教室灯光自动控制系统-嵌入式系统设计

系统设计说明书系统设计说明书 题题 目目 教室灯光自动控制系统教室灯光自动控制系统 学学 校 校 昆昆 明明 理理 工工 大大 学学 学学 院 院 信息工程与自动化学院信息工程与自动化学院 专专 业 业 电子与通信工程电子与通信工程 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 成成 绩 绩 2014 年年 12 月月 14 日日 目目 录录 第第 1 章章 引言引言 1 1 1 教室灯光自动控制系统的研究目的教室灯光自动控制系统的研究目的 1 1 2 教室灯光自动控制系统的研究背景教室灯光自动控制系统的研究背景 1 第第 2 章章 系统总体设计系统总体设计 3 2 1 教室灯光自动控制系统组成教室灯光自动控制系统组成 3 2 2 教室灯光自动控制系统的功能教室灯光自动控制系统的功能 3 2 3 教室灯光自动控制系统的运行环境教室灯光自动控制系统的运行环境 10 第第 3 章章 硬件系统设计硬件系统设计 11 3 1 系统设计图系统设计图 11 3 2 系统主要硬件电路系统主要硬件电路 13 第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计 23 4 1 系统主程序设计系统主程序设计 23 4 2 系统子程序设计系统子程序设计 24 第第 5 章系统仿真与调试章系统仿真与调试 27 5 1 仿真调试方法及注意事项仿真调试方法及注意事项 27 5 2 系统使用说明及仿真结果系统使用说明及仿真结果 27 0 第 1 章 引言 1 1 教室灯光自动控制系统的研究目的 随着社会进步和科学技术的不断发展 人们的生活水平也在不断提高 导致用电 负荷的加剧 人类社会的进步越来越依赖于资源的开发和利用 又由于近几年世界出 现的能源危机 以及与日俱增的能源需求 因此 能源缺乏成为世界面临的严重问题 尤其对于我国这样的人口大国来说尤为重要 在寻找替代品 提高能源利用率和节约 能源等几种缓解能源危机的途径中 节能无疑是符合可持续发展的要求 教室是高等院校学习和交流的场所 随着教室的扩建 对教室照明的需求也越来 越多 同时 高等院校为了便于学生之间进行相互动态的交流 通常都采用分时段开 放式自由管理模式 这样对教室照明系统的管理就加大了难度 由于缺乏对应的高效 调配管理自动化系统以及有些学生节能观念淡薄 很多教室能源浪费十分严重 通常 出现教室只有几个人 甚至无人时灯光还全部亮着 或者在光照强度满足学习要求时 照明系统还处于工作状态 造成了电能的大量浪费 因此 提高教室照明系统效率显 得至关重要 1 2 教室灯光自动控制系统的研究背景 随着社会经济和科学技术的发展 人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利 用 然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾 能源短缺问题日益 突出 成为一个国家经济发展的 瓶颈 在寻找替代品 提高能源利用率和节约能源 等几种缓解能源危机的途径中 节能无疑是符合可持续发展要求 英国城市大型彻夜灯光照明现象很少见 无论公司和政府部门 都没有虚浮华丽 的所谓 照明工程 夜晚漫步在伦敦街头 看不到大面积光华淌泻与楼体通明的景观 所有照明都基本以不影响人们的正常生活节奏为准 许多店铺橱窗的灯光在打烊后会 全部关闭 有些店铺还采用定时关灯装置 在政府住宅楼和公寓楼内 楼道里的公用 灯也大多采用自动断电装置 作为提高能源使用效率最重要的途径之一 德国政府努 力推动能源公司实施 供热供电结合 鼓励能源公司将发电的余热尽可能用于供暖 2002 年 德国颁布了促进 供热供电结合 的法规 根据这一法规 政府向实施该措 施的能源公司 尤其是小型能源公司提供补助 帮助他们置办相应设备 中国城市每 年用于公共照明的能源支出高达 280 多亿 节能空间巨大 其中路灯照明能耗占 30 1 以上 发展城市道路照明的同时 路灯以供街道照明以外 还大力兴建了不少景观照 明工程 美化城市的夜景 但同时也带来了能耗的极大浪费 中国十二五规划已经将城市绿色照明规划纳入重点 该规划除了强调控制污染和 产品回收的问题 还着重强调节能降耗 节能新产品的设计等内容 说明我国已经对 照明系统方面的节能十分重视 教室照明系统的研究正逐步发展 目前 我国的照明 用电约占世界总用电量的13 左右 采用高效照明产品代替传统的低效产品可节电 60 80 如今 北京正大力推行绿色照明工程 已推出上百万只绿色照明光源和部 分节能电器 另外 我国各类院校中 由于同学们的自觉节能意识薄弱 在光线足够 强时也开着灯 上完课教室空无一人时灯还亮着的现象普遍存在 而且节能规划极为 欠缺 教室的灯光控制完全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 对于国外关于教室灯光的自动控制设计 也有一定的发展和研究 例如 丹麦在 能源利用方面很成功 他们不断提供一些节能供热系统 尽可能有效的利用资源 给 世界各地对能源的高效利用提供了很好的借鉴 还有欧司朗 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 并具有更高的光通量和平均光通量 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 种种迹象表明世 界各国都在采取不同的方式来节约能源 节约电能 2 第 2 章 系统总体设计 2 1 教室灯光自动控制系统组成 教室灯光自动控制系统主要由硬件和软件两部分组成 硬件部分是设计的前提 是整个系统执行的基础 为软件部分提供程序运行的平台 软件部分是对硬件部分所 体现的信号加以采集 分析 处理 是实现所希望系统达到预期效果必不可少的一部 分 通过硬件与软件配合使用 并结合相应外界可能出现的干扰对其进行消除和改进 最终实现控制系统所希望实现的各项功能的智能照明系统 2 2 教室灯光自动控制系统的功能 教室灯光自动控制系统 以环境光线强度和人体存在作为主要输入参数 同时结 合对 AT89C51 单片机的软硬件进行控制 可以实现自动控制室内灯光的开与关 当环 境光线充足时 无论有无人 教室灯光均不亮 当环境光线较弱时 根据教室内人数 决定打开灯的数量 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 整体系统由人体传 感器感应信号 再送入单片机进行处理 再由单片机控制控制教室灯光 另外 为了 防止学生学习时间过长而作息不规律的问题 还设置了时钟电路和超时报警电路 在 LCD 显示器上显示当前时间 当 22 点时会报警一次 提醒该休息了 延时 20 秒后蜂 鸣器会自动关闭 2 2 1 教室灯光自动控制系统需要的模块 本系统主要包括五个模块分别是 环境采集模块 热释电红外传感器模块 始终 模块 LED 显示模块 超时报警模块 环境采集模块 利用按钮开关模拟光敏三极管 当按钮开关按下时 表示环境光很强 此时灯都不亮 当按钮开关松开时 表示环境 光变弱 此时灯亮 热释电红外传感器模块 利用按钮开关模拟红外传感器检测室内 人数 外界环境光较弱时 当人数在十人以下时亮一个灯 人数在十人以上时亮两个 灯 时钟模块 采用 DS1302 芯片控制 主要实现时分秒的显示 LCD 显示模块 主 要实现的功能是显示系统时间和室内人数 超时报警模块 为了更好地实现自动控制 特设超时报警电路 当系统达到夜间休息时间 22 00 00 时 蜂鸣器自动报警 延时 20S 后自动关闭 3 2 2 2 教室灯光自动控制系统的设计程序 此系统的软件设计主要包括环境光采集模块设计 红外传感器模块设计 时钟模 块设计以及 LCD 显示模块设计 而环境光采集模块和红外模块是通过键盘来模拟的 系统软件用 C 语言实现 源程序如下 include define uchar unsigned char define uint unsigned int define READ SEC 0X81 define READ MIN 0X83 define READ HOU 0X85 define READ DAY 0X87 define READ ZHO 0X8B define READ MON 0X89 define READ YEA 0X8D define WRITE SEC 0X80 define WRITE MIN 0X82 define WRITE HOU 0X84 define WRITE DAY 0X86 define WRITE ZHO 0X81 define WRITE MON 0X88 define WRITE YEA 0X8C define WRITE PROTECT 0X8E uchar code temp0 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f 0 x77 0 x7c 0 x39 0 x5e 0 x79 0 x71 uchar miao fen shi uchar number sbit S1 P1 0 sbit S2 P1 1 sbit S3 P1 2 sbit rs P2 0 sbit rw P2 1 sbit en P2 2 sbit rst P2 5 sbit clk P2 7 4 sbit io P2 6 sbit ring P3 5 sbit led0 P1 2 sbit led1 P1 3 sbit ACC0 ACC 0 sbit ACC7 ACC 7 void delay uint k uint i j for i k i 0 i for j 110 j 0 j void delay1 液晶显示 void write 1602date uchar date rs 1 delay 5 rw 0 delay 5 en 1 P0 date delay 5 en 0 void write 1602com uchar add rs 0 delay 5 rw 0 delay 5 en 1 P0 add delay 5 en 0 void init 1602 write 1602com 0 x38 write 1602com 0 x0c 开显示 不显示光标 光标不闪烁 write 1602com 0 x04 读或写一个字符地址指针不加一 不移屏 write 1602com 0 x01 清屏 5 write 1602com 0 x80 write 1602com 0 x85 write 1602date 0 x2d write 1602com 0 x88 write 1602date 0 x2d write 1602com 0 x80 1 write 1602date T write 1602com 0 x80 2 write 1602date I write 1602com 0 x80 3 write 1602date M write 1602com 0 x80 7 write 1602date 0 x3a write 1602com 0 x80 10 write 1602date 0 x3a write 1602com 0X80 0 x40 1 write 1602date N write 1602date U write 1602date M 1302 程序 ds1302 写入程序 void write 1302 uchar addr uchar dat uchar i rst 0 clk 0 rst 1 发送地址 for i 0 i 1 clk 1 发数据 for i 0 i 1 clk 1 rst 0 ds1302 读出程序 uchar read 1302 uchar temp uchar returndate i rst 0 clk 0 delay1 rst 1 for i 0 i 1 clk 1 读取数据 for i 0 i 1 clk 0 rst 0 returndate ACC return returndate void init 1302 1302 芯片初始化子函数 2012 06 18 12 00 00 week7 rst 0 clk 0 write 1302 WRITE PROTECT 0 x00 允许写 禁止写保护 write 1302 WRITE SEC 0 x40 向 DS1302 内写秒寄存器 80H 写入初始数 00 write 1302 WRITE MIN 0 x59 向 DS1302 内写分寄存器 82H 写入初始数 00 write 1302 WRITE HOU 0 x21 向 DS1302 内写小时寄存器 84H 写入初始数 12 write 1302 WRITE ZHO 0 x01 向 DS1302 内写周寄存器 8aH 写入初始数 4 write 1302 WRITE DAY 0 x02 向 DS1302 内写日期寄存器 86H 写入初始数 18 7 write 1302 WRITE MON 0 x06 向 DS1302 内写月份寄存器 88H 写入初始数 06 write 1302 WRITE YEA 0 x13 向 DS1302 内写年份寄存器 8cH 写入初始数 12 write 1302 WRITE PROTECT 0 x80 打开写保护 void display sfm uchar dd uchar dat uchar ge shi shi dat 10 ge dat 10 write 1602com 0 x80 dd write 1602date 0 x30 shi write 1602date 0 x30 ge uchar BCD de uchar bcd 将 16 进制数转换为十进制数 uchar temp num temp bcd 16 bcd bcd 16 num temp 10 bcd return num void keyscanf void if S1 0 delay 10 if S1 0 while S1 number if S2 0 delay 10 if S2 0 while S2 number void main 8 uchar aa bb init 1602 init 1302 delay1 EA 1 EX0 1 while 1 keyscanf aa number 10 bb number 10 miao BCD de read 1302 READ SEC fen BCD de read 1302 READ MIN shi BCD de read 1302 READ HOU display sfm 11 miao display sfm 8 fen display sfm 5 shi if shi 22 if shi 22 if number10 大于十人 灯全亮 led0 0 led1 0 if number 0 无人 灯灭 led0 1 led1 1 write 1602com 0X80 0 x40 6 write 1602date 0 x30 aa 9 write 1602date 0 x30 bb void initer interrupt 0 led0 1 led1 1 2 3 教室灯光自动控制系统的运行环境 教室灯光自动控制系统在 Proteus 软件中进行仿真 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件 该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公 司 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是 目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但已受到单 片机爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐 使用 Proteus 软件进行单片机系统仿真设计 是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结 合的综合运用 本系统首先在 Proteus 软件中调出所搭建的硬件电路图 再次检查电路连接是否合 理 然后在 Keil 软件中编写实现系统所需功能的 C 语言程序 并创建 hex 文件 将其下载至 AT89C51 单片机中 运行此系统 检查是否达到了所希望的目的 10 第 3 章 硬件系统设计 3 1 系统设计图 此系统控制单元主要以 AT89C51 单片机主控模块为核心 其次为由光敏三极管组 成的环境光采集电路和由热释电红外传感器组成的人体存在采集电路为数据收集模块 以及由显示器构成的显示模块 还有系统供电电源模块 看门狗模块 I2C 总线读写 EEPROM 存储器模块 时钟电路模块 超时报警模块 灯控区模拟模块等 此系统硬 件结构框图如图 3 1 所示 此硬件结构电路原理图如图 3 2 所示 图 3 1 系统硬件结构框图 AT89C51 单 片 机 模 块 环境光采集模块 电源模块 灯控区模拟模块 看门狗模块 EEPROM 存储器模块 显示模块 时钟模块 热释电红外传感器模块 超时报警模块 AT89C51 单 片 机 模 块 环境光采集模块 电源模块 灯控区模拟模块 看门狗模块 EEPROM 存储器模块 显示模块 11 图 3 2 硬件结构电路原理图 12 3 2 系统主要硬件电路 3 2 1 系统主控电路 此系统主控单元是 AT89C51 单片机 AT89C51 单片机是 ATMEL 公司的一种曾在 我国非常流行的一类单片机 具有与 MCS 51 产品完全兼容 具有 4KB 可在系统编程 的 Flash 内部程序存储器 可擦 写 1000 次 128KB 内部 RAM 32 根可编程 I O 口线 2 个 16 位定时器 计数器 6 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲模式和掉 电模式 有片内振荡器和时钟电路等特点 AT89C51 共有 40 个引脚 其中接 5V 电源 正端的 40 引脚 Ucc 和接 5V 电源地端的 20 引脚 Uss 未显示 单片机 P1 口是一个内部 有上拉的 8 位准双向 I O 口 P2 口除了是一个内部有上拉的 8 位准双向 I O 口 当 CPU 以总线方式访问外部存储器时 P2 口输出高 8 位地址 P3 口除了是一个内部有 上拉的 8 位准双向 I O 口 还具有第二功能 单片机 P0 口作为通用 I O 口时 由于其 内部没有上拉电阻 因此通常要在其外部加一个上拉电阻来提高电流驱动能力 本设 计用一个排阻 RP1 来接单片机所有的 P0 口 单片机内部有产生振荡信号的放大电路 通过外接晶振等器件构成稳定的自激振荡电路属于内部方式产生的时钟电路 图中电 容 C5 C6 通常取 33PF 可稳定频率并对频率有微调作用 如图 3 3 是其最小单元 图 3 3 单片机最小系统模块 13 单片机 I O 口与其外围电路接口的分配情况如表 1 所示 表 1 I O 口与外围电路的接口分配 单片机 I O 口引脚外围电路引脚说明 P0 0 P0 7D0 D7LCD 数据口 P1 0JIN进入教室内人数按钮 P1 1CHU走出教室人数按钮 P1 2D1LED 指示灯 P1 3D2LED 指示灯 P2 0RSLCD 数据 命令选择端 P2 1RWLCD 读写选择端 P2 2ELCD 读写信号 P2 5 RST 时钟芯片复位端 P2 6I O时钟芯片数据端 P2 7SCLK时钟芯片时钟线 P3 2光敏三极管输入端 P3 5超时报警信号输入端 3 2 2 系统供电电路 由于单片机的供电电压通常为 DC5V 而市电电压为 AC220V 因此 要得到直流 5V 电压 必须进行变压 变压器若选用输出电压为 12V 的变压器时 整流滤波后输 出电压往往大于 12V 因此 应选输出电压为 9V 的变压器 当系统接通 220V 交流电源后 变压器就将 220V 交流电变压到 9V 再经二极管 整流桥进行全波整流 电解电容 C1 C2 滤波 再经一个三端稳压集成电路 LM7805 另外 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 最后得到直 流 5V 电源 用于给主控单元单片机系统及其他外围电路的 VCC 端供电 其供电电路 原理图如图 3 4 所示 14 图 3 4 系统供电电路图 3 2 3 环境光采集电路 环境光的采集是本设计输入参数之一 基本思想就是将采集到的光信号转换成单 片机能够识别的电信号 光敏电阻能够实现将光信号转变成电信号 而光敏三极管还 具有放大信号电流的作用 比光敏电阻对光线的检测要高得多 并且光敏三极管的灵 敏度要高于光敏二极管 因此 选用光敏三极管来采集环境光 光敏三极管与普通半导体三极管一样 是采用半导体制作工艺制成的具有 NPN 或 PNP 结构的半导体管 在结构上 它的引出电极通常只有两个 也有三个的 当无光 照时 流过光敏三极管的电流就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透 电流 Iceo 它很小 是光敏三极管的暗电流 当有光照射基区时 产生的 Ib 增大 成为 光电流 Ie 而 Ie 的大小随光照强度的增强而增强 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 由于本设计是在 Proteus 中仿真 故用按键开关 K2 模拟光敏三极管 环境光采集 模拟电路如图 3 5 所示 当环境光强大于一定程度 即相当于按键开关 K2 闭合时 三 极管 2N3416 基极电压升高 使其饱和导通 其集电极输出低电平 当自然光强小于一 定程度 即按键开关 K2 打开时 三极管 2N3416 截止 其集电极输出高电平 6 15 图 3 5 环境光采集模拟电路 3 2 4 人体热释电红外传感器电路 自然界中的物体都会发射红外线 但波长各有不同 热释电红外传感器主要是由 一种高热电系数的材料 如锆钛酸铅系陶瓷 钽酸锂 硫酸三甘钛等制成的探测元件 在每个探测器内装入一个或两个探测元件 并将两个探测元件以反极性串联 以抑制 由于自身温度升高而产生的干扰 由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱 的电压信号 经装在探头内的场效应管放大后向外输出 人体辐射的红外线中心波长 为 9 10 微米 而探测元件的波长灵敏度在 0 2 20 微米范围内几乎稳定不变 在传感 器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口 这个滤光片可通过光的波长范围为 7 10 微米 正好适合于人体红外辐射的探测 同时将灯光 阳光及其他红外辐射滤除 因此热释 电红外传感器只对运动的人体敏感 热释电红外传感器有许多优点 例如 其本身不发射任何类型的辐射 器件功耗 很小 隐蔽性好 价格低廉 夜间也可工作 可以防小动物干扰 抗电磁干扰 抗灯 光干扰等 但容易受各种热源 光源干扰 当环境温度和人体温度接近时 探测灵敏 度下降 有时会造成短时失灵 目前 人体热释电红外传感器广泛应用于楼道自动开 关 防盗报警 自动门 自动水龙头等领域中 16 使用热释电红外传感器时 应注意避开日光 汽车头灯 白炽灯直接照射 也不 能对着如暖气片 加热器等热源或空调 以避免环境温度较大的变化而造成误报 检 测器安放必须要牢固 避免因风吹晃动而造成误报 传感器表面不允许用手摸 光学 透镜外表面要定期用湿软步或棉花擦净 避免尘土影响灵敏度 安装高度约 2m 另外 要特别注意红外人体传感器的安放方向 本设计考虑到实验条件 只在仿真软件中仿真 所以用按键开关模拟进出教室内 的人数 其模块电路如图 3 6 所示 图 3 6 按键电路 3 2 5 系统时钟电路 考虑到实际需要 本设计还应增加对时间的控制 合理安排学生的作息时间 防 止学生学习忘记时间 当过了夜间 22 点时 如果教室还有人就应该提醒相关人员注意 休息 因此 设置时钟电路显示时间并设报警电路提醒是有必要的 现在流行的串行时钟芯片很多 如 DS1302 DS1307 PCF8485 等 这些电路具 有接口简单 价格低廉 使用方便而被广泛采用 考虑到多方面因素 还是决定采用 目前应用最广泛的 DS1302 时钟芯片 该芯片是 DALLAS 公司推出的一种高性能 低 功耗 带 RAM 的具有涓细电流充电能力的实时时钟电路 主要特点是采用串行数据传 输 可为掉电保护电源提供可编程的充电功能 也可以关闭充电功能 DS1302 可以计 时年 月 日 时 分 秒 具有闰年补偿等多种功能 在测量控制系统 特别是长 时间无人职守的测控系统中 经常需要记录某些特殊数据及其出现的时间 而传统的 数据记录方式是实时采样 只能记录数据而无法准确记录其出现的时间 而采用 17 DS1302 能很好的解决这个问题 DS1302 的工作电压为 2 5V 5 5V 采用 3 线接口与 CPU 同步通信 并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据 其内部有一个 31 8 的用于临时性存 放数据的 RAM 寄存器 DS1302 是 DS1202 的升级产品 与 DS1202 兼容 但增加了 主电源 后备电源双电源引脚 同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力 其外 部引脚定义如图 3 7 所示 引脚功能如表 2 所示 图 3 7 DS1302 引脚图 表 2 DS1302 引脚功能 引脚编号引脚名称功能 1VCC2主电源 2 3X1 X2振荡源 外接 32 768KHZ 4GND地线 5 RST 复位 片选线 6I O串行数据输入 输出端 7SCLK串行数据输入端 8VCC1后备电源 18 DS1302 与单片机接口电路如图 3 8 所示 VCC2 外接系统供电模块的输出稳定电 压 5V 为 DS1302 的主要供电电源 VCC1 可接 3 6V 可充电锂电池 作为 DS1302 的 备用电源 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 两者中较大者供电 当系统正常运行时 VCC2 大于 VCC1 因此由 Vcc2 给 DS1302 供电 在主电源关闭的情况下 则由 VCC1 给 DS1302 供电 保持时钟的连续运行 本设计主要利用此时钟电路设置系统时间 图 3 8 系统时钟电路 3 2 6 超时报警电路 为了保证学校学生正常作息 防止教室灯光工作超时 特采用超时报警模块 此 模块与时钟模块结合来提醒相关人员注意时间 一般情况下 为保证充分的休息 在 夜间 22 点之前应该关灯 因此 通过对单片机的软件编程及硬件时钟电路的结合 当 达到夜间 22 点时 若教室还有人蜂鸣器就报警提醒 超时报警模块仿真电路如图 3 9 所示 19 图 3 9 超时报警电路 本设计中单片机 P3 5 引脚端口外接一个 10K 上拉电阻 再经一个 100 限流电 阻与三极管基极相连 若 P3 5 为低电平 即系统达到 22 点时 三极管导通 蜂鸣器 响 图中 LED 指示灯是为了仿真时检测蜂鸣器是否工作 当 P3 5 为高电平时 三极管 截止 蜂鸣器不工作 教室灯光控制系统正常工作 3 2 7 系统看门狗电路 由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场等因素的干扰 造成程序的跑飞而 陷入死循环 使程序的正常运行被打断 由单片机控制的系统无法正常继续工作 会 造成整个系统陷入停滞状态 发生不可预料的后果 所以出于对单片机运行状态进行 实时监测的考虑 应引入一种专门用于监测单片机程序运行状态的看门狗电路 看门 狗电路就是一个定时计数器 如果程序由于外界干扰等原因而进入死循环 定时计数 值达最大时就会把单片机复位 X5045 是在单片机系统中应用最广泛的一种看门狗芯片 他把上电复位 看门狗 定时器 电压监控和 EEPROM 四种常用功能集成在单个芯片里 以降低系统成本 节 约电路空间 其看门狗定时器和电源电压监控功能可对系统起到保护作用 EEPROM 是电可擦可编程只读存储器 即一种掉电后数据不丢失的存储芯片 可存储单片机系 统的重要数据 X5045 引脚图如图 3 10 所示 20 图 3 10 X5045 引脚图 本设计看门狗电路与单片机硬件连接图如图 3 11 所示 图 3 11 看门狗电路 3 2 8 灯控区模拟电路 本设计由于不是实际操作 因此 采用两个 LED 指示灯 D1 和 D2 模拟 当环境 光强度很大时 D1 和 D2 均不亮 当环境光强弱时 人数少时只有 D1 灯亮 人数多 到一定程度时 D1 D2 全亮 灯控区模拟电路如图 3 12 所示 21 图 3 12 灯控区模拟电路 3 2 9 LCD 显示电路 本设计采用 LCD 液晶显示器显示所需数据 其电路图模块如图 3 13 所示 LCD 显示器所采用的是 LM016L 是 Proteus 中的一个 2 行 16 列字符液晶显示器件 单片 机的 P0 口接 LCD 的数据口 D0 D7 并且单片机的 P0 口需外接上拉电阻以增加 P0 口 的驱动能力 如果去掉上拉电阻 LM016L 将不显示 P2 0 P2 2 分别接 LCD 的控制端 RS RW 和 E D0 D7 既传送数据又传送命令 当传送命令时 应同时使 RS 为 0 当 传送数据时 应同时使 RS 为 1 RW 是读写控制端 当 RW 0 时 由单片机向 LM016L 发送命令或数据 当 RW 1 时 由单片机从 LM016L 读取命令或数据 E 为 LM016L 工作的使能端 图 3 13 显示电路模块电路图 22 第 4 章 系统软件设计 4 1 系统主程序设计 此系统的软件设计主要包括环境光采集模块设计 红外传感器模块设计 时钟模 块设计以及 LCD 显示模块设计 而环境光采集模块和红外模块是通过键盘来模拟的 液晶显示屏上会显示系统时间 TIM 和教室内人数 NUM 教室灯光就根据环境光强 弱和教室内人数来自动开闭 当环境光线强时 灯均不亮 当环境光线弱且教室内人 数小于 10 时 亮一半灯 当环境光线弱且教室内人数大于 10 时 灯全部亮 另外 当系统显示时间到 22 点整时 蜂鸣器就会报警一次 延时 20S 后自动关闭 系统主程 序流程图如图 4 1 所示 开开始始 系系统统初初始始化化 环环境境光光强强度度 人人数数检检测测 显显示示器器 NUM减减1 显显示示器器 NUM加加1 时时钟钟显显示示 TIM 22 00 00 蜂蜂鸣鸣器器 报报警警20S NUM 0 有有人人出出 有有人人进进 全全不不亮亮 NUM 10 一一半半亮亮全全亮亮 强强 弱弱 Y Y Y Y Y N N NN 图 4 1 系统主程序流程图 23 4 2 系统子程序设计 4 2 1 环境光采集模块 本设计利用按钮开关 K2 模拟光敏三极管 当 K2 按下 P3 2 被拉为低电平 表示 环境光很强 此时灯都不亮 当 K2 松开 表示环境光变弱 此时灯亮 环境光模块流 程图如图 4 2 所示 开开始始 系系统统初初始始化化 环环境境光光强强度度 强强 弱弱 灯灯均均不不亮亮亮亮灯灯 图 4 2 环境光采集模块流程图 4 2 2 热释电红外传感器模块 本设计利用按钮开关 JIN CHU 模拟红外传感器检测室内人数 外界环境光较弱 时 当人数在十人以下时亮一个灯 人数在十人以上时亮两个灯 其程序流程图如图 4 3 所示 开开始始 系系统统初初始始化化 人人数数 NUM 0 全全不不亮亮一一半半亮亮全全亮亮 Y Y N N人人数数 NUM 10 图4 3红外传感器检测模块流程图 24 4 2 3 时钟模块 本设计采用 DS1302 芯片控制 主要实现时分秒的显示 注意在读 DS1302