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基于單片機的遠程燈控箱系統(tǒng)
一、系統(tǒng)總體設計方案
系統(tǒng)的總體設計方案框圖，主要由燈控箱系統(tǒng)電路和上位PC機兩部分組成。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、數據遠距離傳輸和集中顯示管理等。
1、遠程燈控箱系統(tǒng)中單片機的選擇
單片機最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是系統(tǒng)中最重要和應用最多的智能器件。單片機以其集成度和性價比高、體積小等優(yōu)點，在工業(yè)自動化、過程控制、數字儀器儀表、通信系統(tǒng)以及家用電器產品中有著不可替代的作用。
目前常用的單片機有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有優(yōu)缺點，而比較主流的單片機是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系列單片機采用全新配置的精簡指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)，而51系列單片機采用復雜指令集CISC(Complex Instruction Set CPU)，所以與AVR單片機相比，51單片機在效率、速度及指令格式上就顯得比較復雜，更不適用于在嵌入式系統(tǒng)中使用。
其次，因為是應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，但是為了保存內部RAM中的數據，還需要提供約50uA的電流。而AVR單片機在低功耗方面的優(yōu)越之處，是51系列單片機不可比擬的。
綜上所述，無論從功能上還是經濟上考慮，AVR系列單片機無疑是最好的選擇。
2、遠程通信實現(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技術進行通信，可以通過紅外傳輸進行數據傳送，也可以通過有線傳輸進行遠程通信�，F(xiàn)有的一些數據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，線路維護量大，電力載波上噪聲污染導致通信不可靠等。最后基于自己所學專業(yè)知識專業(yè)技能，結合實現(xiàn)的簡易成度及性價比方面，決定使用以ATMEG 16單片機為中心，通過RS-232總線與PC機進行通信，PC機可將命令通過RS-232總線傳送給單片機對照明設備進行控制，單片機也可將數據通過RS-232數據線反饋給PC照明設備的狀態(tài)，以便進行監(jiān)控。
二、系統(tǒng)概述
1、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)硬件由PC上位機、MAX232、ATmega16、燈箱單片機組成。
2、系統(tǒng)工作原理
PC機作為主控制系統(tǒng)，單片機作為控制器，控制系統(tǒng)和控制器之間通過RS-232接口通信。控制時，數據由上位機發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機，然后再由單片機控制燈箱;發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數據，單片機通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機先發(fā)送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機，PC機讀取單片機發(fā)送過來的數據，并進行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。
三、系統(tǒng)硬件
1、ATmega16單片機模塊
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。并且廣泛應用于計算機設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。
2、串口通信協(xié)議
目前的PC機都有至少一個串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實現(xiàn)兩臺計算機之間進行通訊，RS-232的邏輯電平用正負電壓表示，且信號使用負邏輯，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單片機的內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，因此要進行邏輯電平的轉換。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，所以單片機和PC之間可以方便地進行串口通訊。進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，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，本設計采用了專用芯片MAX232進行轉換，雖然也可以用幾個三極管進行模擬轉換，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
當開關按下時，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通的指示燈。當電源導通時二極管發(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、軟件設計
1、系統(tǒng)軟件框圖
數據由上位機發(fā)出，通過串口發(fā)送給單片機，然后再由單片機控制燈箱;發(fā)送時，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數據，單片機通過讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時，PC機先發(fā)送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時，把此時每層樓燈的狀態(tài)讀取過來，然后發(fā)送到PC機，PC機讀取單片機發(fā)送過來的數據，并進行程序處理運算，在VB界面上顯示出來。
2、VB編程流程圖
五、系統(tǒng)調試操作
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。檢查無誤后進行通電調試。
2、首先使用RS-232連接燈控箱與PC上位機，使用變壓器變壓后接入電路電源模塊接口。在PC上位機“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、按下開關按鈕，開關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)首先選擇串口號點擊確定，選擇好串口后，再任意選擇三排燈中想點亮的燈并在前面畫勾點擊應用。硬件電路中相關的燈就會點亮。
4、若想對燈的亮滅進行確認和監(jiān)控，可以重新打開操作界面，選擇相同的串口點擊監(jiān)控，先前點亮的燈在操作界面中就可顯出來，相應的燈前面會畫勾。
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