1、教室智能照明控制系统毕业设计任务书毕业设计任务书毕业设计题目:教室智能照明系统毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提
2、交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 设计题目:教室智能照明系统设计要求:设计一个教室智能照明控制系统,通过多种传感器采集室内光线、人数分布等信息,利用控制电路调节照明强度,实现节能控制。设计任务画出电路原理图编写设计说明书,1 万 5 千字以上。包括:设计任务书前言目录正文,包括:设计思想、电路工作原理、元器件选择、电力元器件参数、使用元器件明细表、总结、参考资料等3.B5 版面,正文 5
3、 号或小 4 字号,章标题小 2 加粗,节标题小 4 加粗。基于单片机的照明控制系统设计与实现摘要随着电子技术的飞速发展,基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业,微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心,代替了传统的控制系统的常规电子线路。同时楼宇智能化的发展与成熟,也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。本文介绍了基于 AT89C51 的室内灯光控制系统及其原理,提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术,利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器
4、、分控制器分别是以 AT89C51 单片机为基础,实现了通信、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括:键盘与 LED 显示电路、RS485 通信电路、照明灯控制电路以及看门狗电路等。对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与 LED 显示等程序设计。关键词:灯光控制系统;AT89C51;单片机;节能;采集电路The Control System for Lighting Based on Single?chip Microcomputer AbstractWith the rapid development of electro
5、nic technology, the system of control based on Single-chip Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional system?electronic circuit.
6、 At the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and
7、 its principle are introduced. Some effective and energy saving control strategys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ,using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control The s
8、ystem includes hardware and software design in two parts. The host controller of the control system for lighting is based on AT89C51 single-chip microcomputer, and the auxiliary ones are based on AT89c51. The system can do many jobs, such as wired communication, wireless data transmitting, controlli
9、ng and display. The paper describes the designing process of the circuit at length, including: keyboard and LED display circuit, RS485 communication circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circuit, etc. The designing of software mainly includes the several progr
10、amming, such as wired communication, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning and LED displaying. The wired communication programming function is that through Master-slave communication method based on RS485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each
11、 one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc Key words:lighting control system;AT89C51; Single-chip microcomputer;energy saving;acquisition of signal?前言随着国民经济的快速发展和社会进步,教育在全社会愈加被关注和重视,校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大,教室的数量也大幅度增加。
12、为使师生有舒适的教学和学习的环境,无论是教室的面积、设施和照度,校方在力所能及的范围内,都付出了十分的努力。但由于学校开放型的管理模式,以及全员的节能意识的淡薄,高校的教室在白天室内照度很高的情况下,仍然普遍存在开灯作业;即使室内无人或人数很少的情况下,也是全部开启室内照明。夜间许多教室,即使仅有几个学生在教室自习,但室内照明全部开启,绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是,人走不熄灯的现象到处存在。这种有形和无形的浪费,给校方的水电支出带来了沉重的负担。学校的水电支出约占全校经费支出的 1/4?1/5,电费支出占据较重比例。其中主要能耗浪费较大的是:教室照明和空调的使用。而教
13、室照明的浪费源自予长明灯、白天亮灯、不合理使用照明以及旧灯管的不及时更换。能源短缺是 21 世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外,节约能源,提高效益也就成为了我们研究的课题。所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑,高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。本篇论文介绍了就是基于单片机 AT89C51 的室内灯光控制系统的研究和开发。本系统是以单片机为控制器的核心,其中上位机和下位机都是以 AT89C51为基础,再连接外围电路,通过现场总线 RS485 通信方式实现照明灯具的智能控制。系统通过人体信
14、号采集电路对人体信号采集和光信号采集电路对光信号采集以及相应的处理并输入给单片机,单片机对输入信号判断并输出信号来控制学校教室内灯光的开关和亮度。第一章 概述1.1 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。现
15、代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外,将更注重能量的节省和使用上的便利,以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升,不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以要做到合理、经济、节能,首先应采用先进成熟的技术和产品,如电光源、灯具、照明控制系统。因此,适应不同个人和工作需要,结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必不可少了。而在大学校园的建设热潮中,各大高校和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。相对商业楼宇而言,大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少,照明灯具则相对比重更多,所以控制教室照明是节能的关键。使用照明控制系统,更能体现其
16、在节能与管理方面的优势,提高学校的科学管理水平,而且还能节省开支。1.2 课题研究的目的与意义1.2.1 良好的节能效果和延长灯具寿命节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式,只能是白天关灯,晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后,可以根据不同场合、不同的人流量,进行时间段、工作模式的细分,把不必要的照明关掉,在需要时自动开启。同时,系统还能充分利用自然光,自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式,在保证必要照明的同时,有效减少了灯具的工作时间,节省了不必要的能源开支,也延长了灯具的寿命。 1.2.2 改善工作环境,提高工作效率 良好的工作环境是提高工作
17、效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统,都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法,可以有效地控制各种照明场所的平均照度值,从而提高照度均匀性。同时,系统能根据不同的时间段,人们的不同需要,自动调节照度。 1.2.3 提高管理水平 智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下,不需要有人的参与,照明系统自动实现开关和调光功能,既大大减少了管理人员的数量,也排除了由于人为因素而出现的不定时开关,影响学校的正常教学、生活秩序的情况。 1.2.4 较好的投资收益效果 智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时,有效节省了电费与管理费
18、用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看,节能效果能达到 40%以上,一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到 25%30%。 1.3 系统设计1.3.1 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分,依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法,该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机,并确定与之配套的外围芯片,使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计,画出详细电路图,标出芯片的型号、
19、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改,最终达到设计目的。软件设计部分,首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计,拟定详细的工作计划;然后进行具体设计,包括各模块的流程图,选择合适的编程语言和工具,进行代码设计等;最后是对软件进行调试、测试,达到所需功能要求。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系,本系统由于是采用 51 系列单片机。本系统软件设计采用模块化系统设计方法,先编写各个功能模块子程序,然后进行组合与调整,经过调试后,达到设计功能要求。1.3.2 系统设计思路系统的结构主要由三部分组成:(1)上位机系统;(2)下位机系统;(3)通信系统。这三部分
20、共同完成了主控制器通过有线通信方式与分控制器进行信息交换,达到控制照明灯具的目的。有线通信系统的结构框图如图 2.1 所示。1.通信系统该多机通信系统采用 RS-485 半双工主从式通信系统,主机可以发送数据或命令到从机,从机主要负责对分布的照明灯具进行控制,用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。图 1-1 有线通信系统结构框图2.上位机系统系统的主控制器通过 RS-485 总线将数据或命令发送给分控制器,同时将信息送给数码显示单元进行显示,并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。主控制器硬件电路结构如图 2.3 所示。分控制器接收主控制器的发来的数据和命令,通过可控硅电路对照明灯具进
21、行开关控制,并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。图 1-2 主控制器硬件电路结构框图3.下位机系统分控制器硬件电路结构如图 2.4 所示。系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示,同时能够控制照明灯具,其硬件电路只是系统的实施工具,大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂,是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁,是维 护系统正常工作的工具。图 1-3 分控制器硬件电路结构框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
22、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 1-1 所示。信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开关状态参数 自然光照度 人体 作息时间逻辑状态 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 断弱 有 上课 合表 1-1 系统逻辑关系表如果假设:室内光线强度为 A:光线弱时 A1,光线强时 A0;人体信号为 B:有人时 B1,无人时 B0;作息时间为 C:上课时 C1,休息时 C0;电灯开关状态为 D:合时 D1,断开
23、时 D0。则表 1-1 可以转化为表 1-2。表 1-2 系统逻辑真值表信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开光状况参数 自然光信号 人体 作息时间符号 A B C D逻辑状态 0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 0 01 0 1 01 1 0 01 1 1 1由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为:DA?B?C第二章 硬件电路设计与实现2.1 系统硬件总述系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成,共有六个主要部分:AT89C51 芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、输出控制电路、定时监视器电路,如图 2-1 所示。图
24、 2-1 系统硬件总述图2.2 CPU 性能介绍本系统采用了 ATMEL 公司 MCS-51 系列单片机中的 AT89C51 芯片,它是低压高性能 CMOS 8 位微处理器,带有 4k 字节 Flash 闪速存储器,128 字节内部RAM,15 个 I/O 口线,两个 16 位定时/计数器,?个 5 向量两级中断结构,一个全双工串行通信口。2.3 主控制机电路设计主控制器采用 AT89C51 单片机作为微处理器,AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4K bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存
25、取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元。主控制器系统的外围接口电路由键盘、数码显示及驱动电路、晶振、看门狗电路、通信接口电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如下图 2-2 所示。2.3.1 键盘的接口设计键盘的结构形式有两种,即独立式按键和矩阵式键盘。本系统使用的是44 矩阵式键盘,第一行从左到右为 1、2、3、4,第二行为 5、6、7、8,第三行为 9、0、开、关,第四行为增值、减值、定时、确认。该形式的键盘,每个按键开关位于行列的交叉处,采用逐
26、行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 相连,矩阵键盘的行线从上到下分别与 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 相连。每当按下一个键时,对应的行线与列线就会连通,这样单片机就能检测出信号,并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描,以识别被按键的行、列位置。2.3.2 LED 数码显示的接口设计数码显示与驱动电路由 74LS138 译码器、7447 TTL BCD-7 段高有效译码器/驱动器、4 个数码管以及 5 个 A1015 三极管组成。由单片机的 P0.0P0.3 口输出的四位 BCD 码,经 7447 芯片后,翻译成 7 段数码管
27、a、b、c、d、e、f、g 相应的段,并输出点亮数码管相应的段。单片机的 P0.4、P0.5 口输出的信号经74LS138 译码器后产生的高电平信号加在 A1015 三极管的基极,控制三极管的导通,从而起到对相应数码管的选通作用。4 个 7 段数码管都被接成共阳极方式。2.3.3 看门狗监控电路的设计本系统采用 IM 公司的低成本微处理器监控芯片 813L 构成硬件狗,与AT89C51 的接口电路如图 3.1 所示。MR 与 WDO 经过一个二极管连接起来,WDI 接单片机的 P2.7 口,RESET 接单片机的复位输入脚 RESET,MR 经过一个复位按钮接地。该监控电路的主要功能如下:(1
28、)系统正常上电复位:电源上电时,当电源电压超过复位门限电压4.65V,RESET 端输出 200ms 的复位信号,使系统复位。(2)对+5V 电源进行监视:当+5V 电源正常时,RESET 为低电平,单片机正常工作;当+5V 电源电压降至+4.65V 以下时,RESET 输出高电平,对单片机进行复位。(3)看门狗定时器被清零,WDO 维持高电平;当程序跑飞或死机时,CPU 不能在 1.6s 内给出“喂狗”信号,WDO 跳变为低电平,由于 MR 端有一个内部 250mA 的上拉电流,D 导通 MR 获得有效低电平,RESET 端输出复位脉冲,单片机复位,看门狗定时器清零,WDO 又恢复成高电平。
29、(4)手动复位:如果需要对系统进行手动复位,只要按下手动复位按钮,就能对系统进行有效的复位。2.4 分控制器的电路设计 图 2-3 分控制器系统的硬件电路原理图分控制器采用低档型的 AT89C2051 单片机作为微处理器,AT89C2051 也是美国 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 2K bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),兼容标准 MCS-51 指令系统,具有 15 线可编程 I/O 口,该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。2.5 RS485 通信电路的设计在各
30、种分布式集散控制系统中,往往采用一台单片机作为主机,多个单片机作为从机,主机控制整个系统的运行;从机采集信号,实现现场控制;主机和从机之间通过总线相连,如图 2-4 所示。主机通过 TXD 向各个从机(点到点)或多个从机(广播)发送信息,而各个从机也可以向主机发送信息,但从机之间不能自由通信,其必须通主机进行信息传递。 图 2-4 单片机多机通信连线图多机通信时,为了保证通信的可靠性,在点到点通信时,采用了寻址技术,即主机先发送一帧地址信息给各个从机,各从机接收到主机发来的地址信息后,便与本机的地址号相比较。若相同,则开始与主机的通信;若不同,则不理睬主机发送的数据信息,也不向主机发送信息。多
31、机通信时,单片机的串行口只能工作在方式 2、3。此时单片机发送或接收的一帧信息都是 11 位,1 位起始位、9 位数据位、1 位停止位,其中第 9 位数据发送或接收是通过 TB8 或 RB8 实现的。当主机发送地址信息时,使 TB81,所有 SM21 的从机都将产生中断,接收此地址信息进行比较,其中被主机呼叫的从机的 SM2 位被清“0”;主机发送数据信息时,使 TB80,仅有 SM20 的从机才将产生中断,接收主机发来的命令或数据信息,其余从机不予理睬。针对 RS232 的不足,出现了新的串行数据接口标准 RS-422,它采用平衡驱动和差分接收的方法,从根本上消除了地波和共模电磁波的干扰。发
32、送端相当于两个单端驱动器,发送同一个信号时,其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的反相信号。于是两条线上传送的信号电平,当一条表示逻辑“1”时,另一条为逻辑“0” 。在干扰信号作为共模信号出现时,接收器接收差分输入电压,只要接收器有足够的抗共模电压工作范围,就能从地线的干扰中分离出有效信号,正确接收传送的信息,其最小可区分 0.20V 的电位差值。由于平衡双绞线的长度与传输速率成反比,RS422 在1200 米距离内能把速率提高到 100Kb/s;在较短距离内,其传输速率可高达10Mb/s,实现了长距离、高速率下传输数据。采用 RS-422 实现两点之间远程通信时,需要两对平衡差分电路形成全
33、双工传输电路。在实际应用系统中,往往有多点互连而不是两点直连,而且大多数情况下,在任一时刻只有一个主控模块(点)发送数据,其他模块(点)处在接收数据的状态,于是便产生了主从结构形式的 RS-485 标准。RS485 只能按半双工方式工作,因此发送电路必须由使能信号加以控制,但它只需要一对双绞线即可实现多点半双工通讯。本系统的有线通信方式采用 RS485 总线进行通信,RS485 标准支持半双工通信,只需三根线就可以进行数据的发送和接收,同时具有抑制共模干扰的能力,接收灵敏度可达200mV,大大提高了通信距离,在 100K bps 速率下通信距离可达 1200m,如果通信距离缩短,最大速率可达
34、10M bps。在这里使用的是主从式通信方式,主机由主控制器充当,从机为分控制器。主机处于主导和支配地位,从机以中断方式接收和发送数据,主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机,从机发送的信息只能为主机接收,从机之间不能直接通信。主机与从机的通信电路图分别如图 2-5 与图 2-6 所示。图 2-5 主机通信电路图图 2-6 从机通信电路图主机与从机选用的 RS485 通信收发器芯片为485,它是 IM 公司生产的用于 RS 485 通信的低功率收发器件,采用单一电源+5 V 工作,额定电流为 300 A,采用半双工通信方式。它完成将 TTL 电平转换为RS485 电平的功能。485 芯
35、片内部含有一个驱动器和接收器。RO 和 DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输入端,与单片机连接时只需分别与单片机的 RXD 和TXD 相连即可;RE 和 DE 端分别为接收和发送的使能端,当 RE 端为逻辑 0 时,器件处于接收状态;当 DE 端为逻辑 1 时,器件处于发送状态,因为 485 工作在半双工状态,所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可,主机与从机分别使用P2.6 与 P1.0 脚进行控制;A 端和 B 端分别为接收和发送的差分信号端,当 A 引脚的电平高于 B 时,代表发送的数据为 1;当 A 的电平低于 B 端时,代表发送的数据为 0。在进行通信时只需要一个信号控制 4
36、85 的接收和发送即可。同时将 A 和B 端之间加匹配电阻,这里选用 120 的电阻。 为了提高系统的抗干扰能力,采用光电耦合器 TLP521 对通信系统进行光电隔离。从机使用单片机的 P1.0 控制通信收发器 485 的工作状态,平时置 P1.0为低电平,使从机串行口处于侦听状态。当有串行中断产生时判别是否是本机号,若为本机地址则置 P1.0 为高电平,发送应答信息,然后再置 P1.0 为低电平接收控制指令,继续保持 P1.0 为低电平,使串行收发器处于接收状态;若不是本机地址,使 P1.0 为低电平,使串行收发器处于接收侦听状态。2.6 光信号取样电路光信号取样电路如图 2-7 所示,图中
37、主要由光信号采集电路和 A/D 模数转换电路组成,其中模数转换是电路的核心。信号经过采集送入 A/D 转换电路,通过单片机处理后,最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。A/D 转换器的位数应根据信号的测量范围和精度来选择,使其有足够的数据长度,保证最大量化误差在设计要求的精度范围内。本系统中,信号的测量范围的电压:0.00?9.99V,精度 0.01V。在本次设计中选用了带串行控制的 10 位模数转换器 TLC1549,它是由德州仪器(Texas Instruments 简写为 TI)公司生产的 ,它采用 CMOS 工艺,具有自动采样和保持,采用差分基准电压高阻抗输入,抗干扰性能好,可按比
38、例量程校准转换范围,总不可调整误差达到1LSB ,芯片体积小等特点。同时它采用了Microwire 串行接口方式,故引脚少,接口方便灵活。与传统的并行方式接口 A/D转换器(例 ADC0809/0808)相比,其单片机的接口电路简单,占用 I/O 口资源少。图 2-7 光信号取样电路2.6.1 Microwire 串行总线性能介绍Microwire 总线是美国国家半导体(NS)公司推出的三线同步串行总线。这种总线由一根数据输出线(SO)、一根数据输入线(SI)和一根时钟线(SK)组成 (但每个器件还要接一根片选线)。原始的 Microwire 总线上只能连接一片单片机作为主机,总线上的其它设备
39、都是从机。此后,NS 公司推出了 8 位的 COP800单片机系列,仍采用原来的 Microwire 总线,但单片机上的总线接口改成既可由自身发出时钟,也可由外部输入时钟信号,也就是说,连接到总线上的单片机既可以是主机,也可以是从机。为了区别于原有的 Microwire 总线,称这种新产品为增强型的 Microwire/PLUS 总线。增强型的 Microwire/PLUS 总线上允许连接多片单片机和外围器件,因此,总线具有更大的灵活性和可变性,非常适用于分布式、多处理器的单片机测控系统。要改变一个系统,只需改变连接到总线上的单片机及外围器件的数量和型号 Microwire 总线系统的典型结构
40、如图 2-8 所示。 图 2-8 Microwire 总线系统典型结构2.6.2 TLC1549 的接口设计图 2-9 TLC1549 引脚及与 A/D 接口电路TLC1549 采用了 Microwire 串行接口方式,其接口时序如图 2-9 所示,在芯片选择(CS)无效情况下,I/O CLOCK 最初被禁止且 DATA OUT 处于高阻状态。当串行接口把 CS 拉至有效时,转换时序开始允许 I/O CLOCK 工作并使 DATA OUT脱离高阻状态。串行接口然后把 I/O CLOCK 序列提供给 I/O CLOCK 并从 DATA OUT 接收前次转换结果。I/O CLOCK 从主机串行接口
41、接收长度在 10 和 16 个时钟之间的输入序列。开始 10 个 I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序。图 2-10 TLC1549 方式 1 时序图在 CS 的下降沿,前次转换的 MSB 出现在 DATA OUT 端。10 位数据通过DATA OUT 被发送到主机串行接口。为了开始转换 ,最少需要 10 个时钟脉冲。如果 I/O CLOCK 传送大于 10 个时钟长度,那么在的 10 个时钟的下降沿,内部逻辑把 DATA OUT 拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内,规定时间内 CS 端高电平至低电平的跳变可终止该周期,器件返回初始状态(输出数据寄存器的内容保持为前次转换
42、结果)。由于可能破坏输出数据,所以在接近转换完成时要小心防止 CS 被拉至低电平。时序图如图 2-10。2.6.3 TCL1549 的数据采集程序设计/*- AetADTLC1549 数据采集sbit ADCLKP10;sbit ADOUTP11;sbit ADCSP12;/*Void AetADuchar i1,w,PickCount;uint vol;forw1;wPickCount;w+ADCLKADOUT0;vol0;ADCS0;/开启控制电路,使能 DATA OUT 和 I/O CLOCKfori1;i10;i+/采集 10 位串行数据/给一个脉冲ADCLK1;vol1;ifADOU
43、Tvol|0x01;ADCLK0;ADCS1;delay21;/两次转换间隔大于 21usP00xff;/P0 口置初始输入状态2.7 人体信号采集电路人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。2.7.1 人体红外探头人体红外检测探头由菲涅尔透镜、热释红外传感器 P2288 组成。2.7.2 比较电路 比较电路如图 2-15 所示,由两个运算放大器组成,输入信号来自于红外人体探头输出。比较电路中的基准电压分别由两个独立的分压电路得到,供电路比较所用。即运算放大器 D1 的 6 脚和 D2 的 1 脚电压分别为0.45V 和 2.0V。图 2-15 人体信号比较电路通过比较电路将相应的电压比
44、较结果以数字信号输出。当被动红外探头在有效范围内感应到人体信号后,运算放大器的“2 脚”或“5 脚”的电压降为3.0V;当被动红外探头在有效范围内没有感应人体红外信号时,“2 脚”或“5 脚”的电压降为 1.0V。探头故障断路时,则“2 脚”或“5 脚”的电压降为 0V。1.探头工作正常 “1 脚”的电压恒定为 2.0V,“2 脚”的电压有 1V 或是 3.0V 两种状态,“6 脚”的电压恒定为 0.45V,“5 脚”的电压与“2 脚”的电压保持一致。探头将会根据有无人体信号在“2 脚”产生 1.0V 或 3.0V 两种电压信号。2.探头工作不正常(由于故障或没有安装探头)“1 脚”的电压恒定
45、为 2.0V,“2 脚”的电压为 0V,“6 脚”的电压恒定为 0.45V,“5 脚”的电压为 0V。探头将只会产生一种电压信号 0V。具体的比较结果如下表 2-1 所示。表 2-1 探头采集信号输出状态表探头工作状态 “1 脚”电压 “2 脚”或“5 脚”电压 “6 脚”电压 P2.6 P2.5正常工作 无人状态 2.0V 1.0V 0.45V 1 1有人状态 2.0V 3.0V 0.45V 0 1断路或故障 2.0V 0V 0.45V 1 0通过比较电路,不仅解决了不同工作状态时被动红外探头的对外界人体红外信号的采集,而且也实现了仅通过被动红外探头的两根电源线同时也传输了所采集的周围环境的
46、红外信号,一举两得。2.8 DS12887 时钟芯片接口电路设计本次系统设计中,灯光设计有以时间作为基准信号,故采用了 DALLAS 公司的 DS12887 芯片。DS12887 为 DALLAS 公司生产的实时时钟芯片,除具有实时钟功能外,它还具有 114 字节的通用 RAM,采用 CMOS 技术制成,具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池,而且它与目前应用广泛的时钟芯片 MCB 和 DS1287 管脚兼容。采用 DS12887 芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件,并具有良好的微机接口。DS12887 芯片具有微功耗,外围接口简单,精度高,工作稳定可靠等优点,可广泛用于各种需要较高精度的实时
47、时钟系统中。1.DS12887 的原理及管脚说明图 2-16 显示了 DS12887 管脚排列图,并分别说明管脚功能:VCC:直流电源+5V 电压。当 5V 电压在正常范围内时,数据可读写;当 VCC低于 4.25V,读写被禁止,计时功能仍继续;当 VCC 下降到 3V 以下时,RAM 和计时器被切换到内部锂电池。MOT 模式选择:MOT 管脚接到 VCC 时,选择 MOTOROLA 时序,当接到 AFND 时,选择 INTEL 时序。SQW 方波信号输出:SQW 管脚能从实时时钟内部 15 级分频器的 13 个抽头中选择一个作为输出信号,其输出频率可通过对寄存器 A 编程改变。AD0AD7
48、双向地址/数据复用线:总线接口,可与 MOTOROLA 微机系列和INTEL 微机系列接口。AS 地址选通输入:用于实现信号分离,在 AD/ALE 的下降沿把地址锁入DS12887。DS 数据选通或读输入:DS/RD 客脚有两种操作模式,取决于 MOT 管脚的电平,当使用 MOTOROLA 时序时,DS 是一正脉冲,出现在总线周期的后段,称为数据选通;在读周期,DS 指示 DS12887 驱动双向总的时刻,在写周期,DS 的后沿使DS12887 锁存写数据。选择 INTEL 时序时,DS 称作 RD,RD 与典型存贮器的允许信号 OE 的定义相同。R/W 读/写输入:R/W 管脚也有两种操作模
49、式。选 MOTOROLA 时序时,R/W是一电平信号,指示当前周期是读或写周期,DSO 为高电平时,R/W 高电平指示读周期,R/W 低电平指示写周期;选 INTEL 时序,R/W 信号是一低电平信号,称为WR。在此模式下,R/W 管脚与通用 RAM 的写允许信号 WE 的含义相同。CS 片选输入:在访问 DS12887 的总线周期内,片选信号必须保持为低。IRQ 中断申请输入:低电平有效,可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时,IRQ 处于高阻态。IRQ 线是漏极开路输入,要求外接上接电阻。RESET 复位输出:当该脚保持低电平时间大于 200ms,保证 DS12887 有效复位。2.8.1 DS12887 接口设计及初始化程序图 2?17 DS12887 接口设计#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include #include #include #include #include #include #include #define P XBYTE0x4000#define P XBYTE0x4001#define P XBYTE0x4002#define P XBYTE0x4003#d
