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基于單片機的遠程燈控箱系統
一、系統總體設計方案
系統的總體設計方案框圖，主要由燈控箱系統電路和上位PC機兩部分組成。兩部分之間通過(guò)RS-232串行通信總線(xiàn)連接，完成對各樓叢電燈亮滅的在線(xiàn)控制及監控、數據遠距離傳輸和集中顯示管理等。
1、遠程燈控箱系統中單片機的選擇
單片機最早是以嵌入式微控制器的面貌出現的，是系統中最重要和應用最多的智能器件。單片機以其集成度和性?xún)r(jià)比高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制、數字儀器儀表、通信系統以及家用電器產(chǎn)品中有著(zhù)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(diǎn)，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(gè)區別就是AVR系列單片機采用全新配置的精簡(jiǎn)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(wú)論從功能上還是經(jīng)濟上考慮，AVR系列單片機無(wú)疑是最好的選擇。
2、遠程通信實(shí)現方式
隨著(zhù)科技的日新月異不斷發(fā)展，實(shí)現通信的方法也多種多樣，可以通過(guò)GPRS技術(shù)進(jìn)行通信，可以通過(guò)紅外傳輸進(jìn)行數據傳送，也可以通過(guò)有線(xiàn)傳輸進(jìn)行遠程通信�，F有的一些數據傳輸方法如利用電話(huà)線(xiàn)、電力載波等都存在著(zhù)諸多的問(wèn)題，如覆蓋范圍小，線(xiàn)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(xué)專(zhuān)業(yè)知識專(zhuān)業(yè)技能，結合實(shí)現的簡(jiǎn)易成度及性?xún)r(jià)比方面，決定使用以ATMEG 16單片機為中心，通過(guò)RS-232總線(xiàn)與PC機進(jìn)行通信，PC機可將命令通過(guò)RS-232總線(xiàn)傳送給單片機對照明設備進(jìn)行控制，單片機也可將數據通過(guò)RS-232數據線(xiàn)反饋給PC照明設備的狀態(tài)，以便進(jìn)行監控。
二、系統概述
1、系統組成
系統硬件由PC上位機、MAX232、ATmega16、燈箱單片機組成。
2、系統工作原理
PC機作為主控制系統，單片機作為控制器，控制系統和控制器之間通過(guò)RS-232接口通信�？刂茣r(shí)，數據由上位機發(fā)出，通過(guò)串口發(fā)送給單片機，然后再由單片機控制燈箱;發(fā)送時(shí)，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數據，單片機通過(guò)讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時(shí)，PC機先發(fā)送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時(shí)，把此時(shí)每層樓燈的狀態(tài)讀取過(guò)來(lái)，然后發(fā)送到PC機，PC機讀取單片機發(fā)送過(guò)來(lái)的數據，并進(jìn)行程序處理運算，在VB界面上顯示出來(lái)。
三、系統硬件
1、ATmega16單片機模塊
本模塊是整個(gè)系統的的核心，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(jiǎn)單、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高級語(yǔ)言編程等優(yōu)勢。并且廣泛應用于計算機設備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。
2、串口通信協(xié)議
目前的PC機都有至少一個(gè)串行通訊端口RS-232，RS-232端口可實(shí)現兩臺計算機之間進(jìn)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A(yíng)tmega16單片機的內部有一個(gè)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)行邏輯電平的轉換。通常選用MAX232專(zhuān)用芯片來(lái)完成。Atmega16有一個(gè)全雙工的串行通訊口，所以單片機和PC之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿(mǎn)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(gè)電平轉換電路，本設計采用了專(zhuān)用芯片MAX232進(jìn)行轉換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉換，但是還是用專(zhuān)用芯片更簡(jiǎn)單可靠。
3、直流穩壓電源
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(shí)用性，在電源這一部分，提供了整流穩壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個(gè)電路板提供電源。
3、1電源模塊原理圖
當開(kāi)關(guān)按下時(shí)，電路接通，先通過(guò)一個(gè)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(gè)穩壓電路，由一個(gè)7805穩壓器和一個(gè)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(shí)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，能使電壓穩定在5V。
四、軟件設計
1、系統軟件框圖
數據由上位機發(fā)出，通過(guò)串口發(fā)送給單片機，然后再由單片機控制燈箱;發(fā)送時(shí)，先發(fā)送識別字，再發(fā)送控制數據，單片機通過(guò)讀識別字，決定控制哪層樓的燈亮。檢測時(shí)，PC機先發(fā)送一命令數據，當單片機讀到“檢測”命令數據時(shí)，把此時(shí)每層樓燈的狀態(tài)讀取過(guò)來(lái)，然后發(fā)送到PC機，PC機讀取單片機發(fā)送過(guò)來(lái)的數據，并進(jìn)行程序處理運算，在VB界面上顯示出來(lái)。
2、VB編程流程圖
五、系統調試操作
1、在電路焊接完成后檢查線(xiàn)路是否有虛焊、短接等硬件焊接錯誤。檢查無(wú)誤后進(jìn)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，則系統不能判別識辯。
3、按下開(kāi)關(guān)按鈕，開(kāi)關(guān)指示燈顯示電源接通情況，指示燈亮說(shuō)明電源已接通。打開(kāi)界面控制系統首先選擇串口號點(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(huà)勾點(diǎn)擊應用。硬件電路中相關(guān)的燈就會(huì )點(diǎn)亮。
4、若想對燈的亮滅進(jìn)行確認和監控，可以重新打開(kāi)操作界面，選擇相同的串口點(diǎn)擊監控，先前點(diǎn)亮的燈在操作界面中就可顯出來(lái)，相應的燈前面會(huì )畫(huà)勾。
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