基于单片机的高校节能灯光控制系统(编辑修改稿)

基于单片机的高校节能灯光控制系统(编辑修改稿)内容摘要：

302。 此芯片采用的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供可编程的 充电功能，并且可以关闭充电功能。 它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 . 5V， DS1302 是 DS1202 的升级产品，与DS1202 兼容，但增加了主电源、后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 而且本系统采用的 DS1302 只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求，其主要特征见附录一。 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能的时钟芯片 DS1302 的引脚图如图 1 所示。 图 1 DS1302引脚 DS1302 与单片机接口电路连接原理图如图 其中 Vcc2 外接 可充电的锂电池，为 DS1302 的备用电源。 Vcc1 外接系统供电模块的输出稳定电压+5V，为 DS1302 的主电源。 DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 两者中较大者供电。 系统正常运行时， Vcc1 大于 Vcc2，因此由 Vcc1 给 DS1302 供电，在主电源关闭的情况下，则由 Vcc2 给 DS1302 供电，保持时钟的连续运行。 Xl 和 X2 是振荡源，外接 32. 768kHz 晶振。 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有 的数据传送，与单片机的复位信号相连。 时钟输入端 SCLK 接单片机 引脚，进行时钟控制。 数据输入 /输出端 I/0 接单片机 引脚，进行数据传输。 图 与单片机接口电路连接原理图 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能 :首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。 当 RST 为高电平时，所 有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。 如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此次数据传送， I/0 引脚变为高阻态。 上电运行时，在 Vcc2. 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 RAM 数据；D5~D1 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 COH~FDH，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 (( 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。 100uF 就可 以保证 1 小时的正常走时。 DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化操作。 初始化后就可以按正常方法调 整时间。 继电器驱动电路 继电器驱动接口电路如图 28 所示，这里继电器由相应的 PNP 型号的 9012三极管来驱动。 开机时，单片机初始化后的 、 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 、 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。 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。 超时报警电路 本系统采用的超时报警电路如图 29 所示。 单片机的 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 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 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灯的管理，能够科学、有效地管理教室电灯。 图 29超时报警电路 系统看门狗电路 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，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，看门狗将产生一个复位信号给单片机，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 Xicoi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 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在一起，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. 61，其各引脚功能附录 I。 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 状态寄存器 WD1=0， WD0=0，预置时间。 WD1=0， WD0=1，预置时间。 WD1=1， WD0=0，预置时间。 WD1=1， WD0=1，禁止看门狗工作。 看门 狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，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 的硬件连接如图 所示。 系统看门狗电路 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 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， 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 l 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 秒内未检测到其工作，出现故障，内部定时器将使看门狗 WD1 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。 3. 2. 9 遥控键盘管理模块电路 红外线 遥控是目前使用最广泛的一种遥控手段。 由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅可靠而且能有效地隔离电气干扰。 我们采用的是从市场上很容易就能买到，且信号较稳定的 JVC:RMC457 型号遥控器作为灯光控制的键盘，其遥控器外形如图 3. 2. 8所示。 图 3. 2. 8所示遥控器外形图 按键控制电路如图 210 所示。 按键的输入信号分别接到 ， ， ，用二极管和与门电路将按键信号引到外中断 0 的引脚。 按键控制电路采用单片机 P2 口的低 4 个口作按键的输入信号端，信号取自电阻的分压。 当按键未按下时， — 端口的电压接近电源电压，为高电平，当某一按键按下时，对应端口被按纽开关短接到地，为低电平。 单片机检测 4 个端口电平的变化，从而确定是哪个键被按下。 键盘工作方式采用中断扫描方式， 4 个二极管和 10K电阻组成与门电路，当任一键按下时，与门输出 引脚的电平都会由高为低。 第二功能是外部中断 0 的输入引脚，我们利用其电平的变化产生中断，在中断服务程序中读入 P2 口低 4 位信号，确定哪个键按下，执行相应的按键功能， 电容和 10K 电阻组成滤波电路，消除按键的抖动。 图 210按键控制电路 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到了结构程序设计的思想。 同时在编程的过程中又用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。 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叫。 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。