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1、許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 智能檢測(cè)顯示控制裝置的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：楊勇 學(xué) 號(hào)：0702101105 年級(jí)專業(yè)：機(jī)電一體化專業(yè)07級(jí)1班 指導(dǎo)老師：寧玉偉 學(xué) 院：許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)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(jì) …………………………………………………………………………4 3 硬件組成 ……………………………………………………………………………4 3.1 主機(jī)LED顯示部分 ……………………………………………………………4 3.2 紅外線探測(cè)部分…………………………………………………………………5 3.3 接收控制部分……………………………………………………………………5 3.4 溫度測(cè)量模塊…………

3、……………………………………………………………6 3.5 時(shí)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(jì) ………………………………………………………………………………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(xiàn) ………………………………………………………………………………11 致 謝 ………………………………………………………………………………………11 智能檢測(cè)顯示控制裝置的設(shè)計(jì) 作 者： 楊勇 指導(dǎo)教師： 寧玉偉 （許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系07級(jí)1班，許昌 河南 461000） 摘要：本文設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)控制用電器的智能節(jié)電裝置。主機(jī)部分采用點(diǎn)陣LED顯示；各部分通過無線電發(fā)射接收電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(dòng)控制;節(jié)電裝置;無線傳輸 1 選題背景 隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，整個(gè)世界的經(jīng)濟(jì)容量增長越來越龐大，對(duì)電能的需求也越來越多，但是電能的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界對(duì)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(fèi)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(shí)等，空調(diào)等用電器沒有及時(shí)關(guān)掉的現(xiàn)象。加之，人們節(jié)電意識(shí)不強(qiáng)，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(jì)：我國電網(wǎng)綜合損失率為10％左右，而發(fā)達(dá)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(fèi)約2000億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2.3個(gè)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(shí)施節(jié)電措施勢(shì)在必行。 本文設(shè)計(jì)了一套公共場所自動(dòng)控制用電器的智能節(jié)電裝置，它不僅能夠通過自動(dòng)檢測(cè)人的存在來控制用電器的工作，而且在主機(jī)部分采用LED顯示，各個(gè)部分通過無線發(fā)射接收電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(shí)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(jī)AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的中控模塊。單片機(jī)可把由DS18B20、DS1302讀來的數(shù)據(jù)利用軟件來進(jìn)行處理，從而把數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示模塊，實(shí)現(xiàn)溫度、日歷的顯示。點(diǎn)陣LED電子顯示屏顯示器為主要的顯示模塊，把單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)顯示出來,并且可以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)顯示。利用紅外探測(cè)傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)人的探測(cè),并經(jīng) BISS0001進(jìn)行處理，輸出信號(hào)將三極管導(dǎo)通，發(fā)射電路電源被接通并將控制信號(hào)發(fā)射出去；主機(jī)部分與之對(duì)應(yīng)的接收電路將控制信號(hào)接收，使單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，然后單片機(jī)啟動(dòng)發(fā)射電路將控制信號(hào)發(fā)射出去。接收控制部分的接收電路接收到控制信號(hào)之后，將用電器的電源接通，當(dāng)

8、室內(nèi)沒有人時(shí)切斷用電器的電源。從而能滿足試驗(yàn)的要求。另外,在顯示電路中，主要靠按鍵來實(shí)現(xiàn)各種顯示要求的選擇與切換。 2.2 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)LED顯示部分、紅外探測(cè)、及接收控制部分。另外，其它輔助功能部分主要包括：溫度測(cè)量模塊、時(shí)鐘模塊、鍵盤模塊、AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)。 3.1 主機(jī)LED顯示部分 點(diǎn)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(hào)常以16 點(diǎn)陣為一行進(jìn)行并行處理。在點(diǎn)陣顯示中以48個(gè)LED點(diǎn)陣構(gòu)成一個(gè)LED顯示單元, 采用行共陽列共陰的編排方式。其驅(qū)動(dòng)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(dòng), 采用逐行掃描方式, 列數(shù)據(jù)則為漢字的點(diǎn)陣碼。對(duì)于字符和圖形顯示也可以用點(diǎn)陣處理, 其顯示原理和方法相同。 在主機(jī)LED顯示部分中，加入了時(shí)間及溫度的顯示，時(shí)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(shí)間、溫度及星期等各種信息；同時(shí)便于使用者進(jìn)行校對(duì)。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(hào)的互相干擾，也防止了手機(jī)信號(hào)（工作頻率一般在800MHZ以上）的干擾。 主機(jī)顯示部分功能主要是接收信號(hào)、發(fā)射信號(hào)、LED顯示時(shí)間、溫度、調(diào)整時(shí)間等。接收電路所用的芯片為MAX7033，接收電路將控制信號(hào)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(hào)后，AT89S52啟動(dòng)發(fā)射電路將控制信號(hào)發(fā)出；液晶顯示模塊TC1602EL通過接插件與主機(jī)連接；系統(tǒng)采用＋5V直流供電

11、，時(shí)鐘芯片DS1302和溫度傳感器DS18B20共同與AT89S52單片機(jī)及LED完成顯示；本裝置采用四按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，四個(gè)按鍵分別為確定鍵、加數(shù)鍵、減數(shù)鍵和移動(dòng)鍵。 3.2 紅外探測(cè)部分 紅外探測(cè)部分中，當(dāng)有人進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，紅外傳感器將探測(cè)到人的信號(hào)，由BISS0001進(jìn)行處理，輸出信號(hào)將三極管導(dǎo)通，發(fā)射電路電源被接通并將控制信號(hào)發(fā)射出去；主機(jī)部分與之對(duì)應(yīng)的接收電路將控制信號(hào)接收，使單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，然后單片機(jī)啟動(dòng)發(fā)射電路將控制信號(hào)發(fā)射出去。紅外線探測(cè)電路的方框圖如圖2所示： BISS0001處理器 MAX7033 無線發(fā)射信號(hào)處理芯片 紅外傳感器

12、 三極管 發(fā)射頭 圖2 紅外探測(cè)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(hào)之后，將用電器的電源接通，當(dāng)室內(nèi)沒有人時(shí)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(jī)，其中空調(diào)和飲水機(jī)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(shí)日光燈組的開啟，這樣就實(shí)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(jī)的控制信號(hào)之后，將信號(hào)送到MC145027進(jìn)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(dá)到一定值后，比較器將產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)，與門輸出一個(gè)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(dǎo)通，使繼電器彈片吸合，從而接通用電器的電源。 在設(shè)計(jì)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(gè)滑動(dòng)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(fù)雜，如圖4所示。只需在人進(jìn)入室內(nèi)

14、時(shí)接通電源即可，當(dāng)有人進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，紅外探測(cè)部分將信號(hào)發(fā)送到主機(jī)上，主機(jī)將控制信號(hào)發(fā)出去，本控制電路將控制信號(hào)接收，輸出信號(hào)將三極管集電極和發(fā)射極導(dǎo)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(jī)啟停 74148 三極管 MC14527 接收頭 圖 5 控制飲水機(jī)電路方框圖 控制飲水機(jī)的原理和控制空調(diào)原理一致。如圖5所示。 最終實(shí)現(xiàn)的功能為：白天陽光充足時(shí)，不管有沒有人，燈都不亮。白天有人進(jìn)入室內(nèi)時(shí)空調(diào)和飲水機(jī)工作，人走后空調(diào)和飲水機(jī)停止工作。晚上光照強(qiáng)度不夠時(shí)有人進(jìn)入室內(nèi)，空調(diào)及飲水機(jī)工作，人走后用電器都停止工作。主機(jī)部分一直顯示

15、時(shí)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(cè)量模塊 溫度測(cè)量傳感器采用DS18B20的單總線數(shù)字化溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-55℃--125℃，可編程為9位--12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率達(dá)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(cè)量電路 3.5 時(shí)鐘模塊 時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片，DS1302內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)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(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒

16、分時(shí)日日期月年的信息每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過AM/PM 指示決定采用24或12小時(shí)格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信僅需用到三個(gè)口線1 RES 復(fù)位2 I/O 數(shù)據(jù)線3 SCLK串行時(shí)鐘時(shí)鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信DS1302 工作時(shí)功耗很低保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW，其接線電路如圖7所示： 圖7 時(shí)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(diǎn)陣。每個(gè)按鍵都通過一個(gè)10K的上拉電阻接電源+VC

17、C,按鍵的另一端接地。當(dāng)有鍵按下時(shí)，與該鍵相連的PA口的相應(yīng)位變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)檢測(cè)到該變化后即轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序，同時(shí)在程序中點(diǎn)亮LED點(diǎn)陣。模塊電路如圖8所示： 圖 8 鍵盤電路 3.7 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開關(guān)和電源部分。圖下圖為AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)。 4 軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)把硬件電路設(shè)計(jì)完畢，檢查無誤之后，要實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能的，軟件設(shè)計(jì)出來以后，重

18、要的一步就是程序進(jìn)行調(diào)試，根據(jù)實(shí)際的環(huán)境使系統(tǒng)完成動(dòng)作，最后實(shí)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(shí)間初始化 調(diào)用1302子程序,讀出時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，然后進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)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(gè)方面的工作：將該系統(tǒng)的各個(gè)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(jī)和紅外探測(cè)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(duì)無線發(fā)射接收電路的信號(hào)發(fā)射和接收、紅外信號(hào)的探測(cè)、溫度信號(hào)的探測(cè)、LED的顯示、控制信號(hào)的探測(cè)、AT89S52整個(gè)控制程序的調(diào)試。其中

20、無線發(fā)射接收信號(hào)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(cè)到信號(hào)有輸出，能夠引起動(dòng)作即可。 軟件的調(diào)試要和硬件配合進(jìn)行，往往問題可能不是硬件上的。 在硬件調(diào)試中的一個(gè)重點(diǎn)是根據(jù)光照強(qiáng)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(shí),房間就顯得比較昏暗,可以先用專門的儀器進(jìn)行光照強(qiáng)度測(cè)量,當(dāng)光照度達(dá)到200Lx臨界值時(shí)進(jìn)行調(diào)試,通過改變兩個(gè)滑動(dòng)變阻器的值來間接改變比較器的基準(zhǔn)電壓和輸入電壓,當(dāng)把電阻器的值調(diào)到R4=450千歐和R5=540千歐時(shí),光照度剛好低于200Lx,并當(dāng)有人進(jìn)入時(shí),日光燈組開啟。 程序調(diào)試是一個(gè)難點(diǎn)，先在

21、Keil軟件中把程序?qū)懗鰜?保證程序沒有語法錯(cuò)誤和流程圖對(duì)照無誤之后,用寫入器將程序拷進(jìn)AT89S52中,然后進(jìn)行通電試驗(yàn)。通電之后，看其能不能實(shí)現(xiàn)預(yù)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(shí)有紊亂的現(xiàn)象，要重新對(duì)程序進(jìn)行檢查和改正。等確定無誤后，再寫入C52中進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)過多次調(diào)試之后，系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)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(cè)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(dāng)有人近來時(shí)雖然能實(shí)現(xiàn)用電器的工作，但當(dāng)人進(jìn)入房間而離探測(cè)器很遠(yuǎn)時(shí)，效果就不明顯了。所以應(yīng)該放在門的側(cè)面半米處，這時(shí)效果才比較明顯，當(dāng)有人進(jìn)入之后，一直有信號(hào)。這樣，用

22、電器工作，基本上達(dá)到了要求。 （2）溫度測(cè)量方面：要將溫度傳感器和溫度計(jì)放入不同的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。通過多次的調(diào)試，使數(shù)字鐘的輸出與溫度計(jì)的顯示值基本上一致。這就需要耐心、細(xì)致的去調(diào)試了。 最終調(diào)試結(jié)果：準(zhǔn)備好裝置后，對(duì)裝置同上了電?？雌滹@示，LED能夠正常的顯示時(shí)間及溫度，通過按鍵也能夠調(diào)整時(shí)間。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到200Lx時(shí),有人進(jìn)入時(shí),燈亮的同時(shí)用電器工作。 6 結(jié)束語 （1）本文設(shè)計(jì)的節(jié)電裝置簡單、實(shí)用、功耗低，人們能夠直觀的看時(shí)間，溫度等信息，也便于使用者的校對(duì)。安裝時(shí)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(jì)中，單片機(jī)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(jì)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(shí)現(xiàn)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： [1]寧玉偉.電工電子技術(shù)基礎(chǔ).河南科學(xué)技術(shù)出版社,2007 [2]梁森.王侃夫.自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù).機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).電子工業(yè)出版社,2006 [6]黃惠媛.單片機(jī)原理與接口技術(shù).海洋出版社

24、,2006 [7]張瑞玲.楊麗.單片機(jī)原理與應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008 [8]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程.北京航空大學(xué)出版社，2005 [9]張瑞玲.楊麗.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2008 [10]王守中.51單片機(jī)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(dǎo)老師寧玉偉教授的悉心指導(dǎo)下完成的,寧教授在學(xué)業(yè)上給了我很大的幫助，使我對(duì)自動(dòng)化控制方面產(chǎn)生了很大的興趣。寧教授一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度，精益求精、誨人不倦的學(xué)者風(fēng)范令我十分敬佩!在此我對(duì)導(dǎo)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(shí)還比較欠缺，要學(xué)習(xí)的東西還太多，通過這次畢業(yè)論文，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 12