SBUF，并置RI=1，向CPU發出中斷申請，若接收的是數據幀，則不產生中斷，信息被拋棄。若SM2被設為0，則無論是地址幀還是數據幀都將產生RI=1中斷標志，數據裝入SBUF。利用這一功能，可以按照如下步驟進行數據通信：（1） 將所有SM2位置1，使其處于只接收地址幀的狀態。（2） 主機發送一幀地址信息，其中前8位數據位表示通信的從機地址，第9位為1，表示當前幀為地址幀。（3） 從機接收到地址幀后，如果是廣播地址幀，則所有從機都將其SM2位置0，準備接收主機發送的數據或命令；如果不是廣播地址幀，則將本機地址與幀中地址進行比較。如果地址相同，則將其SM2位置0，并發送本機地址幀，然后準備接收數據。如果地址不同，則丟棄當前數據，SM2位不變。（4） 主機發送數據幀，相應的從機接收，其他從機則不受影響。（5） 當主機需要與其他從機通信時，可以再次發出地址幀尋呼從機，重復這一過程。主機在發送數據時，按照表31的數據格式進行傳輸。表31在程序中，第9位發送數據位SCON中的TB8位，第9位接收數據位為SCON的RB8位，因此，發送數據前，可以通過對TB8位置1或0來確定要發送的是地址幀還是數據幀。而接收數據時，對地址幀的判斷則是通過讀取RB8位來獲得的，RB8=1，當前幀為地址幀，RB8=0，當前幀為數據幀。單片機的串口工作在方式3下，其波特率由定時器1（T1）的溢出率決定，計算公式為： 定時器T1的溢出率的計算公式為：則波特率的公式變為：，T1工作在模式3下，波特率=9600b/s。 主機部分通信程序設計 系統中的主機通信程序分為4個部分，分別為預定義及全局變量部分、程序初始化部分、數據通信流程和發送數據部分。主機的數據通信的基本流程如下：（1） 主機首先向所有從機發送地址幀對要通信的從機進行呼叫，發送地址幀時需將TB8位置1。（2） 發送地址幀后，如果發送的是廣播地址幀，則不需要從機應答，待延遲一段時間后，調用發送函數發送數據；如果發送的是非廣播地址幀，主機則要接收應答，若應答信號中的地址與前面發送的地址并不相同，主機將重新發送地址幀呼叫，否則調用發送函數發送數據。（3） 發送完數據后，主機等待從機的校驗信號，如果接收到0X0F數據，表示發送成功，通信結束，否則主機將重新發送數據，直至發送成功。該部分程序對應的流程圖如圖310所示。圖310 主機數據通信流程圖 從機部分通信程序設計從機通信程序也被分為預定義及全局變量部分、程序初始化部分、數據通信流程和接收數據部分4個部分。從機部分的數據通信過程受主機控制，其基本的流程如下：（1） 初始化完成后，從機設置SM2位為1，串口只接收第9位數據位為1的地址幀，數據幀將被直接拋棄。（2） 如果串口有數據接收（收到地址幀），則從機會將該幀中的地址信息先與廣播地址進行比較，如果是廣播地址，則做好接收數據的準備，如果是其它地址，則與本機地址比較，如果相同，則發送應答信息，應答信息內容應為本機地址，否則丟棄當前數據，從機繼續處于等待呼叫狀態。（3） 程序調用接收函數接收主機發送的數據部分并作出應答，接收到的數據保存至Buf指向的緩沖區中。如果接收函數返回0xff,表示數據校驗失敗，程序等待主機重新發送數據。如果函數返回值為0xfe，表示從機在數據接收過程中發現主機發送地址幀，程序將放棄當前接收過程，將SM2位重新置1，開始下一通信過程。如果函數返回0，表示數據被成功接收，向主機發送成功信號，隨后，程序將SM2位置1，重新開始圖311 從機數據通信流程圖4 系統可靠性設計在實驗室里設計的控制系統，在安裝、調試后完全符合設計要求，但把系統置入現場后，系統常常不能正常穩定地工作。產生這種情況的原因主要是現場環境復雜和各種各樣的電磁干擾，所以單片機應用系統的可靠性設計、抗干擾技術變得越來越重要了。工業現場環境中干擾是以脈沖產的形式進人單片機系統的，其主要的渠道有三條，即空干擾多發生在高電壓、大電流、高頻電磁場附近，并通過靜電感應，電磁感應等方式侵入系統內部；供電系統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的。干擾一般沿各種線路侵入系統。系統接地裝置不可靠，也是產生干擾的重要原因；各類傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫。 干擾產生的后果（1）數據采集誤差的加大。當干擾侵入單片機系統的前向通道疊加在信號上，會使數據采集誤差增大，特別是前向通道的傳感器接口是小電壓輸入時，此現象會更加嚴重。（2）程序運行失常：①控制狀態失靈。在單片機系統中，由于干擾的加人使輸出誤差加大，造成邏輯狀態改變，最終導致控制失常。②死機。在單片機系統受強干擾后，造成程序計數器（PC）值的