《智能检测显示装置》毕业设计.doc

许昌职业技术学院毕业论文许昌职业技术学院毕业论文智能检测显示控制装置的设计 学生姓名：杨勇学 号：0702101105年级专业：机电一体化专业07级1班指导老师：宁玉伟 学 院：许昌职业技术学院机电工程系河南许昌提交日期：2010年5月目 录摘 要 3关键词 31 选题背景 32 方案说明 32.1 工作原理 42.2 总体设计 43 硬件组成 43.1 主机LED显示部分 43.2 红外线探测部分53.3 接收控制部分53.4 温度测量模块63.5 时钟模块73.6 键盘模块73.7 AT89S52最小系统84 软件设计 95 整体调试10 5.1 调试主要内容10 5.2 调试中面临的问题116 结束语 11参考文献 11致 谢 11智能检测显示控制装置的设计作 者： 杨勇指导教师： 宁玉伟（许昌职业技术学院机电工程系07级1班，许昌 河南 461000）摘要：本文设计了一套自动控制用电器的智能节电装置。主机部分采用点阵LED显示；各部分通过无线电发射接收电路实现信号的传输，它不仅节约了能源，提高了电能的使用效率，而且避免了室内布线和施工，是一种具备智能化、人性化，特别适用于解决公共场所的节电问题。关键词：自动控制;节电装置;无线传输1 选题背景 随着世界经济的快速发展，整个世界的经济容量增长越来越庞大，对电能的需求也越来越多，但是电能的增长速度远远低于世界对电能需求的增长速度，电能的短缺已经成为各国普遍面临的问题。在我国，除了电能建设不足，普遍存在的电能利用率低下也成为形成“电荒”的重要原因，许多地方电能白白浪费而得不到充分的利用，比如在许多公共场所中，经常出现室内没有人时等，空调等用电器没有及时关掉的现象。加之，人们节电意识不强，许多宝贵的电能就白白流失了，使得电能得不多充分的利用。据不完全统计：我国电网综合损失率为10左右，而发达国家平均在6左右。由于电网综合损失率较高和终端用户环节的用电效率低，中国每年因电能利用率低下共造成电力浪费约2000亿千瓦时，相当于2.3个三峡电站的发电量。这组数据是令人震撼的，因此在我国实施节电措施势在必行。本文设计了一套公共场所自动控制用电器的智能节电装置，它不仅能够通过自动检测人的存在来控制用电器的工作，而且在主机部分采用LED显示，各个部分通过无线发射接收电路实现信号的传输，避免了在室内布线和施工的麻烦。本系统大部分功能由软件来实现，吸收了硬件软件化的思想，使电路简单明了,系统稳定性大大提高。 2 方案说明 2.1工作原理利用单片机AT89S52单片机作为本系统的中控模块。单片机可把由DS18B20、DS1302读来的数据利用软件来进行处理，从而把数据传输到显示模块，实现温度、日历的显示。点阵LED电子显示屏显示器为主要的显示模块，把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示。利用红外探测传感器来实现对人的探测,并经 BISS0001进行处理，输出信号将三极管导通，发射电路电源被接通并将控制信号发射出去；主机部分与之对应的接收电路将控制信号接收，使单片机产生外部中断，然后单片机启动发射电路将控制信号发射出去。接收控制部分的接收电路接收到控制信号之后，将用电器的电源接通，当室内没有人时切断用电器的电源。从而能满足试验的要求。另外,在显示电路中，主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换。2.2 总体设计系统设计框图：如图1所示： DS1302DS18B20LED大显示器按键电路发射电路图1 系统设计框图接收电路AT89S523 硬件组成 本节电控制系统主要由三部分组成，即主机LED显示部分、红外探测、及接收控制部分。另外，其它辅助功能部分主要包括：温度测量模块、时钟模块、键盘模块、AT89S52单片机最小系统。3.1 主机LED显示部分点阵数据串行输入, 器件为移位寄存器TPIC6B595595, 门控和扫描信号常以16 点阵为一行进行并行处理。在点阵显示中以48个LED点阵构成一个LED显示单元, 采用行共阳列共阴的编排方式。其驱动分为行列两部分, 分别来自于行、列移位寄存器, 行数据是扫描数据,16行中每次只有一行被驱动, 采用逐行扫描方式, 列数据则为汉字的点阵码。对于字符和图形显示也可以用点阵处理, 其显示原理和方法相同。在主机LED显示部分中，加入了时间及温度的显示，时钟芯片采用的是性能良好的DS1302,温度传感器采用了DS18B20,LED显示模块为使用者提供时间、温度及星期等各种信息；同时便于使用者进行校对。两组无线发射接收芯片分别选用了不同发射接收频率的MAX7033和MAX7044（工作频率为350MHZ），MC145026和MC145027(工作频率为161KHZ),这样就防止了发射和接收信号的互相干扰，也防止了手机信号（工作频率一般在800MHZ以上）的干扰。主机显示部分功能主要是接收信号、发射信号、LED显示时间、温度、调整时间等。接收电路所用的芯片为MAX7033，接收电路将控制信号接收处理，然后送到AT89S52的INT1端；发射电路所用的芯片为MC145026,接收电路接到信号后，AT89S52启动发射电路将控制信号发出；液晶显示模块TC1602EL通过接插件与主机连接；系统采用5V直流供电，时钟芯片DS1302和温度传感器DS18B20共同与AT89S52单片机及LED完成显示；本装置采用四按键对时间进行调整，四个按键分别为确定键、加数键、减数键和移动键。3.2 红外探测部分 红外探测部分中，当有人进入室内时，红外传感器将探测到人的信号，由BISS0001进行处理，输出信号将三极管导通，发射电路电源被接通并将控制信号发射出去；主机部分与之对应的接收电路将控制信号接收，使单片机产生外部中断，然后单片机启动发射电路将控制信号发射出去。红外线探测电路的方框图如图2所示：BISS0001处理器MAX7033无线发射信号处理芯片红外传感器三极管发射头图2 红外探测部分方框图3.3 接收控制部分 接收控制部分的接收电路接收到控制信号之后，将用电器的电源接通，当室内没有人时切断用电器的电源。本系统的接收控制部分分别控制日光等组，空调和饮水机，其中空调和饮水机可以通过三极管，继电器直接控制，而在控制日光灯电路中加入了光敏控制，防止白天阳光充足时日光灯组的开启，这样就实现了节电的目的。控制日光灯组电路的方框图如图3所示：74148MC145027接收头继电器控制日光灯与门三极管光敏控制电路 图3控制日光组电路方框图接收电路接收到主机的控制信号之后，将信号送到MC145027进行处理和74148解码之后送入与门的一端，光敏电阻通过光线的变化来改变自身电阻值，达到一定值后，比较器将产生一个高电平信号，与门输出一个高电平送到三极管的基极，使三极管的集电极和发射极导通，使继电器弹片吸合，从而接通用电器的电源。在设计中需求的照明控制范围是光照从200Lx-600Lx,在电路中选择了两个滑动变阻器来调试。继电器控制空调启停 三极管74148MC145027接收头图 4 控制空调电路方框图控制空调不如控制日光灯组那么复杂，如图4所示。只需在人进入室内时接通电源即可，当有人进入室内时，红外探测部分将信号发送到主机上，主机将控制信号发出去，本控制电路将控制信号接收，输出信号将三极管集电极和发射极导通，使继电器弹片吸合，接通电源使空调工作。继电器控制饮水机启停74148三极管MC14527接收头 图 5 控制饮水机电路方框图控制饮水机的原理和控制空调原理一致。如图5所示。最终实现的功能为：白天阳光充足时，不管有没有人，灯都不亮。白天有人进入室内时空调和饮水机工作，人走后空调和饮水机停止工作。晚上光照强度不够时有人进入室内，空调及饮水机工作，人走后用电器都停止工作。主机部分一直显示时间，温度等信息，这样延长了用电器的使用寿命，并节约了电能。3.4 温度测量模块温度测量传感器采用DS18B20的单总线数字化温度传感器，测温范围为-55-125，可编程为9位-12位A/D转换精度，测温分辨率达到0.0625，采用寄生电源工作方式，CPU只需一根口线便能与DS18B20通信，占用CPU口线少，可节省大量引线和逻辑电路。接口电路如图6所示：图 6 温度测量电路3.5 时钟模块时钟模块采用DS1302芯片，DS1302内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW，其接线电路如图7所示：图7 时钟电路3.6 键盘模块为了使软件编程简单，采用可编程芯片8255。接法如表1所示。PA口接按键，PC口则用于控制状态显示所用LED点阵。每个按键都通过一个10K的上拉电阻接电源+VCC,按键的另一端接地。当有键按下时，与该键相连的PA口的相应位变为低电平，单片机检测到该变化后即转到相应的键处理程序，同时在程序中点亮LED点阵。模块电路如图8所示：图 8 键盘电路3.7 单片机最小系统最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图下图为AT89S52单片机的最小系统。4 软件设计当把硬件电路设计完毕，检查无误之后，要实现系统的功能还是不够的，还需要软件的支持，首先要熟悉硬件的组成及接口情况，然后根据接口及系统要实现的功能画出程序流程图，流程图是知道编程的依据，如果流程图不正确，那么编出来的程序是不能实现系统的功能的，软件设计出来以后，重要的一步就是程序进行调试，根据实际的环境使系统完成动作，最后实现系统的功能。总体流程图如图9所示：开始系统初始化,时间初始化调用1302子程序,读出时间值根据是否有人,判断是否调用发射程序调用发射子程序判断有无按键按下调用按键子程序调用18B20子程序,读出温度值值调用阳历转阴历子程序调用LED显示子程序,显示时间、温度值值YYNN图9 总体流程图最开始系统初始化，时间初始化，如果没有发射中断和按键中断情况下，程序调用DS1302子程序，读出时间值，将读出的值放RAM中，然后调用DS18B20子程序，读出温度值，并将读出的温度值放在RAM中，然后调用阳历换阴历子程序，将读出的阴历值放入RAM中，最后调用LED显示子程序，将读出的值显示出来。如果有中断，则进入相应的中断子程序，然后进行相应的动作，如果没有则循环回去显示万年历。5 整体调试5.1调试的主要内容本系统的调试主要包括一下几个方面的工作：将该系统的各个部分放置在同一场所内，根据所用红外线传感器的性能，调节主机和红外探测部分及接收控制部分之间的距离，看其是否符合所在场所的距离要求。两对无线发射接收电路的信号发射和接收、红外信号的探测、温度信号的探测、LED的显示、控制信号的探测、AT89S52整个控制程序的调试。其中无线发射接收信号的调试只需要频率不同，不相互干扰即可，其他调试需要检测到信号有输出，能够引起动作即可。软件的调试要和硬件配合进行，往往问题可能不是硬件上的。在硬件调试中的一个重点是根据光照强度来调试电路，该装置的无线控制板是安装在日光灯组上。在一般的房间内，如果光照度低于200Lx临界值时,房间就显得比较昏暗,可以先用专门的仪器进行光照强度测量,当光照度达到200Lx临界值时进行调试,通过改变两个滑动变阻器的值来间接改变比较器的基准电压和输入电压,当把电阻器的值调到R4=450千欧和R5=540千欧时,光照度刚好低于200Lx,并当有人进入时,日光灯组开启。程序调试是一个难点，先在Keil软件中把程序写出来,保证程序没有语法错误和流程图对照无误之后,用写入器将程序拷进AT89S52中,然后进行通电试验。通电之后，看其能不能实现预先设定好的功能。前几次出现了一些问题，比如在按键时有紊乱的现象，要重新对程序进行检查和改正。等确定无误后，再写入C52中进行调试，经过多次调试之后，系统基本达到了预先设定的功能。5.2 调试过程中面临的问题（1）红外探测器的放置问题：这需要特别注意，不要将其放在门顶处，那样当有人近来时虽然能实现用电器的工作，但当人进入房间而离探测器很远时，效果就不明显了。所以应该放在门的侧面半米处，这时效果才比较明显，当有人进入之后，一直有信号。这样，用电器工作，基本上达到了要求。（2）温度测量方面：要将温度传感器和温度计放入不同的测试环境中进行测试。通过多次的调试，使数字钟的输出与温度计的显示值基本上一致。这就需要耐心、细致的去调试了。最终调试结果：准备好装置后，对装置同上了电。看其显示，LED能够正常的显示时间及温度，通过按键也能够调整时间。当光照强度达到200Lx时,有人进入时,灯亮的同时用电器工作。6 结束语 （1）本文设计的节电装置简单、实用、功耗低，人们能够直观的看时间，温度等信息，也便于使用者的校对。安装时不必走线，非常容易安装，安装好之后不用人工管理，节省了人力，适合与办公室，教室等场所使用。 （2）在电子产品设计中，单片机的作用是巨大的，在各种系统中起到了核心作用。这次设计采用了AT89S52以及其它一些传感器、处理芯片，具有可操作性，能实现在实际生活中的应用。参考文献：1宁玉伟.电工电子技术基础.河南科学技术出版社,20072梁森.王侃夫.自动检测与转换技术.机械工业出版社，20063康华光.电子技术基础（数字部分）M高等教育出版社,20064康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社,20055沈红卫.基于单片机结构的智能系统设计与实现.电子工业出版社,20066黄惠媛.单片机原理与接口技术.海洋出版社,20067张瑞玲.杨丽.单片机原理与应用.西北工业大学出版社，20088何立民.单片机高级教程.北京航空大学出版社，20059张瑞玲.杨丽.单片机原理及应用.西北工业大学出版社，200810王守中.51单片机开发入门与典型事例.人民邮电出版社，2007 致 谢本论文是在指导老师宁玉伟教授的悉心指导下完成的,宁教授在学业上给了我很大的帮助，使我对自动化控制方面产生了很大的兴趣。宁教授一丝不苟、严谨认真的治学态度，精益求精、诲人不倦的学者风范令我十分敬佩!在此我对导师表示衷心的感谢！通过这次毕业论文使我明白了自己原来知识还比较欠缺，要学习的东西还太多，通过这次毕业论文，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。12