1、毕业设计（论文）说明书题目：教室智能照明系统的设计与实现系 名 信息工程系 专 业 电子信息工程 学 号 xx学生姓名 xx 指导教师 xx 2013 年 6 月 1 日摘 要本研究针对教室灯光的控制现状及用电大量浪费的现象，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制的设计思路。该系统以 AT89C51 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。该系统具有体积小，控制
2、方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词：教室灯光控制 热释红外传感器 光敏电阻 AT89C51ABSTRACTThis study of intelligent control classroom lamplight, analyzes the current situation of the development of the classroom light of intelligent control principle and method, is proposed based on single-chip
3、 microcomputer intelligent control of the classroom lamplight design. This system to AT89C51 single chip computer as control device of intelligent parts, adopts heat release infrared sensor detects the release of human existence and adopts photoconductive resistance constitutes circuit testing envir
4、onment light intensity. According to the classroom light conditions and the measured the signal of human body system and ambient light, the system can make reasonable and intelligent judgment and then controls the work of classroom lighting circuit .It is a effective way to avoid the classroom of wa
5、ste electricity. Small volume, convenient control, high reliability, high specificity and price reasonable make this system satisfy the advantages of large, secondary technical schools classroom light control requirements and greatly reach energy-saving purpose.Key words： heat release infrared senso
6、r photoconductive dynatron AT89C511目 录第一章 绪论 11.1 课题研究背景 11.2 国外发展趋势 .11.3 国内技术现状 .21.5 课题研究的内容 2第二章 系统总体设计 32.1 系统总体设计思想 .32.2 系统的实现原理 .32.3 系统实现方案的论证与选择 .42.3.1 温度信号采集模块 42.3.2 AT89C51 单片机核心控制模块 42.3.3 LED 温度信号显示模块 52.3.4 64 位 ROM 注册码显示模块 .52.3.5 报警电路模块 52.4 系统设计的技术关键 .5第三章 系统硬件设计 63.1 系统整体设计方案 .6
7、3.2 系统主要器件说明 .63.2.1 数字式温度传感器 DS18B20.63.2.2 AT89C51 芯片 93.2.3 LED 数码显示器 103.2.4 压电式蜂鸣器 103.2.5 点阵字符型液晶显示模块 LCD1602.103.3 系统硬件模块说明 .123.3.1 DS18B20 温度信号采集模块 123.3.2 AT89C51 单片机核心控制模块 133.3.3 报警电路模块 143.3.4 LED 温度信号显示模块 153.3.5 64 位 ROM 注册码显示模块 .163.4 系统总体硬件电路 .17第四章 系统软件设计 .184.1 系统总体软件(主程序)设计 184.2
8、 温度信号采集模块程序设计 .194.3 报警电路模块程序设计 .214.4 LED 温度信号显示模块程序设计 .224.5 64 位 ROM 注册码显示模块程序设计 222第五章 系统仿真及结果分析 .255.1 系统预期实现功能 .255.2 系统新增创新功能 .255.3 系统实际仿真及结果分析 .25第六章 总结与展望 .296.1 总结 .296.1.1 硬件电路总结 296.1.2 软件编程总结 296.2 展望 .296.3 市场推广与应用前景 .306.4 结束语 .30注释 .31参考文献 .32附 录 .34xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）1第一章 绪论1.
9、1 课题研究背景随着计算机网络、通信、控制等技术的发展,智能建筑的发展越来越迅猛。目前，国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。就智能建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，也不管有多少人。或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求，同时也给人的视力造成了很大的影响。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化
10、程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。部分学校也意识到了教室照明中存在的巨大浪费，采取了各种各样的管理方式，企图来杜绝这种浪费。如:费用包干制、任课教师负责制、组织勤工俭学学生或聘用专职人员进行专门管理，拉闸限电等等。许多学校都采取过这些方法，但始终没能长久坚持下去，也就没有取得理想效果。其次，学生对教学楼教室的利用状况的未知往往造成有些教室人满为患，有些教室无人问津的状况。从而由于管理不当而影响教学资源分配等种种问题。1.2 国
11、外发展趋势世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从 1974 年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%，丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是 OECD 成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统，例如丹麦热电同供热电厂(CHP)，而且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了 90%。丹麦政府很重视住房空间用电的节能，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出 8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司
12、不断的推出新型高输出的荧光灯，节约 6%的总系统功率，并具有更高的光通和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能 60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）21.3 国内技术现状目前，我国照明用电约占社会总用电量的 12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电 60%到 80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据测算年节约用电可达 3442 万千瓦时，节约电费 2519.7 万元。政府己经在商厦、学校、医院等更换了 24 万只节能灯具。在
13、奥运工程的建设上，也大量运用节能技术，北京的奥运厂馆“水立方” ，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗 50%。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯关自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。1.4 课题研究的目的针对目前学校教学楼用电设备控制和教学管理不足的现状，以提高教室用电设备控制的自动化和教学管理的效率为目的，开发了一套功能较完善的基于总线的智能教室照明控制系统。本系统应用先进的电子技术、网络技术、自动控制技术以及实用的软件平台。（1）基于 AT89C52 单片机的教室灯光智能设
14、计；（2）加强灯光控制智能化理念。1.5 课题研究的内容本课题的研究内容主要有以下六点：（1）灯光控制方案的研究；（2）灯光检测方案的研究；（3）教室内人数检测方案的研究；（4）热释电红外传感器的信息处理；（5）人体与光照环境信号采集与处理；（6）开发单片机系统。xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）3第二章 系统总体设计2.1 系统总体设计思想该系统以 AT89S51 单片机 8作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能
15、控制。整体系统由人体传感器感应信号，再送入单片机进行处理，再由单片机控制控制教室灯光。同时将环境亮度检测、人工控制、报警控制等功能加入到系统中。系统设计流程图如下：图 2-1 系统总体设计思路图室内灯光控制系统可以根据作息时间、气候、人体等因素全天候自动模糊控制室内照明电器的开和关。做到光线暗时开灯，雨天阴天时开灯，无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。在确保室内正常照明同时，可有效防止无人灯（无人时开灯）无效灯（光线亮时开灯） 、无限灯（休息时间开灯） ，从而达到节电目的。根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功能表，如表 2-1 所示。系 统 方 案 分 析软 件 设 计 硬 件
16、 设 计整 体 综 合器 件 分 析 选 择仿 真 设 计调 试xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）4表 2-1 系统逻辑关系表如果假设：室内光线强度为 A：光线弱时 A=1，光线强时 A=0；人 体 信 号 为 B： 有 人 时 B=1， 无 人 时 B=0；作 息 时 间 为 C： 上 课 时 C=1， 休 息 时 C=0；电 灯 开 关 状 态 为 D： 合 时 D=1， 断 开 时 D=0。则 表 2-1 可 以 转 化 为 表 2-2。表 2-2 系统逻辑真值表信号 室内光信号 人体信号 时钟信号参数 自然光信号 人体 作息时间电灯的开光状况符号 A B C D0 0 0
17、 00 0 1 0逻辑 0 1 0 0信号室内光信号 人体信号 时钟信号参数自然光照度 人体 作息时间电灯的开关状态强 无 休息 断强 无 上课 断强 有 休息 断强 有 上课 断弱 无 休息 断弱 无 上课 断弱 有 休息 断逻辑状态弱 有 上课 合xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）50 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 0状态1 1 1 1由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=ABCxxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）6第三章 系统硬件设计3.1 系统整体设计方案系统控制单元是以单片 主控模块为核心，其它外围电路主要包括:ISP4机下载线模
18、块、系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、灯光驱动模块、数码管驱动显示模块、环境光模块、EEPROM 存储模块、人体存在传感器模块、超时报警模块，其结构框图如图 3-1 所示：3.2 控制系统的主要硬件电路3.2.1 系统主控电路本系统的主控模块主要采用 Atmel 公司的 AT89C52 作为主控芯片。AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，它具有如下特点： 40个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，32 个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程
19、定时计数器,2 个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。 主要特性： 8031 CPU 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程 FLASH 存储器(寿命：1000 写/擦循环) 全静态工作： 0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8 位内部 RAM 32 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/ 计数器图 3-1 系统控制单元结构框图51 系统模块ISP 下载线模块看门狗模块硬件时钟模块数码管显示模块灯光驱动模块环境光模块EEEPROM 存储器模块电源模块人体存在传感器模块xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）7 6 个中断源 可编程串行通道 ,其管脚分布如图 3.2
20、 所示。图 3.2 AT89S51 引脚图复位电路：RST 引脚对地电阻为 40-220 千欧姆，因此在 RST 引脚和电源 VCC 之间接一容量为 10-22 微法的电容后，即可构成最简单的 RC 复位电路。AT89S52I/0 端口与系统其它外围器件接口的分配情况表如表 3-1 所示。89552 引脚 外围器件引脚 说明P0.0-P0.7 ULN2803 数码管段码驱动接口P2.0-P2.7 NPN-9012 基极 数码管位控驱动接口P1.0 X5045SI X5045 串行输入端Pl.1 X5045SCK X5045 串行时钟端P1.2 X5045CS X5045 片选端P1.3 X50
21、45S0 X5045 串行输出端P1.4 系统工作灯显示端口P1.5 DS1302CLK DS1302 时钟线P1.6 DS1302I0 DS1302 数据线P1.7 DS1302RST DS1302 复位线xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）8表 3-1 外围器件接口的分配3.2.2 在线编程模块电路以往单片机的实验往往依赖于仿真机和单片机学习系统，价格昂贵，近年来，随着 FLASH 型单片机的广泛应用，采用软件模拟结合写片验证成为一种经济实用的实验方法，尤其是随着单片机技术的发展，很多单片机都具有了 ISP 功能，不再需要仿真机，将单片机的易用性推向一个新的高度。AT89C52
22、 芯片就是这样的芯片。AT89C52 芯片支持在线编程(ISP)功能，用户可以通过 AT89C52 在线编程接口直接对电路板上的 CPU 进行在线编程，方便了程序的修改烧写工作。ISP 进行在线编程时，用 AT89C52 芯片的 P1.5，P1.6，P1.7 引脚及 RST 端口，通过PC 并口，根据工 SP 协议制作简单的编程器就可对 CPU 进行编程。在线编程(ISP)器的红色 LED 是电源指示灯，绿色 LED 是复位指示灯，黄色 LED 是时钟信号指示灯，每个 LED 约消耗 0.6mA 的电流，它们使用独立的缓冲器不会影响下载线和用户板，当执行菜单命令 Reset 时可以看到绿色 L
23、ED 闪一下，表示电脑已经可以控制下载线;其下载线正常工作电压为 DC3.6-6V，部分电脑即使不连接 VCC 也可以正常工作，10 心的插头和插座有三角形标志的均为第一脚。使用方便、快捷，且工作显示信号清晰。3.2.3 系统供电电路要取得+5V 电压，若选用 12V 的变压器，整流滤波后输出往往大于 12V，会使稳压器功耗大，自身温度较高。故不选用输出电压为 12V 的变压器，而选用输出电压为 9V 的变压器。系统接通 220V 交流电源后，将 220V 交流电变压到9V，经过二极管全波整流、电解电容 Cl，C2 滤波，再经一只正输出稳压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端
24、还采用了电容 C3、C4，最P1.5 一 P1.7 工 SP 在线编程端P3.0 一 P3.1 数据采集输入端P3.2 遥控器接收信号端P3.3 人体存在传感器输出信号端P3.4 超时报警信号输入端P3.5 一 P3.6 灯光驱动输入端P3.7 光敏三极管输入信号端xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）9后得到+5V 的直流工作电源，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的Vcc+端供电。其供电原理图如 3.2.31 2 3 4 5 图 3.2.3 供电原理图在硬件时钟模块中，为了在断电后硬件时钟能够正常运行，故采用主从双电源供电方式。硬件时钟一般在系统的+5V 主电源情况下工作，
25、而只有系统+5V主电源消失的情况下，为确保硬件时钟的正常运行，设计一个 3. 6V 的可充电铿电池作为备用电源。具体电路及其原理将在后面的系统时钟电路部分详细说明。3.2.4 数据采集电路教室检测控制单元数据采集模块对教室内光照强度、教室的学生人数，教室内的灯状态，主要通过光照传感器、红外传感器来完成，各器件将检测到的非电量转化成各自对应的电量进而传送给单片机进行处理，单片机可实现对各传感器的定时采集并根据设定值进行比较处理。同时通过通讯接口将处理后的数据向上位机控制单元传送。也可通过该通讯接口，上位机单元发出的控制指令，现场控制单元实现相应的控制命令操作。1.环境光采集电路（1）光电检测器件
26、选择目前，在光电检测技术中常用的一些光电检测器件有光敏电阻、光电池、光电二极管、光电三极管等，选择光照传感器可根据参考表 3.3 来进行比较选择。3.3 各种光谱器比较xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）10特性器件光敏电阻光电池光电二极管光电三极管光谱和光电特性光谱响应 灵敏度可见光至红外可见光至红外可见光至红外可见光至近红外高低一般高线性度差一般好差伏安特性电阻型光伏型光伏型和饱和型饱和型电特性输出电流大最大小大噪声特性低低高高光敏电阻和其它光电检测器件相比具有以下特点：a) 灵敏度高，光电导增益大于 1。b) 工作电流大，可达数毫安。c) 所测光强范围宽度，既可检测强光也可检
27、测弱光。（2）光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理是：在其两极加上一定的电压后，当光照射在光电导体时，由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向运动。在电路中产生电流，达到光电转换的目的。光敏电阻的工作原理如图 3.8 所示：光照光电导体I p电极电极图 3.8 光敏电阻的工作原理光敏电阻随光照强度的增加起导电性能变好，既光敏电阻的电导率增加，流过其内的光电流增加，其本身的电阻值减小，随光照强度的增加起导电性能变差，既光敏电阻的电导率减小，流过其内的光电流增加，其本身的电阻值增加。教室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常
28、见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体传感器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了逻辑电平输出的 HP-208 型号的人体存在传感器。（3）环境光采集电路原理xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）11光电传感器是一种能够将光转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。在无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流 Iceo 有光照时，产生的 Ib 增大，成为光电流 Ie。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。因此光敏三
29、极管灵敏度高，而且体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，其外形电路图形符号如图 3.2.4. 1-1图 3.2.4. 1-1环境光采集电路原理图如图 3.2.4 1-2 所示。当自然光强大于一定程度时，光敏三极管 D6 呈现底阻状态2. 5V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将RST 置为高电平。I/0 为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。 硬件时钟芯片 DS1302 与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位 MSB (D7)必须为逻辑 1，如果D7=0，则禁止写
30、 DS1302，即写保护:D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定 RAM 数据;D5D1 指定输入或输出的特定寄存器;最低位 LSB (DO)为逻辑 0，指定写操作(输入)，DO=1，指定读操作(输出)。在 DS1302 的时钟日历或 RAM 进行数据传送时，DS1302 必须首先发送命令字节。若进行单字节传送，8 位命令字节传送结束之后，在下 2 个 SCLK 周期的上升沿输入数据字节，或在下 8 个 SCLK 周期的下降沿输出数据字节。DS1302 与 RAM 相关的寄存器分为两类:一类是单个 RAM 单元，共 31 个，每个单元组态为一个 8 位的字节，其命令控制字为 COHFDH，其中
31、奇数为读操作，偶数为写操作;再一类为突发方式下的 RAM 寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的 RAM 的 31 个字节。要特别说明的是备用电源，可以用电池或者超级电容器(0.1F 以上)。虽然 DS1302 在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时一间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的 3. 6V 充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100就可以保证 1 小时的正常走时。DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化F操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。3.2.6 系统看门狗电路在单片机工炸过一程中，不可避免的会由
32、于外界的干扰而产生程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况，为了能够恢复单片机的工作，只能采用重新复位的方法，虽然在程序设计中，一可以使用软件陷阱的方法来减少这种情沉的发生，但是不能完全解决这个问题，因此还应该在硬件设计中使用看门狗电路，这样在单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个夏位信号给单片机，使单xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）18片机复位重新执行程序:.现在的 MCU 被集成了越来越多的功能，有的集成了看门狗，如工 IMP813L。还有的芯片更是把 EEPROM 也集成进去，如 X5045 芯片。由于系统需要看门狗和 EEPROM，所以本硬件设计中使用了美国 Xicor
33、公司生产的芯片 X5045。X5045 具有三种常用的功能：看门狗定时器、复位控制和 EEPROM 集成在单个 8个引脚封装的 CMOS 器件内，将电源监控和看门狗功能与高速三线非易失性存储器组合庄一起，从而在很人程度上降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求，X5045 的引脚排列如图 3.2.6-1 图 3.2.6-1X5045 的引脚排列看门狗定时器的预置时间是通过 X5045 的状态寄存器的相应位来设定的。如表3. 2. 6 状态寄存器所示，X5045 状态寄存器共有 6 位有含义。其中 WD l , WDO 和看门狗电路有关，其余位和 EEPROVI 的工作设置有关。表 3. 2.
34、6 状态寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D! D0X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIPWD1=0，WD0=0，预置时间为.S。WD1=0，WD0=1，预置时间为.S。WD1=1，WD0=0，预置时间为.S。WD1=1，WD0=1，禁止看门狗工作。看门狗电路的定时时间长短可山具体应用程序的循环屁期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。本系统中 X5045 的硬件连接图如图xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）193.2.6-2 所示。3.6.2-2 X5045 的硬件连接图系统数据存储及故障保护部分由 X5045 组成，X5045 是一种串行
35、通讯的 512字节 EEPROM，同时兼有看门狗和电源监控功能，X5045 有三种可编程看门狗周期，上电和 VCC 低于检测门限时，输出复位信号，X5045 输出复位高电平有效，为了复位更加可靠，其复位输出端外接一个 10K 的上拉电阻，并与 AT89C52 的复位端相连。看门狗能在电源上电、掉电期间产生一个复位信号。该芯片还带有一个 1. 4 秒的看门狗定时器可监控单片机的工作。如果在 1. 4 秒内未检测到其工作，出现故障，内部定时器将使看门狗 WD I 处于低电平状态，为系统提供保护，避免死机、程序跑飞或进入死循环等意外的发生。X5045 代表了新一代串行 EEPROM 的发展趋势，它的
36、运用极大的节省了系统空间和资源，同时简化了电路设计，缩短产品开发周期。3.2.7 继电器驱动接口电路继电器驱动接口电路如图 3.2.7 所示，这里继电器由相应的 PNP 型号的59012 三极管来驱动，开机时，单片机初始化后的 P3. 5/P3. 6 为高电平，三极管截止，所以开机后继电器始终处于释放状态，如果 P3. 5/P3. 6 为低电平，三极管的基极就会被拉低而产生足够的基极电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。继电器的输出端并联 100 欧的电阻和 6800 皮法电容，目的是避免继电器吸合与释放期间产生火花。每个继电器都xxx 学院 xxxx 届本科生毕
37、业设计（论文）20有一对常开常闭的触点，便于在其他电路中使用，继电器线圈两端反相并联的二极管是起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管，这种继电器驱动方式硬件结构比较简单。图 3.2.7 继电器驱动电路图3.2.8 超时报警电路在教室中，若采用手动方式控制时，一方面由于学生及管理人员的疏忽，教室里没有人而灯还亮着，导致教室灯工作超时，能源浪费，于是本系统采用超时报警电路，以声音的方式来提醒管理人员是否关闭电源。另一方面由于学生学习紧张，在夜里忘了时间点，学习期间开灯时间过长，致使教室灯工作超时，于是本系统超时报警电路就会发出声音，提醒学生应该休息或必需改用遥控器手动方式来控制灯了。这样，
38、还可以更好地保护公共设施。本系统采用超时报警的电路如图 3.2.9 的 P3.4 端口外加一个 10K 的上拉电阻，再经过限流电阻 100 欧与三极管 C945 的基极相连。当 P3.4 端口为低电平，即基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣器发出声音，以示教室灯工作超时。若 P3. 4 端口为高电平，即基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。本系统采用超时报警电路方便了管理人员对教室的管理，能够更好地、及时地管理教室。xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）21图 3.2.7 继电器驱动电路图xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）22第四章 系统软件设计在单
39、片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。用户软件的开发与系统硬件有着密切的关系。在本系统的设计过程中，总体设计采用自上至下的设计思想将主程序设计好，而在各个部分展开成从属程序或子程序时，是将各个小模块分别进行设计和编程，同时在编程的过程中又用到了结构程序设计的思想。4.1 系统监控主程序模块监控程序按模块分为监控主程序和命令处理子程序。监控主程序的基本任务是调用子程序，一个主程序可以调用多个子程序，对于 51 系列单片机，系统资源有限，主程序通常是一个无限循环的过程，即是一个反复调用子程序的过程。子程序主要分为中断子程序和功能子程序，它们之间可以互相嵌套和调用，即中断子
40、程序可以调用功能子程序。而命令处理子程序完成各种命令所规定的具体操作，它按各种命令再分为不同的子程序模块，它一般总是把其余部分连接起来构成一个无限循环，系统所有功能都在这一循环中周而复始的有选择的执行。其监控主程序流程图如图 4-1 所示: 图 4-1 监控主程序流程图系统初始化看门狗激活设定定时器，允许定时中断上电Reset人体传感器处理任务 环境光处理任务 定时时钟管理 显示刷新任务xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）234.1.1 系统自检初始化系统自检初始化是保证整个控制系统能够正常运行的重要条件，系统加电复位后，直接进入自检初始化程序，完成系统的自检及初始化。初始化过程主
41、要是对一些控制寄存器(如中断控制)、数据区和外部芯片(如时钟芯片 DS1302 等)进行初始参数设置和定义。本系统中的自检初始化主要指各接口芯片的检测、芯片内部设定参数的初始化及系统内部寄存器的初始化。各接口芯片的检测主要检测各芯片是否己处于准备工作的就绪状态，有无硬件故障等，如检测各位 LED 是否正常显示系统设置开机时的界面，检测硬件时钟 DS1302 是处于更换芯片后初次使用为起振状态，还是处于备用电源供电振荡保持状态，即检测系统中控制时间表的有效性，检测人体传感器输出信号是否正常体现人体存在的信息，检测环境光是如何影响光采集电路输出的信号等。若时钟芯片处于启动状态，系统控制时间表无效，
42、则需要对其进行初始化并启动实时时钟。系统内部寄存器初始化主要是指在数据缓冲区内，各用户定义的数据变量的初始化赋值及部分特殊功能寄存器 SFR 的复位初始化，单片机复位后，程序计数器 PC 指向程序存储器的入口地址 0000 单元，程序状态字寄存器 PSW 清零，片内存储器选择工区工作寄存器，用户标志位 F0 为 0 状态，堆栈指针 SP 指向07H，其它定时器、中断允许寄存器 IE、累加器 ACC 等皆为 00H。4.1.2 定时中断处理定时中断是利用单片机内部的定时器定时时间到或计数值已满引起的中断，内部定时器的计数器可以对内部时钟或从外部引线 TO 和 TI 输入的外部脉冲进行计数。计数器
43、的溢出信号作为中断请求信号，去置位定时器溢出标志位，向单片机的 CPU 申请中断。定时中断为周期性中断，每隔一定的时间会中断一次。本系统中设定的定时中断主要用来构造多任务操作系统，在系统响应中断后，无需对断点实施现场保护，可直接进行多任务时间的划分工作，使相应的操作任务进入就绪状态，即该中断可以启动有关的任务就绪。该定时中断处理程序框图如图 4-I-2 所示。xxx 学院 xxxx 届本科生毕业设计（论文）24图 4-1-2 定时中断处理程序框图本系统还采用了外部中断，此外部中断主要用来判断是否有遥控器信号，若有，就采集下来并加以处理；若无，则返回到主循环。4.2 多任务操作系统的构建多任务操作是将用户应用程序分成多个任务，在操作系统的管理下，以某种准则调度并分配任务由处理器去执行。多任务运行实现一般是靠 CPU 运行实时内核，对多任务进行分配和调度，使 CPU 不停地执行这些任务中的某一个任务，以至能最大限度地提高 CPU 的利用率，加快运行速度，各任务(程序)不被耽误运行。本系统多任务的执行是对定时中断中设置的实时标志进行检测，通过标志位的状态决定各任务的调用。任务的执行在微观上是分时顺序进行的，但在宏观上可以认为是同时执行的。因此，各任务在实时系统中的就会处于四种状态中的某开始定时中断到？ 多任务启动时间划分下一步YN运行等待 休眠就绪
