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1、許昌職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文 許昌職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)論文 智能檢測顯示控制裝置的設(shè)計 學生姓名：楊勇 學 號：0702101105 年級專業(yè)：機電一體化專業(yè)07級1班 指導老師：寧玉偉 學 院：許昌職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 河南許昌 提交日期：2010年5月 目 錄 摘 要 ………………………………………………………………………………………3 關(guān)鍵詞 ……………………………………………………………………………………3 1 選題背景 …………………………………………………………………

2、…………3 2 方案說明 ……………………………………………………………………………3 2.1 工作原理 ………………………………………………………………………4 2.2 總體設(shè)計 …………………………………………………………………………4 3 硬件組成 ……………………………………………………………………………4 3.1 主機LED顯示部分 ……………………………………………………………4 3.2 紅外線探測部分…………………………………………………………………5 3.3 接收控制部分……………………………………………………………………5 3.4 溫度測量模塊…………

3、……………………………………………………………6 3.5 時鐘模塊……………………………………………………………………………7 3.6 鍵盤模塊……………………………………………………………………………7 3.7 AT89S52最小系統(tǒng)……………………………………………………………………8 4 軟件設(shè)計 ………………………………………………………………………………9 5 整體調(diào)試………………………………………………………………………………10 5.1 調(diào)試主要內(nèi)容………………………………………………………………………10 5.2 調(diào)試中面臨的問題……………………

4、……………………………………………11 6 結(jié)束語 ……………………………………………………………………………………11 參考文獻 ………………………………………………………………………………11 致 謝 ………………………………………………………………………………………11 智能檢測顯示控制裝置的設(shè)計 作 者： 楊勇 指導教師： 寧玉偉 （許昌職業(yè)技術(shù)學院機電工程系07級1班，許昌 河南 461000） 摘要：本文設(shè)計了一套自動控制用電器的智能節(jié)電裝置。主機部分采用點陣LED顯示；各部分通過無線電發(fā)射接收電路實現(xiàn)信號的傳輸，它不僅節(jié)約了能源，提高了

5、電能的使用效率，而且避免了室內(nèi)布線和施工，是一種具備智能化、人性化，特別適用于解決公共場所的節(jié)電問題。 關(guān)鍵詞：自動控制;節(jié)電裝置;無線傳輸 1 選題背景 隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，整個世界的經(jīng)濟容量增長越來越龐大，對電能的需求也越來越多，但是電能的增長速度遠遠低于世界對電能需求的增長速度，電能的短缺已經(jīng)成為各國普遍面臨的問題。在我國，除了電能建設(shè)不足，普遍存在的電能利用率低下也成為形成“電荒”的重要原因，許多地方電能白白浪費而得不到充分的利用，比如在許多公共場所中，經(jīng)常出現(xiàn)室內(nèi)沒有人時等，空調(diào)等用電器沒有及時關(guān)掉的現(xiàn)象。加之，人們節(jié)電意識不強，許多寶貴的電能就白白流失了，使得電

6、能得不多充分的利用。據(jù)不完全統(tǒng)計：我國電網(wǎng)綜合損失率為10％左右，而發(fā)達國家平均在6％左右。由于電網(wǎng)綜合損失率較高和終端用戶環(huán)節(jié)的用電效率低，中國每年因電能利用率低下共造成電力浪費約2000億千瓦時，相當于2.3個三峽電站的發(fā)電量。這組數(shù)據(jù)是令人震撼的，因此在我國實施節(jié)電措施勢在必行。 本文設(shè)計了一套公共場所自動控制用電器的智能節(jié)電裝置，它不僅能夠通過自動檢測人的存在來控制用電器的工作，而且在主機部分采用LED顯示，各個部分通過無線發(fā)射接收電路實現(xiàn)信號的傳輸，避免了在室內(nèi)布線和施工的麻煩。本系統(tǒng)大部分功能由軟件來實現(xiàn)，吸收了硬件軟件化的思想，使電路簡單明了,系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。 2

7、 方案說明 2.1工作原理 利用單片機AT89S52單片機作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機可把由DS18B20、DS1302讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實現(xiàn)溫度、日歷的顯示。點陣LED電子顯示屏顯示器為主要的顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)顯示出來,并且可以實現(xiàn)滾動顯示。利用紅外探測傳感器來實現(xiàn)對人的探測,并經(jīng) BISS0001進行處理，輸出信號將三極管導通，發(fā)射電路電源被接通并將控制信號發(fā)射出去；主機部分與之對應的接收電路將控制信號接收，使單片機產(chǎn)生外部中斷，然后單片機啟動發(fā)射電路將控制信號發(fā)射出去。接收控制部分的接收電路接收到控制信號之后，將用電器的電源接通，當

8、室內(nèi)沒有人時切斷用電器的電源。從而能滿足試驗的要求。另外,在顯示電路中，主要靠按鍵來實現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。 2.2 總體設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計框圖：如圖1所示： DS1302 DS18B20 LED 大顯示器 按鍵電路 發(fā)射電路 圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖 接收電路 AT89S52 3 硬件組成 本節(jié)電控制系統(tǒng)主要由三部分組成，即主機LED顯示部分、紅外探測、及接收控制部分。另外，其它輔助功能部分主要包括：溫度測量模塊、時鐘模塊、鍵盤模塊、AT89S52單片機最小系統(tǒng)。 3.1 主機LED顯示部分 點陣數(shù)據(jù)串行輸入,

9、器件為移位寄存器TPIC6B595595, 門控和掃描信號常以16 點陣為一行進行并行處理。在點陣顯示中以48個LED點陣構(gòu)成一個LED顯示單元, 采用行共陽列共陰的編排方式。其驅(qū)動分為行列兩部分, 分別來自于行、列移位寄存器, 行數(shù)據(jù)是掃描數(shù)據(jù),16行中每次只有一行被驅(qū)動, 采用逐行掃描方式, 列數(shù)據(jù)則為漢字的點陣碼。對于字符和圖形顯示也可以用點陣處理, 其顯示原理和方法相同。 在主機LED顯示部分中，加入了時間及溫度的顯示，時鐘芯片采用的是性能良好的DS1302,溫度傳感器采用了DS18B20,LED顯示模塊為使用者提供時間、溫度及星期等各種信息；同時便于使用者進行校對。兩組無線發(fā)射接收

10、芯片分別選用了不同發(fā)射接收頻率的MAX7033和MAX7044（工作頻率為350MHZ），MC145026和MC145027(工作頻率為161KHZ),這樣就防止了發(fā)射和接收信號的互相干擾，也防止了手機信號（工作頻率一般在800MHZ以上）的干擾。 主機顯示部分功能主要是接收信號、發(fā)射信號、LED顯示時間、溫度、調(diào)整時間等。接收電路所用的芯片為MAX7033，接收電路將控制信號接收處理，然后送到AT89S52的INT1端；發(fā)射電路所用的芯片為MC145026,接收電路接到信號后，AT89S52啟動發(fā)射電路將控制信號發(fā)出；液晶顯示模塊TC1602EL通過接插件與主機連接；系統(tǒng)采用＋5V直流供電

11、，時鐘芯片DS1302和溫度傳感器DS18B20共同與AT89S52單片機及LED完成顯示；本裝置采用四按鍵對時間進行調(diào)整，四個按鍵分別為確定鍵、加數(shù)鍵、減數(shù)鍵和移動鍵。 3.2 紅外探測部分 紅外探測部分中，當有人進入室內(nèi)時，紅外傳感器將探測到人的信號，由BISS0001進行處理，輸出信號將三極管導通，發(fā)射電路電源被接通并將控制信號發(fā)射出去；主機部分與之對應的接收電路將控制信號接收，使單片機產(chǎn)生外部中斷，然后單片機啟動發(fā)射電路將控制信號發(fā)射出去。紅外線探測電路的方框圖如圖2所示： BISS0001處理器 MAX7033 無線發(fā)射信號處理芯片 紅外傳感器

12、 三極管 發(fā)射頭 圖2 紅外探測部分方框圖 3.3 接收控制部分 接收控制部分的接收電路接收到控制信號之后，將用電器的電源接通，當室內(nèi)沒有人時切斷用電器的電源。本系統(tǒng)的接收控制部分分別控制日光等組，空調(diào)和飲水機，其中空調(diào)和飲水機可以通過三極管，繼電器直接控制，而在控制日光燈電路中加入了光敏控制，防止白天陽光充足時日光燈組的開啟，這樣就實現(xiàn)了節(jié)電的目的?？刂迫展鉄艚M電路的方框圖如圖3所示： 74148 MC145027 接收頭 繼電器控制日光燈 與門 三極管 光敏控制電路 圖3控制日光組電路方框圖

13、 接收電路接收到主機的控制信號之后，將信號送到MC145027進行處理和74148解碼之后送入與門的一端，光敏電阻通過光線的變化來改變自身電阻值，達到一定值后，比較器將產(chǎn)生一個高電平信號，與門輸出一個高電平送到三極管的基極，使三極管的集電極和發(fā)射極導通，使繼電器彈片吸合，從而接通用電器的電源。 在設(shè)計中需求的照明控制范圍是光照從200Lx-600Lx,在電路中選擇了兩個滑動變阻器來調(diào)試。 繼電器控制空調(diào)啟停 三極管 74148 MC145027 接收頭 圖 4 控制空調(diào)電路方框圖 控制空調(diào)不如控制日光燈組那么復雜，如圖4所示。只需在人進入室內(nèi)

14、時接通電源即可，當有人進入室內(nèi)時，紅外探測部分將信號發(fā)送到主機上，主機將控制信號發(fā)出去，本控制電路將控制信號接收，輸出信號將三極管集電極和發(fā)射極導通，使繼電器彈片吸合，接通電源使空調(diào)工作。 繼電器控制飲水機啟停 74148 三極管 MC14527 接收頭 圖 5 控制飲水機電路方框圖 控制飲水機的原理和控制空調(diào)原理一致。如圖5所示。 最終實現(xiàn)的功能為：白天陽光充足時，不管有沒有人，燈都不亮。白天有人進入室內(nèi)時空調(diào)和飲水機工作，人走后空調(diào)和飲水機停止工作。晚上光照強度不夠時有人進入室內(nèi)，空調(diào)及飲水機工作，人走后用電器都停止工作。主機部分一直顯示

15、時間，溫度等信息，這樣延長了用電器的使用壽命，并節(jié)約了電能。 3.4 溫度測量模塊 溫度測量傳感器采用DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測溫范圍為-55℃--125℃，可編程為9位--12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率達到0.0625℃，采用寄生電源工作方式，CPU只需一根口線便能與DS18B20通信，占用CPU口線少，可節(jié)省大量引線和邏輯電路。接口電路如圖6所示： 圖 6 溫度測量電路 3.5 時鐘模塊 時鐘模塊采用DS1302芯片，DS1302內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路提供秒

16、分時日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線1 RES 復位2 I/O 數(shù)據(jù)線3 SCLK串行時鐘時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW，其接線電路如圖7所示： 圖7 時鐘電路 3.6 鍵盤模塊 為了使軟件編程簡單，采用可編程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按鍵，PC口則用于控制狀態(tài)顯示所用LED點陣。每個按鍵都通過一個10K的上拉電阻接電源+VC

17、C,按鍵的另一端接地。當有鍵按下時，與該鍵相連的PA口的相應位變?yōu)榈碗娖?，單片機檢測到該變化后即轉(zhuǎn)到相應的鍵處理程序，同時在程序中點亮LED點陣。模塊電路如圖8所示： 圖 8 鍵盤電路 3.7 單片機最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復位開關(guān)和電源部分。圖下圖為AT89S52單片機的最小系統(tǒng)。 4 軟件設(shè)計 當把硬件電路設(shè)計完畢，檢查無誤之后，要實現(xiàn)系統(tǒng)的功能還是不夠的，還需要軟件的支持，首先要熟悉硬件的組成及接口情況，然后根據(jù)接口及系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能畫出程序流程圖，流程圖是知道編程的依據(jù)，如果流程圖不正確，那么編出來的程序是不能實現(xiàn)系統(tǒng)的功能的，軟件設(shè)計出來以后，重

18、要的一步就是程序進行調(diào)試，根據(jù)實際的環(huán)境使系統(tǒng)完成動作，最后實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 總體流程圖如圖9所示： 開始 系統(tǒng)初始化,時間初始化 調(diào)用1302子程序,讀出時間值 根據(jù)是否有人,判斷是否調(diào)用發(fā)射程序 調(diào)用發(fā)射子程序 判斷有無按鍵按下 調(diào)用按鍵子程序 調(diào)用18B20子程序,讀出溫度值值 調(diào)用陽歷轉(zhuǎn)陰歷子程序 調(diào)用LED顯示子程序,顯示時間、溫度值值 Y Y N N 圖9 總體流程圖 最開始系統(tǒng)初始化，時間初始化，如果沒有發(fā)射中斷和按鍵中斷情況下，程序調(diào)用DS1302子程序，讀出時間值，將讀出的值放RAM中，然后調(diào)用DS18B20子程序

19、，讀出溫度值，并將讀出的溫度值放在RAM中，然后調(diào)用陽歷換陰歷子程序，將讀出的陰歷值放入RAM中，最后調(diào)用LED顯示子程序，將讀出的值顯示出來。如果有中斷，則進入相應的中斷子程序，然后進行相應的動作，如果沒有則循環(huán)回去顯示萬年歷。 5 整體調(diào)試 5.1調(diào)試的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)的調(diào)試主要包括一下幾個方面的工作：將該系統(tǒng)的各個部分放置在同一場所內(nèi)，根據(jù)所用紅外線傳感器的性能，調(diào)節(jié)主機和紅外探測部分及接收控制部分之間的距離，看其是否符合所在場所的距離要求。兩對無線發(fā)射接收電路的信號發(fā)射和接收、紅外信號的探測、溫度信號的探測、LED的顯示、控制信號的探測、AT89S52整個控制程序的調(diào)試。其中

20、無線發(fā)射接收信號的調(diào)試只需要頻率不同，不相互干擾即可，其他調(diào)試需要檢測到信號有輸出，能夠引起動作即可。 軟件的調(diào)試要和硬件配合進行，往往問題可能不是硬件上的。 在硬件調(diào)試中的一個重點是根據(jù)光照強度來調(diào)試電路，該裝置的無線控制板是安裝在日光燈組上。在一般的房間內(nèi)，如果光照度低于200Lx臨界值時,房間就顯得比較昏暗,可以先用專門的儀器進行光照強度測量,當光照度達到200Lx臨界值時進行調(diào)試,通過改變兩個滑動變阻器的值來間接改變比較器的基準電壓和輸入電壓,當把電阻器的值調(diào)到R4=450千歐和R5=540千歐時,光照度剛好低于200Lx,并當有人進入時,日光燈組開啟。 程序調(diào)試是一個難點，先在

21、Keil軟件中把程序?qū)懗鰜?保證程序沒有語法錯誤和流程圖對照無誤之后,用寫入器將程序拷進AT89S52中,然后進行通電試驗。通電之后，看其能不能實現(xiàn)預先設(shè)定好的功能。前幾次出現(xiàn)了一些問題，比如在按鍵時有紊亂的現(xiàn)象，要重新對程序進行檢查和改正。等確定無誤后，再寫入C52中進行調(diào)試，經(jīng)過多次調(diào)試之后，系統(tǒng)基本達到了預先設(shè)定的功能。 5.2 調(diào)試過程中面臨的問題 （1）紅外探測器的放置問題：這需要特別注意，不要將其放在門頂處，那樣當有人近來時雖然能實現(xiàn)用電器的工作，但當人進入房間而離探測器很遠時，效果就不明顯了。所以應該放在門的側(cè)面半米處，這時效果才比較明顯，當有人進入之后，一直有信號。這樣，用

22、電器工作，基本上達到了要求。 （2）溫度測量方面：要將溫度傳感器和溫度計放入不同的測試環(huán)境中進行測試。通過多次的調(diào)試，使數(shù)字鐘的輸出與溫度計的顯示值基本上一致。這就需要耐心、細致的去調(diào)試了。 最終調(diào)試結(jié)果：準備好裝置后，對裝置同上了電?？雌滹@示，LED能夠正常的顯示時間及溫度，通過按鍵也能夠調(diào)整時間。當光照強度達到200Lx時,有人進入時,燈亮的同時用電器工作。 6 結(jié)束語 （1）本文設(shè)計的節(jié)電裝置簡單、實用、功耗低，人們能夠直觀的看時間，溫度等信息，也便于使用者的校對。安裝時不必走線，非常容易安裝，安裝好之后不用人工管理，節(jié)省了人力，適合與辦公室，教室等場所使用。 （

23、2）在電子產(chǎn)品設(shè)計中，單片機的作用是巨大的，在各種系統(tǒng)中起到了核心作用。這次設(shè)計采用了AT89S52以及其它一些傳感器、處理芯片，具有可操作性，能實現(xiàn)在實際生活中的應用。 參考文獻： [1]寧玉偉.電工電子技術(shù)基礎(chǔ).河南科學技術(shù)出版社,2007 [2]梁森.王侃夫.自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù).機械工業(yè)出版社，2006 [3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M]．高等教育出版社,2006 [4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].高等教育出版社,2005 [5]沈紅衛(wèi).基于單片機結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).電子工業(yè)出版社,2006 [6]黃惠媛.單片機原理與接口技術(shù).海洋出版社

24、,2006 [7]張瑞玲.楊麗.單片機原理與應用.西北工業(yè)大學出版社，2008 [8]何立民.單片機高級教程.北京航空大學出版社，2005 [9]張瑞玲.楊麗.單片機原理及應用.西北工業(yè)大學出版社，2008 [10]王守中.51單片機開發(fā)入門與典型事例.人民郵電出版社，2007 致 謝 本論文是在指導老師寧玉偉教授的悉心指導下完成的,寧教授在學業(yè)上給了我很大的幫助，使我對自動化控制方面產(chǎn)生了很大的興趣。寧教授一絲不茍、嚴謹認真的治學態(tài)度，精益求精、誨人不倦的學者風范令我十分敬佩!在此我對導師表示衷心的感謝！通過這次畢業(yè)論文使我明白了自己原來知識還比較欠缺，要學習的東西還太多，通過這次畢業(yè)論文，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 12