李鳴

（中國測試技術(shù)研究院，四川成都 610031）

0.引言

單片機為集成電路芯片，廣泛應(yīng)用于日常生活中。比如人們的平板燈、手電等產(chǎn)品均會采用單片機。世界首部單機片在1970年問世，之后在其較強數(shù)據(jù)處理能力以及較高可靠性支持下，使其在電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。而對著電子產(chǎn)品大量生產(chǎn)過程中，也促進單片機技術(shù)進一步發(fā)展?，F(xiàn)階段在電子信息技術(shù)不斷發(fā)展過程中，單片機不斷朝著大容量以及智能化方向發(fā)展[1]。

1.智能照明控制系統(tǒng)方案

以教師智能照明設(shè)計為例，為了充分實現(xiàn)節(jié)能與便捷目標(biāo)，該系統(tǒng)可以針對室內(nèi)照明情況與人數(shù)展開實時檢測與分析，同時可以借助檢測數(shù)據(jù)實時控制室內(nèi)照明情況。為了充分提高系統(tǒng)控制人性化與智能化程度，因此本系統(tǒng)將照明控制設(shè)置為強制執(zhí)行與自動控制兩種狀態(tài)。

自動控制，系統(tǒng)上電復(fù)位之后，進入自動控制模式，若是室內(nèi)照明強度比設(shè)定閾值大，則燈始終保持關(guān)閉狀態(tài)。若是照明強度比設(shè)定閾值小，則系統(tǒng)會結(jié)合室內(nèi)人數(shù)對室內(nèi)開燈數(shù)量進行確定。在室內(nèi)人數(shù)增加時，紅外對管傳感設(shè)備會向處理器發(fā)送信號展開處理，顯示單元中人數(shù)為1，在室內(nèi)人數(shù)減少時，顯示器中人數(shù)會自動調(diào)整。強制執(zhí)行，系統(tǒng)基于自動控制狀態(tài)，借助相應(yīng)切換按鈕，即能夠?qū)崿F(xiàn)強制狀態(tài)切換。硬件部分是保證系統(tǒng)功能順利實現(xiàn)的基礎(chǔ)，其能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定執(zhí)行，同時可以提供良好軟件運行平臺。軟件部分能夠采集硬件電路所有端口的電平信號，同時展開分析以及處理。借助硬件與軟件結(jié)合，實現(xiàn)相關(guān)功能，進而實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)[2]。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 電路構(gòu)成

STC89S52單片機是系統(tǒng)主控單元的核心單元，涵蓋時鐘單元、溫度檢測單元、獨立按鍵電路、LCD顯示單元、LED控制電路、紅外對管單元以及環(huán)境光采集單元等。

2.2 關(guān)鍵硬件電路

（1）系統(tǒng)主控單元。STC89S52單片機選擇CMOS工藝處理器，主要特點為：尋址位是8為、性價比高以及功耗低等。并采用了Elash儲存器，能夠重復(fù)編寫以及擦除代碼，進而便于在線上編寫程序。該系統(tǒng)在芯片引腳配置為：1）31（EA）引腳與高電平（5）連接；2）9（RST）引腳與復(fù)位電路連接；3）18、19引腳與12M晶振連接；4）20引腳（GND）與40引腳（Vcc=5V）。（2）系統(tǒng)電源的供電電路。借助變壓器對220V交流電進行處理，降低至12V，并一體通過整流橋進行整流處理，C1和C2電容濾波，最終向系統(tǒng)輸送5V電壓。（3）溫度收集電路。選擇DS18B20傳感器開展溫度采集工作。DS18B20傳感器測量范圍是：-88℃～+125℃，增量值是0.5℃，能夠在1s內(nèi)對溫度進行數(shù)值轉(zhuǎn)換，其測量精準(zhǔn)度以及使用環(huán)境等符合該系統(tǒng)設(shè)計要求。利用單總線協(xié)議向處理器傳輸DS18B20數(shù)據(jù)，處理器對采集數(shù)據(jù)展開運算即能夠獲得溫度值。設(shè)置了上拉電阻（R23），能夠充分提高DS18B20傳感器抗干擾能力。（4）實時時鐘電路。由于教室燈光使用時段存在差異，因此應(yīng)該借助時間對本系統(tǒng)使用進行限制，所以，開展系統(tǒng)設(shè)計工作時，與時鐘電路整合，充分提高系統(tǒng)運行智能化程度?；谕ｋ妴栴}考慮，應(yīng)為系統(tǒng)時鐘電路設(shè)置一個可以獨立供電以及部隊占用單片機內(nèi)的內(nèi)部資源，所以選擇DS1302時鐘芯片，充電能力突出，同時能夠?qū)AM寄存器中數(shù)據(jù)進行形式存放。DS1302選擇串行通信方式，具有保護電源等功能[3]。（5）數(shù)據(jù)檢測電路。室內(nèi)是否有人以及環(huán)境光照亮度信號等是該系統(tǒng)中關(guān)鍵輸入?yún)?shù)，所以系統(tǒng)應(yīng)該對室內(nèi)人員情況以及光照強度信號進行重點采集。光照強度檢測中常用元件涵蓋光敏三極管、光敏電阻以及光敏二極管。采集光照強度過程中，要求其具有良好可靠性以及較高靈敏度，另外還應(yīng)該對抗干擾問題進行考慮，所以最終選擇光敏三極管。

在光纖采集電路，LIGHT1是光敏電阻，其可以按照光度情況對電阻阻值進行改變，進而對電路電壓進行調(diào)整。若是光照強度較大，那么其阻值小，相對電壓低，那么5引腳電壓比4引腳電壓大，V-＜V+，比較器2引腳進行低電平輸出，點亮LED燈D4，處理器按照2引腳低電平與高電平對環(huán)境光強弱狀態(tài)進行判斷。

3.軟件設(shè)計

3.1 主程序的流程

系統(tǒng)上電后，初始化外圍器輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)，之后進入自動控制模式。若是教室中有人進出，處理器受到信號后，向液晶顯示單元發(fā)送數(shù)據(jù)，那么液晶顯示屏能夠?qū)κ覂?nèi)加減情況進行自動顯示，同時結(jié)合室內(nèi)人數(shù)以及光強情況對教室中燈的啟停進行控制。按下切換按鈕，系統(tǒng)即能夠轉(zhuǎn)換成強制控制狀態(tài)，進而以人數(shù)為基礎(chǔ)對教室中燈的啟停進行控制[4]。

3.2 數(shù)據(jù)采集方法與實現(xiàn)

在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)，不論室內(nèi)是否有人，可以一直關(guān)閉照明燈，如果室內(nèi)光強度不足，需要在室內(nèi)有人情況才可以將燈打開，若是無人則始終保持在關(guān)閉狀態(tài)。該系統(tǒng)邏輯定義如：光強度較大情況下是“0”邏輯，光強度較弱情況下是“1”邏輯；教室中有人存在情況下，邏輯是“1”，反之是“0”邏輯；燈具正常啟動是“1”邏輯，正常關(guān)閉是“0”邏輯。進而教室中是否有人、光照強度情況等對應(yīng)教室中燈關(guān)閉與開啟狀態(tài)就可以借助以下落實關(guān)系進行表示，見表1。

表1 燈狀態(tài)邏輯關(guān)系

通過以上分析就可以獲得室內(nèi)人數(shù)的統(tǒng)計流程。

3.3 時鐘電路

對系統(tǒng)進行上電處理之后，開展自檢、初始化處理工作前，應(yīng)該充分了解DS1302工作狀態(tài)，所以需要保證DS1302處于開啟條件，才可以初始化處理系統(tǒng)，將時鐘啟動。針對DS1302傳輸數(shù)據(jù)過程中，應(yīng)該展開初始化處理，進而才可以展開相關(guān)操作，因此在初始階段，應(yīng)該對“RST”進行“1”設(shè)置，若是復(fù)位輸入端RST是“0”情況下，會終止傳送數(shù)據(jù)，同時I/O引腳轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。然而完成數(shù)據(jù)讀寫后，需要對RST進行“0”設(shè)置，進而避免外部信號影響DS1302內(nèi)部時鐘。為了保證復(fù)位輸入端不會受到外部因素影響，對系統(tǒng)上電過程中，同時主電源引腳的電壓低于2.5V情況下，應(yīng)該保證RST引腳處于低電平狀態(tài)。無論針對DS1302芯片展開何種操作，均只能在初始之前的8個時鐘周期內(nèi)向芯片位移寄存器寫入數(shù)據(jù)。完成上述操作后，SCLIK引腳處于上升狀態(tài)，串行輸入數(shù)據(jù)。

4.結(jié)語

現(xiàn)階段我國能源供需存在嚴(yán)重的矛盾問題，而照明消耗在我國各項能耗中占有較大比例，僅次于空調(diào)以及采暖機能耗。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，學(xué)校照明能耗在整個建筑物能耗中的比重在25%左右，同時學(xué)校管理特殊性導(dǎo)致教室內(nèi)部燈具始終處于啟動狀態(tài)，使得電能出現(xiàn)較大浪費。所以，借助單片機對其展開智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計，能夠充分提高教室照明經(jīng)濟性，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，還能夠減少日常運營成本。