1 第 1 頁 共 43 頁 一種節(jié)能型網(wǎng)絡(luò)交換機項目設(shè)計方案 究背景 國內(nèi)有華為系列和 研華工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能型交換機。在國外，富士通和 牌的節(jié)能交換機比較著名。 華為系列的交換機使用的中控芯片是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，實現(xiàn)了按依據(jù)流量多寡來調(diào)整使用功率。當(dāng)設(shè)備感知到業(yè)務(wù)流量減少或者部分端口沒有流量產(chǎn)生的時候，將會降低芯片的轉(zhuǎn)發(fā)功耗，或者直接使端口進入休眠狀態(tài)，等到有流量值觸發(fā)時，就會重啟端口轉(zhuǎn)發(fā)流量。而且它還擁有智能化的電源管理，可以降低通信設(shè)備的功耗。 研華工業(yè)的交換機對沒有數(shù)據(jù)通訊的端口能夠自動識別，而對閑置的端口，則 會選擇切斷電源，從而實現(xiàn)節(jié)能。 換機包含環(huán)保節(jié)能技術(shù)，能夠免費檢測 計算機 的開關(guān)情況，如果在線的計算機關(guān)機，相對應(yīng)的端口會被交換機自動轉(zhuǎn)換到待機模式，從而減少能源消耗，并且還降低產(chǎn)品運行產(chǎn)生的熱能，還可大幅度延長設(shè)備的生命周期。還可以自動檢測電纜的長度，并提供相應(yīng)的用于工作的電量，大幅度降低能 源消耗，就能達到環(huán)境保護和節(jié)約能源的目的，同時還能幫助用戶降低“不必要的”的消費，降低使用的成本。 富士通網(wǎng)絡(luò)交換機使用的是 蔽雙絞線銅電纜線，每個端口僅僅會消耗 5W 電源 。還有能確保組織機構(gòu)僅使用所需求電量的自動的電源配置技術(shù)，用來降低總體電量消耗。 總之，無論是什么品 牌的交換機都是通過智能化電源管理和自動控制的方法來實現(xiàn)節(jié)能減耗的，這與本設(shè)計中使用單片機來組成外圍電路的思路是相似的，但是在本設(shè)計中加入了手動按鍵和無線模塊，實現(xiàn)了遠程控制，增加了可操作性，在一定意義上方便了電源管理，提高了網(wǎng)絡(luò)交換機的實用性，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。 展前景 作為一種可遠程和定時控制電源的開關(guān)控制電路，其發(fā)展前景還是十分可觀的。通過對單片機的深入編程，可以設(shè)計出適合不同情況（例如上網(wǎng)、看視頻、打游戲和下載等使用不同流量比例）的電源模式，滿足不同的控制需求。隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，遠程控制 電路在未來就可以用遙控器，甚至手機來設(shè)置模式，更加方便也更加節(jié)能。 該設(shè)計因為適用性廣泛，可靠性強，可應(yīng)用于各種場合中不同型號的交換機的控制，特別是學(xué)校機房、通訊企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中心和小區(qū)基站等大功耗場所，對節(jié)能減耗有顯著效果。 用領(lǐng)域 在本設(shè)計中，以單片機為核心的無線開關(guān)控制電路實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)路由器的節(jié)能，但是這只是它的一個應(yīng)用。在生活中，我們可以有更多的使用方法，比如說我們將它的分機設(shè)計成為一款可接收信號的插座，將主機設(shè)計成為遙控器（或是將它集成在手機上，用 制），那我們在家里無論是什么電器 ，只要連在特殊插座上，只需要按一個按鈕，就能控制任何電器的開關(guān)。 而在工作中，這種電路也有用武之地。如將其用于日常測試機臺在突發(fā)情況下的故障，方便工程師分析，以便在真實故障中找準(zhǔn)問題，一次性解決，減少不必要的經(jīng)濟損失。而在一些諸如煤礦或石油的高危工作場所，在發(fā)生瓦斯泄露等危險時，擁有一個無線遠程開關(guān)（閥門）控制系統(tǒng)的情況下，可以最大可能的減少人員和經(jīng)濟損失。 2 第 2 頁 共 43 頁 第 3 頁 共 43 頁 本電路由由發(fā)送器和接收器二部件構(gòu)成，收發(fā)部分皆以單片機為 中心，用以解決收發(fā)信息，發(fā)送端運用鍵盤輸入時間，需要能顯示時鐘的部件，以方便操作。并使用無線裝置將信號送給接收器，接收端則通過無線芯片接收信號，通過單片機處理后，顯示高低電位，操控繼電器的通斷，用 亮滅實現(xiàn)信號的反饋。總體系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如下圖 送機的設(shè)計方案 該部分電路應(yīng)設(shè)計要求，應(yīng)包含按鍵、時間顯示、存儲、無線發(fā)射等模塊。通過設(shè)計，首先發(fā)送機應(yīng)利用單片機本身芯片的功能，配合一些簡單的元器件（如晶振、按鍵和電容等），構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。還應(yīng)具備時間設(shè)置，實時時間顯示，以及最重 要的在指定時間向接收器發(fā)送指定信號的功能。 收機的設(shè)計方案 該部分的設(shè)計，相較發(fā)射機的電路而言，比較簡單。首先它也需要單片機最小系統(tǒng)，然后它應(yīng)該要一個無線信號感應(yīng)器，通過發(fā)光二極管與單片機相連，顯示無線信號是否聯(lián)通；無線接收模塊也必不可少，接收到的信號通過單片機處理，要達到控制交流電的目的，我們還需要繼電器驅(qū)動電路，電機電路，以達到強電控制弱電的功能。 圖 統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 單片機 復(fù)位電路 按鍵設(shè)置 時鐘電路 液晶顯示 無線發(fā)射 無線 接收 無線 接收 繼電器 繼電器 交換機 交換機 第 4 頁 共 43 頁 片機 能特點 一種帶 8K 字節(jié)閃動可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，性能高的 微處理器，稱為單片機。該器件采用 密度非易失存儲器制造技術(shù) 制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 1 。表 表 要功能 主要功能特性 兼容 令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 2 個雙向 I/O 口 256部 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 個串行中斷 可編程 行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功 能 管腳介紹 腳圖 (1)主電源引腳（ 2根） 電源輸入，接 5V 電源 接地線 (2)外接晶振引腳 (2根 ) 片內(nèi)振蕩電路的輸入端 片內(nèi)振蕩電路的輸出端 第 5 頁 共 43 頁 (3)控制引腳 (4根 ) 復(fù)位引腳，引腳上有 2個機器周期的高電平，可以使單片機復(fù)位。 地址鎖存允許信號 外部存儲器讀選通信號 程序存儲器的內(nèi)外部選通，當(dāng)接低電平時，從外部程序存儲器讀指令；如果接高電平，就從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 (4)可編程輸入 /輸出引腳 (32根 ) 片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別為 ，每個口有 8 根引腳，共有 32根。 名稱為 是一個 8位的雙向 I/ 作為電路輸出口，每一位都能驅(qū)動 8個邏輯電平（晶體管 名稱為 是一個 8 位雙向 I/O 口，它具備內(nèi)部上拉電阻，出緩沖器，是能驅(qū)動四 個 輯電平。在 口寫“ 1”時，內(nèi)部有上拉電阻，會把端口拉高，此時能作為輸入口使用。而作為輸入口使用時，由于內(nèi)部電阻的原因，被外部拉低的引腳將輸出電流（ 此外，定時器 /計數(shù)器 2將由 部計數(shù)輸入（ 2）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ 2具體如下所示。 在 程和校驗時，接收低8 位地址字節(jié) 2。 時器 /計數(shù)器 外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 時器 /計數(shù)器 重載觸發(fā)信號和方向控制） 線系統(tǒng)編程時用到） 線系統(tǒng)編程時用到） 線系統(tǒng)編程時用到） (名稱為 是一個的 8 位雙向 I/O 口，它具有內(nèi)部上拉的電阻， 4 個 輯電平都由 出緩沖器驅(qū)動。對 口寫“ 1”時，端口被內(nèi)部上拉電阻拉高，此時可以作為輸入口使用。而作為輸入端使用時，由于內(nèi)部電阻的原因，被外部拉低的引腳將輸出電流（ 在用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 訪問外部程序存儲器時，高八位地址被 送出。在這種應(yīng)用中，會使用很強的內(nèi)部上拉，并用 發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 2 口 輸出。在 寫和驗證時，高 8位地址字節(jié)和一些控制信號也被 接收到 2。 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 是也一個的 8 位雙向 I/O 口，同時具有內(nèi)部上拉的電阻， 4 個 輯電平都由 出緩沖器驅(qū)動。對 口寫“ 1”時，此時它可以作為輸入口使用，而且內(nèi)部上拉電阻會把端口拉高。作為輸入使用時，由于內(nèi)部電阻的原因，被外部拉低的引腳，將輸出電流（ 作為 殊功能（第二功能）， 下表所 示。在 寫程序和校正檢驗時， 也會接收一些控制信號 3。 端口引腳 第二功能 行輸入口 ) 行輸出口 ) 中斷 0) 中斷 1) O(定時 /計數(shù)器 0) 1(定時 /計數(shù)器 1) R(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) D(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 另外，一些用于 存編程和程序校驗的控制信號也會用 復(fù)位輸入 。當(dāng)振蕩器開始工作時，兩個機器周期以上高電平會出現(xiàn)在 腳上，這 第 6 頁 共 43 頁 將使單片機復(fù)位。 當(dāng)在訪問數(shù)據(jù)存儲器或外部程序存儲器時，地址的低 8位字節(jié)用 址鎖存允許）輸出脈沖鎖存。一般情況下， 出固定的脈沖信號，其大小為時鐘振蕩頻率的 1/6，因此對外輸出時鐘或用于定時目的就會用到它 4。要注意的是：每次在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時侯，都會跳過一個 沖。 在 編程 儲器期間，輸入編程脈沖（ 會使用該引腳。 在必要的情況下，要禁止 作，可通過對 實現(xiàn)，其中 中的 8元。該位置位后，想將 活，只有一條 令才能實現(xiàn)。此外，它會微弱的拉高該引腳，應(yīng)設(shè)置 單片機執(zhí)行外部程序。 外部程序存儲器的讀選通信號是程序儲存允許（ 出，在單片機由外部程序存儲器取數(shù)據(jù)（或指令）時，在每個機器周期，各有兩次 在輸出兩個脈沖期間，將跳過兩次 號，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的時候 5。 是外部訪問的允許，欲使外部程序存儲器（地址為 被 問，保持低電平（接地）是 必須保持的狀態(tài)。需注意的是：如果在編程加密位 部會鎖存狀態(tài)，每當(dāng)復(fù)位的時侯。如 接 （為高電平），內(nèi)部程序存儲器的指令被 行。 在 編程 儲器的時候，加上 +12然這必須是使用 12 該器件。 鐘芯片 為了實現(xiàn)無線控制計時和定時等功能，此設(shè)計采用了 時時鐘芯片。美國 司推出的 一種高性能、帶 低功耗的實時時鐘電路，它具有閏年補償功能，可以對星期、時、分、秒、年、月、日進行計時，工作電壓為 。同步通信采用三線接口與 可一次傳送多個字節(jié)的 中采用突發(fā)方式。 部有一個用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 31 8 的 存器 。 容，是 升級產(chǎn)品，但增加了后背電源 /主電源雙電源引腳，同時提供了一種新的能力，那就是對后背電源進行涓細電流充電。 腳功能及結(jié)構(gòu) 在 引腳中 ,主電源， 后備電源。在關(guān)閉主電源的情況下，也能保持連續(xù)運行時鐘。 者中的較大者供電。當(dāng) 于 ， 電。當(dāng) 于 ， 電。振蕩源是 位 /片選線是 腳 ， 把 入驅(qū)動置高電平，所有的數(shù)據(jù)傳送可以被啟動。 先，允許地址 /命令序列送入移位寄存器，當(dāng) 次， 7。所有的數(shù)據(jù) 在 高電平時，傳送被初始化， 行操作。如果 為低電平，若傳送則會終止此次數(shù)據(jù)傳送， I/O 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。在前，上電運行時，保持低電平對 說是必要的 。當(dāng) 低電平時，才能使 I/O 為串行數(shù)據(jù)雙向端 (輸入輸出 )，后面則會有詳細說明。時鐘輸入端為 下圖為 引腳功能圖 圖 引腳圖 I/O 8 2 7 3 6 4 5 2 第 7 頁 共 43 頁 控制字節(jié) 控制字 節(jié)的最高有效位 (位 7)必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1 表示存取 據(jù) ;位 5 至位 1 指示操作單元的地址 ;最低有效位 (位 0)如為 0表示要進行寫操作，為 1表示進行讀操作，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 據(jù)輸入輸出 (I/O) 在控制指令字輸入后的下一個 鐘的上升沿時，數(shù)據(jù)被寫入 據(jù)輸入從低位即位 0開始。同樣，在緊跟 8位的控制指令字后的下一個 數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0位到高位 7。 寄存器 12個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為 形式 ,其日歷、時間寄存器及其控制字見表 1。 此外， 有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 關(guān)的寄存器等 8。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。 類是單個 元，共 31個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為 中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作 ；另一類為突發(fā)方式下的 存器，此方式下可一次性讀寫所有的 31個字節(jié)，命令控制字為 )、 )。 晶顯示屏 系統(tǒng)中使用的顯示器是液晶顯示器 由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，是平面超薄的顯示設(shè)備。 點說明 液晶顯示模塊由于具有低功耗、壽命長、體積小、顯示內(nèi)容豐富、價格低、接口控制方便等優(yōu)點，因此在各類電子產(chǎn)品中被極廣泛地推廣和應(yīng)用。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式液晶顯示模塊 910。本系統(tǒng)設(shè)計采用字符型液屏顯示模塊 為顯示器件，這樣不僅簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，而且極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。字符型液晶顯示模塊單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件。 以顯示兩行，每行 16 個字符，采用 5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比 11。 能介紹 引腳功能如表 示。 表 腳功能 表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 源地 9 （ H/L） 12 （ H/L） 13 （ 1）基本操作時序： 寫操作時序總體上來說是比較簡單的，掌握其有兩種方法：一種是直接看時序圖，另外一種方法是直接記憶和總結(jié)讀寫時電平高低和變化。很顯然第二種更簡單、直接，下面就列出典型讀寫的時序要求，以方便編寫程序 12。 讀狀態(tài) ， R/W=H， E=H 輸出： 態(tài)字 寫指令 ， R/W=L， 令碼， E=高脈沖 輸出：無 讀數(shù)據(jù) ， R/W=H， E=H 輸出： 據(jù) 寫數(shù)據(jù) ， R/W=L， 據(jù)， E=高脈沖 輸出：無 （ 2） 狀態(tài)字說明： 表 態(tài)字表 0 1 2 3 4 5 6 7 表 態(tài)字讀寫使能表 當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值 寫操作使能 1：禁止 0：允許 對控制器每次進行讀寫操作之前，都必須進行讀寫檢測，確保 0 （ 3） 指令說明 12： 表 示模式設(shè)置表 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16*2 顯示， 5*7 點陣， 8 位數(shù)據(jù)接口 表 示開 /關(guān)及背光燈設(shè)置表 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1 開顯示； D=0 關(guān)顯示 C=1 顯示光標(biāo)； C=0 不顯示光標(biāo) B=1 光標(biāo)閃爍； B=0 光標(biāo)不顯示 0 0 0 0 0 1 N S N=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且 光標(biāo)加一 N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減一，且 光標(biāo)減一 S=1 當(dāng)寫一個字符，整屏顯示左移（ N=1）或 右移（ N=0），以得到光標(biāo)不移動而屏幕移動的效果 S=0 當(dāng)寫一個字符，整屏顯示不移動 （ 4）數(shù)據(jù)控制 控制器內(nèi)部有一個數(shù)據(jù)地址指針，它們可以被用戶用于訪問內(nèi)部的、全部的 80 字節(jié) （ 5）數(shù)據(jù)指針設(shè)置 表 據(jù)指針設(shè)置表 指令碼 功能 80H+地址碼（ 040 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 第 9 頁 共 43 頁 （ 6）其他設(shè)置 表 他設(shè)置指令表 指令碼 功能 01H 顯示清屏： 1 數(shù)據(jù)指針清零 2 所有顯示清零 02H 顯示回車：數(shù)據(jù)指針清零 始化過程 (1) 延時 15(2) 寫指令 38H(不檢測忙信號 ) (3) 延時 5(4) 寫指令 38H(不檢測忙信號 ) (5) 寫指令 5(6) 寫指令 38H(不檢測忙信號 ) (7) 之后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測忙信號 (8) 寫指令 38H：顯示模式設(shè)置 (9) 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 (10) 寫指令 01H：顯示清屏幕 (11) 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置 (12) 寫指令 0示及光標(biāo)設(shè)置 13 線 片 一款 司推出的新型單片射頻收發(fā)器件，工作于 段。內(nèi)置頻率 合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型 術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置 14。 耗低，在以 -6 功率發(fā)射時， 工作電流只有 9收時，種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模 式 )使節(jié)能設(shè)計更方便。 要特性如下： 制；硬件集成 路層；具有自動應(yīng)答和自動再發(fā)射功能；片內(nèi)自動生成報頭和 驗碼；數(shù)據(jù)傳輸率為 s 或 2Mb/s； 率為 0Mb/s 10Mb/s； 125個頻道；與其他 列射頻器件相兼容；供電電壓為 5。 數(shù)存儲 片 美國 司開發(fā)的 低功耗 行 是具有工作電壓寬(內(nèi)含 256入速度快 (小于 1特點、擦寫次數(shù)大于 10000次 22。 帶有片內(nèi)地址寄存器的存儲芯片。每讀出或?qū)懭胍粋€數(shù)據(jù)字節(jié)后，在這個地址寄存器上自動加一，用于對下一個存儲單元的讀寫的實現(xiàn)。均以單一操作方式讀取所有字 節(jié)。為了降低寫入的總時間，在一次操作中，可寫入多達 8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 第 10 頁 共 43 頁 本設(shè)計包括 源模塊、單片機最小系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊、時間顯示模塊、時鐘模塊和按鍵模塊。另外還有電路總開關(guān)、無線信號感應(yīng)電路和繼電器輸出電路的設(shè)計，因為電路總開關(guān)與 比較簡單，所以歸于 源模塊中，后文不再詳細介紹。同理，無線信號感應(yīng)電路歸于單片機模塊。 源模塊 由于系統(tǒng)中使用單片機等精密芯片，為了保證電路的正常穩(wěn)定運行以及電路的簡化，特為電路中引入了 供電，購買市面上常見的 220V 接頭，其中 圖 口電路圖 電源總開關(guān)選用按鍵自鎖直鍵開關(guān)，連接其 5， 6 腳。則未按下時， 4， 6 腳接通，斷路電源未接通；而按下時， 5， 6腳接通，電源接通。 片機最小系統(tǒng) 本設(shè)計的單片機最小系統(tǒng)主要包括 片，晶振電路和復(fù)位電路。 振電路 最小系 統(tǒng)晶振電路如圖 圖 晶振電路圖 晶振電路內(nèi)部有一個高增益反相放大器，它是用于構(gòu)成振蕩器的部分，引腳 鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生，也可由外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖 接定時元件在 腳上，自激振蕩就會在內(nèi)部振蕩器上 第 11 頁 共 43 頁 產(chǎn)生。定時元件通常采用并聯(lián)諧振回路，它一般由石英晶體和電容組成 的。晶體振蕩頻率的范圍很廣，可以在 12間選擇，電容值則在 5 30間可以選擇，控制電容值的大小，就可以對頻率起微調(diào)的作用 23。 單片機晶振之中的兩個電容的作用：這兩個電容，其實是晶振的負載電容，它們分別接在對地的電容和晶振的兩個腳上，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的輸出幅度和諧振頻率。晶振的負載電容 =(g)/(g)+ C， 式中 分別接在對地的電容和晶振的兩個腳上， C（ +成電路內(nèi)部電容），經(jīng)驗值為 3到 5 最小系統(tǒng)復(fù)位電路如圖 示。 圖 位電路圖 單片機總要涉及到復(fù)位電路的設(shè)計。而單片機復(fù)位電路設(shè)計的好壞，會直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在實驗室調(diào)試成功后，并在設(shè)計完單片機系統(tǒng)，而在現(xiàn)場時卻出現(xiàn)了“程序走飛”、“死機”等現(xiàn)象，這主要是單片機的復(fù)位電路設(shè)計不完善造成的 24。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 片機復(fù)位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于 2 個機器周期。單片機復(fù)位電路主要有四種類型：微分型復(fù)位電路；積分型復(fù)位電路；比較器型復(fù)位電路；看門狗型復(fù)位電路 25。 因本設(shè)計需要達到手動控制的目的，所以當(dāng)分機電源已開時，其中復(fù)位鍵按下后，單片機重置，分機接收到信號，控制繼電器關(guān)閉電源，就可實現(xiàn)手動控制電源開關(guān)。 第 12 頁 共 43 頁 體圖 最小系統(tǒng)整體電路如圖 示。 圖 最小系統(tǒng)電路圖 線信號感應(yīng)電路 該功能主要由分機單片 機編程完成，發(fā)光二極管負極連于單片機 件電路如下圖所示。 圖 線信號感應(yīng)電路 線收發(fā)模塊 本設(shè)計中無線接收與發(fā)射模塊都采用 與單片機的連接管腳不相同， 設(shè)計采用 8 線插槽實現(xiàn)單片機 塊的連接，從單片機控制的角度來看，我們只需關(guān)注 六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 6。 片與 片連接電路圖如下圖 圖 機 片與 片連接電路圖 第 13 頁 共 43 頁 圖 機 片與 片連接電路圖 鐘模塊 本設(shè)計中的 片的 腳與 片相連接 。 振蕩源 ，外接 為主控芯片提供外部時鐘頻率 。其中 后備電源， 主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。 者中的較大者供電。 時鐘模塊電路如圖 示。 圖 時鐘模塊電路圖 晶顯示模塊 液晶 腳與 片的 相接，而控制引腳 R/W， 分別接 腳 3接一個 10K 的滑動變阻器來調(diào)整對比度，從而達到合適的背光燈對比度。 液晶顯示模塊電路如圖 示。 圖 液晶顯示模塊 第 14 頁 共 43 頁 鍵模塊 本設(shè)計中，主機設(shè)置有七個按鍵，其中復(fù)位鍵屬于復(fù)位模塊，就不再贅述。其余六個按鍵到單片機 到調(diào)節(jié)時間日期等功能。六個鍵分別是：切換鍵 啟電源時間顯示鍵 閉時間顯示鍵 上調(diào)鍵 調(diào)鍵 確認(rèn)鍵 按鍵模塊電路如下圖 圖 鍵模塊 圖 片與 片連接圖 如圖 1、 2、 3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在系統(tǒng)主板上它們都接地，第 8腳和第 4腳分別為正、負電源。第 5腳 輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向 線串行傳送，在系統(tǒng)主板上和單片機的 6腳 串行時鐘輸入線，在系統(tǒng)主板上和單片機的 接。 需要和正電源間各接一個 4電阻上拉。第 7腳需要接 電器輸出電路設(shè)計 現(xiàn)代自動控制設(shè)備中，都存在互相連接的問題，即一個電子電路與電氣電路的。一方面要能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件 (電動機，電磁鐵，電燈等 )，另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電隔離，以保護人身的安全和電子電路 27。電子繼電器便能完成這一橋梁作用。 系統(tǒng)中使用 5入 220出型固態(tài)繼電器。繼電器線圈由 三極 8550驅(qū)動，示，在繼電器的長開觸點上由輸出端子 1, 2 腳連接，一旦達到指定的時間，系統(tǒng)會自動關(guān)閉或開啟繼電器。若加一個二極管到繼電器的線圈兩頭，可吸收繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反電勢 電器輸出電路如圖 圖 電器輸出電路圖 第 15 頁 共 43 頁 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計完成之后，就要進行軟件的設(shè)計和調(diào)試。如果沒有軟件來控制硬件電路和外圍設(shè)備，系統(tǒng)仍然是不完善的。在程序方面，采用模塊化設(shè)計的方法，這樣既減小了編程難度、使程序易于理解，又能便于添加各項功能。運用這種方法，關(guān)鍵在于各模塊的兼容和配合，若各模塊不匹配，會出現(xiàn)意想不到的錯誤。 51 單片機的編程語言常用的有二種，一種是匯編語言，一種是 在高級語言中， 且 比起匯編語言來說， C 語言進行系統(tǒng)開發(fā)者可以更專心地考慮算法而不是考慮一些細節(jié)問題。使用像 C 語言進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)時，程序員不必十分熟悉處理器的運算過程，這就意味著對新的處理器也能夠很快上手，并不必知道處理器的具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 C 語言同其他編程語言相比，具有以下優(yōu)點： (1)編程調(diào)試方便。當(dāng)前幾乎所有的嵌入式系統(tǒng)都有相應(yīng)的 試十分方便。 (2)生成代碼編譯效率高。當(dāng)前較好的 C 語言編譯系統(tǒng)編譯出來的代碼效率比直接使用匯編低20%左右，如果能優(yōu)化編譯甚 至可以更低。 (3)模塊化開發(fā)性好。 (4)可移植性好。 (5)項目的維護管理容易 28。 由于本設(shè)計是 51 單片機控制系統(tǒng)，利用 以本系統(tǒng)的程序采用 而 窗系統(tǒng)下有許多的的交叉編譯環(huán)境，如 +軟件。 美國 司出品的 51 系列單片機 件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， 讀性、功能上、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易用 易學(xué)。 件提供功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具和豐富的庫函數(shù)，界面是全 外重要的一點， 非常之高的生成目標(biāo)代碼效率，由多數(shù)語句生成的十分緊湊的匯編代碼，讓人容易理解。在開發(fā)大型軟件的時候，更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢 27。 綜合以上 系統(tǒng)采用 試，待調(diào)試完程序后，設(shè)置 片機模擬調(diào)試軟件使其編譯生成可下載到實驗板里的“ 件，用 載程序時選擇需要下載的“ 件下載到系統(tǒng)單片機里面即可。 總體說明 無線電源開關(guān)控制器的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。本系統(tǒng)的軟件部分主要進行時間顯示程序、日期顯示程序、時間調(diào)整程序、定時開關(guān)時間調(diào)整程序和延時程序的設(shè)計，按鍵的輸入掃描等。 程序開始運行后要進行初始化，包括設(shè)置定時器、 送端 成初始化后，日歷信息通過 示出來，當(dāng) 實時時間與設(shè)定的開啟關(guān)閉時間相同后， 顯示的時間仍然照常走動，時鐘芯片向單片機發(fā)出中斷請求，主機把 置成 作模式。 啟動 送數(shù)據(jù)，若從按鍵模塊接收到數(shù)據(jù)，則將相應(yīng)標(biāo)志位置 1，并將對應(yīng)編號顯示于 示屏。若發(fā)送成功，則產(chǎn)生 斷。若重發(fā)超限，則產(chǎn)生 斷。若發(fā)送目標(biāo)成功，則發(fā)送繼續(xù)，否則對發(fā)送數(shù)據(jù)進行出錯處理 28。 接收端 成初始化后把 置成 作模式 。當(dāng)正確接收數(shù)據(jù)時， 第 16 頁 共 43 頁 生 接收中斷標(biāo)志 ， 取數(shù)據(jù)并校驗數(shù)據(jù)標(biāo)志位，如果對應(yīng)標(biāo)志位為 1，通過改變電平，使繼電器接通，以控制電源通斷，則點亮 示燈。 此時，若按下主機復(fù)位鍵，可手動控制關(guān)閉分機電源。 件設(shè)計總體流程圖 軟件設(shè)計總體流程圖主要分為發(fā)送端流程圖和接收端流程圖，具體流程如圖 a），（ b）所示。 （ a）發(fā)送端流程圖 （ b） 接收端流程圖 圖 送端流程圖和接收端流程圖 第 17 頁 共 43 頁 鍵輸入模塊 系統(tǒng)中有七個按鍵，即：復(fù)位鍵 換鍵 啟電源時間顯示鍵 閉時間顯示鍵調(diào)鍵 調(diào)鍵 確認(rèn)鍵 （ 1）按下 ，系統(tǒng)中如分機處于開啟狀態(tài)，則分機直接關(guān)閉電源。 （ 2）按下 ，系統(tǒng)進入設(shè)置狀態(tài)，再按下 ，可在年、月、日、時、分、秒、星期上停留，此時再按下上調(diào)鍵 ，即可進行加一操作，按下下調(diào)鍵 可進行減一的操 作，設(shè)置完所有項目后，再按確認(rèn)鍵 可。 （ 3）按下 或 會進入到開啟或關(guān)閉時間顯示界面，再按 可設(shè)置時間，設(shè)置完后，再按確認(rèn)鍵 可。 晶顯示模塊 液晶顯示驅(qū)動程序。 程序主要是對內(nèi)部控制器進行操作，如液晶初始化，讀，寫，判忙，制定位置等，這些操作驅(qū)動程序有子函數(shù)構(gòu)成。 鐘處理程序 據(jù)處理要始終對內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行處理獲得液晶顯示需要的字符。主要包括 初始化，讀一個字節(jié)，寫一個字節(jié)，讀寫，數(shù)據(jù)處理等函數(shù)組成。對 命令、 寫命令和寄存器標(biāo)志 內(nèi)容的了解，實現(xiàn)計時，調(diào)時程序很容易。在程序中盡量使用位移、位或、位與來實現(xiàn)乘除法，這樣可以節(jié)約單片機的處理時間。最后將時分秒年月日分解為字符送給液晶顯示 16。部分流程圖如圖 示。 圖 寫流程圖 開始 始化 設(shè)置 年月日星期時分秒 將讀取的數(shù)據(jù)處理后送 液晶屏顯示 返回 第 18 頁 共 43 頁 數(shù)存儲模塊 工藝參數(shù)存儲部分由 為外圍存儲區(qū)。 有 2有 口，可以與單片機之間通過軟件模擬 序建立 信，實現(xiàn)讀取和存儲數(shù)據(jù)。它通過 行數(shù)據(jù)線 )及 行時鐘線 )兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。這里只用到一片 片，所以不需要地址識別 28。編程之前要掌握 件的讀寫操作時序，寫 分程序流程圖如上圖 (1) 基于 線的器件，在 線技術(shù)規(guī)范中，起始條件 (S)和停止條件 (P)一般是由主器件產(chǎn)生的。起始條件表明一個 線傳送的開始，停止條件則表明 線通信的結(jié)束。 高電平到低電平的跳變被定義為起始條件，而 低電平到高電平的跳變未停止條件 25。 線在起始條件以后被認(rèn)為處于忙狀態(tài)，在停止條件以后，如果沒有起始條件產(chǎn)生，這段時間總線可以被認(rèn)為是處于空閑狀態(tài)。 (2) 線的位傳輸 線協(xié)議的技術(shù)規(guī)范中規(guī)定每次發(fā)到 線 的數(shù)據(jù)必須是一個字節(jié)，但每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量是不受到限制的 27。傳輸 的數(shù)據(jù)字節(jié)按照由高位到低位的順序發(fā)送，每發(fā)送一個字節(jié)后必須跟一個響應(yīng)位 接收到下一個字節(jié)之前需要一定的時間對當(dāng)前的數(shù)據(jù)進行處理，那么在 成當(dāng)前數(shù)據(jù)的接收后 低電平，通知單片機進入等待狀態(tài)，直到 備好接收下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，釋放時鐘線 片機才可以繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) . (3) 線上的數(shù)據(jù)響應(yīng) 在響應(yīng)脈沖期間， 總線拉低，并使得 這個時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。 應(yīng)信號結(jié)束后， 回高電平， 進入下一個傳送周期。 圖 序流程圖 開始 寫程序入口 總線空閑？ Y N 寫命令字 寫要存放數(shù)據(jù)的地址 逐位寫入數(shù)據(jù) 釋放總線 結(jié)束 第 19 頁 共 43 頁 測試不同障礙物下，主機控制分機開關(guān)機有效距離，結(jié)果如下表 表 離測試 障礙物材料 無障礙物 /m 有障礙物 /m 書本桌子磚石等 10板等金屬 6璃 9論：障礙物影響信號的發(fā)射接收，而金屬物影響相對更大。 提前設(shè)定好開關(guān)機時間，測試實時時間，是否相符。（其中開機時間設(shè)定為 10： 00，關(guān)機時間設(shè)為 13： 00）自動模式測試結(jié)果如下表 表 動模式測試 顯示時間 交換機狀態(tài)（ 饋） 10： 00： 02 燈亮 13： 00： 01 燈滅 手動設(shè)置開機時間，復(fù)位鍵代替關(guān)機鍵，測試實時時間是否相符。（其中開機時間設(shè)定為 14： 00，關(guān)機時間設(shè)為 15： 00）自動模式測試結(jié)果如下表 示。 表 動模式測試 顯示時間 交換機狀態(tài)（ 饋） 14： 00： 01 燈亮 15： 00： 01 燈滅 用一個單片機主機控制幾個分機，且控制對象在不同的地方，測試結(jié)果如下表 表 通路測試 機組 距離 /m 顯示時間 交換機狀態(tài)（ 饋） 1 10 16： 0000 燈亮 /燈滅 2 4 16： 0000 燈亮 /燈滅 結(jié)論：測試 正常反饋，說明電路功能正常。 第 20 頁 共 43 頁 結(jié)論 在本次畢業(yè)設(shè)計課題的研究中 ,我大有收獲。首先在選擇畢業(yè)設(shè)計課題時，我本著鞏固所學(xué)理論知識，加強實際動手能力，增加對現(xiàn)代科技特別是無線和通信方面的了解，圓滿完成大學(xué)本科學(xué)業(yè)的想法，選了節(jié)能型交換機無線開關(guān)控制的設(shè)計這一實際而又有挑戰(zhàn)性的課題。 應(yīng)用 單片機的定時中斷功能， 該設(shè)計可以 進行定時控制，并通過 信號送給接收部分，在定時時間到達時，接收端控制繼電器閉合，通過 可實現(xiàn)信號的反饋。如果對該系統(tǒng)加以開發(fā)利用，只要檢測到用戶請求，家電就能實現(xiàn)開關(guān)機，那家電智能化的時代就會更豐富。 經(jīng)過四年學(xué)習(xí)的積累，在已經(jīng)掌握相關(guān)專業(yè)方面知識及其它各方面知識的情況下，我認(rèn)真且嚴(yán)肅的完成了我的畢業(yè)設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計歷時至少 3 個月，由一開始的確定課題，再到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)應(yīng)用，再有就是近來的軟件設(shè)計、硬件電路組建、結(jié)果分析和測試過程。這一切都使我的理論知識理解力和動手能力得到很大的加強?？梢哉f是一次全面綜合的電路知識檢驗。 在通信理論的學(xué)習(xí)和實際芯片的識別、電路的組建、分析以及后來的測試過程中，我不可避免地遇到各種問題，我在積極思考的前提下，請教了同學(xué)或指導(dǎo)老師，比較順利的一一解決了問題，圓滿完成了設(shè)計制作。 這次畢設(shè)對我的求實精神、面對困難的積極心態(tài)都有極大的考驗，我也曾消沉止步不前，但在周圍拉奧是的和同學(xué)的感染下，我從困境中挺了過來。我在這個過程中深刻的感受到了做畢業(yè)設(shè)計的意義所在，