2018基于单片机的远程灯控箱系统

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　　一、系统总体设计方案
　　系统的总体设计方案框图，主要由灯控箱系统电路和上位PC机两部分组成。两部分之间通过RS-232串行通信总线连接，完成对各楼丛电灯亮灭的在线控制及监控、数据远距离传输和集中显示管理等。
　　1、远程灯控箱系统中单片机的选择
　　单片机最早是以嵌入式微控制器的面貌出现的，是系统中最重要和应用最多的智能器件。单片机以其集成度和性价比高、体积小等优点，在工业自动化、过程控制、数字仪器仪表、通信系统以及家用电器产品中有着不可替代的作用。
　　目前常用的单片机有51系列、AVR系列、MSP430系列等，其各有优缺点，而比较主流的单片机是51系列和AVR系列两种。而51系列和AVR系列最大的一个区别就是AVR系列单片机采用全新配置的精简指令集RISC(Reduced Instruction Set CPU)，而51系列单片机采用复杂指令集CISC(Complex Instruction Set CPU)，所以与AVR单片机相比，51单片机在效率、速度及指令格式上就显得比较复杂，更不适用于在嵌入式系统中使用。
　　其次，因为是应用在日常生活及工业中，所以就必须是低功耗的。而51系列单片机正常情况下消耗的电流为24mA，在掉电状态下，其耗电电流仍为 3mA ;即使在掉电方式下，电源电压可以下降到2V，但是为了保存内部RAM中的数据，还需要提供约50uA的电流。而AVR单片机在低功耗方面的优越之处，是51系列单片机不可比拟的。
　　综上所述，无论从功能上还是经济上考虑，AVR系列单片机无疑是最好的选择。
　　2、远程通信实现方式
　　随着科技的日新月异不断发展，实现通信的方法也多种多样，可以通过GPRS技术进行通信，可以通过红外传输进行数据传送，也可以通过有线传输进行远程通信。现有的一些数据传输方法如利用电话线、电力载波等都存在着诸多的问题，如覆盖范围小，线路维护量大，电力载波上噪声污染导致通信不可靠等。最后基于自己所学专业知识专业技能，结合实现的简易成度及性价比方面，决定使用以ATMEG 16单片机为中心，通过RS-232总线与PC机进行通信，PC机可将命令通过RS-232总线传送给单片机对照明设备进行控制，单片机也可将数据通过RS-232数据线反馈给PC照明设备的状态，以便进行监控。
　　二、系统概述
　　1、系统组成
　　系统硬件由PC上位机、MAX232、ATmega16、灯箱单片机组成。
　　2、系统工作原理
　　PC机作为主控制系统，单片机作为控制器，控制系统和控制器之间通过RS-232接口通信。控制时，数据由上位机发出，通过串口发送给单片机，然后再由单片机控制灯箱;发送时，先发送识别字，再发送控制数据，单片机通过读识别字，决定控制哪层楼的灯亮。检测时，PC机先发送一命令数据，当单片机读到检测命令数据时，把此时每层楼灯的状态读取过来，然后发送到PC机，PC机读取单片机发送过来的数据，并进行程序处理运算，在VB界面上显示出来。
　　三、系统硬件
　　1、ATmega16单片机模块
　　本模块是整个系统的的核心，所有的命令都由此模块控制。本次单片机采用的是ATMEL公司推出的AVR系列的ATmega16。它具有电路简单、故障率低、可靠性高、成本低、可采用高级语言编程等优势。并且广泛应用于计算机设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
　　2、串口通信协议
　　目前的PC机都有至少一个串行通讯端口RS-232，RS-232端口可实现两台计算机之间进行通讯，RS-232的逻辑电平用正负电压表示，且信号使用负逻辑，逻辑0的电压范围是+5V～+15V，而逻辑1的电压范围是―15V～―5V。在Atmega16单片机的内部有一个全双工的异步串行I/O 口，它的输人和输出使用+5V的TTL逻辑电平，因此要进行逻辑电平的转换。通常选用MAX232专用芯片来完成。Atmega16有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和PC之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，采用的串口是RS-232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，本设计采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。
　　3、直流稳压电源
　　电源模块可以直接提供正5V的直流电压，但是由于在一些工业环境中并不提供直流电源，而都是交流电源，为确保其实用性，在电源这一部分，提供了整流稳压电路，可以把交流电压变成5V的电压，为整个电路板提供电源。
　　3、1电源模块原理图
　　当开关按下时，电路接通，先通过一个整流电路，使交流电压变成直流电压。为了保证其输出的电压是5V，在后面接一个稳压电路，由一个7805稳压器和一个发光二极管组成，发光二极管作为电源导通的指示灯。当电源导通时二极管发光。其中电容C1起滤波作用，电容C2是抑制高平信号。电容C3， C4直接接地，起到抗干扰的作用，能使电压稳定在5V。
　　四、软件设计
　　1、系统软件框图
　　数据由上位机发出，通过串口发送给单片机，然后再由单片机控制灯箱;发送时，先发送识别字，再发送控制数据，单片机通过读识别字，决定控制哪层楼的灯亮。检测时，PC机先发送一命令数据，当单片机读到检测命令数据时，把此时每层楼灯的状态读取过来，然后发送到PC机，PC机读取单片机发送过来的数据，并进行程序处理运算，在VB界面上显示出来。
　　2、VB编程流程图
　　五、系统调试操作
　　1、在电路焊接完成后检查线路是否有虚焊、短接等硬件焊接错误。检查无误后进行通电调试。
　　2、首先使用RS-232连接灯控箱与PC上位机，使用变压器变压后接入电路电源模块接口。在PC上位机我的电脑管理中确定串口号，接入不同的USB口，操作界面中串口号都不同。若串口号判断选择错误，则系统不能判别识辩。
　　3、按下开关按钮，开关指示灯显示电源接通情况，指示灯亮说明电源已接通。打开界面控制系统首先选择串口号点击确定，选择好串口后，再任意选择三排灯中想点亮的灯并在前面画勾点击应用。硬件电路中相关的灯就会点亮。
　　4、若想对灯的亮灭进行确认和监控，可以重新打开操作界面，选择相同的串口点击监控，先前点亮的灯在操作界面中就可显出来，相应的灯前面会画勾。