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基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)
一、系統(tǒng)總體設(shè)計方案
系統(tǒng)的總體設(shè)計方案框圖，主要由燈控箱系統(tǒng)電路和上位PC機(jī)兩部分組成。兩部分之間通過RS-232串行通信總線連接，完成對各樓叢電燈亮滅的在線控制及監(jiān)控、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸和集中顯示管理等。
1、遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)中單片機(jī)的選擇
單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是系統(tǒng)中最重要和應(yīng)用最多的智能器件。單片機(jī)以其集成度和性價比高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動化、過程控制、數(shù)字儀器儀表、通信系統(tǒng)以及家用電器產(chǎn)品中有著不可替代的作用。
目前常用的單片機(jī)有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有優(yōu)缺點(diǎn)，而比較主流的單片機(jī)是51系列和AVR系列兩種。而51系列和AVR系列最大的一個區(qū)別就是AVR系列單片機(jī)采用全新配置的精簡指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)，而51系列單片機(jī)采用復(fù)雜指令集CISC(Complex Instruction Set CPU)，所以與AVR單片機(jī)相比，51單片機(jī)在效率、速度及指令格式上就顯得比較復(fù)雜，更不適用于在嵌入式系統(tǒng)中使用。
其次，因為是應(yīng)用在日常生活及工業(yè)中，所以就必須是低功耗的。而51系列單片機(jī)正常情況下消耗的電流為24mA，在掉電狀態(tài)下，其耗電電流仍為 3mA ;即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2V，但是為了保存內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50uA的電流。而AVR單片機(jī)在低功耗方面的優(yōu)越之處，是51系列單片機(jī)不可比擬的。
綜上所述，無論從功能上還是經(jīng)濟(jì)上考慮，AVR系列單片機(jī)無疑是最好的選擇。
2、遠(yuǎn)程通信實現(xiàn)方式
隨著科技的日新月異不斷發(fā)展，實現(xiàn)通信的方法也多種多樣，可以通過GPRS技術(shù)進(jìn)行通信，可以通過紅外傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也可以通過有線傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)程通信�，F(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)傳輸方法如利用電話線、電力載波等都存在著諸多的問題，如覆蓋范圍小，線路維護(hù)量大，電力載波上噪聲污染導(dǎo)致通信不可靠等。最后基于自己所學(xué)專業(yè)知識專業(yè)技能，結(jié)合實現(xiàn)的簡易成度及性價比方面，決定使用以ATMEG 16單片機(jī)為中心，通過RS-232總線與PC機(jī)進(jìn)行通信，PC機(jī)可將命令通過RS-232總線傳送給單片機(jī)對照明設(shè)備進(jìn)行控制，單片機(jī)也可將數(shù)據(jù)通過RS-232數(shù)據(jù)線反饋給PC照明設(shè)備的狀態(tài)，以便進(jìn)行監(jiān)控。
二、系統(tǒng)概述
1、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)硬件由PC上位機(jī)、MAX232、ATmega16、燈箱單片機(jī)組成。
2、系統(tǒng)工作原理
PC機(jī)作為主控制系統(tǒng)，單片機(jī)作為控制器，控制系統(tǒng)和控制器之間通過RS-232接口通信�？刂茣r，數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱;發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運(yùn)算，在VB界面上顯示出來。
三、系統(tǒng)硬件
1、ATmega16單片機(jī)模塊
本模塊是整個系統(tǒng)的的核心，所有的命令都由此模塊控制。本次單片機(jī)采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有電路簡單、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高級語言編程等優(yōu)勢。并且廣泛應(yīng)用于計算機(jī)設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。
2、串口通信協(xié)議
目前的PC機(jī)都有至少一個串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實現(xiàn)兩臺計算機(jī)之間進(jìn)行通訊，RS-232的邏輯電平用正負(fù)電壓表示，且信號使用負(fù)邏輯，邏輯0的電壓范圍是+5V～+15V，而邏輯1的電壓范圍是―15V～―5V。在Atmega16單片機(jī)的內(nèi)部有一個全雙工的異步串行I/O 口，它的輸人和輸出使用+5V的TTL邏輯電平，因此要進(jìn)行邏輯電平的轉(zhuǎn)換。通常選用MAX232專用芯片來完成。Atmega16有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和PC之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，采用的串口是RS-232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，本設(shè)計采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。
3、直流穩(wěn)壓電源
電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業(yè)環(huán)境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實用性，在電源這一部分，提供了整流穩(wěn)壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個電路板提供電源。
3、1電源模塊原理圖
當(dāng)開關(guān)按下時，電路接通，先通過一個整流電路，使交流電壓變成直流電壓。為了保證其輸出的電壓是5V，在后面接一個穩(wěn)壓電路，由一個7805穩(wěn)壓器和一個發(fā)光二極管組成，發(fā)光二極管作為電源導(dǎo)通的指示燈。當(dāng)電源導(dǎo)通時二極管發(fā)光。其中電容C1起濾波作用，電容C2是抑制高平信號。電容C3， C4直接接地，起到抗干擾的作用，能使電壓穩(wěn)定在5V。
四、軟件設(shè)計
1、系統(tǒng)軟件框圖
數(shù)據(jù)由上位機(jī)發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機(jī)，然后再由單片機(jī)控制燈箱;發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機(jī)先發(fā)送一命令數(shù)據(jù)，當(dāng)單片機(jī)讀到“檢測”命令數(shù)據(jù)時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機(jī)，PC機(jī)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行程序處理運(yùn)算，在VB界面上顯示出來。
2、VB編程流程圖
五、系統(tǒng)調(diào)試操作
1、在電路焊接完成后檢查線路是否有虛焊、短接等硬件焊接錯誤。檢查無誤后進(jìn)行通電調(diào)試。
2、首先使用RS-232連接燈控箱與PC上位機(jī)，使用變壓器變壓后接入電路電源模塊接口。在PC上位機(jī)“我的電腦”管理中確定串口號，接入不同的USB口，操作界面中串口號都不同。若串口號判斷選擇錯誤，則系統(tǒng)不能判別識辯。
3、按下開關(guān)按鈕，開關(guān)指示燈顯示電源接通情況，指示燈亮說明電源已接通。打開界面控制系統(tǒng)首先選擇串口號點(diǎn)擊確定，選擇好串口后，再任意選擇三排燈中想點(diǎn)亮的燈并在前面畫勾點(diǎn)擊應(yīng)用。硬件電路中相關(guān)的燈就會點(diǎn)亮。
4、若想對燈的亮滅進(jìn)行確認(rèn)和監(jiān)控，可以重新打開操作界面，選擇相同的串口點(diǎn)擊監(jiān)控，先前點(diǎn)亮的燈在操作界面中就可顯出來，相應(yīng)的燈前面會畫勾。
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