教室LED日光燈節(jié)能控制設(shè)計(jì)方案

0 教室 案 第 1 章 概述 題研究背景 隨著社會的發(fā)展 ,對照明系統(tǒng)的需求激增。就建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當(dāng)自然光照度很好時(shí)，燈不能及時(shí)關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時(shí)，又不能及時(shí)打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費(fèi)，而且不能滿足人對照明的基本需求，同 時(shí)也給人的視力造成了很大的影響?，F(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，將更注重能量的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學(xué)的個(gè)性方面的要求。所以要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電光源、燈具、照明控制系統(tǒng)。因此，適應(yīng)不同個(gè)人和工作需要，結(jié)合自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)不可或缺。 而在大學(xué)校園的建設(shè)熱潮中，各大高校的建設(shè)者也意識到了智能照明的重要性。相對商業(yè)樓宇而言，大學(xué)校園里的大功率動力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關(guān)鍵。 使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢，而且還能節(jié)省開支。 室燈光控制器研究的現(xiàn)狀及其存在的問題 目前，我國照明用電約占社會總用電量的 12%，采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電 60%到 80%。如今，北京正在大力推行綠色照明工程，己推出上百萬只綠色照明光源和部分節(jié)能電器，據(jù)測算年節(jié)約用電可達(dá) 3442 萬千瓦時(shí)， 1 節(jié)約電費(fèi) 元。政府己經(jīng)在商廈、學(xué)校、醫(yī)院等更換了 24 萬只節(jié)能燈具。在奧運(yùn)工程的建設(shè)上，也大量運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，北京的奧運(yùn)廠館“水立方”，通過采用大量的節(jié)能燈 具，裝備新技術(shù)，通過增強(qiáng)透光性白天可節(jié)約照明能耗 50%。 我們黨在 2000 年 10 月 11 日黨第十五屆中央委員會第五次會議通過的中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃的建議中明確指出 :“加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是今后五年至十年一項(xiàng)十分重要的任務(wù)?！逼渲刑岬降幕A(chǔ)設(shè)施建設(shè)就包括了能源建設(shè)。建議還強(qiáng)調(diào)了能源建設(shè)要發(fā)揮資源優(yōu)勢，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高利用效率。面臨如此緊迫的能源問題，我們應(yīng)該把著眼點(diǎn)放在“高效加強(qiáng)環(huán)境保”利用“清潔”能源。由此可見，節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。目前國內(nèi)各類院校中， 由于同學(xué)們的自覺節(jié)能意識薄弱，在光線足夠強(qiáng)時(shí)也開燈，護(hù)潔課上完離開教室后燈還亮著的現(xiàn)象普遍存在 ;而且，節(jié)能規(guī)劃極為欠缺，教室的燈光控制由管理人員手工代替，教室極多，管理人員忙不過來，這樣就造成不必要的電能浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。 基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室日光燈自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無疑就成為其中一項(xiàng)重要課題。 題研究的內(nèi)容與意義 究內(nèi)容 本課題的研究內(nèi)容有如下幾點(diǎn) : (1). 了解教室照明光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)； (2). 調(diào) 研教室燈光照明需求以及環(huán)境光強(qiáng)弱與開、關(guān)燈的關(guān)系； (3). 研究人體存在探測技術(shù)，探測角度與范圍； (4). 研究傳感器教室分布、安放問題，是否一燈一個(gè)傳感器或多燈公用傳感器等； (5). 研究確定人體傳感器的有關(guān)參數(shù)； (6). 研究燈光控制器電源問題； (7). 研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案； (8). 研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問題； (9). 研究與現(xiàn)有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護(hù)、維修等控制技術(shù)； 2 (10)究意義 I良好的節(jié)能效果和延長燈具壽命 節(jié)能是照明控制系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。傳統(tǒng)的樓宇公共區(qū)域照明工作模式，只能是白天關(guān)燈，晚上開燈。而采用了智能照明控制系統(tǒng)后，可以根據(jù)不同場合及人流量，進(jìn)行時(shí)間段、工作模式的細(xì)分，把不必要的照明關(guān)掉，在需要時(shí)自動開啟。同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)照度，在保證必要照明的同時(shí)，有效減少了燈具的工作時(shí)間，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。 改善工作環(huán)境，提高工作效率 良好的工作 環(huán)境是提高工作效率的一個(gè)必要條件。合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。智能照明控制系統(tǒng)具有開關(guān)和調(diào)光兩種控制方法，可以有效地控制各種照明場所的平均照度值，從而提高照度均勻性。同時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)不同的時(shí)間段，人們的不同需要，自動調(diào)節(jié)照度。 提高管理水平 智能照明控制系統(tǒng)是以自動控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)開關(guān)和調(diào)光功能，既大大減少了管理人員的數(shù)量，也排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不 定時(shí)開關(guān)，影響學(xué)校的正常教學(xué)、生活秩序的情況。 較好的投資收益效果 智能照明控制系統(tǒng)在節(jié)能和節(jié)省燈具使用的同時(shí)，有效節(jié)省了電費(fèi)與管理費(fèi)用的支出。根據(jù)一般的辦公大樓運(yùn)營的經(jīng)驗(yàn)來看，節(jié)能效果能達(dá)到 40以上，一般的商場、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達(dá)到 25 30。 課題擬解決的關(guān)鍵問題 本課題擬通過試驗(yàn)研究教室燈光的各種控制方案解決如下關(guān)鍵問題 : (1). 照明回路的控制回路與控制器本身的節(jié)能問題； (2). 傳感器與教室燈配合安裝的問題； (3). 環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題； (4). 人存在傳感器參數(shù)輸入采集問題； 3 (5). 開、關(guān)燈的自動與手動兼容措施； 第 2 章 教室燈光控制器簡介及控制方案的分析 室燈光控制器簡介 教室燈光控制器可實(shí)現(xiàn)有效的教室燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)不開燈，環(huán)境光強(qiáng)度在一定閥值以下且有人存在時(shí)開燈，理論和實(shí)驗(yàn)證明用這種方式來對教室燈進(jìn)行智能控制可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。 教 室燈光控制器一般安裝在教室內(nèi)避開電燈直射的位置，且人體傳感器安置時(shí)應(yīng)使人體活動方向與人體傳感器中兩個(gè)熱釋電元連線方向垂直，這樣可使人體存在信號采集更加靈敏、可靠，同時(shí)還要盡可能避免外界風(fēng)直接吹向人體傳感器。 統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選取 統(tǒng)主控芯片的選取 由于 片機(jī)在功能和性價(jià)比方面均優(yōu)于其它芯片，故本設(shè)計(jì)選用片機(jī) 實(shí)現(xiàn)。 照檢測方式的選擇 方案一：采用光敏二 極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平，然后直接接入單片機(jī) I/O 引腳。 方案二：采用光敏電阻通過 環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的具體數(shù)值，然后將該數(shù)值傳給單片機(jī)。 由于需要采集環(huán)境光的具體數(shù)值，所以采用方案二。 體感應(yīng)方式的選擇 方案一：采用紅外對管進(jìn)行檢測。紅外發(fā)送管和紅外接收管分別安裝在通道兩側(cè)。當(dāng)某一時(shí)刻紅外接收管如果接收不到信號表示兩者之間有遮擋物通過，可 4 以視為有人體進(jìn)入。 方案二：采用集成電路 芯片是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配 以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 方案分析： 由于方案一要求紅外發(fā)送管和接收管必須相對才行，而且兩者距離有限，實(shí)現(xiàn)起來較為不便，所以本設(shè)計(jì)采用方案二。 鐘芯片的選擇 傳統(tǒng)的時(shí)鐘芯片，如 ，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。而現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘芯片很多 ，如 ，這些電路的接口簡單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛的使用。考慮到本系統(tǒng)停電時(shí)只需對時(shí)鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機(jī)資源，故本系統(tǒng)采用具有充電能力的低功耗 1*8 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的 存器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 明設(shè)備驅(qū)動的選擇 方案一、采用可控硅控制?？煽毓栌址Q晶閘管，是一種具有三個(gè) 的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。其具有體積小、結(jié)構(gòu)相對簡單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。 方案二、采用繼電器控制。 繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。其具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動化、運(yùn)動、遙控、測量和通信等裝置中。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可以將其分為電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等型號。 方案分析： 由于電磁繼電器簡單易用，開關(guān)狀態(tài)極其容易判斷，所以本設(shè)計(jì)采用電磁繼電器來控制。 光燈電壓控制的選擇 方案一：通過光敏電阻采集到的具體光強(qiáng)數(shù)值，來通過 節(jié) 光燈輸入電壓的 占空比，從而無級調(diào)壓以達(dá)到日光燈亮度等級的控制。 5 方案二：通過光敏電阻采集到的具體光強(qiáng)數(shù)值，分 8 個(gè)等級將 光燈輸入電壓分為 8 級，從而有級調(diào)壓以達(dá)到日光燈亮度等級的控制。 方案分析：由于方案一硬件電路不易實(shí)現(xiàn)，故采用方案二。 統(tǒng)控制方案的分析 所研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。可以實(shí)現(xiàn)自動與手動控制相兼容。在自然環(huán)境光較強(qiáng)光線足夠時(shí)，無論人是否存在，都不開燈 ;在自然環(huán)境光較弱時(shí)，有人存 在且超過一定時(shí)間，控制器自動打開電燈，直到人離開后再延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)燈。同時(shí)，還要按作息時(shí)間來控制，夜晚超過11 點(diǎn)，若還有人存在，則警報(bào)響起提醒人離開，若有特殊情況則可通過紅外遙控關(guān)閉自動控制器的運(yùn)行，改用紅外開關(guān)來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器的不人性化運(yùn)行。 本文所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，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)到控制器自動與 手動相結(jié)合的教室照明智能控制。 本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路如下圖 示： 超 時(shí) 警 報(bào)繼 電 器 驅(qū) 動 模 塊 繼 電 器 驅(qū) 動 模 塊數(shù) 碼 管顯 示 時(shí) 間光 敏 電 阻 A / 分 等 級 控制 開 關(guān) 量開 關(guān) 量 調(diào) 壓 變 壓 器D S 1 3 0 2時(shí) 鐘 模 塊6 : 0 0 - - 2 3 : 0 0其 它 時(shí) 間人 體 紅 外 信 號環(huán) 境 光 信 號L E D 日 光 燈A C 2 2 0 V A C 1 0 0 V 2 6 0 光燈 亮弱存 在紅 外 遙 控模 塊圖 體思路圖 6 第 3 章 系統(tǒng)控制模塊的硬件設(shè)計(jì) 考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且教室控制設(shè)備中的人體存在傳感器、光敏三極管等經(jīng)常會因環(huán)境情形變化而不穩(wěn)定，所以在設(shè)計(jì)過程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問題。 制模塊的硬件構(gòu)成 系統(tǒng)控制單元是以單片機(jī)主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括 :載線模塊、系統(tǒng)供 電模塊、 鐘模塊、燈光繼電器驅(qū)動模塊、數(shù)碼管顯示模塊、 A/D 采集環(huán)境光模塊、人體存在紅外傳感器模塊、超時(shí)報(bào)警模塊、 外遙控模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 示： 超 時(shí) 警 報(bào) 模 塊繼 電 器 驅(qū) 動 模 塊8 9 C 5 2系 統(tǒng) 模 塊數(shù) 碼 管 顯 示 模 塊電 源 模 塊D S 1 3 0 2 時(shí) 鐘 模 塊A / D 采 集環(huán) 境 光人 體 存 在紅 外 模 塊燈 光 供 電 電 壓 模 塊I R 紅 外 遙 控 模 塊I S P 下 載 模 塊圖 統(tǒng)控制單元結(jié)構(gòu)框圖 7 制系統(tǒng)的主要硬件電路 統(tǒng)主控電路 本系統(tǒng)的主控模塊主要采用 司的 為主控芯片，它是一種低功耗， 8 位 藝處理器，具有 8K 在線可編程 儲器，片內(nèi)的 多次編程，為在線編程提 供了方便。片內(nèi)有 128 字節(jié)的 8 于合理的安排使用片內(nèi) 間，所以沒有擴(kuò)展的片外 電路結(jié)構(gòu)簡捷。由于電路控制的復(fù)雜性，故采用兩個(gè) 片（下面用 實(shí)現(xiàn)對 燈的控制。 要用來控制時(shí)鐘模塊、人體紅外信號采集、繼電器輸出驅(qū)動日光燈、超市警報(bào)模塊； 要用來控制A/D 環(huán)境光采集、紅外遙控、日光燈供電電壓控制模塊。 I/0 端口與系統(tǒng)其它外圍器件接口的 示： 圖 I/0 示： 8 表 腳 說明 碼管傳送數(shù)據(jù)端 碼管位選、段選 敏控制燈光亮滅位 示日期位 鐘引腳 體熱釋電信號位 光驅(qū)動 外控制警報(bào)位 外啟動位 /手自動控制切換位 時(shí)警報(bào)位 I/0 示： 圖 I/0 示： 9 表 腳 說明 光燈供電電壓模塊控制位 （紅外 控制）顯示日期位 光驅(qū)動 外接收位 外啟動位 /手自動控制切換位 外控制警報(bào)位 線編程模塊電路 以往單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)往往依賴于仿真機(jī)和單片機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，近年來，隨著 單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬結(jié)合寫片驗(yàn)證成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多單片機(jī)都具有了 能，不再需要仿真機(jī)，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。 片就是這樣的芯片。其原理圖如下圖 示。 圖 序下載模塊原理圖 片支持在線編程 (能，用戶可以通過 線編程接口直接對電路板上的 行在線編程，方便了程序的修改燒寫工作。 行在線編程時(shí)，用 片的 腳，通過 口，根據(jù) 議制作簡單的編程器就可對 行編程。使用方便、快捷，且工作顯示信號清晰。 10 統(tǒng)供電電路 要取得 +5V 電壓，若選用 12V 的變壓器，整流濾波后輸出往往大于 12V，會使穩(wěn)壓器功耗大，自身溫度較 高。故不選用輸出電壓為 12V 的變壓器，而選用輸出電壓為 9V 的變壓器。系統(tǒng)接通 220V 交流電源后，將 220V 交流電變壓到 9V，經(jīng)過二極管全波整流、電解電容 波，再經(jīng)一只正輸出穩(wěn)壓器 了緩沖負(fù)載突變，改善瞬態(tài)響應(yīng)，輸出端還采用了電容 后得到 +5V 的直流工作電源，用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路的 供電。其供電原理圖如 示。 圖 電原理圖 在硬件時(shí)鐘模塊中，為了在斷電后硬件時(shí)鐘能夠正常運(yùn)行，故采用主從雙電源供電方式。硬件 時(shí)鐘一般在系統(tǒng)的 +5V 主電源情況下工作，而只有系統(tǒng) +5V 主電源消失的情況下，為確保硬件時(shí)鐘的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)一個(gè) 可充電鏗電池作為備用電源。具體電路及其原理將在后面的系統(tǒng)時(shí)鐘電路部分詳細(xì)說明。 據(jù)采集電路 教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏電阻。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強(qiáng)，本系統(tǒng)采用了邏輯電平輸出的 號的人體存在傳感器。 ， 又稱為 光電導(dǎo)探測器 ；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強(qiáng)，電阻增大。 光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光 （ 11 響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用 白熾燈 泡光線或 自然光 線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。 其外形電路圖形符號如圖 示： 圖 敏電阻 光敏電阻電路如下圖 示： 圖 敏電阻電路原理圖 其輸出隨著光敏電阻的阻值變化為不同的電壓值，其中 。 在這里選用的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器 ，通過該型號的 A/D 將光敏電阻輸出的電壓值（模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。來供后續(xù)電路、單片機(jī)的控制運(yùn)算處理。下面介紹一下 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器 ,由于本芯片我們只使用的是 A/D 轉(zhuǎn)換部分，故僅對 A/D 部分稍作介紹。其引腳如圖 示： 12 圖 腳圖 單片、單電源低功耗 8 位 據(jù)采集器件，具有 4 個(gè)模擬輸入、一個(gè)輸出和一個(gè)串行 線接口。 3 個(gè)地址引腳 于編程硬件地址，允許將最多 8 個(gè)器件連接至 線而不需要額外硬件。 器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過兩線雙向 線傳輸。 器件功能包括多路復(fù)用模擬輸入、片上跟蹤和保持功能、 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換和 8 位數(shù)模擬轉(zhuǎn)換。最大轉(zhuǎn)換速率取決于 線的最高速率。 A/ 圖 。該地址包括固定部分和可編程部分?？删幊滩糠直仨毟鶕?jù)地址引腳 2來設(shè)置。上圖中 2均與地線連接，所以 00B。電路中A/路中的串行數(shù)據(jù)線 3 線 據(jù)傳輸只能在總線不忙時(shí)啟動。其中 體存在信號采集電路 人體熱釋電紅外傳感器 深圳市浩博特電子有限公司研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線技術(shù)的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下 : （ 1）全自動感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自 動延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。 （ 2）溫度補(bǔ)償：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至 30 32，探測距離稍變短，溫度補(bǔ)償可作一定的性能補(bǔ)償。 （ 3）兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇） a、不可重復(fù)觸發(fā)方式 :即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動從高電平變成低電平； b、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，其輸出將保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖健?（ 4）具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi) 感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)輸出時(shí)間”和“封鎖時(shí)間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。 （ 5）工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 人體傳感器 視圖如圖 示 : 圖 體存在傳感器的熱釋電紅外探頭的工作原理及特性如下 :人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特定波長 10右的紅外線，被動式紅外探頭就 14 靠探測人體發(fā)射的 10右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10右 的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(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)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號。 這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為 10右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對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（菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密），使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。人體存在的探測，其傳感器包含兩 個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，構(gòu)成差分電路，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦有人進(jìn)入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，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)信號處理而輸出有人體存在的信號。 人體傳感器透鏡的信號采集敏感區(qū)示意圖如圖 示 圖 號采集敏感區(qū)示意圖 人體存在傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系，正確的安裝應(yīng)滿足的條件有：應(yīng)離地面 ；遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐 等空氣溫度變化敏感的地方；在探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物；不要直對窗口；不要安裝在有強(qiáng)氣流活動的地方。人體存在傳感器對人體的敏感程度還和人的運(yùn)動方向關(guān)系很大。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 人體傳感器 塊的外接連線：人體傳感器的 1 號引腳為電源信號端， 3 號引腳為地信號端， 2 號引腳為采集信號輸出端。本系統(tǒng)使用 4 個(gè) 其 2號引腳分別連接單片機(jī) 5 引腳，其外接 電路原理如圖 3. 2. 4. 2示。 圖 感器外接電路原理圖 鐘電路 根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時(shí)間的控制，控制系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)符合學(xué)校的作息時(shí)間。比如晚間休息、假期等時(shí)間段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研究還加入硬件時(shí)鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。 單片機(jī)接口電路連接原理圖如圖 示： 圖 單片機(jī)接口電路連接原理圖 其中 接 充電的鏗電池， 為 備用電源（可以用電池或者超級電容器。雖然 主電源掉電后的耗電很小，但是如果要長時(shí)一間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池。如果斷電時(shí)間較短時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。）。在主電源關(guān)閉的情況下，由 電，保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。 振蕩源，外接 振。 復(fù)位 /片選線，通過把 入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機(jī)的復(fù)位信號相連。時(shí)鐘輸入端 單片機(jī) 腳，進(jìn)行時(shí)鐘控制。數(shù)據(jù)輸入 /輸出端 I/0 接單片機(jī) 腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 單 16 片機(jī) 腳。 第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調(diào)整時(shí)間。 碼管顯示時(shí)間電路 由于教室日光燈的控制在自動控制模式下是嚴(yán)格按照作息制度控制的，為了更加直觀的提醒教室人員時(shí)間，以確保及時(shí)合理利用自己的時(shí)間，故添加此時(shí)間顯示模塊。數(shù)碼管顯示時(shí)間模塊電路圖如下圖 示： 圖 碼管顯示電路 該電路用到了兩個(gè) 74 存器（ 74常用芯片，故在此不做詳細(xì)介紹），用來對 8 位數(shù)碼管的段數(shù)據(jù)和位數(shù)據(jù)的選擇控制，硬件連線兩個(gè) 74D7D 引腳均連接到單片機(jī) 口。上圖中代號為 74片的 C 引腳接連接到單片機(jī) 腳，上圖中代號為 74片的 C 引腳接連接到單片機(jī) 腳。 外遙控接收電路 為了便于更加靈活的對該系統(tǒng)進(jìn)行控制，特設(shè)計(jì)了紅外控制，在此不做控制介紹（后續(xù)章節(jié)會給出），其接收硬件 電路如下圖 示： 圖 外接收硬件電路 17 該電路中采用微機(jī)一體化紅外接頭 合各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募t外線接收器其紅外線接收器。此紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，只是焊上一個(gè) 10濾波電容，可以使接收器工作更可靠。遙控器信號的接收模塊與單片機(jī)的連接如上圖， 腳用來接收從紅外遙控器接收到的數(shù)據(jù)控制信息。其 腳連接到單片機(jī) 腳，便于遙控信號采集。 電器驅(qū)動接口電路 繼電器驅(qū)動接口電路如圖 示，這里繼電器由芯片 驅(qū)動，開機(jī)時(shí)，單片機(jī) 始化后的 高電平， 出為高阻狀態(tài)，所以開機(jī)后繼電器始終處于釋放狀態(tài)，如果 低電平， 電器就會得電吸合，從而驅(qū)動負(fù)載，點(diǎn)亮相應(yīng)電燈。繼電器的輸出端并聯(lián) 100 歐的電阻和 6800 皮法電容，目的是避免繼電器吸合與釋放期間產(chǎn)生火花，從而 使用 起來更加安全。這種繼電器驅(qū)動方式硬件結(jié)構(gòu)比較簡單。圖 1、 3 接口連 接負(fù)載電路， 03） 連接芯片 引腳，其對應(yīng)的 腳連接單片機(jī) 腳。 圖 電器驅(qū)動電路 時(shí)報(bào)警電路 在教室中，由于學(xué)生學(xué)習(xí)緊張，在夜里忘了時(shí)間點(diǎn)，致使教室燈工作超時(shí)，于是本系統(tǒng)超時(shí)報(bào)警電路就會發(fā)出聲音，提醒學(xué)生應(yīng)該休息或必需改用遙控器手動方式來控制燈了。這樣，可以更好地保護(hù)公共設(shè)施。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警的電路如圖 示。這里蜂鳴器是由 動，其硬件連線為單片機(jī) 腳連接 腳對應(yīng)的 腳連接下圖所示的 。當(dāng)單片機(jī) 腳為低電平時(shí)， 通，驅(qū)動 18 蜂鳴器發(fā)出聲音，以示教室燈工作超時(shí)。若單片機(jī) 腳為高電平，即 出為高阻，蜂鳴器不工作，教室燈工作正常。本系統(tǒng)采用超時(shí)報(bào)警電路方便了管理人員對教室的管理，能夠更好地、及時(shí)地管理教室。 圖 時(shí)報(bào)警電路 光燈供電電源控制電路 日光燈供電電壓通過控制變壓器的變壓匝數(shù)比來實(shí)現(xiàn) 變壓，示： 圖 光燈供電電路 該電路通過單片機(jī) 口控制來實(shí)現(xiàn)，將前面 A/D 采集環(huán)境光電路所得的數(shù)值分為 8 個(gè)等級，通過 的通斷來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)匝數(shù)比的改變，來實(shí)現(xiàn) 光燈輸入電壓的變化。由于上圖中 關(guān)上通過的電壓值過大，故 需通過驅(qū)動電路來實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)開關(guān)的控制，在此我們選用前面所提到的繼電器驅(qū)動電路來驅(qū)動控制 通斷。 19 第 4 章 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)。在程序設(shè)計(jì)過程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過程中又用到了結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的思想。 本控制系統(tǒng)軟件模塊主要包括 :系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、時(shí)鐘模塊、顯示驅(qū)動模塊及系統(tǒng)鍵功能。 統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊 監(jiān)控 主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，其外圍模塊一般都需要經(jīng)過監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)其在監(jiān)控系統(tǒng)中的作用。監(jiān)控主程序接受和分析來自鍵盤的命令，進(jìn)而把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。 本系統(tǒng)監(jiān)控主程序模塊包括對系統(tǒng)外圍器件輸入、輸出參數(shù)的初始化自檢，多任務(wù)操作模塊的調(diào)用，實(shí)時(shí)中斷處理等。其監(jiān)控主程序流程圖如圖 示： 程 序 開 始系 統(tǒng) 初 始 化設(shè) 定 定 時(shí) 器 ， 允 許 中 斷任 務(wù) 1 任 務(wù) 2 任 務(wù) 控主程序流程圖 20 統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化是保證整個(gè)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要條件。系統(tǒng)加電復(fù)位后，直接進(jìn) 入初始化程序完成系統(tǒng)的初始化。初始化過程主要是對一些控制寄存器、數(shù)據(jù)區(qū)和外部芯片進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置和定義。本系統(tǒng)中的初始化主要指各接口芯片的檢測、芯片內(nèi)部設(shè)定參數(shù)的初始化及系統(tǒng)內(nèi)部寄存器的初始化。 各接口芯片的檢測主要檢測各芯片是否己處于準(zhǔn)備工作的就緒狀態(tài)，有無硬件故障等，如檢測各位 否正常顯示系統(tǒng)設(shè)置開機(jī)時(shí)的界面，檢測硬件時(shí)鐘處于更換芯片后初次使用為起振狀態(tài)，還是處于備用電源供電振蕩保持狀態(tài)，即檢測系統(tǒng)中控制時(shí)間表的有效性，檢測人體傳感器輸出信號是否正常體現(xiàn)人體存在的信息，檢測環(huán) 境光是如何影響光采集電路輸出的信號等。 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)，各用戶定義的數(shù)據(jù)變量的初始化賦值及部分特殊功能寄存器 復(fù)位初始化。 時(shí)器中斷處理 定時(shí)中斷是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到或計(jì)數(shù)值已滿引起的中斷，內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)器可以對內(nèi)部時(shí)鐘或從外部引線 入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的溢出信號作為中斷請求信號，去置位定時(shí)器溢出標(biāo)志位，向單片機(jī)的 請中斷。 定時(shí)中斷為周期性中斷，每隔一定的時(shí)間會中斷一次。本系統(tǒng)中設(shè)定的定時(shí)中斷主要用來構(gòu)造多任務(wù) 操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷后，無需對斷點(diǎn)實(shí)施現(xiàn)場保護(hù)，可直接進(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)，即該中斷可以啟動有關(guān)的任務(wù)就緒。該定時(shí)中斷處理程序框圖如圖 示 : 定 時(shí) 器 中 斷 中 斷 任 務(wù) 啟 動主 程 序 下 一 步程 序 開 始圖 時(shí)中斷處理程序框圖 本系統(tǒng)還采用了外部中斷，此外部中斷主要用來判斷是否有遙控器信號 (或警 21 報(bào)信號 )，若有，就采集下來并加以處理；若無，則返回到主循環(huán)。 任務(wù)操作系統(tǒng)的構(gòu)建 多任務(wù)操作是將用戶應(yīng)用程序分成多個(gè)任務(wù)，在操 作系統(tǒng)的管理下，以某種準(zhǔn)則調(diào)度并分配任務(wù)由處理器去執(zhí)行。多任務(wù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)一般是靠 行實(shí)時(shí)內(nèi)核，對多任務(wù)進(jìn)行分配和調(diào)度，使 停地執(zhí)行這些任務(wù)中的某一個(gè)任務(wù)，以至能最大限度地提高 利用率，加快運(yùn)行速度，各任務(wù) (程序 )不被耽誤運(yùn)行。 本系統(tǒng)多任務(wù)的執(zhí)行是對定時(shí)中斷中設(shè)置的實(shí)時(shí)標(biāo)志進(jìn)行檢測，通過標(biāo)志位的狀態(tài)決定各任務(wù)的調(diào)用。任務(wù)的執(zhí)行在微觀上是分時(shí)順序進(jìn)行的，但在宏觀上認(rèn)為是同時(shí)執(zhí)行的。因此各任務(wù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的就會處于如下四種狀態(tài)之一，這四種狀態(tài)如圖 示： 運(yùn) 行休 眠等 待就 緒圖 某個(gè)任務(wù)獲得 執(zhí)行權(quán)時(shí)， 行該任務(wù)，此時(shí)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。等待狀態(tài)是指任務(wù)的執(zhí)行需要等待某一事件發(fā)生，則由運(yùn)行狀態(tài)退出，進(jìn)入等待狀態(tài)。就緒狀態(tài)是任務(wù)滿足所有啟動條件后所進(jìn)入的狀態(tài)。休眠狀態(tài)是任務(wù)己執(zhí)行完的狀態(tài)。 據(jù)采集模塊 本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集對象為環(huán)境光信號及人體存在信號，在程序設(shè)計(jì)中對這兩個(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。 據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)考慮到環(huán)境觀足夠亮?xí)r，無論有否人體存在都不應(yīng)該開燈：而環(huán)境 光不夠亮?xí)r，有人體存在才開燈 ,無人體存在不開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮?xí)r為二進(jìn)制的“ 0”，暗時(shí)為“ 1”，人體存在為“ 1”，人體不存在為“ 0”，開燈為“ 1”， 22 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 表 境光參數(shù) 人體存在參數(shù) 燈光狀態(tài) 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 上表數(shù)據(jù)表明可將環(huán)境光參數(shù)與人體存在參數(shù)相與門操作，又由于繼電器是低平驅(qū)動，所以要將采集處理后的信號進(jìn)行非操作，才可以驅(qū)動繼電器工作，即可得到教室燈的狀 態(tài)，其軟件子程序?yàn)椋?，具體內(nèi)容會在附錄中給出。 其流程圖 下所示： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化光 照 檢 測是 否 有 人點(diǎn) 亮 L E D 日 光 燈時(shí) 間 到 否 L E D 日 光 燈弱據(jù)采集流程圖 鐘模塊 在系統(tǒng)啟動自檢初始化時(shí)，首先會對時(shí)鐘芯片 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測到 于啟動狀態(tài)時(shí)才對其進(jìn)行初始化啟動時(shí)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片初始化及其讀寫程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要遵循其時(shí)序要求。 23 據(jù)輸入輸出 在對 行的各種操作之前，必須先對其初始化，即需要把復(fù)位 輸入置為高電平，如果 入為低電平，那么所有的數(shù)據(jù)傳送中止，且 I/0引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。在數(shù)據(jù)讀 /寫完后， 應(yīng)置成低電平，以防止外部干擾對 部時(shí)鐘的影響。 同時(shí)，為了防止復(fù)位輸入端受到外部的干擾，要求上電時(shí)，在主電源引腳 前， 須為邏輯 0。無論是讀操作還是寫操作，都必須在開頭的8 個(gè)時(shí)鐘周期把提供地址和命令信息的 8 位數(shù)據(jù)裝入到 移位寄存器。地址 /命令子節(jié)用于指明 40 個(gè)寄存器中的哪個(gè)進(jìn)行何種操作。數(shù)據(jù)在 上升沿串行輸入，在開始的 8 個(gè)時(shí)鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，若跟隨的是寫命令字節(jié)，則在下 8 個(gè) 期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，若跟隨在讀命令字節(jié)的 8 個(gè) 期之后，在下 8 個(gè) 期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。 鐘內(nèi)部寄存器的使用 控制寄存器和年、月、日、周、時(shí)、分、秒等工作寄存器組成。本系統(tǒng)中只用到工作寄存器中的時(shí)分秒及控制寄存器，所應(yīng)用的各寄存器地址 (命令 )及數(shù)據(jù)寄存器分配情況如表 示 : 表 部寄存器 寄存器名 命令字 取值范圍 各位內(nèi)容 寫操作 讀 操作 7 6 5 4 3 2 1 0 0H 81H 0059 02H 83H 0059 0 10R 84H 85H 0102 或 0023 12/24 0 10 ： (1) 上表中，時(shí)鐘寄存 器內(nèi)的數(shù)據(jù)是以 的形式存在的。其中秒寄存器的位7 定義為時(shí)鐘暫停位，當(dāng)此位設(shè)置為邏輯 1 時(shí)，時(shí)鐘振蕩器停止， 入低功耗的備份狀態(tài) ;當(dāng)把此位置為 0 時(shí)，時(shí)鐘將啟動。 (2) 小時(shí)寄存器的位 7 定義為 12 或 24 小時(shí)方式選擇位。當(dāng)為低電平時(shí)，選擇 24小時(shí)方式，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用的就為 24 小時(shí)方式。 (3) 寫保護(hù)寄存器的位 7 是寫保護(hù)位，在對時(shí)鐘進(jìn)行些操作之前，位 7 應(yīng)先置為0,當(dāng)它是高電平時(shí)，寫保護(hù)防止對任何其它寄存器進(jìn)行寫操作。 鐘程序設(shè)計(jì) 對 行讀寫的程序流程圖如圖 示： 開 始參 數(shù) 初 始 化去 除 寫 保 護(hù)R S T 一 端 送 高 電 平寫 D S 1 3 0 2 地 址寫 數(shù) 據(jù)完 成 數(shù) 據(jù) 寫 入將 D S 1 3 0 2 寫 保 護(hù)R S T 一 端 送 高 電 平寫 入 D S 1 3 0 2 讀 地 址將 該 地 址 數(shù) 據(jù) 讀 出完 成 讀 數(shù) 據(jù)暫 存 讀 出 數(shù) 據(jù) 并 顯 示結(jié) 束圖 作流程圖 針對 鐘芯片的操作，在程序中我們單獨(dú)以頭文件的方式給出，其頭文名稱件程序?yàn)?體內(nèi)容會在附錄中給出。 碼管顯示模塊 系統(tǒng)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)顯示是人機(jī)交互對話的一個(gè)重要通道。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示，我們才可以更好的了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)，從而便于對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行必要的操作。 25 示程序設(shè)計(jì) 其顯示子程序流程圖 下所示： 位 選 信 號段 選 信 號P 0 口 輸 出 為 位 選 數(shù) 據(jù)P 0 口 輸 出 為 段 選 數(shù) 據(jù)程 序 開 始 管 顯 示 數(shù) 據(jù) 信 息圖 顯示子程序名稱為： ，具體內(nèi)容會在附錄中給出。 每次先送一位要顯示的數(shù)據(jù)位地址字節(jié)，然后再送該位 顯示數(shù)據(jù)字節(jié)，直到 8 位顯示完全。正常工作中 8 位數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，時(shí)間顯示小時(shí)、分鐘和秒鐘，其中有兩位用來顯示“ 用以分隔小時(shí)、分鐘和秒鐘，這樣顯示更加清晰。 外遙控模塊 按鍵是系統(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)交互對話。本系統(tǒng)在按鍵不多的情況下采用中斷方式，把按鍵信號采集放在中斷程序中，按鍵的功能放在任務(wù)操 作模式中完成。 本系統(tǒng)通過紅外遙控器來作為按鍵使用。首先通過紅外線遙控器解碼程序來獲得紅外按鍵的編碼值。再通過相應(yīng)碼值來設(shè)置對應(yīng)的按鍵操作。其對紅外遙控程序的操作，我們單獨(dú)以頭文件的方式給出，其頭文名稱件程序?yàn)?h，具體內(nèi)容會在附錄中給出。 26 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行及問題分析 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，排除軟件和硬件的故障，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性，使系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)的調(diào)試主要分兩個(gè)步驟 :單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試 (硬件調(diào)試和軟件調(diào)試 )及整個(gè)控制系統(tǒng)試運(yùn)行調(diào)試。 片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方 法及步驟 單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。 系統(tǒng)硬件和軟件的研制可以相互獨(dú)立的平行進(jìn)行，軟件調(diào)試可以在硬件完成之前，硬件也可以在無完整應(yīng)用軟件的情況下進(jìn)行調(diào)試，但它們需要借助另外的工具提供調(diào)試環(huán)境。硬件和軟件分調(diào)完成之后，還要再進(jìn)行軟件和硬件的聯(lián)調(diào)，在調(diào)試中找出問題，判斷故障源，修改軟硬件。 在對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)對系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對軟件和硬件進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，最后才能使 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作。 1. 靜態(tài)調(diào)試 :靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在電路搭建好后，對其進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看端口是否正確連接，連接是否可靠。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)用萬用表檢查電路，看應(yīng)當(dāng)開路的地方是否開路，應(yīng)當(dāng)短路的地方是否短路，電源地線連接是否可靠。在焊接后，查看焊接是否牢固，有無虛焊或短路等。在將芯片、傳感器等元件插到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。 2. 軟件調(diào)試 :系統(tǒng)軟件程序在編制好以后， 可通過匯編軟件對源程序進(jìn)行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼，在匯編過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，要及時(shí)糾正。在軟件調(diào)試時(shí)采用軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)對程序進(jìn)行調(diào)試，這種模擬開發(fā)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序 27 運(yùn)行無錯(cuò)誤。 3. 動態(tài)調(diào)試 :控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所 以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來對用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。在應(yīng)用系統(tǒng)各電路板調(diào)試成功后，將用戶程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步、多步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行用戶程序。系統(tǒng)中的硬件故障 (如各個(gè)部件內(nèi)部存在的故障和部件之間連接的邏輯錯(cuò)誤 )主要是靠聯(lián)機(jī)仿真來排除的。對于與硬件無聯(lián)系的用戶程序，例如定時(shí)標(biāo)志等，雖然已經(jīng)沒有語法錯(cuò)誤，但可能存在邏輯錯(cuò)誤，這時(shí)，就借助于動態(tài)在線調(diào)試手段發(fā) 現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，直至邏輯錯(cuò)誤糾正為止。而對于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用在線編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。 現(xiàn)的主要問題及分析解決 系統(tǒng)調(diào)試一般來講是一種復(fù)雜，而仔細(xì)的工作，所以在調(diào)試過程中需要有耐心，仔細(xì)檢查、解決出現(xiàn)的一切問題。只有所有問題都得到解決后，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在本系統(tǒng)的調(diào)試過程中遇到的主要問題及分析解決 : 問題 1: 電源供電電路中集成穩(wěn)壓器溫度過高。分析解決 :穩(wěn)壓器溫度過高的原因之一是 :12V 變壓器整流濾波后加到集成穩(wěn)壓器輸入端的電壓較高，使 7805 上的壓