1、毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）0郑州科技学院专科毕业设计（论文）题 目 教室智能照明控制系统设计 学生姓名 吴文佳 专业班级 09 电气自动化 学 号 200916045 所 在 系 电气工程系 指导教师 杨 瑞 完成时间 年 月 日 毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）1教室智能照明控制系统设计摘 要达到节能目的。本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，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系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。该系统以 AT89C52单片机作为控制装置的智能
2、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控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，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，很大程度的关键词：人体；红外线；传感器；自动控制；热释电毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）21 The
3、 classroom intelligent lighting control system designABSTRACTCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and de
4、veloped the hardware and software system.This classroom light intelligent control system the theory of the light put forward methods ofon the basis of AT89C52 is developed, which machine of AT89C52 is a major part, and the environment of development is better than before. This system can satisfy the
5、 following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that illuminates the back track exists, reporting to the warning order to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods
6、respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install，test and run the system.The microcontroller software was developed based on assemble language. Assemble language is one kind of structured program languages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble lang
7、uage adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger 一 scale system with more perfect performance. At the same time, the anti-jamming technologies, such as watchdog, are necessary when developing hardware and software.This
8、 system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropriation was strong, and its price proportion was . The experiment proved that the system can satisfy the control 毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）3command of the l
9、ight device, so it could largely reduce the consuming of energy resources. Key words: Human body, infrared ray, sensor, automatic control，heat to release the electricity1.毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）41.引言1.1 本课题研究的意义随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专
10、院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。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。例如楼道灯光的自动控制等等。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
11、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。1.2 国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题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
12、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。毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）5中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的 3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展
13、战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年间将在公用设施、宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广 1.5亿只节能灯，节电 290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴 3至 4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由 1995年的 l:6.25前的 l: 1. 5。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
14、，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%。我们党在 2000年 10月 11日党第十五届中央委员会第五次会议通过的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议中明确指出:“加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。 ”其中提到的基础设施建设就包括了能源建设。 建议还强调了能源建设
15、要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率。面临如此紧迫的能源问题，我们应该把着眼点放在“高效加强环境保”利用“清洁”能源 。由此可见，节能照明用电，对节能具有重要的意义。目前国内4上各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，护洁课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在;而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来，这样就造成不必要的电能浪费和经济损失。就我校为例，初步统计大小教室大约安装了共有 5400盏灯，以每天仅亮灯 8小时来计算，一年中扣除假期后，教室灯的耗电量约为 52.25万度，学校在教室用电的经费上就得支出约为 30.4
16、6万元人民币。而以每天浪费 2小时用电来毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）6计算，一年大约要浪费 13.06万度的电量，占教室照明用电经费的四分之一。我省各类大中专院校及其中小学总共有 600百多所，若都象我校一样每年浪费 13.06万度电的话，我省就会浪费近 7900万度的电。导致电能的极大浪费。再者，每所院校不断的扩招，教室不断的扩建，若再没有改进教室的用电管理设备，那么用电负荷可想而知，浪费的电能就更、凉人了。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。1.3 本课题
17、研究的内容和目标1.3.1 研究内容本课题的研究内容有如下几点:(1)了解教室照明光强的标准；(2)调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系；(3)研究人体存在探测技术，探测角度与范围；(4)研究传感器教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器等；(5)研究确定人体传感器的有关参数；(6)研究灯光控制器电源问题； (7)研究控制器参数值设定的要求及方案；(8)研究人工设置参数、掉电保存参数的问题；(9)研究与现有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盗、被仿制，易于维护、维修等控制技术；(10)研究报警等附加功能问题1.3.2 研究目标研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系
18、统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率;实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本;通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）71.4 本课题拟解决的关键问题本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题:(1)照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题；(2)传感器与教室灯配合安装的问题；(3)环境光参数输入采集问题；(4)人存在传感器参数输入采集问题；(5)开、关灯的自动与手动兼容措施；2.教室灯光控制器简介及控制方案的分析2.1 教室灯光控制器简介教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数
19、主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。2.2 系统控制方案的分析所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定
20、时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，夜晚超过 12点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用机械开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）8各项功能，达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制。3.系统控制模块的硬件设计考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室
21、控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。3.1 控制模块的硬件构成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:ISP 下载4机线模块、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
22、境光模块EEEPROM 存储器模块电源模块人体存在传感器模块毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）9本系统的主控模块主要采用 Atmel公司的 AT89C52作为主控芯片，它是一种低功耗，8 位 CMOS工艺处理器，具有 8K在线可编程 Flash存储器，片内的 Flash可多次编程，为在线编程提供了方便。片内有 128字节的 RAM, 4KB的 EEPROM，由于合理的安排使用片内 RAM空间，所以没有扩展的片外 RAM，使电路结构简捷。因为设备的设置参数是根据实际需要进行更改的，又要求是断电能够保存下来，所以本设备用一片 EEPR0M来存储系统的设置参数。AT89S52I/0 端口与
23、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 X5045S0 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P1.5一 P1.7 工 SP在线编程端P3.0一
24、 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，毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）10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 芯片就是这样的芯片。AT89C52
25、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 LED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
26、 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，输出端还采用了电容 C3、C4，最后得到+5V 的直流工作电源，用于给控制系统
27、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3.2.3图 3.2.3 供电原理图毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）11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，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。常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二
28、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。1.环境光采集电路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
29、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，光毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）12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 DS1302，即写保护:D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定
30、 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
31、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F时的正常走时。DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。3.2.6 系统看门狗电路毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）18在单片机工炸过一程中，不可避免的会由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
32、，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
33、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. 6状态寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D! D0X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIPWD1=0，WD0
34、=0，预置时间为.S。毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）19WD1=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 3.2.6-2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
35、，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。毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）203.2.7 继电器驱动接口电路继电器驱动
36、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
37、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，于是本系统超毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）21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，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 10
38、0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。图 3.2.9 超时报警的电路4 控制模块软件设计与开发在单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。在系统的硬件及输入输出方法确定后，程序软件就可以完全独立的进行设计、开发。在程序设计过程中，采用合理的程序设计结构是一项关键技术。在本系统的
39、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。本控制系统软件模块主要包括:系统监控主程序模块、数据采集模块、时钟模块、显示驱动模块及系统键功能和存储模块。4.1 系统监控主程序模块毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）22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
40、序，它们之间可以互相嵌套和调用，即中断子程序可以调用功能子程序。在应用软件的设计中，尽可能各个功能模块写成子程序的形式，并通过主程序调用。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4.1.1 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
41、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。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 显示刷新任务毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）23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
42、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，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
43、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。开始定时中断到？ 多任务启动时间划分下一步YN毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）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
44、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。4.1.3 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
45、种状态中的某图 4-1-3种状态之下，这四种状态如图 4-1-3所示。当某个任务获得 CPU的执行权时，CPU 执行该任务，此时任务处于运行状态。等待状态是指任务的执行需要等待某一事件发生，则由运行状态退出，进入等待状态。就绪状态是任务满足所有启动条件后所进入的状态。休眠状态是任务己执行完的状态。4.2 数据采集模块本控制系统中的数据采集对象为环境光信号及人体存在信号，在程序设计中对这两个数据的采集放置在多任务模块中实施定时采集。运行等待 休眠就绪毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）254.2.1 存在传感器的优缺点人体存在传感器有优点，也有缺点。优点便是本身不发任何类型的辐射，器件功
46、耗很小，隐蔽性好，价格低廉。而缺点是容易受各种热源、光源干扰;由于红外穿透力差，因此人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；易受射频辐射的干扰;环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时还会造成短时失灵。试验检测也证明了这点，只要人体存在却有巧秒左右没有活动，人体传感器则认为没有人体存在。为避免这种现象的出现，本系统软件程序中设计为有人体存在状态后间隔 2分钟或更长的时间来对人体存在参数信号的采集。4.2.2 数据采集软件设计的实现本系统考虑到环境光足够亮时，无论有否人体存在都不应开灯;而环境光不够亮时，有人体存在才开灯，无人体存在不开灯。本系统逻辑定义为环境光亮时为二进制的“0”
47、(符合光采集电路输出信号状态)，暗时为“1” ，人体存在为“1” ，人体不存在为“0” ，开灯为“1” ，关灯为“0” ，那么环境光与人体存在可以有以下的逻辑关系表表示，如表 4. 2. 2所示:表 4. 2. 2环境光参数 人体存在参数 教室灯状态0 1 00 0 01 1 11 0 0上表数据表明可将环境光参数与人体存在参数相与门操作，又由于继电器是低平驱动，所以要将采集处理后的信号进行非操作，才可以驱动继电器工作，即可得到教室灯的状态，其软件程序为:；-Function： BodySensor and Iight to light port356DoSensLight：Mov c, po
48、rt33 ；Signal of SensorAnl c, port37毕业论文题目（将自己的毕业论文题目作为页眉）26Cpl c ;have person and no lightMov port35, c ;on relay 1Mov port36, c ;on relay 2Jnc SensOut ;no person to outHaveperson：mov SensDelayBuf, #5 ;delay 5 minuteSensOut: Ret4.2.3 人体存在传感器的抗干扰措施人体存在传感器易受外界影响，于是要在使用时特别注意抗干扰性能。1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，
49、对探测范围内地面上的小动物，不产生信号。2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408中 4. 6. 1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。3.抗灯光干扰探测器正常灵敏度范围内，受 3米外 H4卤素灯透过玻璃照射，不产生信号。4.2.4 人体存在传感器的安装要求人体存在传感 的安装要求：人体存在传感器只能安装在室内，其误报率与2器安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件：1.人体存在传感器应离地面 2.0-2.2米。2.人体存在传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3.人体存在传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4.人体存在传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。人体存在传感器也不要安装在有强气流活动的地方。人体存在传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。人体存在传感器对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报
