畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 基于單片機(jī)的高校節(jié)能燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要現(xiàn)在的大學(xué)，由于學(xué)校開放型的管理模式，加之學(xué)生節(jié)能意識(shí)的淡薄，學(xué)校的很多教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然存在開燈現(xiàn)象；或者夜間許多教室，即使僅有幾個(gè)學(xué)生在教室自習(xí)，但教室內(nèi)照明全部開啟。長(zhǎng)明燈到處都是，人離開不熄燈的現(xiàn)象處處可見。這種有意和無(wú)意的浪費(fèi)，不僅是浪費(fèi)了國(guó)家資源，而且給學(xué)校帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為主控制器，實(shí)現(xiàn)了控制與警告提示等功能。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制，從而達(dá)到節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89S52；熱釋電；節(jié)能；AD采集電路AbstractNowdays, due to the open management style and students weak energy-saving awareness in high school, lights in many classrooms are kept on at the day time with the high brightness, and also, lights are all on in a room with only a few students studying at night. We can find the ever-burning lamps everywhere. Those conscious and unconscious waste lead to the squandering national resources, meanwhile, it brings colleges a tremendous burden.This passage displays an efficient energy control method based on the principles of SCMindoorlightingcontrolsystem. This system achieved the control and alert function with AT89S52 SCM as its main controller. It adopted the advanced technology of ripe sensing and computer control method, based on the characters to control the lighting condition of classroom so as to save energy.Keywords: Lighting control system; AT89S52; Pyroelectric; Energy saving; AD acquisition circuit 目 錄緒 論11 教室燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析31.1 教室燈光控制器簡(jiǎn)介31.2 系統(tǒng)控制方案的分析31.2.1 硬件方案論證31.2.2 微處理器的選擇31.2.3 傳感器的選擇42 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)52.1 控制模塊的硬件構(gòu)成52.2 控制系統(tǒng)的主要硬件電路52.2.1 AT89S52單片機(jī)52.2.2 光線強(qiáng)度檢測(cè)模塊102.2.3 單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制132.2.4 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊電路142.2.5 按鍵管理模塊電路172.2.6 超時(shí)報(bào)警電路172.2.7 系統(tǒng)的其他模塊183 控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)213.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊213.1.1 系統(tǒng)自檢初始化223.1.2 定時(shí)中斷處理223.1.3 ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程233.2 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)243.3 系統(tǒng)鍵功能253.4 系統(tǒng)顯示功能263.7 看門狗模塊273.8 超時(shí)報(bào)警系統(tǒng)28結(jié) 論30致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄A 系統(tǒng)電路原理圖33附錄B 系統(tǒng)源程序. 34附錄C 硬件實(shí)物圖45IV 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平在不斷提高，導(dǎo)致用電量的加劇，又因?yàn)槭澜缧缘哪茉次C(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的重大問題。而此問題對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)更加嚴(yán)重。隨著各類高等院校的擴(kuò)招，教室的擴(kuò)建，教室照明的需求也越來(lái)越大，而教室照明的管理不嚴(yán)格，往往造成電能的巨大浪費(fèi)，在這種情況下，提高教室用電效率便成為首要考慮的問題。 我國(guó)的能源儲(chǔ)量位居世界前列，中國(guó)是世界第二大能源生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也是第二大能源消費(fèi)國(guó)。我國(guó)一次能源資源總儲(chǔ)備估為4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤左右。但是，人均能源資源占有量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界的平均水平。二十世紀(jì)九十年代,中國(guó)人均探明煤儲(chǔ)備量147噸，為世界平均水平的41.4%；人均探明石油儲(chǔ)備量2.9噸，為世界平均水平的11%；人均探明天然氣為世界平均水平的4%；人均探明可開發(fā)水能資源也低于世界人均水平。從人均能源消費(fèi)角度看，1994年世界平均水平為1433千克油當(dāng)量，發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)為5066千克油當(dāng)量，我國(guó)估計(jì)為670千克油當(dāng)量。1997年我國(guó)人均占有電力裝機(jī)容量0.21千瓦、人均用電量為900kWh，僅是世界平均水平的1/3?！笆濉逼陂g，我國(guó)將投資5900億元推廣九大重點(diǎn)節(jié)能工程，節(jié)能裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增長(zhǎng)15%以上，2015年，規(guī)模以上工業(yè)增加值能耗比2010年下降21%左右。隨著各類大、中專院校的不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室的用電量不斷加劇，教室用電管理不善，造成電能浪費(fèi)與學(xué)校經(jīng)濟(jì)損失，這種浪費(fèi)情況與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。其次，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，燈光的管理也在朝著智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。例如，樓道燈光的自動(dòng)控制等等。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始采用對(duì)燈光的智能控制，但是對(duì)教室燈光的控制，尤其是我國(guó)，教室燈光的智能控制更為缺乏和不完善，仍然是傳統(tǒng)式的人工管理。由此可見，教室燈光控制也應(yīng)該向著智能化的方向發(fā)展。在國(guó)內(nèi)各大院校中，由于同學(xué)們的節(jié)能意識(shí)薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)仍然開燈，下課后離開教室燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在。并且，節(jié)能規(guī)劃極為缺乏，教室的燈光控制由管理人員手工執(zhí)行。由于教室極多，管理人員不能及時(shí)關(guān)閉電源,就造成不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失?；谝陨显?，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要措施之一。由此，教室節(jié)能燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)便成為一項(xiàng)重要課題。因此，開發(fā)簡(jiǎn)便和實(shí)用的教室燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)便具有重大的現(xiàn)實(shí)意義1。 本課題的研究?jī)?nèi)容有如下幾點(diǎn)： (1) 使用自動(dòng)或者手動(dòng)控制燈光技術(shù)的方法；(2) 燈光控制器的電源問題，了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn) ;(3) 教室燈光照明需求，環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；(4) 控制器參數(shù)值設(shè)定，要求及方案；(5) 學(xué)習(xí)人體傳感器的有關(guān)參數(shù)； (6) 人體存在探測(cè)技術(shù)，了解探測(cè)范圍與角度； (7) 傳感器在教室分布與安放問題，是一燈一傳感器還是多燈公用傳感器； (8) 與現(xiàn)有教室照明互相兼容，容易替代，不易被偷盜、仿制，易于維護(hù)和維修的控制技術(shù)； (9) 報(bào)警等附加功能。 本課題擬通過(guò)試驗(yàn)研究教室燈光的控制方案解決如下關(guān)鍵問題：(1) 人體傳感器的參數(shù)輸入與采集問題： (2) 環(huán)境光采集與參數(shù)的輸入問題(3) 教室燈與傳感器合理安裝的問題； (4) 開、關(guān)燈的自動(dòng)與手動(dòng)相兼容措施；(5) 照明回路控制回路和控制器本身存在的節(jié)能問題；設(shè)計(jì)的教室燈光控制系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)有的教室照明系統(tǒng)進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化及人性化管理，提高用電效率；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)燈光控制相互兼容，降低成本；通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和研究，最后達(dá)到可靠性大、實(shí)用性強(qiáng)、推廣性較好的目標(biāo)。 1 燈光控制器簡(jiǎn)介及控制方案的分析1.1 燈光控制器簡(jiǎn)介教室燈光控制器可實(shí)現(xiàn)教室燈光智能化控制。其主要輸入?yún)?shù)是人體存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)等外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)燈關(guān)閉,環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下并且有人存在時(shí)燈開啟，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方法來(lái)對(duì)教室燈光進(jìn)行智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)。教室燈光控制器應(yīng)安裝在教室內(nèi)電燈直射不到的位置，且人體傳感器安置時(shí)要使人體活動(dòng)方向與人體傳感器中熱釋電元連線方向垂直，如此可使人體存在信號(hào)采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還應(yīng)該盡可能的避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。1.2 系統(tǒng)控制方案的分析所設(shè)計(jì)的控制器以環(huán)境光強(qiáng)度和人體存在當(dāng)作控制器主要的輸入?yún)?shù)?？梢詫?shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)控制相互兼容。在環(huán)境光較弱時(shí)，有人存在，且超過(guò)一定時(shí)間，控制器會(huì)自動(dòng)打開電燈，等到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后燈關(guān)閉；在環(huán)境光線足夠強(qiáng)時(shí)，無(wú)論人是否存在，都不開燈。同時(shí)，還要按照作息時(shí)間控制，若夜晚超過(guò)12點(diǎn)，還有人存在，那么自動(dòng)控制器關(guān)閉，改用機(jī)械開關(guān)或遙控器來(lái)手動(dòng)控制，以解決特殊情況下，非人性化的自動(dòng)控制器的運(yùn)行問題。本文所設(shè)計(jì)的教室燈光控制器主要是由硬件與軟件兩大部分構(gòu)成。硬件部分是基礎(chǔ),是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的前提,它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合的教室燈光智能控制。1.2.1 硬件方案論證對(duì)于燈光智能控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件系統(tǒng)是它的最基本的框架，是系統(tǒng)的所有功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功與否很大程度上是由硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決定的，硬件的選擇和所選硬件的性能對(duì)于系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)的精確度都有直接的影響。本系統(tǒng)硬件方案論證包括燈光控制系統(tǒng)的傳感器、單片機(jī)、通信方式、總線接口和顯示電路的選擇。1.2.2 微處理器的選擇方案一：8031芯片內(nèi)部無(wú)ROM，需要外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，因此造成電路焊接的困難，況且使用8031還需要另外購(gòu)買其他的芯片，如A/D轉(zhuǎn)換及定時(shí)/計(jì)數(shù)器（PWM）等芯片，這樣造成成本較高，性價(jià)比較低。方案二：ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89S52芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)IO口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)及一個(gè)全雙工串行通信口。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，AT89S52芯片完全能夠滿足燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)所需要的處理器條件。故本設(shè)計(jì)采用AT89S52芯片。1.2.3 傳感器的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，該控制系統(tǒng)需要兩種傳感器：一種是人體信號(hào)采集傳感器，另一種是光線信號(hào)強(qiáng)度采集傳感器。用于人體信號(hào)采集的傳感器和光線信號(hào)強(qiáng)度采集的傳感器有很多，這里根據(jù)設(shè)計(jì)的要求采用了下列傳感器：（1）熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器是一種采用熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器及濾光窗等部分組成。（2） 光敏電阻光敏電阻能夠感應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，自己電阻阻值隨著光強(qiáng)度的增加而減小，從而通過(guò)電阻上的電壓變化來(lái)反應(yīng)光照強(qiáng)度的變化。傳感器輸出變化的電壓信號(hào)給控制器，控制器根據(jù)接收到的信號(hào)的變化來(lái)確定下一步將要執(zhí)行的動(dòng)作。光敏電阻是一種常用光電元件,它可以十分準(zhǔn)確的反應(yīng)出光照的變化，應(yīng)用電路也十分的簡(jiǎn)單、實(shí)用。 2 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì)考慮到影響本系統(tǒng)的環(huán)境因素有很多，而且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器等設(shè)備經(jīng)常會(huì)隨環(huán)境情形變化而變化，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮到線路布置、電子元器件的選用和設(shè)備安放的抗干擾問題。2.1 控制模塊的硬件構(gòu)成以單片機(jī)主控模塊作為系統(tǒng)控制單元的核心，其它外圍電路主要包括：系統(tǒng)供電模塊、環(huán)境光模塊、人體存在熱釋電傳感器模塊、看門狗模塊、按鍵及超時(shí)報(bào)警模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。人體熱釋電傳感器模塊電源模塊AD模塊光敏電阻按鍵模塊看門狗模塊51系統(tǒng)模塊LED強(qiáng)弱調(diào)節(jié)顯示超時(shí)報(bào)警模塊 圖2.1 結(jié)構(gòu)框框圖2.2 控制系統(tǒng)的主要硬件電路2.2.1 AT89S52單片機(jī)功能特性描述 AT89S52是一種高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有在系統(tǒng)可編程Flash和靈巧的8位CPU，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。VCC：電源 GND：地P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。 P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平會(huì)使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE輸出脈沖為晶振六分之一的固定頻率，可用來(lái)作為時(shí)鐘或外部定時(shí)器使用。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。 EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。WDT（看門狗定時(shí)器）是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器（WDTRST）構(gòu)成。WDT在默認(rèn)情況下無(wú)法工作； 為了激活WDT，用戶必須向WDTRST寄存器（地址為0A6H的SFR）寫入0E1H和0E1H。當(dāng)WDT激活后，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來(lái)防止WDT溢出。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到8191(1FFFH)時(shí)，13位計(jì)數(shù)器將會(huì)溢出，這將會(huì)復(fù)位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一個(gè)機(jī)器周期WDT都會(huì)增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1H（WDTRST是只讀寄存器）。WDT計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)WDT計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給RST引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù)96個(gè)晶振周（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，以避免WDT復(fù)位，應(yīng)該在一定時(shí)間內(nèi)周期性寫入那部分代碼。在掉電模式下，晶振會(huì)停止工作，這說(shuō)明WDT也停止了運(yùn)行。在這種方式下，用戶不必喂狗。離開掉電模式有兩種方式：一是硬件復(fù)位，二是通過(guò)一個(gè)激活的外部中斷。由硬件復(fù)位方式退出掉電模式后，用戶就應(yīng)當(dāng)給WDT喂狗，就如同通常AT89S52復(fù)位一樣。由中斷退出掉電模式的情形與硬件復(fù)位有很大的不同，中斷應(yīng)該持續(xù)拉低非常長(zhǎng)一段時(shí)間，使得晶振工作穩(wěn)定。在中斷拉高以后，將執(zhí)行中斷服務(wù)程序。為了防止在中斷保持低電平的時(shí)候WDT復(fù)位器件，WDT在中斷拉低后才開始工作。這就說(shuō)明WDT應(yīng)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。在進(jìn)入待機(jī)模式之前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用來(lái)決定WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。在默認(rèn)狀態(tài)下，待機(jī)模式，當(dāng)WDIDLE0，WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)離開待機(jī)模式，喂狗后，再重新進(jìn)入待機(jī)模式。為了確保在離開掉電模式最初的幾個(gè)狀態(tài)時(shí)，WDT不被溢出，在進(jìn)入掉電模式前，最好就復(fù)位WDT。如圖2.2所示為AT89S52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。陶瓷諧振器與石英晶體都可以用來(lái)一起構(gòu)成自激振蕩器。若外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，從XTAL1接入，而XTAL2可以不接，如圖2.3所示。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有其它要求，最少高電平持續(xù)時(shí)間與最長(zhǎng)低電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。圖2.2 內(nèi)部振蕩電路連接圖圖2.3 外部振蕩電路連接圖在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過(guò)硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了SFR的值，但不改變片上RAM的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時(shí)，硬件復(fù)位不能無(wú)效，并且應(yīng)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使晶振重新工作和初始化2?？臻e工作模式下，所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)，而CPU處于睡眠狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)軟件產(chǎn)生這種狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，特殊功能寄存器和片上RAM的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被硬件復(fù)位或任一個(gè)中斷終止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在這種情況下，片上硬件可以訪問端口引腳，而禁止訪問內(nèi)部RAM。硬件復(fù)位終止空閑模式后，為了避免預(yù)想不到的寫端口，激活空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)是外部存儲(chǔ)器或?qū)懚丝凇?單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2.4所示。圖2.4 單片機(jī)的最小系統(tǒng)要使單片機(jī)工作起來(lái)，最基本的電路構(gòu)成為：時(shí)鐘電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)，決定單片機(jī)工作速度。時(shí)鐘電路就是振蕩電路，向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。時(shí)鐘電路連接方式如圖2.5所示。 圖2.5 時(shí)鐘電路連接圖電源電路：向單片機(jī)供電。AT89S52單片機(jī)的工作電壓范圍是4.5V5.5V，所以通常給單片機(jī)外接5V直流電源。連接方式為VCC（40引腳）接電源+5V端，GND（20引腳）接電源地端。復(fù)位電路：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。如圖2.6所示。 圖2.6 復(fù)位電路連接圖單片機(jī)接通電源時(shí)，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī)啟動(dòng)，確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)。手動(dòng)按鍵產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，完成單片機(jī)啟動(dòng)，確定單片機(jī)的初始狀態(tài)。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或“死機(jī)”時(shí)，使用手動(dòng)復(fù)位可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)“重啟”。2.2.2 光線強(qiáng)度檢測(cè)模塊光線強(qiáng)度檢測(cè)模塊把單片機(jī)作為控制處理核心，具有價(jià)格低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，滿足實(shí)際需求。傳感器選擇光敏電阻，用精密電阻與之串聯(lián)分壓得到一電壓信號(hào)送給AD如圖2.7所示。為了減小模塊體積和降低成本，選擇低功耗的ADC0832作為AD轉(zhuǎn)換器，其原理如圖2.8所示。ADC0832是8位分辨率；8P、14PDIP（雙列直插）、PICC 多種封裝；雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間；商用級(jí)芯片溫寬為0C to +70C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為40C to +85C；工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S一般功耗僅為15mW；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容。芯片接口說(shuō)明： CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。CS_片選使能，低電平芯片使能。Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK芯片時(shí)鐘輸入。GND芯片參考0電位（地）。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇3。圖2.7 環(huán)境光采集電路圖2.8 A/D轉(zhuǎn)換器電路光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻的主要參數(shù)與特性：（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過(guò)的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。（2）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。（3）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。（4）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。（5）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。（6）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。（7）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。（8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當(dāng)溫度升高時(shí)，其消耗的功率就降低4。2.2.3 單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制正常情況下單片機(jī)和ADC0832的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CLK 、CS、DI、DO。但由于DI端和DO端在通信時(shí)并不是同時(shí)有效，并且與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DI與DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，CLK和DO/DI的電平可任意，此時(shí)芯片禁用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平，并且保持低電平到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束為止。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前，DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，DC0832與單片機(jī)的接口電路如圖2.9所示。圖2.9 ADC0832與單片機(jī)的接口電路當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。到第3個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATA0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。圖2.10 DC0832封裝以及各端子作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H5。2.2.4 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊電路人體存在傳感器的工作原理： 自然界中的各種物體，如石頭、人體、火焰、木材、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的紅外線，利用紅外傳感器可對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)工作原理的不同，紅外傳感器可分為量子型和熱型兩大類，熱型紅外傳感器也稱被動(dòng)紅外傳感器或熱釋電紅外傳感器。與量子型紅外傳感器相比，價(jià)格便宜，響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)范圍較寬，并且可在常溫下工作。量子型要求冷卻條件，而且與熱型的特點(diǎn)相反。本系統(tǒng)采用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用了紅外傳感器的原理，它是目前在自動(dòng)電梯、防盜報(bào)警、自動(dòng)門火災(zāi)檢測(cè)、自動(dòng)照明、自動(dòng)水龍頭等場(chǎng)合，及非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的傳感器。其原因?yàn)椋捍髿鈱?duì)3-51LM 、2-2.61LM、8-1411M三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定光通量的紅外線吸收很少，很容易被檢測(cè)；被測(cè)對(duì)象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測(cè)。人體傳感器的主要特性如下：(1) 感應(yīng)為全自動(dòng)方式，人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)輸出高電平(高3.3V），人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其高低電平利于采集； (2) 采用可重復(fù)觸發(fā)方式。即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)8秒-15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?(3) 人體傳感器工作電壓寬為DC3V-DC24V；(4) 工作溫度在-15和+700之間，適應(yīng)性強(qiáng)；(5) 人體傳感器制作成錐面形狀，感應(yīng)范圍大，小于140度錐角，感應(yīng)距離在7米以內(nèi)；(6) 可靠性強(qiáng)，靈敏度高。(7) 其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低； 人體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的特性及工作原理如下： 人體都有恒定的溫度，一般在37度左右，所以會(huì)發(fā)出波長(zhǎng)10M左右特定的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10M左右特定的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10M左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào)。1) 菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。2) 為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。3）這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10M左右的紅外輻射非常敏感。4) 人體存在的探測(cè)，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。5) 一旦有人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦。并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出有人體存在的信號(hào)。人體傳感器透鏡的信號(hào)采集敏感區(qū)示意圖如圖2.11所示，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)，移動(dòng)人體發(fā)出的紅外線被紅外傳感器接收，輸出 高電平.則人體存在被感應(yīng)。若人體進(jìn)入最不敏感的移動(dòng)方向時(shí)，則人體傳感器有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，所體現(xiàn)的信號(hào)就會(huì)不理想。因此，要特別注意人體傳感器的安裝方向。圖2.11 信號(hào)采集敏感區(qū)人體傳感器的正視圖如圖2.12所示。圖2.12 熱釋電人體感應(yīng)模塊人體傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中，為了使人體傳感器的工作更加可靠，介于人體傳感器的信號(hào)引腳2與地信號(hào)引腳3之間加一個(gè)6800PF的電容，另外人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與單片機(jī)的P3.3引腳相連，P3.3引腳再接一個(gè)100KQ的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性。其電路原理圖如圖2.13所示6。圖2.13 人體傳感器電路圖2.2.5 按鍵管理模塊電路按鍵管理電路采用獨(dú)立按鍵通過(guò)程序進(jìn)行控制、通過(guò)按鍵進(jìn)行電路的控制檢測(cè)是自動(dòng)檢測(cè)還是手動(dòng)檢測(cè)，然后另有兩個(gè)按鍵是控制檢測(cè)的開或者關(guān)的，電路如圖2.14所示。圖2.14 按鍵模塊原理圖2.2.6 超時(shí)報(bào)警電路在教室中，如果采用手動(dòng)控制的方式時(shí)，一方面由于管理人員及學(xué)生的疏忽，教室里沒有人而燈還開著，導(dǎo)致室內(nèi)電燈工作超時(shí)，浪費(fèi)能源，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，用聲音的方式來(lái)提醒管理人員是否關(guān)閉電源。另一方面由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，學(xué)習(xí)期間開燈時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，導(dǎo)致教室燈工作超時(shí)。于是本系統(tǒng)超時(shí)報(bào)警電路就會(huì)發(fā)出聲音，提醒學(xué)生必須改用遙控器手動(dòng)方式來(lái)控制燈或該休息了。蜂鳴器是一種采用直流電壓供電，一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器。廣泛應(yīng)用于復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)、報(bào)警器打印機(jī)、汽車電子設(shè)備、電子玩具、定時(shí)器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“HA”或“H”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、 “ JD”等）表示。下面對(duì)壓電式蜂鳴器的工作原理做出詳細(xì)解釋。壓電式蜂鳴器主要由阻抗匹配器、多諧振蕩器、共鳴箱、壓電蜂鳴片及外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。單片機(jī)的P0.0端口外加一個(gè)10K的上拉電阻，再經(jīng)過(guò)限流電阻100歐與三極管9015的基極相連。若基極為高電平，即P0.0端口為高電平時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。當(dāng)基極為低電平，即P0.0端口為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴發(fā)出聲音以示教室燈工作超時(shí)7。超時(shí)報(bào)警電路如圖2.15所示。圖2.15 超時(shí)報(bào)警的電路2.2.7 系統(tǒng)的其他模塊（1）電源模塊 根據(jù)系統(tǒng)的需求，采用+5V電源就可以使系統(tǒng)正常工作。電路原理如圖2.16所示，當(dāng)電源接入后，指示燈亮起，此時(shí)表示系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。若指示燈未亮，則表示電源插頭未接好，需要重新接通電源。圖2.16 電源電路圖（2）系統(tǒng)顯示模塊系統(tǒng)采用8個(gè)發(fā)光二極管作為顯示器，以此來(lái)表示燈的開閉情況以及不同情況下燈亮個(gè)數(shù)。電路圖如圖2.17所示。圖2.17 顯示燈電路圖同時(shí)，系統(tǒng)還采用兩個(gè)發(fā)光二極管作為手動(dòng)和自動(dòng)模式的切換顯示，此外，還采用三個(gè)發(fā)光二極管來(lái)對(duì)外界光線強(qiáng)弱程度進(jìn)行顯示，電路圖如圖2.18所示。圖2.18 指示燈電路圖3 控制模塊軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法的確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。本控制軟件的模塊主要包括：系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊及系統(tǒng)功能鍵。3.1 系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分就是監(jiān)控主程序，其外圍模塊在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用一般都需要經(jīng)過(guò)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)。監(jiān)控主程序起引導(dǎo)作用，接收和分析來(lái)自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口。本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊包括看門狗的激活，對(duì)系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，實(shí)時(shí)中斷處理，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用等。其監(jiān)控主程序流程圖如圖3.1所示。 開 始系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器，允許定時(shí)中斷 按鍵處理任務(wù) 環(huán)境光處理任務(wù)人體傳感器處理任務(wù) 定時(shí)管理系統(tǒng)結(jié)束圖3.1 監(jiān)控主程序流程圖3.1.1 系統(tǒng)自檢初始化保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件是系統(tǒng)自檢初始化，系統(tǒng)價(jià)電復(fù)位后，就直接進(jìn)入自檢初始化程序中，完成系統(tǒng)自檢及初始化。初始化過(guò)程主要是對(duì)一些數(shù)據(jù)區(qū)、控制器及外部芯片進(jìn)行初始化定義和參數(shù)設(shè)置。本系統(tǒng)中自檢初始化主要指接口芯片的檢測(cè)內(nèi)部寄存器的初始化及芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化。接口芯片的檢測(cè)主要是檢查有無(wú)硬件故障，各芯片是否已處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)等。如檢測(cè)環(huán)境光是如何影響光采集電路輸出信號(hào)，檢測(cè)各位LED是否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時(shí)的界面等。系統(tǒng)內(nèi)部寄存器初始化主要是指，在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，部分特殊功能寄存器SFR的復(fù)位初始化及各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值，單片機(jī)復(fù)位后，程序狀態(tài)字寄存器PSW清零，程序計(jì)數(shù)器PC指向程序存儲(chǔ)器的入口地址0000單元，堆指針SP指向07H，片內(nèi)部存儲(chǔ)器選擇1區(qū)工作寄存器，其他定時(shí)器、中斷允許寄存器IE累加器ACC等皆為00H用戶標(biāo)志位F0為0狀態(tài)8。3.1.2 定時(shí)中斷處理定時(shí)中斷時(shí)利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)值已滿的終端或定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對(duì)從外部引線T0和T1輸入的外部脈沖或內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，中斷請(qǐng)求信號(hào)是計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)位，向單片機(jī)的CPU申請(qǐng)中斷。定時(shí)中斷是周期中斷，每隔一段時(shí)間會(huì)中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來(lái)構(gòu)成多任務(wù)操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，該中斷可以啟動(dòng)有關(guān)的任務(wù)就緒，即無(wú)需對(duì)斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，可以直接進(jìn)行多任務(wù)時(shí)間的劃分工作，使相應(yīng)的操作任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖3.2所示。本系統(tǒng)還采用了外部中斷，主要用來(lái)判斷是否有遙控器信號(hào)，若無(wú)，則返回到主循環(huán)；若有，就采集下來(lái)并加以處理。本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對(duì)象為人體存在信號(hào)及環(huán)境光信號(hào)。在程序設(shè)計(jì)中，對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的采集放置多任務(wù)模塊中實(shí)施定時(shí)采集9。定時(shí)中斷到？下一步多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)間劃分N圖3.2定時(shí)中斷處理程序框圖開始YN3.1.3 ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程為了實(shí)現(xiàn)通信的高速有效，接口程序采用匯編語(yǔ)言編寫。由于ADC0832的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，所以A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快，從而也保證的某些場(chǎng)合對(duì)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn)，方便了程序的移植。程序占用資源有工作寄存器R7、累加器A、特殊寄存器CY和通用寄存器B。轉(zhuǎn)換值和通道功能寄存器共用寄存器B。在使用轉(zhuǎn)換子程序之前必須確定通道功能寄存器B的值，其賦值語(yǔ)句為“MOV B,#data”（00H03H）。運(yùn)行轉(zhuǎn)換子程序后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值被放入B中。子程序退出后即可以對(duì)B中數(shù)據(jù)處理10。ADC0832數(shù)據(jù)讀取程序流程圖如圖3.3所示。開始字節(jié)數(shù)據(jù)校驗(yàn)將值送入指定寄存器讀取2字節(jié)數(shù)據(jù) 輸入通道控制字產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào) 使能芯片 返回 圖3.3 ADC0832數(shù)據(jù)讀取流程3.2 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)考慮到環(huán)境光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈，無(wú)人體存在不開燈；環(huán)境光足夠亮?xí)r，無(wú)論有否人體存在都不應(yīng)該開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“1”，暗時(shí)為“0”，人體存在為“1”，人體不存在為“0”，開燈為“0”，關(guān)燈為“0”，那么環(huán)境光與人體存在可以有以下的邏輯關(guān)系表表示，如表3.1所示。表3.1 環(huán)境與人的關(guān)系環(huán)境光參數(shù)人體存在參數(shù)教室燈狀態(tài)011000110100數(shù)據(jù)采集流程圖如圖3.4所示。開始N光線弱Y N有人存在Y 燈開啟 燈關(guān)閉返回圖3.4 數(shù)據(jù)采集流程圖3.3 系統(tǒng)鍵功能鍵盤是系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)設(shè)備應(yīng)用最廣泛的一種，它也是人機(jī)交互對(duì)話。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作的重要通道，操作者的許多操作意圖是通過(guò)鍵盤來(lái)輸入。本系統(tǒng)在鍵盤不多的情況下，采用中斷方式，把鍵盤信號(hào)采集放在中斷程序中，鍵盤的功能放在任務(wù)操作模式中完成。按鍵流程圖如圖3.5所示。在執(zhí)行完鍵盤采集工作后，如果有鍵按下，程序轉(zhuǎn)入鍵處理功能程序。系統(tǒng)根據(jù)采集過(guò)程中得到的鍵號(hào)，散轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理子程序，通過(guò)鍵盤設(shè)置修改系統(tǒng)工作參數(shù)。 可見，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)不同功能進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)工作正常，測(cè)試效果良好，滿足實(shí)用的要求。開始有鍵按下鍵處理程序下一步圖3.5 按鍵處理流程圖YN3.4 系統(tǒng)顯示功能系統(tǒng)顯示模塊分為顯示燈和指示燈兩個(gè)部分。顯示燈是對(duì)教室內(nèi)燈的開閉以及開的個(gè)數(shù)進(jìn)行顯示。即在有人存在的條件下，光線強(qiáng)不亮燈，光線較弱亮四個(gè)燈，光線弱時(shí)燈全部亮。在無(wú)人存在的條件下，無(wú)論光線強(qiáng)度如何，都不亮燈。 指示燈是對(duì)光線強(qiáng)弱程度以及按鍵處理進(jìn)行顯示。三個(gè)二極管分別對(duì)光線強(qiáng)、較弱、弱三個(gè)等級(jí)進(jìn)行顯示。若系統(tǒng)處于手動(dòng)控制狀態(tài)下，則代表手動(dòng)控制的指示燈亮，自動(dòng)控制亦然。流程圖如圖3.6所示。開始按鍵處理任務(wù)指示燈亮情況顯示燈亮情況 返回 圖3.6 顯示模塊的流程圖3.7 看門狗模塊電源看門狗，又叫watchdog timer，是一個(gè)定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入，叫喂狗(kicking the dog or service the dog），一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT清零，如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗，（一般在程序跑飛時(shí)），WDT 定時(shí)超過(guò)，就會(huì)給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，使MCU復(fù)位. 防止MCU死機(jī)。看門狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。硬件看門狗監(jiān)控主程序的運(yùn)行，是利用了一個(gè)定時(shí)器。也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。若出現(xiàn)死循環(huán)，或者說(shuō)PC指針不能回來(lái)，那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。 在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門狗計(jì)數(shù)器，看門狗就開始自動(dòng)計(jì)數(shù)。在使用有看門狗的芯片時(shí)要注意清看門狗。如果到了一定的時(shí)間還不去清看門狗，那么看門狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗電路的應(yīng)用，使在無(wú)人狀態(tài)下單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是: 單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳和看門狗芯片相連，該I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門狗的這個(gè)引腳上送入高電平（或低電平），這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)陷入某一程序段 進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)或由于干擾造成程序跑飛時(shí)，寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行。這個(gè)時(shí)候，看門狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開始執(zhí)行，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位 11。51系列有專門的看門狗定時(shí)器，對(duì)系統(tǒng)頻率進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)，定時(shí)器溢出時(shí)，將引起復(fù)位?？撮T狗可設(shè)定溢出率，也可單獨(dú)用來(lái)作為定時(shí)器使用。流程圖如圖3.7所示。開始設(shè)置一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器的初始值設(shè)置計(jì)數(shù)寄存器的初始值 禁止Reset 使中斷觸發(fā) 使能看門狗返回圖3.7 看門狗的程序流程圖3.8 超時(shí)報(bào)警系統(tǒng) 在教室中，若采用手動(dòng)方式控制時(shí)，一方面由于學(xué)生及管理人員的疏忽，教室里沒人而燈還亮著，導(dǎo)致教室燈工作超時(shí)，能源浪費(fèi)，于是本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路，以聲音的方式來(lái)提醒管理人員是否關(guān)閉電源。先設(shè)定一個(gè)時(shí)間參數(shù)，在無(wú)人存在且燈亮著時(shí)計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，然后用一個(gè)程序驗(yàn)證是否超過(guò)設(shè)定的時(shí)間。若超過(guò)，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警。流程圖如圖3.8所示。 開始設(shè)定一個(gè)時(shí)間參數(shù) 計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)驗(yàn)證是否超時(shí)？蜂鳴器報(bào)警 返回NY圖3.8 超時(shí)報(bào)警流程圖結(jié) 論該教室燈光系統(tǒng)的控制的核心是AT89S52單片機(jī)主控單元，利用相關(guān)電腦的驅(qū)動(dòng)，完成對(duì)系統(tǒng)設(shè)備（教室燈光）的智能化控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化控制的同時(shí)，還設(shè)置了遙控器控制和手動(dòng)控制，那么即使系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)故障，也可采用手動(dòng)操縱，從而影響教室燈光的正常使用。整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)采用一個(gè)二極管亮滅顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室燈光的自動(dòng)開燈、關(guān)燈控制。在保證系統(tǒng)與已有的教室燈光配套使用時(shí)，不需要對(duì)原有設(shè)備電路進(jìn)行大的改動(dòng)。若教室面積很大，超過(guò)傳感器的輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，使系統(tǒng)更加的可靠，最好采用多個(gè)傳感器。由于教室大小面積各不相同及教室燈光數(shù)量不一致，導(dǎo)致教室內(nèi)部安裝智能控制設(shè)備的數(shù)量也會(huì)有所不同，尤其是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響很大，一套教室燈光控制系統(tǒng)也只是在有限的范圍內(nèi)。初步試驗(yàn)表明，基于C51單片機(jī)的高校教室燈光智能控制系統(tǒng)，能完成對(duì)教學(xué)樓內(nèi)各種樓道及教室照明的智能控制，精度在要求指標(biāo)范圍內(nèi)。本課題以人體存在狀況與環(huán)境光等外界環(huán)境因素為控制器的主要輸入?yún)?shù)，相比單純的人員管理，更加合理有效的降低了教室燈光的資源使用。同時(shí)，還加入時(shí)間控制參數(shù)，使學(xué)校的作息時(shí)間與教室燈光的控制相符合。對(duì)適合應(yīng)用于教室燈光控制系統(tǒng)部分進(jìn)行了研究。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也實(shí)用于各類辦公室的燈光控制，對(duì)于各類大、中專院校的教師燈光管理具有重要的意義。致 謝在本文即將結(jié)束之際，我要由衷地感謝在我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，乃至本科四年學(xué)習(xí)生活中幫助過(guò)我的師長(zhǎng)與同學(xué)。首先我要感謝我的導(dǎo)師李姿老師。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我得到了李老師的精心指導(dǎo)。設(shè)計(jì)期間，感受著老師雄闊的視野，淵博的學(xué)識(shí)，深邃的思想。潛移默化，耳濡目染，不僅使我努力的改變著“好讀書，不求甚解”的習(xí)慣，努力培養(yǎng)“知其然，且知其所以然”的求學(xué)態(tài)度，而且還明白了許多待人處事與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，與無(wú)微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。在論文完成的過(guò)程中傾注了導(dǎo)師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊敬的老師表示衷心的感謝。最后，以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心與幫助過(guò)我的親人們、老師們和朋友們！對(duì)我的父母以及所有親人給予我的理解、幫助和支持表示深深的感謝。他們是我學(xué)習(xí)和生活的精神支柱。對(duì)我的關(guān)愛、理解和支持陪伴我度過(guò)生命中許多難忘的日子，烏鴉尚知道反哺，今后我將竭盡所能， 不負(fù)老師、朋友及親人們的期望，努力回報(bào)社會(huì)，做一個(gè)有用的人。參考文獻(xiàn)1 江珊. 2005 照明電器新進(jìn)展（電光源）.中國(guó)照明電器.2005，9；P1-22 ATMEL公司，AT89S52的技術(shù)手冊(cè);P6-93 趙玉安，人體熱釋電紅外線傳感器介紹，中國(guó)電子制作，2006.9;P10-114 人體紅外感應(yīng)模塊，深圳市浩博特電子有限公司;P125 李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）M，北京航空航天大學(xué)出版社，1998;P13-146 李廣弟，單片機(jī)基礎(chǔ)M，北京航空航天大學(xué)出版社，1994;P15-167 劉守義 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002P17-188 秦實(shí)宏 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) 北京：中國(guó)水利水電出版社，2005;P229 盧艷軍 單片機(jī)基本原理及應(yīng)用系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005;P2210竇振中 單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)北京：北京航空學(xué)院出版社，1998;P2311夏繼強(qiáng)、沈德金 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐指導(dǎo) 二 北京：北京航空學(xué)院出版社，2001;P25-28附錄A 系統(tǒng)電路原理圖附錄B 系統(tǒng)源程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define NUM_TIMER 60 /超時(shí)時(shí)間#includeADC0832.Hsbit SENSOR_IN=P10;/*按鍵端口定義*/sbit key1=P35; / 手動(dòng)/自動(dòng)切換sbit key2=P37; / 手動(dòng)狀態(tài)下“開”sbit key3=P36; / 手動(dòng)狀態(tài)下“關(guān)”/*指示燈端口定義*/sbit LED1=P11; /環(huán)境光強(qiáng)sbit LED2=P12; /環(huán)境較弱sbit LED3=P13; /環(huán)境弱sbit LED4=P14; / 自動(dòng)sbit LED5=P15; / 手動(dòng)/*蜂鳴器端口定義*/sbit beep=P00;/*標(biāo)示位定義*/bit HOLD_SET=0; / 自動(dòng)/手動(dòng)控制標(biāo)示位 “0”自動(dòng) “1”手動(dòng)uchar