教室智能照明控制系统(7)

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2.9输出驱动电路设计

单片机输出控制信号电路如图2-18所示，由P2.0和P2.1口输出的控制信号来实现室内灯光的控制功能。

图2-18 输出控制电路

当P2.0口输出的是“0”电平时，则由Q1、Q2两个三极管组成的信号放大电路就被截止，则继电器回路中无电流，所以，继电器线圈无法工作，使得继电器开关触点断开，电灯回路不通，电灯不亮，反之，当P2.0口输出的是“0”信号时，则由Q1、Q2两个三极管组成的信号放大电路就导通了，则继电器线圈工作，使得继电器触点闭合，电灯回路导通，电灯亮了。

当P2.1口输出的是“0“电平时，三极管Q3截止，发光LED管电路不导通，发光LED管不亮，反之，发光LED管则亮。该发光LED管作为系统的故障提示灯来使用。该P2.1口有四种信号状态并对应不同的用户提示信息，即常“1”（正常）：开启室内照明电器。常“0”（正常）：关闭室内照明电器。

间隙1秒“0”、“1”信号交替（故障）：系统密码不对，重新输入密码。 间隙2秒“0”、“1”信号交替（故障）：控制器硬件有故障，请更换控制

器。

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第三章 系统软件设计及实现

软件设计分主程序设计、子程序设计、中断程序设计三大块。软件是计算机系统的灵魂，没有软件计算机不能充分发挥其功能，这是软件在计算机中的地位，而在计算机控制系统中，软件也是非常重要的。在照明控制系统中，硬件设备的功能是由软件来定义的，如系统要控制分布的照明灯具，串行通信程序来完成控制功能，通过软件定义键盘功能，通过编程完成LED数码显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。

该照明控制系统的软件程序包括：照明启停控制程序、照明亮度控制程序、照明定时控制程序、人机交互程序以及串行通信等。本着软件设计的基本方法，照明控制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计方法来完成的。结构化程序设计方法虽然是早期的程序设计方法，但该方法还一直被广泛地使用。结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程，遵循“自顶向下，逐步求精”的基本原则。本照明控制系统软件程序总体结构如图3－1所示。

照明制系统 照明定时 控制 照明启停控制 人 机 交 串 行 通 图 3－1 照明控制系统软件程序总体结构图

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3.1人机交互程序设计

系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。 3.1.1键盘扫描程序设计

本系统的键盘采用的是4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。

由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图3-2所示。系统的按键定义除了基本的数字键（0～9）外，将其它的键依次定义为开、关、增值、减值、定时、确认六个命令键，其控制的基本功能是：

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（1） 通过数字键、确认键输入分控制器的地址以及定时功能的时间设置。（2） 利用开、关键控制照明灯具的启停。

（3） 利用增值、减值键控制照明灯具的亮度。 （4） 通过定时键来对照明灯具进行定时控制的设置。

系统通过软件方法实现该功能，即定义开、关、增值、减值、定时、确认等命令键，利用键盘扫描程序获取对应命令键的键值，然后执行相应的子程序，实现所要求的控制功能。

开 始将上一根列线置低初始化将下一根列线置高 依次扫描行线将第一根列线置高N是第四根列线吗N依次扫描行线有信号吗YYN有信号吗延时一次 N有信号吗将第四根列线置低Y延时一次 Y再延时一次N返回一个值有信号吗 Y再延时一次N有信号吗Y有信号吗Y返回对应键值N返回对应键值 图3-2 键盘扫描程序流程图

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3.1.2LED数码显示程序设计

本系统采用了四位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻，这里的限流电阻选为100Ω。

这里选用的7447芯片是从BCD码到SEG7段码的转换器，而74LS138是一个地址译码器，通过74LS138选通某个数码管，然后根据7447传送过来的SEG7段码的数据进行显示，而在非选通的时候，数码管能够保持原有的显示数据。LED数码显示程序的流程图如图3-3所示 子程序入口

位码送译码器选通低位初始化查表取段码段码送驱动显示

数码管显示缓冲区左移N数字是否显示完Y关显示返回 图3-3 LED数码显示程序流程图

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