基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計-資料下載頁

【導(dǎo)讀】單片機應(yīng)用技術(shù)···················································7. 二基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計框架和性能·····················10. 系統(tǒng)性能指標(biāo)與技術(shù)要求···········································12

　　

【正文】 信息，然后根據(jù)命令是調(diào)亮還是調(diào)暗來進行相應(yīng)的燈泡亮度控制。 該系統(tǒng)的主機控制程序流程圖同圖 ，從機控制程 序流程圖如圖 。 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機 發(fā) 送 的 地 址地 址 是 0 0 H 嗎接 收 主 機 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)是 調(diào) 亮 命 令 嗎返 回是 調(diào) 暗 命 令 嗎NYYNYN交 流 電 過 零 點 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 增 加 一 個 亮度 級 別 的 P W M 信 號還 有 數(shù) 據(jù) 嗎交 流 電 過 零 點 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 減 少 一 個 亮度 級 別 的 P W M 信 號YYYNNN 圖 全部 亮度控制從機程序流程圖 30 單獨亮度控制程序 設(shè)計 單獨照明亮度控制系統(tǒng)通信原理基本上與單獨照明啟停控制系統(tǒng)相同， 也是開始時所有從機處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待主機的呼叫，當(dāng)主機發(fā)出某一從機的地址時，所有從機將接收到的地址與本機地址相比較，如果相符，說明主機在呼叫自己，然后發(fā)回應(yīng)答信號，表示準(zhǔn)備好開始接收后面的命令，否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。主機 收到從機的應(yīng)答后，則開始一次通信，通信完畢，從 機繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。從機在收到調(diào)亮 或調(diào)暗的命令后，利用零點檢測電路檢測電源過零點， 一旦 單片機的 ，就會向 PWM信號以調(diào)高或調(diào)低燈泡的亮度。 該系統(tǒng)的主機控制程序流程圖同圖，從機控制程序流程圖如圖 。 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機 發(fā) 送 的 地 址與 本 機 地 址 相 符 嗎接 收 主 機 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)是 調(diào) 亮 命 令 嗎返 回是 調(diào) 暗 命 令 嗎NYYNYN交 流 電 過 零 點 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 增 加 一 個 亮度 級 別 的 P W M 信 號還 有 數(shù) 據(jù) 嗎交 流 電 過 零 點 嗎向 P 3 . 7 口 輸 出 減 少 一 個 亮度 級 別 的 P W M 信 號YYYNNN向 主 機 發(fā) 送 本 機 地 址 圖 單獨亮度控制從機程序流程圖 照明定時控制程序設(shè)計 31 照明定時控制系統(tǒng)是利用從機即單片機 AT89C2051和時鐘芯片 DS1302進行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫入實時數(shù)據(jù) ，主機采用串口通 信方式對從機進行定時時間的設(shè)置，從機然后根據(jù)設(shè)定的時間進行照明燈的啟停控制。 DS1302的控制字節(jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302中；位 6如果為 0，則表示 存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1表示存取 RAM數(shù)據(jù)；位 5～位 1指示操作單元的地址；最低有效位（位 0）如為 0表示要進行寫操作，為 1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 DA1302的控制字如表 41所示。 7 6 5 4 3 2 101R A MC KA 4 A 3 A 2 A 1 A 0R DW表 4 1D S 1 3 0 2 的 控 制 字 在 DS1302芯片中，通過把 RST輸入驅(qū)動 置 高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 RST輸入有兩種功能：首先， RST接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng) RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。如果在傳送過程中置 RST為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。在控制指令字輸入后的下一個 SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0開始。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0位至高位 7。 全部定時控制程序 設(shè)計 在全部定時控制系統(tǒng)中是通過主控制器向所有的分控制器發(fā)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(shù)據(jù)狀態(tài)，然后主控制器向 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送時間數(shù)據(jù)信息，分控制器在收到時間數(shù)據(jù)后寫入 DS1302芯片，等到設(shè)定時間到達后，單片機發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。該系統(tǒng)的主機控制流程圖同圖 ，從機的控制流程圖如圖 。 32 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機 發(fā) 送 的 地 址地 址 是 0 0 H 嗎接 收 主 機 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)返 回NYY時 間 到 了 嗎N將 數(shù) 據(jù) 寫 入 D S 1 3 0 2 芯 片讀 出 D S 1 3 0 2 芯 片 的 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 照 明 燈 圖 全部定時控制從機程序流程圖 單獨定時控制程序 設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)，然后分控制器就將數(shù)據(jù)寫入 DS1302芯片， 等到設(shè)定的時間到達時就執(zhí)行關(guān)閉照明燈的命令。單獨定時控制的主機程序流程圖同33 圖 ，從機程序流程圖如圖 。 中 斷 程 序 入 口初 始 化接 收 主 機 發(fā) 送 的 地 址與 本 機 地 址 相 符 嗎接 收 主 機 發(fā) 送 的 數(shù) 據(jù)返 回NYY時 間 到 了 嗎N向 主 機 發(fā) 送 本 機 地 址將 數(shù) 據(jù) 寫 入 D S 1 3 0 2 芯 片讀 出 D S 1 3 0 2 芯 片 的 數(shù) 據(jù)關(guān) 閉 照 明 燈 圖 單獨定時控制從機控制程序流程圖 RS485通信程序設(shè)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(xiàn)一種狀態(tài)，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(xiàn)34 的。當(dāng)串口以方式 3工作時，發(fā)送和接收的每一幀 信息都是 11位，其中第 9位數(shù)據(jù)位是可編程的，通過對 SCON寄存器的 TB8位置 1或置 0，以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀（規(guī)定地址幀的第 9位為 1，數(shù)據(jù)幀的第 9位為 0）。若從機的控制位 SM2被設(shè)為 1，則當(dāng)接收的是地址幀時，數(shù)據(jù)裝入 SBUF，并置 RI=1，向 CPU發(fā)出中斷 申請，若接收的是數(shù)據(jù)幀，則不產(chǎn)生中斷，信息被拋棄。 若 SM2被設(shè)為 0，則無論是地址幀還是數(shù)據(jù)幀都將產(chǎn)生 RI=1中斷 標(biāo)志，數(shù)據(jù)裝入 SBUF。利用這一功能，可以按照如下步驟進行數(shù)據(jù)通信： [9] （ 1） 將所有 SM2位置 1，使其處于只接收地址幀的狀態(tài)。 （ 2） 主機發(fā)送一幀地址信息，其中前 8位數(shù)據(jù)位表示通信的從機地址，第 9位為 1，表示當(dāng)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(zhǔn)備接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)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(fā)送本機地址幀，然后 準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。如果地址不同，則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)， SM2位不變。 （ 4） 主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀，相應(yīng)的從機接收，其他從機則不受影響。 （ 5） 當(dāng)主機需要與其他從機通信時，可以再次發(fā)出地址幀尋呼從機，重復(fù)這一過程。 主機在發(fā)送數(shù)據(jù)時，按照表 42的數(shù)據(jù)格式進行傳輸。 字 節(jié) 數(shù) n數(shù) 據(jù) 1數(shù) 據(jù) 2數(shù) 據(jù) n 字 節(jié) 奇 偶 校 驗表 4 2 在程序中，第 9位發(fā)送數(shù)據(jù)位 SCON中的 TB8位，第 9位接收數(shù)據(jù)位為 SCON的 RB8位，因此，發(fā)送數(shù)據(jù)前，可以通過對 TB8位置 1或 0來確定要發(fā)送的 是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。而接收數(shù)據(jù)時，對地址幀的判斷則是通過讀取 RB8位來獲得的， RB8=1，當(dāng)前幀為地址幀， RB8=0，當(dāng)前幀為數(shù)據(jù)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： [10] 35 3 22S M O DT 1 的 溢 出 率=波 特 率 定時器 T1的溢出率的計算公式為： 3 2f=溢 出 率o s c247。( 2 T 1 的 初 值 )k 則波特率的公式變?yōu)椋? 3 22S M O D=波 特 率3 2fo s c247。( 2 T 1 的 初 值 )k 系統(tǒng)所采用的晶振頻率為 ， T1工作在模式 3下，波特率 =9600b/s。 主機 部分 通信程序 設(shè)計 系統(tǒng)中的主機通信程序分為 4個部分，分別為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和發(fā)送數(shù)據(jù)部分。主機的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下： （ 1） 主機首先向所有從機發(fā)送地址幀對要通信的從機進行呼叫，發(fā)送地址幀時需將TB8位置 1。 （ 2） 發(fā)送地址幀后， 如果發(fā)送的是廣播地址幀，則不需要從機應(yīng)答，待延遲一段時間后，調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)；如果發(fā)送的是非廣播地址幀， 主機 則要接收應(yīng)答，若 應(yīng)答信號中的地址與前面發(fā)送的地址并不相同，主機將重新 發(fā)送地址幀呼叫，否則調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。 （ 3） 發(fā)送完數(shù)據(jù)后，主機等待從機的校驗信號，如果接收到 0X0F數(shù)據(jù)，表示發(fā)送成功，通信結(jié)束，否則主機將重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直至發(fā)送成功。 該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖 。 36 開 始發(fā) 送 地 址 幀等 待 從 機 應(yīng) 答應(yīng) 答 信 息 與 發(fā) 送 的地 址 相 符 嗎調(diào) 用 發(fā) 送 函 數(shù) 發(fā) 送 數(shù) 據(jù)等 待 從 機 應(yīng) 答發(fā) 送 成 功 嗎結(jié) 束YNN是 廣 播 地 址 嗎YNY 圖 主機數(shù)據(jù)通信流程圖 從機部分通信程序設(shè)計 從機通信程序也被分為預(yù)定義及全局變量部分、程序初始化部分、數(shù)據(jù)通信流程和接收數(shù)據(jù)部分 4個部分。從機部分的數(shù)據(jù)通信過程受主機控制，其基本的流程如下： [11] （ 1） 初始化完 成后，從機設(shè)置 SM2位為 1，串口只接收第 9位數(shù)據(jù)位為 1的地址幀，數(shù)據(jù)幀將被直接拋棄。 （ 2） 如果串口有數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，如果是其它地址，則 與本機地址比較，如果相同，則發(fā)送應(yīng)答信息，應(yīng)答信息內(nèi)容應(yīng)為本機地址，否則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)，從機繼續(xù)處于等待呼叫狀態(tài)。 （ 3） 程序調(diào)用接收函數(shù)接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)部分并作出應(yīng)答，接收到的數(shù)據(jù)保存至Buf指向的緩沖區(qū)中。 如果接收函數(shù)返回 0xff,表示數(shù)據(jù)校驗失敗，程序等待主機重新發(fā)送37 數(shù)據(jù) 。如果函數(shù)返回值為 0xfe，表示從機在數(shù)據(jù)接收過程中發(fā)現(xiàn)主機發(fā)送地址幀，程序?qū)⒎艞壆?dāng)前接收過程，將 SM2位重新置 1，開始下一通信過程。如果函數(shù)返回 0，表示數(shù)據(jù)被成功接收，向主機發(fā)送成功信號，隨后，程序?qū)?SM2位置 1，重新開始下一個數(shù)據(jù)通信流程。 該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖 。 開 始將 S M 2 位 置 為 1 只 接 收地 址 幀串 口 有 數(shù) 據(jù) 接 收是 廣 播 地 址 嗎發(fā) 送 應(yīng) 答 信 號信 號 內(nèi) 容 為 本 機 地 址調(diào) 用 接 收 函 數(shù) 接 收 數(shù) 據(jù)接 收 函 數(shù) 返 回 值 為 0 x f f接 收 函 數(shù) 返 回 值 為 0 x f e向 主 機 發(fā) 送 成 功 信 號YNNYYN接 收 的 地 址 與 本 機地 址 相 同 嗎Y 圖 從機數(shù)據(jù)通信流程圖 無線數(shù)傳通信程序設(shè)計 這里所設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是采用主從式通信方式， 主控制器設(shè)為主站，所有分控制器設(shè)為從站，所有從站都編一個唯一的地址。通信的協(xié)調(diào)完全由主站控制，主站 先發(fā)38 送地址 幀 ， 所有從站都接收 ，如果是接收的是廣播地址碼，則所有從站都做好接收主機發(fā)送數(shù)據(jù)或命令的準(zhǔn)備，然后主機發(fā)送數(shù)據(jù)或命令；如果接收的是其它地址碼，則 從站將接收到的地址 幀 與本地地址碼相比較，若不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不做任何響應(yīng)；若地址碼相同，則證明是 呼叫 本站 ， 從站 將自己的地址碼發(fā)送回去，主站收到自己剛發(fā)出去的地址碼后，接著發(fā)送數(shù)據(jù)或命令。 這些工作都 需要 通信 協(xié)議來 完成，可保證在任何一個瞬間，通信網(wǎng)中只有一個模塊 處于發(fā)送狀態(tài)，避免相互干擾。 SRWF1模塊 在使用之前要進行 無線信道、接口類型、接口速率、接口參數(shù)等的設(shè)定，在設(shè)置完成后便可以進行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)模塊 收到單片機發(fā)來的第一個數(shù)據(jù)后自動進行無線網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)同步等工作，因此第一個數(shù)據(jù)將在 5個字節(jié)時間延遲后從接收方串口輸出。如要傳送 1個數(shù)據(jù)幀，此時間延遲將逐漸減少。當(dāng)最后一個數(shù)據(jù)被發(fā)送后，模塊將處于等待狀態(tài)直到模塊所設(shè)置的接收等待時間延遲之后，模塊將自動通知所有接收設(shè)備斷開無線網(wǎng)絡(luò)連接、轉(zhuǎn)入空閑狀態(tài)。 當(dāng)發(fā)送方最后一個數(shù)據(jù)被發(fā)送后需延遲 68個字節(jié)才能接收空中其 他模塊的數(shù)據(jù)。其他模塊在此時間內(nèi)也不能向空中發(fā)射數(shù)據(jù)，即使有用戶數(shù)據(jù)輸入也是被緩沖在模塊中，而沒有發(fā)送到無線鏈路中，以避免引起數(shù)據(jù)通訊混亂。 無線數(shù)傳的通信協(xié)議與流程基本上與 RS485通信程序相同，因此主機和從機的數(shù)據(jù)通信程序流程圖分別如圖 。 4． 7 本章小結(jié) 本章主要闡述了照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，該系統(tǒng)的軟件程序主要由照明啟?？刂瞥绦颉⒄彰髁炼瓤刂瞥绦?、照明定時控制程序、人機交互程序、 串行通信程序等組成。而照明啟?？刂?、亮度控制以及定時控制程序又分為全部控制和單獨控制兩部分， 人機交互程序由鍵盤掃描程序與 LED顯示程序組成 ，而串行通信程序由 RS485通信程序 和 無線數(shù)傳程序組成。 在這里分別對每個子程序的工作流程、工作原理以及 過程都做了詳細的論述。 39 五 實驗及總結(jié) 本文研究了基于 AT89C51與 AT89C2051單片機的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計原理與實現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。 首先根據(jù)設(shè)計要求用 Protel DXP軟件繪制出原理圖， 然后依據(jù)原理圖選擇元器件，在實驗板上布置元器件并連接線路，對硬件電路進行測試，檢查串行口是否選錯，測量電源是否正常， 復(fù)位電平是否正確，單片機是否 起振等等。接著就要按照功能要求編制程序，這里采用 Keil C編程工具，需先根據(jù)要求劃分模塊，優(yōu)化結(jié)構(gòu)；再根據(jù)各模塊特點確定何為主程序，何為子程序，何為中斷服務(wù)程序，相互間如何調(diào)用；再根據(jù)各模塊性質(zhì)和功能將各模塊細化，設(shè)計出程序流程圖；最后才根據(jù)各模塊流程圖編制具體程序。調(diào)試時應(yīng)先調(diào)主程序，實現(xiàn)最基本最主要的功能，在此基礎(chǔ)上再將各模塊功能往主程序上堆砌，直至各模塊聯(lián)調(diào)、統(tǒng)調(diào)，實現(xiàn)全部功能。 在實驗過程中，首先通過主控制器上的鍵盤輸入地址號，地址號是由數(shù)字組成的，在輸入完畢后，然后按下確認(rèn)鍵，信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸后 ，分控制器將收到的地址進行比較確認(rèn)后，然后執(zhí)行下一步的程序。經(jīng)過實驗的驗證，在輸入廣播地址后，所有的分控制器都正確地執(zhí)行了后續(xù)的命令，實現(xiàn)了燈泡的啟停、亮度調(diào)節(jié)、定時關(guān)閉功能；在輸入某個分機地址后，該分機也正常地執(zhí)行了相應(yīng)的命令，同樣達到了所要求的功能。 由于系統(tǒng)采用的是 RS485通信與無線數(shù)傳通信方式，如果使用在現(xiàn)場環(huán)境中必然存在干擾的問題，所以抗干擾與可靠性設(shè)計就顯得尤為重要。雖然系統(tǒng)已經(jīng)考慮了可靠性設(shè)計問題，如看門狗技術(shù)、復(fù)位電路、光電耦合等在電路設(shè)計中的應(yīng)用， 但這也只是針對部分問題 做 了解決， 一些詳細 的設(shè)計還有待于解決。該系統(tǒng)還只是試驗室的調(diào)試系統(tǒng)，離真正的現(xiàn)場應(yīng)用還有一定的距離。 軟件部分的編制也是力求簡單實用，即本著實用、有效、方便的原則進行編制。但一個較好的和較完 善的應(yīng)用軟件不是在短時間內(nèi)就可以完成的，它需要不斷的完善和發(fā)展，需要我們做大量的工作和時間的檢驗。 現(xiàn)在的系統(tǒng)還沒有達到真正的智能化，還需要增加很多新的功能和先進的科學(xué)技術(shù)，才能達到真正意義上的智能化控制。 40 參考文獻