多功能教室節(jié)能控制系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　基于MSP430單片機的多功能教室節(jié)能控制系統(tǒng)的研究</p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　系 別： 電氣工程系 專 業(yè)：電子信息科學與技術&

2、lt;/p><p>　　指導教師： 評閱教師： </p><p>　　論文答辯日期 </p><p>　　答辯委員會主席 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題主要是以高

3、校教室對電能的嚴重浪費和教學管理的漏洞為主要研究目的，設計了基于RS485和總線的教室控制系統(tǒng)以達到節(jié)約用電和教學管理的合理化。</p><p>　　本文主要運用電子技術、自動控制技術、網(wǎng)絡技術和相關軟件，設計了一套基于總線的智能教室控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由“教室檢測控制單元—RS485通訊線—樓層顯示控制單元—CAN總線—中央計算機單元”構成，智能教室控制系統(tǒng)通過傳感器實現(xiàn)了對教室的溫度、學生人數(shù)、照明亮度、使用狀

4、態(tài)的監(jiān)測與顯示，對現(xiàn)在教室電能的浪費進行了合理的控制與管理。</p><p>　　本文主要是選用MSP430單片機、紅外傳感器、溫度傳感器、光敏傳感器等器件進行仿真。</p><p>　　本文主要是將單片機技術與網(wǎng)絡技術合理的組合在了一起，本系統(tǒng)包括了硬件與軟件設計的結構、功能、實現(xiàn)方式等。最后運用了組態(tài)王KingView6.5構建了一個多功能教室節(jié)能控制系統(tǒng)。</p>&l

5、t;p>　　本章主要為大家介紹的是教室檢測控制單元。</p><p>　　關鍵詞：MSP430單片機，CAN，RS485，網(wǎng)絡技術，組態(tài)王KingView6.5</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This topic mainly with the college classroom vulnera

6、bility to electric energy waste and teaching management as the main research objective, the design of RS485 and fieldbus control system in order to save the classroom with rational electrical and teaching management base

7、d on</p><p>　　This paper mainly uses the electronic technology, automatic control technology, network technology and related software, design a set of intelligent classroom bus control system, the whole syst

8、em is made up of "classroom control unit - RS485 communication line - floor display control unit and CAN bus - central computer unit" intelligent classroom control system achieved through sensor the temperature

9、, the number of students, the brightness of the lighting, the use of state monitoring and display</p><p>　　This paper is mainly used MSP430 microcontroller, infrared sensor, temperature sensor, a light senso

10、r and device simulation. </p><p>　　This paper mainly is the combination of MCU technology and network technology, reasonable together, this system includes hardware and software design of the structure, func

11、tion, realization methods. </p><p>　　Finally, using the KingView6.5 configuration software to build a multifunctional classroom energy-saving control system</p><p>　　This chapter mainly introduc

12、es the classroom detection control unit.</p><p>　　Keywords: MSP430, CAN, RS485, network technology, application of KingView6.5</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

13、要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1緒 言</b></p><p><b>　　1.2國內概況1</b></p><p>　　1.3智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性1</p><p>　　1.3.2改善學習時間，

14、提高學習效率2</p><p>　　2 系統(tǒng)設計方案的研究3</p><p>　　2.1系統(tǒng)的總體設計方案3</p><p>　　2.1.2樓層顯示控制單元4</p><p>　　2.1.3中央計算機單元5</p><p>　　2.1.4通訊網(wǎng)絡5</p><p>　　2.2系統(tǒng)實現(xiàn)

15、功能5</p><p>　　2.2.1教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集5</p><p>　　2.2.2教室遠程端控制功能5</p><p>　　2.2.3顯示功能5</p><p>　　2.3系統(tǒng)的整個工作過程6</p><p>　　3 教室檢測控制單元的設計與實現(xiàn)7</p><p>　

16、　3.1教室檢測控制單元的器件選擇7</p><p>　　3.2教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集與處理8</p><p>　　3.2.1光照信號的采集與處理8</p><p>　　3.2.2紅外數(shù)據(jù)的采集與處理11</p><p>　　3.2.3非接觸IC卡數(shù)據(jù)采集與處理14</p><p>　　3.2.4按鍵設計

17、17</p><p>　　3.3溫度控制部分的設計18</p><p>　　3.3.1系統(tǒng)設計框圖及功能實現(xiàn)18</p><p>　　3.3.2單元電路原理圖19</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)程序設計22</p><p><b>　　4總結與展望29</b></p>

18、<p><b>　　4.1總結29</b></p><p><b>　　4.2展望29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　

19、1緒 言</b></p><p>　　本章闡述了多功能教室節(jié)能控制系統(tǒng)的研究背景，現(xiàn)狀以及發(fā)展方向，明</p><p>　　確指出了我國對于節(jié)能方面所面臨的問題。</p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　教室作為學校提供教學和學習的主要場所，但是現(xiàn)如今許多高校面對著一個嚴峻

20、的問題，教室資源的不合理運用，教室的分配、衛(wèi)生、維護管理都是由管理員親自動身去管理的，教室的自由式管理雖然給學生提供的很大的方便，但是同時也造成一些問題的發(fā)生，教室資源的嚴重浪費，許多教室經(jīng)常沒有人或者是只有幾個人的情況，但是教室里面的燈光、風扇還是處于運作狀態(tài)，又或者是在白天光線強度足夠、室內溫度適宜的情況下，照明燈與電扇依舊處于開啟狀態(tài)，從而造成了大量電能的浪費。</p><p><b>　　1.2

21、國內概況</b></p><p>　　以某高校教學樓燈光使用為例，取一個中等教室，該教室有日光燈18盞，每盞燈的功率是40瓦，每層樓有15個教室，一共有5層，則整個樓層內日光燈負 荷共計約為54KW，每天按長明燈3小時計算，1天就浪費162KW，按照每度電0.5元/千瓦計算，共計81元，設該校共有教學樓6座，則共計486元，一年學生在校時間按270天機算，則一年將浪費131220元，而且上面所說還不包

22、含教室電線的損傷，日光燈的使用壽命等等，因此對高校教室能源的智能控制技術的要求迫在眉睫，其所能獲得的經(jīng)濟效益也十分可觀。</p><p>　　以上是對一所大學的簡單分析，目前全國各地高校共有1684所，則每年全國高校浪費電費共計約22097.448萬元，電能浪費量如此巨大！我國是一個能源短缺大國，因此對于高校電能節(jié)約的行動也是非常急迫，爭取做到白天不開燈或少開燈、人走燈滅、杜絕長明燈等等，我國高校對電能的浪費不僅

23、僅表現(xiàn)在對電能節(jié)約意識上的薄弱，更重要的一個原因是由于節(jié)電設備的落后，所以對于多功能教室控制系統(tǒng)的提升勢在必行。</p><p>　　我們黨在2000年10月11日召開的第十五屆中央委員會第五次會議通過的《中國中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議》中明確指出：“加強基礎設施建設是今后五年至十年一項十分重要的任務”。其中提到的基礎設施建設就包括了能源建設?！督ㄗh》還強調了能源建設要發(fā)揮資源優(yōu)勢，優(yōu)化能

24、源結構，提高利用效率，加強環(huán)境保護。面臨如此緊迫的能源問題，我們應該把著眼點放在“高效”利用“清潔”能源上。由此可見，節(jié)能照明用電，對節(jié)能具有重要的意義。</p><p>　　1.3智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性</p><p>　　智能照明控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)管理方式相比，具有成本低、維護方便、功能豐富、優(yōu)越的可擴展性、便于系統(tǒng)集成等特點，其具體表現(xiàn)為：</p><p>　　

25、1.3.1 良好的節(jié)能效果、延長日光燈壽命</p><p>　　智能控制系統(tǒng)最大的特點就是節(jié)約能源，傳統(tǒng)的照明模式，主要是以人力來管理的，很容易造成白天關燈，晚上長明的現(xiàn)象，不同的是智能照明控制系統(tǒng)會根據(jù)不同的情況采用不同的方案來選擇照明的時間、日光燈的數(shù)量，可以將不必要的照明關掉，在需要燈光時自動開啟，從而達到良好的節(jié)能效果。系統(tǒng)還會根據(jù)不同的光亮程度來自動調節(jié)室內的亮度，在保證必要的照明的同時也有效的減少了日

26、光燈的工作時間，延長了日光燈的壽命。</p><p>　　1.3.2改善學習時間，提高學習效率</p><p>　　良好的學習環(huán)境是提高學習效率的必要條件，不適宜的光照強度對學習效率的影響很大，并且還會對我們的視力造成很不好的影響，因此合理的選擇光源、燈具、優(yōu)越的智能控制系統(tǒng)都能提高我們的學習環(huán)境。智能照明控制系統(tǒng)擁有兩種控制方法：1、自動開關日光燈，2、自動調光。并且可以有效的控制和調節(jié)

27、各種場合的光照強弱，還可以為不同的人群、不同的需求提供滿意的服務。</p><p>　　1.3.3提高管理水平</p><p>　　與傳統(tǒng)的管理方式不同的是，智能照明控制系統(tǒng)采用自動控制為主，人工控制為輔的系統(tǒng)。一般情況下，是不需要人為操作的，系統(tǒng)的自動化管理不單單實現(xiàn)了自動開關和調節(jié)光照強度，也減少了管理人員數(shù)量，還避免了以往許多由于人為因素而造成的不定時開關，大大的提高了教學質量與管理

28、水平。</p><p>　　1.3.4 減少開支</p><p>　　雖然智能照明系統(tǒng)看似只是具備自動開關的功能，但是我們得知道它在提高燈管壽命、減少人力開支的同時，還可以有效的節(jié)約能源。根據(jù)一般辦公大樓的運營經(jīng)驗，節(jié)能效率可以達到40%以上，一般的商場、酒店、地鐵站等，節(jié)能效率也就能達到25%—30%；由于我國以前的粗放型經(jīng)濟增長方式已經(jīng)導致資源匱乏，所以調整產(chǎn)業(yè)結構，大力推廣智能照明具

29、有重大意義。</p><p><b>　　1.4研究目的</b></p><p>　　針對現(xiàn)在眾多高校教學樓的用電設備和管理的不足，以提高用電設備效率和改善教學管理為目的，開發(fā)了一套完善的基于單片機MSP430和總線的智能教室控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要運用電子技術、網(wǎng)絡技術、自動控制技術和相關軟件，整個系統(tǒng)是由“教室監(jiān)測控制單元—R485通訊線—樓層顯示控制單元—CAN總線

30、—中央計算機單元”組成，智能教室控制系統(tǒng)通過傳感器實現(xiàn)了對教室的溫度、學生人數(shù)、照明亮度、使用狀態(tài)的監(jiān)測與顯示，并且對教室內部的用電設備進行了合理的控制與管理，達到了節(jié)約用電和智能化管理。</p><p>　　2 系統(tǒng)設計方案的研究</p><p>　　2.1系統(tǒng)的總體設計方案</p><p>　　本控制系統(tǒng)的總體組成，簡要概述系統(tǒng)為“教室檢測控制單元—RS-485

31、—樓層顯示控制單元—CAN總線—中央計算機單元”結構。本系統(tǒng)采用基于RS-485和CAN總線的分布式集散控制系統(tǒng)對學校教學樓用電設備進行控制和管理。教室檢測控制單元、樓層顯示控制單元、中央計算機單元的設計是采用北京亞控公司提供的組態(tài)王KingView6.5，在組態(tài)王提供的編程環(huán)境下編制了上位機監(jiān)控程序，可以實現(xiàn)對教室內的教室檢測控制單元所采集到的信息接收和處理，并且組態(tài)王KingView6.5還可以為我們提供一個全中文，圖形化，動態(tài)化的

32、監(jiān)控界面。通過仿真可以對教室用電設備開關狀況、教室溫度、光照強度、學生人數(shù)、學生信息等進行監(jiān)控和統(tǒng)計。在同一樓層各教室檢測控制單元之間采用的是RS-485標準構建的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，而在樓層顯示控制單元與中央計算機單元之間利用的是CAN網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸通道，智能教室控制系統(tǒng)整體組成如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖</p><p>　　下面詳細介紹各級

33、單元及其之間的通訊網(wǎng)絡。</p><p>　　2.1.1教室檢測控制單元</p><p>　　每個教室安裝的教室檢測控制單元是以單片機MSP430為核心的數(shù)據(jù)采集和控制裝置。它直接與各種I/O設備相連，通過這些I/O設備接口實現(xiàn)對教室內溫度、光照強度、教室內的學生人數(shù)、學生上課等信息采集、存儲與處理，并可實現(xiàn)對教室內用電設備開關狀態(tài)進行檢測以及現(xiàn)場手動控制，同時通過RS-485通訊錄與樓層

34、顯示控制單元通訊，最終可通過CAN總線與中央計算機單元通訊。教室檢測控制單元可以接收樓層顯示控制單元和中央控制計算機的命令并實現(xiàn)相應的自動控制用電設備，每個教室檢測控制單元都是由數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、人機交互模塊、電源模塊、通訊模塊等組成。此控制單元采用了積木式的組合結構，可以根據(jù)不同的需要選用不同的控制模塊進行組合，其框圖如圖2.2所示。同時為了便于現(xiàn)場對用電設備進行開關操作，在每個教室安裝一個控制面板，其布局如圖2.3所示。<

35、;/p><p>　　圖2.2 教室控制器的組成框圖</p><p>　　圖2.3 教室控制器面板顯示圖</p><p>　　2.1.2樓層顯示控制單元</p><p>　　樓層顯示控制單元主要對該樓層教室檢測單元進行集中操作管理、狀態(tài)顯示、通訊控制和維護每間教室的用電對象，并協(xié)調各教室檢測控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸，使樓層間的管理相互對立，提高整

36、個智能教室控制系統(tǒng)的可靠性。樓層顯示控制單元向下通過RS-485總線實現(xiàn)對每個教室檢測控制單元的數(shù)據(jù)采集信息、狀態(tài)顯示和集中管理，向上都統(tǒng)一掛在CAN總線和RS485通訊線來讀取各個教室中由每個教室控制單元中所采集的相關數(shù)據(jù)信息，并對所采集到的信息做基本顯示的功能，例如顯示教室狀態(tài)（空或滿），以及控制整個樓層用電設備的開關狀態(tài)，同時將中央控制計算機發(fā)送的指令傳送給各個教室控制單元。其組成框圖如圖2.4所示。</p><

37、;p>　　圖2.4 樓層控制器的組成框圖</p><p>　　2.1.3中央計算機單元</p><p>　　中央控制計算機采用常用PC機，在PC機上配置CAN總線配卡，用于同CAN總線相連。中央控制計算機是整個智能教室控制系統(tǒng)的控制和管理的中心，其功能是將樓層顯示控制單元及教室控制單元發(fā)送過來的信息進行處理，按要求控制輸出單元，可自動或手動去對各控制裝置發(fā)出指令，并可按要求進行各類

38、參數(shù)圖像的顯示，軟件主要是由組態(tài)王KingView6.5和ACCESS數(shù)據(jù)庫構成，通過組態(tài)監(jiān)控畫面對教室檢測單元和樓層顯示單元進行集中管理與控制。</p><p><b>　　2.1.4通訊網(wǎng)絡</b></p><p>　　通訊網(wǎng)絡是保證整個智能教室控制系統(tǒng)正常運轉的關鍵，所有的教室檢測控制單元和樓層顯示控制單元都連接在通訊網(wǎng)絡的平臺上，最終與中央計算機單元相連。本系

39、統(tǒng)利用計算機的串行口和單片機的串行通訊的功能，采用RS-485和CAN通訊模塊分別實現(xiàn)教室控制單元中的MSP430單片機與樓層顯示控制單元中的MSP430單片機，樓層顯示控制單元中的MSP430單片機與中央控制計算機之間的遠距離通訊。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能</b></p><p>　　智能教室控制系統(tǒng)的最終目的就是為了實現(xiàn)教室的節(jié)能、改善教學

40、管理。系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能概括為以下幾點：</p><p>　　2.2.1教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集</p><p>　　系統(tǒng)的底層設備教室檢測控制單元具有自動采集和命令采集兩種模式。自動定時采集就是教師檢測控制單元可以根據(jù)內部時鐘設置對教室進行循環(huán)采集數(shù)據(jù)，命令采集模式是指當教室管理人員發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令后，先由中央計算機單元通過CAN通訊信道將命令信息傳送到中央控制器，中央控制器在經(jīng)RS-

41、485通訊信道傳送到教室檢測控制單元，最后根據(jù)需要采集相應的信息。</p><p>　　2.2.2教室遠程端控制功能</p><p>　　系統(tǒng)采用了原有的教室內部用電設備控制系統(tǒng)，在此基礎上的教室遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對教室實施相應的命令，是的教室的用電設備能夠及時的開或關。</p><p><b>　　2.2.3顯示功能</b>&l

42、t;/p><p>　　可以將采集到的數(shù)據(jù)最終顯示在中央計算機控制單元，組態(tài)王KingView6.5實行的是全中文化、圖形化、動態(tài)的監(jiān)控界面。在計算機上面能顯示部分畫面以及教室使用狀態(tài)和相關信息在PC機上顯示出來。 </p><p>　　2.3系統(tǒng)的整個工作過程</p><p>　　本系統(tǒng)的工作過程包括兩個部分，第一部分是教室監(jiān)控單元對各個數(shù)據(jù)的采集，并進行初步處理。這一

43、部分主要是采集傳感器信號、開關量信號并且經(jīng)過單片機MSP430收集處理，送到存儲器。第二部分是主控上位機數(shù)據(jù)的采集、處理。主控上位機的信息采集是由監(jiān)控軟件組態(tài)王采用DDE方式從CAN適配卡中獲取樓層控制器傳來的數(shù)據(jù)，而樓層控制器的數(shù)據(jù)是通過RS485通訊從教室控制器獲取教室的信息。反之，主控上位機對教室的用電設備發(fā)出命令時，則是主控上位機通過CAN總線把命令傳給樓層控制器，然后再由樓層控制器經(jīng)RS485通訊把主控上位機的命令傳至教室控制

44、器，教室控制器根據(jù)上位機的命令做出相應的動作，最后通過組態(tài)王自身的圖形界面制作功能和動態(tài)鏈接特性，對系統(tǒng)運行情況及各性能參數(shù)進行處理，生動的表現(xiàn)于上位機界面。</p><p>　　3 教室檢測控制單元的設計與實現(xiàn)</p><p>　　教室檢測單元是整個系統(tǒng)的重要組成部分之一，它主要的功能表現(xiàn)在對教室內數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲等功能上面，它還會根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計算機單元的不同要求去控

45、制日光燈和電風扇等用電設備。</p><p>　　教室檢測控制單元主要功能：</p><p>　　教室檢測控制單元實現(xiàn)了對教室內溫度、光線強度、學生人數(shù)等信息的采集，通過數(shù)據(jù)的轉換和處理，可以傳送到樓層顯示單元和中央計算機單元。</p><p>　　教室檢測控制單元中有非接觸IC卡，可以完成學生上課的基本信息，有助于教學管理的效率。</p><p

46、>　　教室檢測控制單元中光照傳感器將采集到的電壓值和設定電壓相比較而自動完成教室內部日光燈的數(shù)量，實現(xiàn)節(jié)能效果。</p><p>　　教室檢測控制單元中數(shù)碼顯示管可以顯示教室內用電設備的狀況。</p><p>　　通過RS485總線完成與樓層顯示控制單元的通訊。</p><p>　　可以接收樓層顯示控制單元和中央控制計算機的命令并實現(xiàn)相應的控制輸出。</

47、p><p>　　可以手動操作教室檢測控制單元中的按鍵來對教室內部的用電設備進行開關操作。</p><p>　　3.1教室檢測控制單元的器件選擇</p><p>　　智能教室控制系統(tǒng)要求智能化、功耗低、可靠性高、使用方便、功能強大等特點，我們選用MSP430單片機，MSP430系列單片機是美國德州儀器1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的

48、混合信號處理器。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微小處理器集成在一個芯片上，以提供單片機解決方案。其具體特點有：</p><p><b>　?。?）處理能力強</b></p><p>　　MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（RISC）結構，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目

49、的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27 條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。</p><p>　?。?）運算速度快 </p><p>　　MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅動下，實現(xiàn)40n

50、s的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加運算）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如FFT等）。</p><p><b>　　（3）超低功耗</b></p><p>　　MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。</p><p>　

51、　首先，MSP430 系列單片機的電源電壓采用的是1.8-3.6V 電壓。因而可使其在1MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流最低將會在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。</p><p>　　其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設計。在 MSP430 系列中有兩個不同的時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)、鎖頻環(huán)（FLL 和FLL+）時鐘系統(tǒng)和DCO數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)?？梢灾皇褂靡粋€晶體振蕩器（32.768kHz）DT

52、-26 OR DT-38[4]，也可以使用兩個晶體振蕩器。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。</p><p>　　由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（AM）和五種低功耗模式（LPM0~LPM4）。在實時時鐘模式下，可達2.5μA ，在RAM 保持模式下，最低可

53、達0.1μA 。</p><p><b>　?。?）片內資源豐富</b></p><p>　　MSP430 系列單片機的各系列都集成了較豐富的片內外設。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時器A0（Timer_A0）、定時器A1（Timer_A1）、定時器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驅動器、10位/12位ADC、16位Σ

54、-Δ ADC、DMA、I/O端口、基本定時器（Basic Timer）、實時時鐘（RTC）和USB控制器等若干外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設計出A/D 轉換器；16 位定時器（Timer_A 和 Timer_B）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等

55、應用；具有較多的 I/O 端口，P0、P1、P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；10/12位硬件 A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用；能直接驅動液晶多達 160 段；實現(xiàn)兩路的 12 位D/A轉換；硬件I2C串行總線接口實</p><p>　?。?）方便高效的開發(fā)環(huán)境</p><p>　　MSP430 系列有 OTP 型、 FL

56、ASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于 OTP 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后制成的芯片；對于 FLASH 型則有十分方便的開發(fā)調試環(huán)境，因為器件片內有 JTAG 調試接口，還有用電擦寫的 FLASH 存儲器，因此采用先下載程序到 FLASH 內，再在器件內通過軟件控制程序的運行，由 JTAG 接口讀取片內信息供設計者調試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺 PC 機和一個 JTAG 調試

57、器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C 語言。</p><p>　　3.2教室檢測控制單元數(shù)據(jù)的采集與處理</p><p>　　教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集模塊對教室內溫度、光照強度、教室內的學生人數(shù)，上課時對學生信息的采集主要是依靠溫度傳感器、光照傳感器、紅外傳感器、無接觸IC卡來完成，各個器件將檢測到的非電量轉化成各自對應的電量進而傳給MSP430單片機進行處理，MSP單片機可

58、實現(xiàn)對各個傳感器的定時采集，并且會根據(jù)各自參量的對應關系轉換成相應的溫度、光照強度。通過通訊接口將數(shù)據(jù)向樓層顯示控制單元傳送。同時，通過該通訊接口，教室檢測控制單元接收樓層顯示控制單元和中央計算機單元的控制指令，實現(xiàn)相應的控制命令操作。</p><p>　　3.2.1光照信號的采集與處理</p><p>　　光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻

59、、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。 </p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　光傳感器是利用光敏元件將光

60、信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。</p><p><b>　　注意事項：</b></p><p>　　敏傳感器采用防靜電袋封裝。在使用的過程中應該避免在潮濕的環(huán)境中使用，還應該注意表面的損傷

61、和污染程度，應該它們均會影響光電流。</p><p><b>　　應用領域：</b></p><p>　　光敏傳感器主要應用于太陽能草坪燈、光控小夜燈、照相機、監(jiān)控器、光控玩具、聲光控開關、攝像頭、防盜錢包、光控音樂盒、生日音樂蠟燭、音樂杯、人體感應燈、人體感應開關等電子產(chǎn)品光自動控制領域。</p><p><b>　　應用：<

62、/b></p><p>　　光敏傳感器中最簡單的電子器件是光敏電阻，它能感應光線的明暗變化，輸出微弱的電信號，通過簡單電子線路放大處理，可以控制LED燈具的自動開關。對于遠程的照明燈具，如街燈、庭院燈、草坪燈等都可經(jīng)濟而簡單的實現(xiàn)節(jié)能自動控制。</p><p>　　太陽能路燈本身就是利用太陽光發(fā)電、儲能的LED照明燈具，它不需要電網(wǎng)供電，也就無需架設成本不菲的輸電線路，因此使用光敏傳

63、感器可以實現(xiàn)極低成本、自動開啟關閉的節(jié)能管理。</p><p>　　教室光照強度是控制教室內用電設備開或關的重要因素，也是節(jié)約電能的手段之一，下面對光敏傳感器的研究做具體介紹。</p><p>　　光電探測器的教室中的布局</p><p>　　考慮到教室里面離窗子的距離的不同，接受日光強度不一樣的特點，為了避免光電探測器受光面小的缺點，應該在教室周圍進行合理的分布光

64、電探測器，用在探測自然光的強弱。根據(jù)教室中日光燈的分布情況如圖所示，那么光電探測器在教室里面的分布也應該根據(jù)這個分布來進行安置，即在每個區(qū)域的最遠地方放一個光電探測器。每個區(qū)域的日光燈則由安置在教室內的按鍵或遠端的主控上位機來控制。此外，相鄰兩個區(qū)域安置的探測范圍都有一定的重疊以確保當有人在兩個區(qū)域中間學習時能夠得到足夠的光亮。當外界環(huán)境中的自然光能滿足所需要的光照強度時，不管教室是否有人，教室燈都不亮，控制教室日光燈的自動熄滅，當教室

65、有特殊使用時，則拉上窗簾，關閉所有教室燈光或點亮少許燈光。當只有一個學生處于某一區(qū)域時，只有他的周圍日光燈亮；當再有人進來時他們完全可以選擇有亮光的地方就坐，若選擇其他地方情況類似。這樣就完成了教室照明智能控制，起到節(jié)約電能的作用。圖3.2則體現(xiàn)了考慮教室的走向與太陽光的夾角的不同而造成亮暗區(qū)位置不同對光電探測裝置布局造成的影響。</p><p><b>　　硬件設計</b></p&g

66、t;<p>　　通過對光電管、光耦合器、光敏電阻等光電探測器的各種性能進行比較，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應峰值比較接近人視覺敏感區(qū)的波長；其次是當光照強度減弱時，光敏電阻的響應時間相對增加，這對本系統(tǒng)在光照強度變化時，輸出狀態(tài)保持相對穩(wěn)定十分重要，因此本系統(tǒng)選用光敏電阻來測量教室的光照強度，其原理圖如圖3.3所示。途中R0為光敏電阻，其阻值隨著周圍的光線變亮而下降；R為負載電阻；VCC為+5V電壓；V為光敏電阻兩端電壓；C為去

67、耦電容。</p><p>　　圖3.3 光照測量電路原理圖</p><p><b>　　由圖3.3可知：</b></p><p>　　I=VCC/ (R0+R), V=R0*VCC/(R+R0)</p><p>　　當R>>R0時，I=VCC/R。負載電流與光敏電阻無關，近似常熟。此時是恒流偏置。</

68、p><p>　　當R<<R0時，V=0.因此光敏電阻電壓V近似等于VCC。此時為恒壓偏置。</p><p>　　當R=RO時，表示負載匹配，探測器輸出功率最大。此時的工作狀態(tài)為恒功率偏置。</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　單片機光敏傳感器部分軟件設計的主要任務是對光敏傳感器的輸出

69、數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。流程圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 光照采集流程圖</p><p>　　3.2.2紅外數(shù)據(jù)的采集與處理</p><p>　　紅外技術發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這項技術在現(xiàn)代科技、國防科技和工農業(yè)科技等領域得到了廣泛的應用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：</p><

70、p>　?。?）輻射計，用于輻射和光譜測量；</p><p>　?。?）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；</p><p>　?。?）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標紅外輻射的分布圖像；</p><p>　　（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；</p><p>　?。?）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個

71、的組合。</p><p>　　紅外傳感器根據(jù)探測機理可分成為：光子探測器（基于光電效應）和熱探測器（基于熱效應）。</p><p><b>　　待測目標：</b></p><p>　　根據(jù)待測目標的紅外輻射特性可進行紅外系統(tǒng)的設定。</p><p><b>　　大氣衰減：</b></p>

72、<p>　　待測目標的紅外輻射通過地球大氣層時，由于氣體分子和各種氣體以及各種膠粒的散射和吸收，將使得紅外源發(fā)出的紅外輻射發(fā)生衰減。</p><p><b>　　光學接收器：</b></p><p>　　它接收目標的部分紅外輻射并傳輸給紅外傳感器。相當于雷達天線，常用是物鏡。</p><p>　?。?）輻射調制器。對來自待測目標的

73、輻射調制成交變的輻射光，提供目標方位信息，并可濾除大面積的干擾信號。又稱調制盤和斬波器，它具有多種結構。</p><p><b>　　紅外探測器：</b></p><p>　　這是紅外系統(tǒng)的核心。它是利用紅外輻射與物質相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應探測紅外輻射的傳感器，多數(shù)情況下是利用這種相互作用所呈現(xiàn)出的電學效應。此類探測器可分為光子探測器和熱敏感探測器兩大類型。&l

74、t;/p><p><b>　　探測器制冷器：</b></p><p>　　由于某些探測器必須要在低溫下工作，所以相應的系統(tǒng)必須有制冷設備。經(jīng)過制冷，設備可以縮短響應時間，提高探測靈敏度。</p><p>　?。?）信號處理系統(tǒng)。將探測的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息。然后將此類信息轉化成為所需要的格式，最后輸送到控制設備或者顯示器中。

75、</p><p>　?。?）顯示設備。這是紅外設備的終端設備。常用的顯示器有示波器、顯像管、紅外感光材料、指示儀器和記錄儀等。</p><p><b>　　（1）硬件設計</b></p><p>　　采用紅外傳感器統(tǒng)計教室內學生人數(shù)，具有成本低，設計簡單方便的特點。紅外傳感器不僅僅是教室統(tǒng)計教室內的學生人數(shù)，而且是由其統(tǒng)計的人數(shù)決定教室內日光燈

76、數(shù)量的基本依據(jù)，來實現(xiàn)節(jié)能的目的。</p><p>　　本系統(tǒng)采用發(fā)射式紅外傳感器，在教室門安裝兩個紅外傳感器，分別位于們的內外兩側來完成對人體的探測，實現(xiàn)對教室學生人數(shù)的統(tǒng)計。本紅外傳感器將紅外接收管與放大電路集成在一起，封裝在一個屏蔽盒里，具有與體積小、密封性好、靈敏度和抗干擾能力強、耐低溫和使用方便等特點，主要用于來探測人體發(fā)射出的紅外線能量。它只有三條管腳，分別是電源的正極，電源負極和信號輸出端，其工作電

77、壓大約5V。只要給它街上電源就是一個完整的紅外接收放大器，其遠離如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 紅外發(fā)送接收原理圖</p><p>　　由圖3.5可知，紅外發(fā)射模塊包括脈沖振蕩器，紅外發(fā)射管等部分。脈沖振蕩器由555定時器，電阻，電容組成，用來產(chǎn)生38KHZ的脈沖序列作為載波信號。并且利用了紅外發(fā)射管以光脈沖的形成向外發(fā)射。通過改變電阻或者電容的參數(shù)可以改變振蕩的頻率。&

78、lt;/p><p>　　當紅外接收模塊接收到頻率信號時，輸出低電壓，否則輸出為高電平。為了保證紅外接收模塊的準確性，要求紅外發(fā)送端載波信號的頻率盡可能的接近38KHZ，因此，再設計555定時器構成的脈沖振蕩器時注意選用精密元器件并保證電源電壓的穩(wěn)定。</p><p><b>　?。?）軟件設計</b></p><p>　　采用紅外傳感器測量教室內的

79、學生人數(shù)。系統(tǒng)在初始狀態(tài)時教室內學生人數(shù)初值設為0.當有人先經(jīng)過教室門外側的紅外接收和發(fā)射裝置時，接收管接收不到發(fā)射信號，返回一個低電壓，經(jīng)RC0口送入微型控制器；隨后，當該學生進入教室后，放置在教室內外側的紅外接收和發(fā)射裝置也會返回一個低電壓，送入微型控制器的RC1口，此時計數(shù)器加1，數(shù)碼管將顯示當前的人數(shù)自動加1，表明有人進入了教室。同樣的道理，當學生先經(jīng)過教室內側的紅外發(fā)送和接收裝置，在經(jīng)過教室門外側的紅外發(fā)送和接收裝置時，計數(shù)器

80、減掉1，表明教室有人離開，從而計量教室學生人數(shù)情況，當數(shù)碼管的顯示統(tǒng)計的人數(shù)大于50人時，傳送給上位機的信息為當前教室內人數(shù)為滿狀態(tài)。當數(shù)碼管的顯示統(tǒng)計的人數(shù)小于50時，傳送給上位機的信息為當前教室內人數(shù)為空狀態(tài)。軟件流程如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6 學生人數(shù)統(tǒng)計流程圖</p><p>　　3.2.3非接觸IC卡數(shù)據(jù)采集與處理</p><p>&l

81、t;b>　?。?）非接觸IC</b></p><p>　　大學校園里面都是實行的無固定座位的管理模式，因此給許多任課老師帶來了許多的麻煩，每次上課時需要花費大量時間去點名，費時又費力，本系統(tǒng)設計了無接觸IC卡，學生只需在上課前刷卡并且通過相應的數(shù)據(jù)處理就可以完成點名及相關操作，從而簡化了原始的考勤問題，節(jié)約了寶貴的課堂時間，減少了人為因素。本設計采用的是PHILIPS的MFRC522非接觸讀卡芯

82、片來完成學生基本信息的讀取。</p><p>　　MFRC522內部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近距離操作的天線，而且緩沖輸出接收器部分提供一個堅固而有效的調解和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應答器信號，讀、寫卡的距離可以達到5cm，數(shù)字部分支持CRYPTOl加密算法用于驗證Mifare系列產(chǎn)品，該芯片支持與ISO14443A卡進行106kibt/s以及更高速度212kbit/s和424k

83、bit的數(shù)據(jù)傳輸。具有充裕的64字節(jié)的發(fā)送接收緩沖區(qū)，內置CRC協(xié)處理器，靈活的中斷模式。帶低功耗功能的硬件復位和軟件掉電模式，還有內部的自檢電路。此外，MFRC522還帶有靈活告訴的串行接口I2C、SPI、serialUART，方便連接到各種各樣的MCU上。本設計采用的是SPI接口方式，其電路原理如圖3.7所示。除了通用的4條SPI信號線以外，RC522要求額外的兩個引腳I2C和EA分別接低電壓和高電平，這兩個引腳不參與SPI總線傳輸

84、，只起到設定RC522數(shù)字界面采用SPI接口的作用。需要注意的是，由于RC522支持的數(shù)字接口形式多種多樣，因此芯片在每次復位時都會檢測外部引腳連接關系。</p><p>　　圖3.7 RC522接口原理圖</p><p>　　（2）非接觸IC卡的軟件設計</p><p>　　PIC18F458首先對RC522進行初始配置，寄存器設置好后，RC522可以接收控制命

85、令執(zhí)行操作，實現(xiàn)與MIFAREIS50卡片通訊；MIFAREIS50卡根據(jù)接收到的指令進行相應操作。但是PIC18F458并不是通過簡單的指令就可以讀寫IC卡片，需要一系列的操作才能完成通訊。主要包括：請求喚醒、防重疊、選擇卡片、密碼認證、讀寫操作。</p><p>　　請求Request Std/Request All</p><p>　　當有天線有效工作距離內檢測到卡片，RC522發(fā)送

86、Request Std/Request ALL請求指令，卡片接收到請求指令后返回握手信號，從而判斷操作是否成功。</p><p>　　Anticonlision（防止沖突）</p><p>　　MFRC522能夠防止多張卡片沖突造成的數(shù)據(jù)錯誤。在某一時刻，若多個卡占用射頻信道與讀卡器通訊。則讀卡器將會檢測到比特流的沖突位置；然后重新啟動另一個與卡的通訊過程，在過程中將沖突位置上的比特值，置

87、為確定值（一般為1）后展開二進制搜索，直到?jīng)]有沖突錯誤被檢測到為止。MIFARE卡內有4字節(jié)的全球唯一序列號UID，而RC522防止沖突處理的目的就在于最終確定MIFARE卡的UID。防止沖突指令格式如下：</p><p>　　其中，命令代碼93代表要處理的卡UID只有4個字節(jié)；NVM表示此次防止沖突命令的UID域中正確的比特數(shù)；BCC字節(jié)只有在NVM為70時才存在。它表示此時整個UID都被識別，防止沖突流程結束

88、。</p><p>　　Select（選擇卡片）</p><p>　　將Anticolision操作讀取的序列SN4個字節(jié)還有異或的校驗碼發(fā)送到MifareIS50卡上，卡片接收后與自身SN及校驗碼核對，只有完全一樣才能選定卡片。</p><p>　　Authentication（密碼認證）</p><p>　　MifareIS50卡有1KB

89、容量，氛圍16個扇區(qū)；Sector0至Sector15，每個Sector扇區(qū)包括4個Block，每個Block具有16個bye的存儲容量。Block分為Block0至Block3，整個MifareIS50非接觸式智能卡共有64個Block。玫瑰粉Sector的Block3都存放在本扇區(qū)自己的密碼KeyA、KeyB和Access Bits。通過Access Bits設置密碼方式和數(shù)據(jù)塊類型。只有完全通過認證后，才可以對卡片進行Write/

90、Read操作。</p><p>　　Write/Read（讀寫操作）</p><p>　　Authentication密碼認證后，可以對64Block進行讀寫操作。14443A協(xié)議中并沒有具體規(guī)定對卡的讀寫操作方式，故對每種卡的讀寫操作必須考慮該卡的存儲區(qū)域組織形式和應答形式。MIFARE卡內部存儲是由E2PROM組成的，共劃分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)4個塊，每塊16個字節(jié)，對E2PROM的

91、讀寫都以塊為單位進行，即每次讀/寫16個字節(jié)。以寫卡指令為例，MIFARE卡要求兩步握手，指令格式分別如下所示：</p><p>　　StepA：查詢塊狀態(tài) </p><p>　　若‘塊’準備好了，則MIFARE卡返回4比特應答。若值為1010，則可以進行下一步驟；若值不是1010，則表示塊沒有準備好，必須等待直至塊準備好為止。</p><p><b>

92、　　StepB：寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　若寫入成功，則MIFARE卡返回4比特應答，數(shù)值還是1010；若不是1010，則表示寫入失敗。</p><p><b>　　讀卡指令格式如下：</b></p><p>　　若執(zhí)行成功，則MIFARE卡返回18字節(jié)應答比特。需要注意的是，其中只有16個字節(jié)是讀取的塊數(shù)據(jù)，另外兩個字節(jié)

93、為填充字節(jié)。若字節(jié)數(shù)不為18，則可以判斷讀卡操作錯誤。</p><p>　　MIFARE卡數(shù)據(jù)加密時以扇區(qū)為單位，一次加密認證僅僅能操作一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)。這位用戶實現(xiàn)了1卡通功能，提供了便利，用戶可以在不同的扇區(qū)內采用不同的加密方式互不干擾的存在各種目的應用數(shù)據(jù)。對卡的寫才做必須按照一定的格式進行，一個塊的數(shù)據(jù)組成如下：</p><p>　　15

94、 11 87 43 0</p><p>　　注意：address值無意義，但是number值寫入時必須在4到7字節(jié)中存入取反值。</p><p>　　PIC18F458對MIFAREIS50卡片操作流程，如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 PIC18F458讀寫RC522流程圖</

95、p><p><b>　　3.2.4按鍵設計</b></p><p>　　對用電設備的控制方式有兩種，一是采用現(xiàn)場按鍵進行開關；二是利用上位機進行遠程開關。在這里簡要說明按鍵對用電設備的控制。為了節(jié)省單片機的I/O端口，每個按鍵都采用一鍵多功能的方式對用電設備進行開關控制，系統(tǒng)中采用三個獨立的按鍵，即日光燈開關組按鍵、風扇開關按鍵、開關指示按鍵來開啟或者關閉教室用電設備，如

96、圖3.9所示。圖中按鍵K1為整個教室用電設備的開關按鍵，它與按鍵K2和K3聯(lián)合使用來開啟或關閉教室內的用電設備。例如，如果需要開啟教室內的第一組和第二組日光燈，我們首先要按下K1按鍵，然后按一次K2按鍵，此時教室內的第一組日光燈就打開了，緊接著再按一次K2按鍵，教室內的第二組日光燈也打開了，從而完成了教室內第一組和第二組日光燈的開啟。同理，利用K3與K1按鍵可以開啟或者關閉教室內的風扇。圖中并聯(lián)在按鍵兩端的電容用于按鍵的消抖。</

97、p><p>　　在教室控制器中還有對教室溫度采集、學生信息的采集等。采集教室溫度可實現(xiàn)當室內溫度較高時及時開啟風扇，當室內溫度較低時及時向教室送暖；而學生信息的采集則是通過無接觸IC卡，學生只需要在上課前刷卡并經(jīng)由相應的數(shù)據(jù)處理就可以完成點名及有關的操作，從而簡化對學生考勤的程序，節(jié)約老師點名的時間。</p><p>　　圖3.9 按鍵原理圖</p><p>　　3.

98、3溫度控制部分的設計</p><p>　　本章根據(jù)溫度監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)和需要，繪制了單片機MSP430F449及其外圍電路，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，日歷時鐘芯片DS1302，液晶顯示模塊OCMJ4x8B等的電路原理圖和系統(tǒng)總圖及印制板圖，編寫了單片機初始化，溫度傳感器復位、讀寫子程序，日歷時鐘芯片和液晶顯示模塊的寫入等子程序，并對程序進行了調試。</p><p>　　3.3.

99、1系統(tǒng)設計框圖及功能實現(xiàn)</p><p>　　圖3.10所示為本次溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設計框圖。選用的單片機型號為MSP430F449，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，日歷/時鐘芯片DS1302，OCMJ4x8B液晶顯示模塊，獨立式鍵盤。</p><p>　　圖 3.10 溫度監(jiān)控系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　該系統(tǒng)的工作流程為：開機后，八路溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)

100、，并實時的循環(huán)送至單片機，經(jīng)過單片機的處理在顯示器上顯示出來，編程可實現(xiàn)顯示間隔得調整，可以一秒也可以兩秒。當需要查看某一路的溫度時，只需按下對應的按鍵，即可在顯示器上顯示出所選路數(shù)及其溫度值，此時定時器A關閉，時間和溫度循環(huán)顯示停止。當把數(shù)據(jù)記錄完畢后，按返回鍵，即可從中斷停止處重新開始溫度循環(huán)顯示。同時，開機上電后，若無任何操作，則時間從程序設計的時間開始計時，每過一秒鐘加一，讀取溫度值時停止，由于時間值是從專用的日歷時鐘芯片中獲得

101、的，所以停止定時器A再返回時并不會影響時間的顯示。</p><p>　　3.3.2單元電路原理圖</p><p>　　本節(jié)主要討論各級電路圖的原理及實現(xiàn)方法。</p><p>　　3.3.2.1芯片原理圖</p><p>　　如圖3.11所示為MSP430F449芯片及其外圍電路原理圖。其中XTAL1、XTAL2分別為單片機提供正常工作時鐘脈

102、沖。</p><p>　　圖 3.11 MSP430F449芯片及其外圍電路原理圖</p><p>　　3.3.2.2 DS18B20電路原理圖</p><p>　　如圖3.12所示為溫度傳感器與單片機的連接電路圖。圖中每一個I/O口上都連接了一個溫度傳感器，程序實現(xiàn)中只需執(zhí)行Skip ROM命令后即可對所有在線器件進行操作；為典型的單總線制，允許與一個I/O口相連

103、的線上連接多個器件，開機后需逐個上電獲取64bit序列號，并存儲到數(shù)組中。當需要使用時，通過發(fā)送匹配ROM命令并發(fā)送對應器件的64bit序列號，從而實現(xiàn)對相應器件的操作。本次設計均采用寄生電源供電，如前所述，為保證電路的正常運行，溫度值的精確獲取，盡量采用電源供電方式。</p><p>　　圖3.12溫度傳感器與單片機的連接電路圖</p><p>　　3.3.2.3液晶電路原理圖</

104、p><p>　　如圖3.13所示為液晶顯示電路原理圖。該電路為混合電壓系統(tǒng)，液晶顯示模塊OCMJ4x8B需5V電壓，單片機需3.3V電壓，I/O口的最大邏輯電平是3.3V，不可以直接相連，所以必須通過電平轉換實現(xiàn)電平的匹配，這里采用TI的雙向驅動器74LS245來實現(xiàn)電平的轉換。</p><p>　　圖3.13液晶顯示電路原理圖</p><p>　　3.3.2.4 DS

105、1302日歷時鐘芯片電路原理圖</p><p>　　DS1302的VCC2在單電源與電池供電的系統(tǒng)中提供電能并為低電源提供低功率的電池備份。在雙電源系統(tǒng)中VCC2提供主電源，VCC1連接到備份電源，以便在沒有主電源的情況下能保存時間信息以及數(shù)據(jù)。DS1302由VCC2或VCC1與VCC2兩者中的較大者供電。當VCC2大于VCC1+0.2V時，VCC2給DS1302供電。當小于時，DS1302由VCC1供電。X1，

106、X2連接32.768KHZ的石英晶振，為芯片提供實時的電脈沖。與CPU的連接僅需要三條線，即SCLK（7）、I/O(6）、RST（5）。如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 DS1302日歷時鐘芯片電路原理圖</p><p>　　3.3.2.5 獨立式鍵盤電路</p><p>　　由于其他外圍器件多采用串行數(shù)據(jù)傳輸，單片機接口剩余較多，所以采用獨立式鍵

107、盤，分別連接P1.0-P1.7，并利用I/O口的中斷功能，喚醒休眠的CPU。無鍵按下時均為高電平，若有鍵按下，則為低電平。</p><p>　　圖3.15 矩陣式鍵盤 </p><p>　　注：在繪制完電路圖，生成網(wǎng)絡表后，若要生成對應電路的印制板圖，則需要對各元器件的封裝進行設置。電子元器件的封裝實際是指零件焊接到電路板時的外觀和焊點的位置，目前的封裝主要有針腳式和表面貼片式（SMT），

108、本次設計中所使用的相關元件的封裝主要有：</p><p>　　電阻：RESx；封裝屬性為AXIAL0.3-AXIAL0.7，其中0.3指電阻在板上的焊盤間的距離為300mil（1mil=0.0254mm），一般用AXIAL0.4；</p><p>　　電容：對于無極性電容：CAP；RAD0.1-RAD0.4，一般用RAD0.1；對于電解電容：ELETROI，RB.1/.2-RB.5/1.0