一种节能型网络交换机项目设计方案

1 第 1 页 共 43 页 一种节能型网络交换机项目设计方案 究背景 国内有华为系列和 研华工业生产的节能型交换机。在国外，富士通和 牌的节能交换机比较著名。 华为系列的交换机使用的中控芯片是具有自主知识产权的，实现了按依据流量多寡来调整使用功率。当设备感知到业务流量减少或者部分端口没有流量产生的时候，将会降低芯片的转发功耗，或者直接使端口进入休眠状态，等到有流量值触发时，就会重启端口转发流量。而且它还拥有智能化的电源管理，可以降低通信设备的功耗。 研华工业的交换机对没有数据通讯的端口能够自动识别，而对闲置的端口，则 会选择切断电源，从而实现节能。 换机包含环保节能技术，能够免费检测 计算机 的开关情况，如果在线的计算机关机，相对应的端口会被交换机自动转换到待机模式，从而减少能源消耗，并且还降低产品运行产生的热能，还可大幅度延长设备的生命周期。还可以自动检测电缆的长度，并提供相应的用于工作的电量，大幅度降低能 源消耗，就能达到环境保护和节约能源的目的，同时还能帮助用户降低“不必要的”的消费，降低使用的成本。 富士通网络交换机使用的是 蔽双绞线铜电缆线，每个端口仅仅会消耗 5W 电源 。还有能确保组织机构仅使用所需求电量的自动的电源配置技术，用来降低总体电量消耗。 总之，无论是什么品 牌的交换机都是通过智能化电源管理和自动控制的方法来实现节能减耗的，这与本设计中使用单片机来组成外围电路的思路是相似的，但是在本设计中加入了手动按键和无线模块，实现了远程控制，增加了可操作性，在一定意义上方便了电源管理，提高了网络交换机的实用性，实现了节能的目的。 展前景 作为一种可远程和定时控制电源的开关控制电路，其发展前景还是十分可观的。通过对单片机的深入编程，可以设计出适合不同情况（例如上网、看视频、打游戏和下载等使用不同流量比例）的电源模式，满足不同的控制需求。随着单片机技术的发展，远程控制 电路在未来就可以用遥控器，甚至手机来设置模式，更加方便也更加节能。 该设计因为适用性广泛，可靠性强，可应用于各种场合中不同型号的交换机的控制，特别是学校机房、通讯企业网络中心和小区基站等大功耗场所，对节能减耗有显著效果。 用领域 在本设计中，以单片机为核心的无线开关控制电路实现了网络路由器的节能，但是这只是它的一个应用。在生活中，我们可以有更多的使用方法，比如说我们将它的分机设计成为一款可接收信号的插座，将主机设计成为遥控器（或是将它集成在手机上，用 制），那我们在家里无论是什么电器 ，只要连在特殊插座上，只需要按一个按钮，就能控制任何电器的开关。 而在工作中，这种电路也有用武之地。如将其用于日常测试机台在突发情况下的故障，方便工程师分析，以便在真实故障中找准问题，一次性解决，减少不必要的经济损失。而在一些诸如煤矿或石油的高危工作场所，在发生瓦斯泄露等危险时，拥有一个无线远程开关（阀门）控制系统的情况下，可以最大可能的减少人员和经济损失。 2 第 2 页 共 43 页 第 3 页 共 43 页 本电路由由发送器和接收器二部件构成，收发部分皆以单片机为 中心，用以解决收发信息，发送端运用键盘输入时间，需要能显示时钟的部件，以方便操作。并使用无线装置将信号送给接收器，接收端则通过无线芯片接收信号，通过单片机处理后，显示高低电位，操控继电器的通断，用 亮灭实现信号的反馈。总体系统设计结构框图如下图 送机的设计方案 该部分电路应设计要求，应包含按键、时间显示、存储、无线发射等模块。通过设计，首先发送机应利用单片机本身芯片的功能，配合一些简单的元器件（如晶振、按键和电容等），构成单片机最小系统。还应具备时间设置，实时时间显示，以及最重 要的在指定时间向接收器发送指定信号的功能。 收机的设计方案 该部分的设计，相较发射机的电路而言，比较简单。首先它也需要单片机最小系统，然后它应该要一个无线信号感应器，通过发光二极管与单片机相连，显示无线信号是否联通；无线接收模块也必不可少，接收到的信号通过单片机处理，要达到控制交流电的目的，我们还需要继电器驱动电路，电机电路，以达到强电控制弱电的功能。 图 统结构框图 单片机 复位电路 按键设置 时钟电路 液晶显示 无线发射 无线 接收 无线 接收 继电器 继电器 交换机 交换机 第 4 页 共 43 页 片机 能特点 一种带 8K 字节闪动可编程可擦除只读存储器的低电压，性能高的 微处理器，称为单片机。该器件采用 密度非易失存储器制造技术 制造，与工业标准的 1 。表 表 要功能 主要功能特性 兼容 令系统 8K 可反复擦写 2 个双向 I/O 口 256部 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 个串行中断 可编程 行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功 能 管脚介绍 脚图 (1)主电源引脚（ 2根） 电源输入，接 5V 电源 接地线 (2)外接晶振引脚 (2根 ) 片内振荡电路的输入端 片内振荡电路的输出端 第 5 页 共 43 页 (3)控制引脚 (4根 ) 复位引脚，引脚上有 2个机器周期的高电平，可以使单片机复位。 地址锁存允许信号 外部存储器读选通信号 程序存储器的内外部选通，当接低电平时，从外部程序存储器读指令；如果接高电平，就从内部程序存储器读指令。 (4)可编程输入 /输出引脚 (32根 ) 片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别为 ，每个口有 8 根引脚，共有 32根。 名称为 是一个 8位的双向 I/ 作为电路输出口，每一位都能驱动 8个逻辑电平（晶体管 名称为 是一个 8 位双向 I/O 口，它具备内部上拉电阻，出缓冲器，是能驱动四 个 辑电平。在 口写“ 1”时，内部有上拉电阻，会把端口拉高，此时能作为输入口使用。而作为输入口使用时，由于内部电阻的原因，被外部拉低的引脚将输出电流（ 此外，定时器 /计数器 2将由 部计数输入（ 2）和时器 /计数器 2 的触发输入（ 2具体如下所示。 在 程和校验时，接收低8 位地址字节 2。 时器 /计数器 外部计数输入），时钟输出 时器 /计数器 重载触发信号和方向控制） 线系统编程时用到） 线系统编程时用到） 线系统编程时用到） (名称为 是一个的 8 位双向 I/O 口，它具有内部上拉的电阻， 4 个 辑电平都由 出缓冲器驱动。对 口写“ 1”时，端口被内部上拉电阻拉高，此时可以作为输入口使用。而作为输入端使用时，由于内部电阻的原因，被外部拉低的引脚将输出电流（ 在用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 访问外部程序存储器时，高八位地址被 送出。在这种应用中，会使用很强的内部上拉，并用 发送 1。在使用 8位地址（如 问外部数据存储器时， 2 口 输出。在 写和验证时，高 8位地址字节和一些控制信号也被 接收到 2。 8位准双向 I/O 口线，名称为 是也一个的 8 位双向 I/O 口，同时具有内部上拉的电阻， 4 个 辑电平都由 出缓冲器驱动。对 口写“ 1”时，此时它可以作为输入口使用，而且内部上拉电阻会把端口拉高。作为输入使用时，由于内部电阻的原因，被外部拉低的引脚，将输出电流（ 作为 殊功能（第二功能）， 下表所 示。在 写程序和校正检验时， 也会接收一些控制信号 3。 端口引脚 第二功能 行输入口 ) 行输出口 ) 中断 0) 中断 1) O(定时 /计数器 0) 1(定时 /计数器 1) R(外部数据存储器写选通 ) D(外部数据存储器读选通 ) 另外，一些用于 存编程和程序校验的控制信号也会用 复位输入 。当振荡器开始工作时，两个机器周期以上高电平会出现在 脚上，这 第 6 页 共 43 页 将使单片机复位。 当在访问数据存储器或外部程序存储器时，地址的低 8位字节用 址锁存允许）输出脉冲锁存。一般情况下， 出固定的脉冲信号，其大小为时钟振荡频率的 1/6，因此对外输出时钟或用于定时目的就会用到它 4。要注意的是：每次在访问外部数据存储器时侯，都会跳过一个 冲。 在 编程 储器期间，输入编程脉冲（ 会使用该引脚。 在必要的情况下，要禁止 作，可通过对 实现，其中 中的 8元。该位置位后，想将 活，只有一条 令才能实现。此外，它会微弱的拉高该引脚，应设置 单片机执行外部程序。 外部程序存储器的读选通信号是程序储存允许（ 出，在单片机由外部程序存储器取数据（或指令）时，在每个机器周期，各有两次 在输出两个脉冲期间，将跳过两次 号，每当访问外部数据存储器的时候 5。 是外部访问的允许，欲使外部程序存储器（地址为 被 问，保持低电平（接地）是 必须保持的状态。需注意的是：如果在编程加密位 部会锁存状态，每当复位的时侯。如 接 （为高电平），内部程序存储器的指令被 行。 在 编程 储器的时候，加上 +12然这必须是使用 12 该器件。 钟芯片 为了实现无线控制计时和定时等功能，此设计采用了 时时钟芯片。美国 司推出的 一种高性能、带 低功耗的实时时钟电路，它具有闰年补偿功能，可以对星期、时、分、秒、年、月、日进行计时，工作电压为 。同步通信采用三线接口与 可一次传送多个字节的 中采用突发方式。 部有一个用于临时性存放数据的 31 8 的 存器 。 容，是 升级产品，但增加了后背电源 /主电源双电源引脚，同时提供了一种新的能力，那就是对后背电源进行涓细电流充电。 脚功能及结构 在 引脚中 ,主电源， 后备电源。在关闭主电源的情况下，也能保持连续运行时钟。 者中的较大者供电。当 于 ， 电。当 于 ， 电。振荡源是 位 /片选线是 脚 ， 把 入驱动置高电平，所有的数据传送可以被启动。 先，允许地址 /命令序列送入移位寄存器，当 次， 7。所有的数据 在 高电平时，传送被初始化， 行操作。如果 为低电平，若传送则会终止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。在前，上电运行时，保持低电平对 说是必要的 。当 低电平时，才能使 I/O 为串行数据双向端 (输入输出 )，后面则会有详细说明。时钟输入端为 下图为 引脚功能图 图 引脚图 I/O 8 2 7 3 6 4 5 2 第 7 页 共 43 页 控制字节 控制字 节的最高有效位 (位 7)必须是逻辑 1，如果它为 0，则不能把数据写入 6如果为 0，则表示存取日历时钟数据，为 1 表示存取 据 ;位 5 至位 1 指示操作单元的地址 ;最低有效位 (位 0)如为 0表示要进行写操作，为 1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 据输入输出 (I/O) 在控制指令字输入后的下一个 钟的上升沿时，数据被写入 据输入从低位即位 0开始。同样，在紧跟 8位的控制指令字后的下一个 数据，读出数据时从低位 0位到高位 7。 寄存器 12个寄存器，其中有 7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为 形式 ,其日历、时间寄存器及其控制字见表 1。 此外， 有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与 关的寄存器等 8。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 类是单个 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 中奇数为读操作，偶数为写操作 ；另一类为突发方式下的 存器，此方式下可一次性读写所有的 31个字节，命令控制字为 )、 )。 晶显示屏 系统中使用的显示器是液晶显示器 由一定数量的彩色或黑白像素组成，是平面超薄的显示设备。 点说明 液晶显示模块由于具有低功耗、寿命长、体积小、显示内容丰富、价格低、接口控制方便等优点，因此在各类电子产品中被极广泛地推广和应用。字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等点阵式液晶显示模块 910。本系统设计采用字符型液屏显示模块 为显示器件，这样不仅简化了系统的硬件设计，而且极大地提高了系统的可靠性。字符型液晶显示模块单片机应用设计中最常用的信息显示器件。 以显示两行，每行 16 个字符，采用 5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比 11。 能介绍 引脚功能如表 示。 表 脚功能 表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 源地 9 （ H/L） 12 （ H/L） 13 （ 1）基本操作时序： 写操作时序总体上来说是比较简单的，掌握其有两种方法：一种是直接看时序图，另外一种方法是直接记忆和总结读写时电平高低和变化。很显然第二种更简单、直接，下面就列出典型读写的时序要求，以方便编写程序 12。 读状态 ， R/W=H， E=H 输出： 态字 写指令 ， R/W=L， 令码， E=高脉冲 输出：无 读数据 ， R/W=H， E=H 输出： 据 写数据 ， R/W=L， 据， E=高脉冲 输出：无 （ 2） 状态字说明： 表 态字表 0 1 2 3 4 5 6 7 表 态字读写使能表 当前数据地址指针的数值 写操作使能 1：禁止 0：允许 对控制器每次进行读写操作之前，都必须进行读写检测，确保 0 （ 3） 指令说明 12： 表 示模式设置表 指令码 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 设置 16*2 显示， 5*7 点阵， 8 位数据接口 表 示开 /关及背光灯设置表 指令码 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1 开显示； D=0 关显示 C=1 显示光标； C=0 不显示光标 B=1 光标闪烁； B=0 光标不显示 0 0 0 0 0 1 N S N=1 当读或写一个字符后地址指针加一，且 光标加一 N=0 当读或写一个字符后地址指针减一，且 光标减一 S=1 当写一个字符，整屏显示左移（ N=1）或 右移（ N=0），以得到光标不移动而屏幕移动的效果 S=0 当写一个字符，整屏显示不移动 （ 4）数据控制 控制器内部有一个数据地址指针，它们可以被用户用于访问内部的、全部的 80 字节 （ 5）数据指针设置 表 据指针设置表 指令码 功能 80H+地址码（ 040 设置数据地址指针 第 9 页 共 43 页 （ 6）其他设置 表 他设置指令表 指令码 功能 01H 显示清屏： 1 数据指针清零 2 所有显示清零 02H 显示回车：数据指针清零 始化过程 (1) 延时 15(2) 写指令 38H(不检测忙信号 ) (3) 延时 5(4) 写指令 38H(不检测忙信号 ) (5) 写指令 5(6) 写指令 38H(不检测忙信号 ) (7) 之后每次写指令、读 /写数据操作之前均需检测忙信号 (8) 写指令 38H：显示模式设置 (9) 写指令 08H：显示关闭 (10) 写指令 01H：显示清屏幕 (11) 写指令 06H：显示光标移动设置 (12) 写指令 0示及光标设置 13 线 片 一款 司推出的新型单片射频收发器件，工作于 段。内置频率 合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型 术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置 14。 耗低，在以 -6 功率发射时， 工作电流只有 9收时，种低功率工作模式 (掉电模式和空闲模 式 )使节能设计更方便。 要特性如下： 制；硬件集成 路层；具有自动应答和自动再发射功能；片内自动生成报头和 验码；数据传输率为 s 或 2Mb/s； 率为 0Mb/s 10Mb/s； 125个频道；与其他 列射频器件相兼容；供电电压为 5。 数存储 片 美国 司开发的 低功耗 行 是具有工作电压宽(内含 256入速度快 (小于 1特点、擦写次数大于 10000次 22。 带有片内地址寄存器的存储芯片。每读出或写入一个数据字节后，在这个地址寄存器上自动加一，用于对下一个存储单元的读写的实现。均以单一操作方式读取所有字 节。为了降低写入的总时间，在一次操作中，可写入多达 8个字节的数据。 第 10 页 共 43 页 本设计包括 源模块、单片机最小系统、无线收发模块、时间显示模块、时钟模块和按键模块。另外还有电路总开关、无线信号感应电路和继电器输出电路的设计，因为电路总开关与 比较简单，所以归于 源模块中，后文不再详细介绍。同理，无线信号感应电路归于单片机模块。 源模块 由于系统中使用单片机等精密芯片，为了保证电路的正常稳定运行以及电路的简化，特为电路中引入了 供电，购买市面上常见的 220V 接头，其中 图 口电路图 电源总开关选用按键自锁直键开关，连接其 5， 6 脚。则未按下时， 4， 6 脚接通，断路电源未接通；而按下时， 5， 6脚接通，电源接通。 片机最小系统 本设计的单片机最小系统主要包括 片，晶振电路和复位电路。 振电路 最小系 统晶振电路如图 图 晶振电路图 晶振电路内部有一个高增益反相放大器，它是用于构成振荡器的部分，引脚 钟可以由内部方式产生，也可由外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 接定时元件在 脚上，自激振荡就会在内部振荡器上 第 11 页 共 43 页 产生。定时元件通常采用并联谐振回路，它一般由石英晶体和电容组成 的。晶体振荡频率的范围很广，可以在 12间选择，电容值则在 5 30间可以选择，控制电容值的大小，就可以对频率起微调的作用 23。 单片机晶振之中的两个电容的作用：这两个电容，其实是晶振的负载电容，它们分别接在对地的电容和晶振的两个脚上，一般在几十皮法。它会影响到晶振的输出幅度和谐振频率。晶振的负载电容 =(g)/(g)+ C， 式中 分别接在对地的电容和晶振的两个脚上， C（ +成电路内部电容），经验值为 3到 5 最小系统复位电路如图 示。 图 位电路图 单片机总要涉及到复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏，会直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在实验室调试成功后，并在设计完单片机系统，而在现场时却出现了“程序走飞”、“死机”等现象，这主要是单片机的复位电路设计不完善造成的 24。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后， 撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 片机复位电路参数的选定须在振荡稳定后保证复位高电平持续时间大于 2 个机器周期。单片机复位电路主要有四种类型：微分型复位电路；积分型复位电路；比较器型复位电路；看门狗型复位电路 25。 因本设计需要达到手动控制的目的，所以当分机电源已开时，其中复位键按下后，单片机重置，分机接收到信号，控制继电器关闭电源，就可实现手动控制电源开关。 第 12 页 共 43 页 体图 最小系统整体电路如图 示。 图 最小系统电路图 线信号感应电路 该功能主要由分机单片 机编程完成，发光二极管负极连于单片机 件电路如下图所示。 图 线信号感应电路 线收发模块 本设计中无线接收与发射模块都采用 与单片机的连接管脚不相同， 设计采用 8 线插槽实现单片机 块的连接，从单片机控制的角度来看，我们只需关注 六个控制和数据信号，分别为 6。 片与 片连接电路图如下图 图 机 片与 片连接电路图 第 13 页 共 43 页 图 机 片与 片连接电路图 钟模块 本设计中的 片的 脚与 片相连接 。 振荡源 ，外接 为主控芯片提供外部时钟频率 。其中 后备电源， 主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 者中的较大者供电。 时钟模块电路如图 示。 图 时钟模块电路图 晶显示模块 液晶 脚与 片的 相接，而控制引脚 R/W， 分别接 脚 3接一个 10K 的滑动变阻器来调整对比度，从而达到合适的背光灯对比度。 液晶显示模块电路如图 示。 图 液晶显示模块 第 14 页 共 43 页 键模块 本设计中，主机设置有七个按键，其中复位键属于复位模块，就不再赘述。其余六个按键到单片机 到调节时间日期等功能。六个键分别是：切换键 启电源时间显示键 闭时间显示键 上调键 调键 确认键 按键模块电路如下图 图 键模块 图 片与 片连接图 如图 1、 2、 3脚是三条地址线，用于确定芯片的硬件地址。在系统主板上它们都接地，第 8脚和第 4脚分别为正、负电源。第 5脚 输出，数据通过这条双向 线串行传送，在系统主板上和单片机的 6脚 串行时钟输入线，在系统主板上和单片机的 接。 需要和正电源间各接一个 4电阻上拉。第 7脚需要接 电器输出电路设计 现代自动控制设备中，都存在互相连接的问题，即一个电子电路与电气电路的。一方面要能够控制电气电路的执行元件 (电动机，电磁铁，电灯等 )，另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护人身的安全和电子电路 27。电子继电器便能完成这一桥梁作用。 系统中使用 5入 220出型固态继电器。继电器线圈由 三极 8550驱动，示，在继电器的长开触点上由输出端子 1, 2 脚连接，一旦达到指定的时间，系统会自动关闭或开启继电器。若加一个二极管到继电器的线圈两头，可吸收继电器线圈断电时产生的反电势 电器输出电路如图 图 电器输出电路图 第 15 页 共 43 页 系统硬件电路设计完成之后，就要进行软件的设计和调试。如果没有软件来控制硬件电路和外围设备，系统仍然是不完善的。在程序方面，采用模块化设计的方法，这样既减小了编程难度、使程序易于理解，又能便于添加各项功能。运用这种方法，关键在于各模块的兼容和配合，若各模块不匹配，会出现意想不到的错误。 51 单片机的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是 在高级语言中， 且 比起汇编语言来说， C 语言进行系统开发者可以更专心地考虑算法而不是考虑一些细节问题。使用像 C 语言进行嵌入式系统开发时，程序员不必十分熟悉处理器的运算过程，这就意味着对新的处理器也能够很快上手，并不必知道处理器的具体内部结构。 C 语言同其他编程语言相比，具有以下优点： (1)编程调试方便。当前几乎所有的嵌入式系统都有相应的 试十分方便。 (2)生成代码编译效率高。当前较好的 C 语言编译系统编译出来的代码效率比直接使用汇编低20%左右，如果能优化编译甚 至可以更低。 (3)模块化开发性好。 (4)可移植性好。 (5)项目的维护管理容易 28。 由于本设计是 51 单片机控制系统，利用 以本系统的程序采用 而 窗系统下有许多的的交叉编译环境，如 +软件。 美国 司出品的 51 系列单片机 件开发系统，与汇编相比， 读性、功能上、可维护性上有明显的优势，因而易用 易学。 件提供功能强大的集成开发调试工具和丰富的库函数，界面是全 外重要的一点， 非常之高的生成目标代码效率，由多数语句生成的十分紧凑的汇编代码，让人容易理解。在开发大型软件的时候，更能体现高级语言的优势 27。 综合以上 系统采用 试，待调试完程序后，设置 片机模拟调试软件使其编译生成可下载到实验板里的“ 件，用 载程序时选择需要下载的“ 件下载到系统单片机里面即可。 总体说明 无线电源开关控制器的功能是在程序控制下实现的。该系统的软件设计方法与硬件设计相对应，按整体功能分成多个不同的程序模块，分别进行设计、编程和调试，最后通过主程序将各程序模块连接起来。本系统的软件部分主要进行时间显示程序、日期显示程序、时间调整程序、定时开关时间调整程序和延时程序的设计，按键的输入扫描等。 程序开始运行后要进行初始化，包括设置定时器、 送端 成初始化后，日历信息通过 示出来，当 实时时间与设定的开启关闭时间相同后， 显示的时间仍然照常走动，时钟芯片向单片机发出中断请求，主机把 置成 作模式。 启动 送数据，若从按键模块接收到数据，则将相应标志位置 1，并将对应编号显示于 示屏。若发送成功，则产生 断。若重发超限，则产生 断。若发送目标成功，则发送继续，否则对发送数据进行出错处理 28。 接收端 成初始化后把 置成 作模式 。当正确接收数据时， 第 16 页 共 43 页 生 接收中断标志 ， 取数据并校验数据标志位，如果对应标志位为 1，通过改变电平，使继电器接通，以控制电源通断，则点亮 示灯。 此时，若按下主机复位键，可手动控制关闭分机电源。 件设计总体流程图 软件设计总体流程图主要分为发送端流程图和接收端流程图，具体流程如图 a），（ b）所示。 （ a）发送端流程图 （ b） 接收端流程图 图 送端流程图和接收端流程图 第 17 页 共 43 页 键输入模块 系统中有七个按键，即：复位键 换键 启电源时间显示键 闭时间显示键调键 调键 确认键 （ 1）按下 ，系统中如分机处于开启状态，则分机直接关闭电源。 （ 2）按下 ，系统进入设置状态，再按下 ，可在年、月、日、时、分、秒、星期上停留，此时再按下上调键 ，即可进行加一操作，按下下调键 可进行减一的操 作，设置完所有项目后，再按确认键 可。 （ 3）按下 或 会进入到开启或关闭时间显示界面，再按 可设置时间，设置完后，再按确认键 可。 晶显示模块 液晶显示驱动程序。 程序主要是对内部控制器进行操作，如液晶初始化，读，写，判忙，制定位置等，这些操作驱动程序有子函数构成。 钟处理程序 据处理要始终对内部的数据进行处理获得液晶显示需要的字符。主要包括 初始化，读一个字节，写一个字节，读写，数据处理等函数组成。对 命令、 写命令和寄存器标志 内容的了解，实现计时，调时程序很容易。在程序中尽量使用位移、位或、位与来实现乘除法，这样可以节约单片机的处理时间。最后将时分秒年月日分解为字符送给液晶显示 16。部分流程图如图 示。 图 写流程图 开始 始化 设置 年月日星期时分秒 将读取的数据处理后送 液晶屏显示 返回 第 18 页 共 43 页 数存储模块 工艺参数存储部分由 为外围存储区。 有 2有 口，可以与单片机之间通过软件模拟 序建立 信，实现读取和存储数据。它通过 行数据线 )及 行时钟线 )两根线在连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件。这里只用到一片 片，所以不需要地址识别 28。编程之前要掌握 件的读写操作时序，写 分程序流程图如上图 (1) 基于 线的器件，在 线技术规范中，起始条件 (S)和停止条件 (P)一般是由主器件产生的。起始条件表明一个 线传送的开始，停止条件则表明 线通信的结束。 高电平到低电平的跳变被定义为起始条件，而 低电平到高电平的跳变未停止条件 25。 线在起始条件以后被认为处于忙状态，在停止条件以后，如果没有起始条件产生，这段时间总线可以被认为是处于空闲状态。 (2) 线的位传输 线协议的技术规范中规定每次发到 线 的数据必须是一个字节，但每次传输可以发送的字节数量是不受到限制的 27。传输 的数据字节按照由高位到低位的顺序发送，每发送一个字节后必须跟一个响应位 接收到下一个字节之前需要一定的时间对当前的数据进行处理，那么在 成当前数据的接收后 低电平，通知单片机进入等待状态，直到 备好接收下一个字节数据，释放时钟线 片机才可以继续发送数据 . (3) 线上的数据响应 在响应脉冲期间， 总线拉低，并使得 这个时钟脉冲的高电平期间保持稳定的低电平。 应信号结束后， 回高电平， 进入下一个传送周期。 图 序流程图 开始 写程序入口 总线空闲？ Y N 写命令字 写要存放数据的地址 逐位写入数据 释放总线 结束 第 19 页 共 43 页 测试不同障碍物下，主机控制分机开关机有效距离，结果如下表 表 离测试 障碍物材料 无障碍物 /m 有障碍物 /m 书本桌子砖石等 10板等金属 6璃 9论：障碍物影响信号的发射接收，而金属物影响相对更大。 提前设定好开关机时间，测试实时时间，是否相符。（其中开机时间设定为 10： 00，关机时间设为 13： 00）自动模式测试结果如下表 表 动模式测试 显示时间 交换机状态（ 馈） 10： 00： 02 灯亮 13： 00： 01 灯灭 手动设置开机时间，复位键代替关机键，测试实时时间是否相符。（其中开机时间设定为 14： 00，关机时间设为 15： 00）自动模式测试结果如下表 示。 表 动模式测试 显示时间 交换机状态（ 馈） 14： 00： 01 灯亮 15： 00： 01 灯灭 用一个单片机主机控制几个分机，且控制对象在不同的地方，测试结果如下表 表 通路测试 机组 距离 /m 显示时间 交换机状态（ 馈） 1 10 16： 0000 灯亮 /灯灭 2 4 16： 0000 灯亮 /灯灭 结论：测试 正常反馈，说明电路功能正常。 第 20 页 共 43 页 结论 在本次毕业设计课题的研究中 ,我大有收获。首先在选择毕业设计课题时，我本着巩固所学理论知识，加强实际动手能力，增加对现代科技特别是无线和通信方面的了解，圆满完成大学本科学业的想法，选了节能型交换机无线开关控制的设计这一实际而又有挑战性的课题。 应用 单片机的定时中断功能， 该设计可以 进行定时控制，并通过 信号送给接收部分，在定时时间到达时，接收端控制继电器闭合，通过 可实现信号的反馈。如果对该系统加以开发利用，只要检测到用户请求，家电就能实现开关机，那家电智能化的时代就会更丰富。 经过四年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情况下，我认真且严肃的完成了我的毕业设计。这次毕业设计历时至少 3 个月，由一开始的确定课题，再到后来的资料查找、理论学习应用，再有就是近来的软件设计、硬件电路组建、结果分析和测试过程。这一切都使我的理论知识理解力和动手能力得到很大的加强。可以说是一次全面综合的电路知识检验。 在通信理论的学习和实际芯片的识别、电路的组建、分析以及后来的测试过程中，我不可避免地遇到各种问题，我在积极思考的前提下，请教了同学或指导老师，比较顺利的一一解决了问题，圆满完成了设计制作。 这次毕设对我的求实精神、面对困难的积极心态都有极大的考验，我也曾消沉止步不前，但在周围拉奥是的和同学的感染下，我从困境中挺了过来。我在这个过程中深刻的感受到了做毕业设计的意义所在，