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1、住宅公用路灯用电量分配装置的设计目 录摘 要I关键词IAbstractIKey WordsI1绪论12开发环境简介121PROTELDXP简介122使用PROTEL画图原理223仿真开发环境简介43单片机基础531单片机的体系结构532AT89C2051单片机的原理5321AT89C2051特性5322AT89C2051的结构框图6323AT89C2051的引脚说明及引脚功能6323专用功能寄存器（SFR）8324指令约束条件8325CPU工作方式9326对Flash闪速存储器的编程9327内部地址计数器1033AT89C2051软硬件的开发1034性能价格比1035应用104系统硬件设计10
2、4.1总体方案设计10411设计原理11412系统总体性能要求114121成本因素114122环境适应性114123节能性114124可靠性114125方便性11413装置总体结构原理图1142系统硬件设计12421单片机型号的选择12422环境照度检测电路12423分时切换控制电路12424路灯点亮按钮位13425看门狗电路13426系统供电电源设计144271主系统电源电路144272分时切换控制电路工作电源14428系统时钟电路设计15429长期运行的安全性设计154291功耗与散热问题154292装置过流问题155软件设计1551AT89C2051的程序编制15511编程算法15512
3、数据查询16513RDY/BSY16514程序校验16517片擦除16518读特征字节16519编程接口1652MCS-51汇编语言简介16521直接寻址16522寄存器寻址16523寄存器间接寻址17524立即寻址17535变址寻址17546位寻址17547相对寻址1753系统软件设计17531主程序结构17532中断服务程序186结束语19参考文献19致谢20附录1：系统程序代码21附录2：设计原理图24附录3：仿真界面图25住宅公用路灯用电量分配装置的设计摘 要提出一款基于单片机的居民住宅公用楼道路灯用电分摊装置的设计方案。充分利用单片机的内部资源,借助单片机的数据运算处理能力和控制能力
4、,采用按用电时间“均摊”原理,各用户轮流为住宅公用楼道路灯供电,较好地解决了楼道路灯电费收缴的难题,有较好的实用价值。关键词单片机；公用路灯；电量分配器；硬件；软件Design of Coulomb Distributer for Residential Public Road LampAbstractPut forward a design project of public stairway lampps electricity cost assigned device in residential building based onsingle chip computer. The pr
5、oject takes full advantage of the internal resources of the single chip computer ,especially its data processingand controlling ability. In terms of the principle of even distribution based on the time of using electricity ,every user supplies power to the public stairway lamps in turn. Thus the pro
6、blem of collecting stairway lamp electricity cost will be settled well.Key WordsSingle Chip Computer；public road lamp；coulomb distributer；hardware ；software1绪论当前我国经济快速增长，房地产市场持续升温，各种档次的商品房层出不穷。伴随着住房制度改革的深入，越来越多的居民买了商品房。住进了商品住宅楼。这种改变促进了国民经济的发展，同时也提高了广大人民生活的文明程度。随之而来的问题就产生了，原来的单位住宅楼是由单位安装路灯并由单位负责缴费的，楼
7、内居住的单位职工不用担心没路灯和收缴费用的问题；而商品住宅楼内的居民来自不同的单位，这就产生了路灯问题。不安装路灯不便利；安装路灯后，对于商品住宅楼的路灯电费，如果由各小区的物业管理人员或社区管理员统一挨家挨户定期收取，住户分担，十分不方便，因为城市已普及了一户一表。楼道路灯问题日益成为住房商品化后的一个难题（杨本文,郑旭东，2006）。而且目前我国作为一个能源短缺的国家，电力供应十分地紧张，缺电现象非常严重，应该推广应用节能型高效路灯设备，节约照明用电，实现资源的充分合理应用，保障市民的出行安全（陈宇勤，2006）。因此，提出一款基于单片机的居民住宅公用楼道路灯用电分摊装置的全自动控制设计方
8、案。充分利用单片机的内部资源，借助单片机的数据运算处理能力和控制能力，采用按用电时间“均摊”原理（王振明，002）。各用户轮流为住宅公用楼道路灯供电，较好地解决了楼道路灯电费收缴的难题，有较好的实用价值。2开发环境简介21PROTELDXP简介Protel2004DXP是Altium公司（原名Protel公司）推出的新一代优秀桌面电路设计软件，它不但继承了Protel 99 SE的所有功能，而且扩展了许多新功能，用户界面更加友好，更加符合人性化设计，它是大多数电路设计人员使用最多的EDA设计软件之一（王鹏，2006）。Protel2004DXP能实现的主要功能如下：设计组件包括电路原理图设计组
9、件、PCB设计组件、自动布局布线组件、可编程逻辑器件组件和电路仿真软件；采用整合式的零件和零件库，提供强大的零件库支持和用户自己设计库功能；支持层次化原理图设计；强大的纠错功能，能保障设计完整无错；采用新一代的Situs拓扑式逻辑自动布线器，使PCB布线更科学合理；可以直接在PCB编辑器中进行信号分析；集成SPICE3f5数模混合信号仿真；能生成3DPCB立体图，形象直观；图21PROTEL界面本设计主要使用Protel 2004DXP进行电路原理图的设计。图21是PROTELDXP打开后的界面，共分为六块：系统菜单：file 菜单用于文件的打开、关闭等操作；view 用于和视图有关的操作，比
10、如放大、缩小等；project 菜单，用于和工程有关的操作，比如加入新的工程文件；window 菜单用于和窗口有关的操作，比如水平排列窗口；help 菜单，帮助菜单。左工作区面板：包括文件项目和帮助的面板。工作区：用于快速启动任务，比如最近打开打开的原理图。右工作区面板：点击可以出现更多的面板。面板控制：编辑特定的和通用的面板可以在这里选择。帮助建议：使用语言快捷找到问题的答案。22使用PROTEL画图原理图22画原理图状态界面画图原理分为以下几步：第一步，依次打开file 菜单，选择新建命令，选择schematic，界面如图22所示。第二步，放入元件。打开library面板（如图），选择需要
11、的元件；如果我们需要的元件在library未包括，我们还需要添加元件库，单击libraries 选项来完成元件库的添加；如果元件库没有我们需要的元件，则自己动手建元件库，方法是在新建时选择schematiclibrary。第三步，连接元件。单击工具栏wire 按钮，光标变成“+”型，这是处于连线编辑状态，当出现红色的十字时表示和元件已经电器连接，我们可以把鼠标指向任意方向来指向要连接的元件，单击左键完成这次连接，单击右键则取消编辑状态。第四步，画总线，放置总线入口。各元件要通过总线连在一起，总线和连线要通过总线入口连在一起，如图所示。Z80ASIO 的D0D7通过导线总线入口和总线连接，图中D
12、0是标号，它起实际的电器连接作用。图2导线通过总线入口与总线连接图24打开library面板第五步，保存文件到工程中23仿真开发环境简介Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：（1）实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。（2）支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单
13、片机类型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。（3）提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等软件。（4）具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。3单片机基础单片机是微电子技术与计算机技术的结晶，现已成为集成电路大家族中的重要成员。单片机是微型计算机
14、的简称，是在一块芯片集成了CPU、RAM、ROM(或EPROM)、时钟定时计数器和多种功能的串行和并行I/O接口。单片机共同的特点是他们在一块芯片上集成了一台微机最基本的部分，只要辅以少了量的外部电路或外部设备即可构成一个微机系统。而且单片机具有体积小、功能强、价格低廉等优点。现在单片机正朝着兼容性、单片系统化、多功能和低功耗方向发展。31单片机的体系结构单片机采用哈佛结构，即数据存储空间与程序存储空间是相互分离的。为了减小引脚数量，单片机I/O线多采用分时复用技术，正是因为有了内部ROM和RAM（可进一步扩展），在执行指令时又统一在时钟下工作，故可靠性和执行速度都大大超过相当的通用计算机。目
15、前市场中单片机微处理器中，位，16位，32位居多，每类有多种产品，每种单片机均有各自的指令系统，如MCS51兼容单片机的指令系统均是在MCS51的结构上加以扩展，这也直接扩展了单片机的功能。广泛采用的精简指令系统计算机RISC（ReducedInstrutionSetComputer）结构，是软硬件配合和整体性能能够得以提高。其含义是计算机指令系统仅包括使用频率较高的指令，同时这些指令的控制和实现有比较简单，然后优化这些指令并使其速度最快。它与传统复杂指令系统计算机CISC结构等微处理器形成了完全不同的风格（毕维峰，2006）。32AT89C2051单片机的原理321AT89C2051特性AT
16、89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS型8位单片机，片内含有2kbytes的可反复写的只读程序存储器和128bytes 的随机存取数据寄存器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置8位中央处理器Flash存储单元，功能强大的AT89C2051单片机可为用户提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图31所示，与8051内部结构进行对比可发现，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减少（余永权，1999）。图31引脚封装A
17、T89C2051主要特性参数：和MCS51产品的兼容引脚封装；2K字节可重编程闪速存储器；耐久性：1，000写擦除周期；2.7V6V的操作范围；全静态操作：0Hz24MHz；两级加密程序存储器；1288位内部RAM；15根可编程IO引线；两个16位定时器计数器；六个中断源；可编程串行UART通道；直接LED驱动输出；片内模拟比较器；低功耗空载和掉电方式；根据其性能参数，其功能特性可概述为：AT89C2051提供一下标准功能：2K字节Flash存储器，128字节内部RAM，15个IO口，两个16位的定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，内置一个精密比较器，片内振荡器及时钟电
18、路。同时，AT89C2051可降至0赫兹的静态逻辑操作，并支持两中软件节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保持RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。322AT89C2051的结构框图AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压，高性能8位CMOS型微型计算机。如图32所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构完全兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存，89C2051是一款强劲的微型计算机，它对许多嵌入
19、式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。图32AT89C2051内部结构图此外，从AT89C2051内部结构图也可看出，其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外），引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致，但P1口、P3口有其独特之处。323AT89C2051的引脚说明及引脚功能VCC：电源电压 89C2051有很宽的工作电源电压，可为2.76V，当工作在3V时，电流相当于6V工作时的14。89C2051工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。GND：
20、接地。 P1口：P1口是一组8位双向的I/O，P1.2P1.7提供内部上拉电阻，P1.0和P1.1内部无上拉电阻，主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端和反相输入端，如果需要应在外部接上拉电阻。P1口输出缓冲器可以吸收20mA电流并直接驱动LED。当P1口引脚写入“1”时可作输入端，当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因为内部的上拉电阻而输出电流。P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。P3口：P3口的P3.0P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向IO口。P3.6没有引出，它作为一个通用IO口但不可访问，但可作为固定输入片内比较的输出信号，P3口缓冲器可吸收20mA
21、电流。当P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并作为输入端口。作输入端时，内部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流P3口还用于实现AT89C2051的各种功能，如下表31所示。表3口引脚功能特性P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时计数器0外部输入）P3.5T1（定时计数器1外部输入）从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与IO设备所需的地址、数据、控制信号，因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或IO设备，也即AT89C2051
22、本身即构成了最小单片机系统。P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的IO引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 振荡器特征：XTAL1、XTAL2为片内振荡器的反向放大器的输入和输出端，如图和所示。可采用石英晶体或陶瓷振荡器组成的时钟振荡器，如需从外部输入时钟驱动AT89C2051，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部
23、电路是经过一个二分频触发器，所以输入的外部时钟信号无需特殊要求，但它必须符合电平的最大和最小值及时序范围。图33外部时钟驱动电路图34内部震荡电路 由上述对AT89C2051引脚介绍可见：P1口和P3口共占15个引脚，外加复位、振荡(时钟)和电源端等已把芯片的引脚全部占完。然而单片机在执行各种功能时还需要更多的引脚才能受控或与外界交换的信息，为解决这种矛盾，生产厂家给芯片的某些引脚设置了第二功能，通过它可完成单片机的多种控制功能。例如对89C2051编程，需由P3口的P3.3、P3.4、P3.5和P3.7端加控制信号以完成闪速编程(如表31)；89C2051要完成串行的输入、输出，外中断功能和
24、外部输入定时，需P3.0P3.5端提供端口(表31)。再有P1.0、P1.1是内部比较器输入端口。323专用功能寄存器（SFR）AT89C2051中特殊功能寄存器描述如表9-2所示，它们共占用了19字节，其功能与8051SFR功能相对应。表3-2 专用寄存器地址和复位值寄存器符号寄存器地址复位值寄存器符号寄存器地址复位值B0F0H00000000TMOD89H00000000ACC0EOH00000000TL08AH00000000PSW0D0H00000000TL18BH00000000IP0B8H00000TH08CH00000000P30B0H11111111TL08DH00000000
25、IE0A8H000000SP82H00000000SCON98H00000000DPL83H00000011SUBF99HDPH84H00000000P190H11111111PCON87H00000000TCON88H0000000000000324指令约束条件AT89C2051是ATMEL微控制器家族经济中低价成员。它含有2K字节的闪速程序存储器，完全和MCS51结构兼容并可用MCS51指令集进行编程。但是在使用有关指令进行编程时，却有一些限制（张晓君，2004）。跳转或分支相关的全部指令必须进行空间约束，这样目的地址就会落在AT89C2051的2K字节的物理程序存储器空间内。例如，对于2
26、K字节存储器的AT89C2051来说，LJMP7E0H是一有效的指令而LJMP900H则是无效的。分支指令对于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMPA+DPTR等指令，只要编程人员记住这些分支指令的目的地址落在程序存储器大小的物理范围内(89C2051的00H至7FFH单元)，这些无条分支指令就会正确执行。违背物理空间的限制会引起不可知的程序出错。CJNE，DJNZ，JB，JNB，JC，JNC，JBC，JN，JNZ这些条件分支指令也适合上面的规则。同样，超出内存界限，会导致不正确的执行结果。对于包括中断的应用，80C51家族架构的正常中断服务线程地址位置已被保留。和MOV
27、X相关的指令，数据存储器AT89C2051包含128字节内部数据存储器。这样，AT89C205l中的堆栈深度局限于内部RAM的128字节范围内。它既不支持外部数据存储器的访问，也不支持外部程序存储器的执行。因此，程序中不应包括MOVX指令。一般的8051汇编器即使在违反上述指令约束而写入指令时仍对指令进行汇编，使用时应了解AT89C2051微控制器的存储物理空间和约束范围，适当调整所使用的指令寻址范围AT89C2051。325CPU工作方式空闲方式在空闲模式下，CPU自己转入睡眠状态，而芯片上其余所有的外围单元保持活动状态。该模式由软件调用。在该模式中，芯片级RAM和所有特殊功能寄存器的内容保
28、持不变。空闲模式可以由任意有效的中断或硬件复位来终止(王卫海,1995)。如果未使用外部上拉电阻，P1.0和P1.1应该被置为“0”，而如果用了外部上拉电阻，它们应该被置为“1”。应该注意，当空闲模式被硬件复位终止时，单片机AT89C2051从它转入睡眠前的状态恢复到正常的程序执行状态，比内部复位算法获得控制权提前两个机器周期。在这种场合，芯片内的硬件禁止访问内部RAM，但访问端口引线是允许的。为了消除当空闲模式被复位终止时可能往端口作不希望发生的写入操作，调用空闲模式指令后面紧跟的那条指令不应该是写端口或写外部内存的指令。低功耗方式在低功耗模式下，振荡器被停止，调用低功耗模式的指令是被执行的
29、最后一条指令。芯片级RAM和特殊功能寄存器保持它们的值，直到低功耗模式终止。终止低功耗模式的唯一方法是，硬件复位。复位操作重定义SFR，但是不会改变芯片级RAM。复位动作应在Vcc恢复到正常工作电平时进行，而且必须保持足够长的时间，以使振荡器重启动并趋于稳定。如果未使用外部上拉电阻，P1.0和P1.1应该被置为“0”，而如果用了外部上拉电阻，它们应该被置为“1”。326对Flash闪速存储器的编程AT89C2051是在擦除状态下（也即所单元内容均为FFH时）用2k字节的片内PEROM代码存储阵列进行封装微控制器，其程序存储器是可以反复编程的。代码存储阵列一次编程一个字节，一旦阵列被编程，如需重
30、新编程非空（空为：FFH）字节，必须对整个存储阵列进行电擦除。如图和。图35编程电路图36校验电路327内部地址计数器AT89C2051包含一个内部EEPROM地址计数器，它总是在RST上升沿复位到000H并在XTAL1引脚有一正跳变脉冲时进行计数。33AT89C2051软硬件的开发89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统：由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑编译固化插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当做这种调试不
31、能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有信息（Fiorini P，2000）。将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出来仿真2051，这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等。34性能价格比下面就目前国内全胜较多的两种单片机，讨论一下2051的性能价格比。与80C31系统相比较 如果需要构成一个80C31的最小系统的话，除了CPU之外，至少需要一片27C64，而系统的有效引脚和89C2051基本相同。从元器件的成本，电路板的面积和加密性来看，使用89C2051都是合算的。
32、与PIC单片机比较目前，国内小型的单片机全胜较多的有PIC系列，89C2051与PIC相对应芯片比较有如下特点：89C2051的价格高于PIC的OTP型号，但大大低于PIC的EPROM型，89C2051片内不含WatchDog，这是89C2051的不足之处，中断系统堆栈结构、串等通讯笔定时器系统都大大强于PIC系统。由于PIC芯片中无标准串等口，所以在单片机的联网应用上面，PIC不太适合。与PIC相比2051更适合于较复杂的应用场合，适合一些软件需要多次修改的应用。35应用就目前中国市场的情况来看，89C2051有很大的市场。其原因有下列2点：2051采用的是MCS51的核心，十分容易为广大用
33、户所接受；2051内部基本保持了80C31的硬件I/O功能；2051的Flash存贮器技术，可重复擦/写1000次以上，容易解决调试手段；更适合小批量系统的应用，容易实现软件的升级。89C2051适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不足不是很大的应用系统（沈红卫，2003）。4系统硬件设计4.1总体方案设计411设计原理该装置的目的是解决楼道路灯的电费自动分摊问题。设用电量为M每度电费为L，则总电费为：F=ML=IUtL(4-1)式中：U为电源电压，可认为是常数；I为总电流，与点亮的楼道路灯有关，是变量；t为楼道路灯点亮总时间，是变量。如住一楼用户，晚上进出只有一盏点亮；二楼用户，则有
34、2盏灯(一楼和二楼均点亮)；以此类推，六楼的用户，则按顺序依次点亮盏灯，又按逆序熄灭。设路灯的功率为（可认为是常数）；则式（4-1）可写为：F=LUIt=Lt=Kt（4-2）式中K为常数（庄兴元，1999）。因此，楼道内的电费问题，则转化为路灯点亮的总时间t的数学计算问题。根据t的值，确定各用户的接通时间，实现电费的自动“收费”目的。412系统总体性能要求根据原理设计，该耗电分配装置的设计考虑以下因素及性能要求：4121成本因素考虑到用户的心理接受倾向，其成本应接近或低于普通电表或各种电计量电表，同时具有较高的精度，即较好的可信度，才有市场推广价值。4122环境适应性具有环境照度检测控制，白天
35、不开灯，夜晚开灯；不管是采用手动开关，还是采用红外线人体自动开关，都可以使用。4123节能性该装置全天候工作在公用电网中，作为一个电子装置其本身有定功耗，若功耗过高，则电力部门每年要承担较多的电力损失，同时有散热问题，从而产生安全隐患；该装置只有在使用路灯时，才处于工作状态，此外绝大多数时间，处于待机状态，因此，必须采用电睡眠待机，通过按键唤醒投入正常工作的运行模式（姚志中，2005）。4124可靠性必须确保装置不因外界干扰引起误动作；不会因为装置本身的过热问题等因素引起火灾，或者其它安全因素导致使用者触电等；同时还要有较长的寿命。4125方便性该装置一般装在一楼的集中配电箱内，若只有1条共用
36、相线引到各楼层，各楼层的2个用户的路灯开关又可直接并联使用(或共用1个红外人体感应开关)，布线就十分方便(徐璞，孙新怀,2006)。413装置总体结构原理图装置的总体结构原理图如图所示。大虚线框内为该装置的控制电路，S为分时切换的选择开关。 图41耗电分摊装置总体结构原理框图42系统硬件设计主系统电路主要有看门狗电路、照度检测电路、路灯点亮按钮电路、分时切换控制电路及单片机等组成。421单片机型号的选择为了满足性能要求，选择了ATMEL公司的51系列单片机89C2051作为控制核心。422环境照度检测电路LM393是双电压比较器其有两个独立，精确的电压比较器组成，失调电压不超过2.0mv两比较
37、器是专门设计在电压范围较宽的单电源下工作，但在双电源下也能工作，并且其电源电流大小不受电源电压幅度大小影响。这些比较器有一个独特的性能,就是即使在单电源下工作，其输入共模电压范围也保持零电平。它有两个输入端和两个输出端，一个基准电压端。输入端电压低于基准电压时输出端为高电平，反之输出端电平翻转。图为照度检测电路原理，图中的R为光敏电阻。当环境照度变低时，即R6100k，运放输出约7V的直流电压，经电阻分压获得约3.5V的数字逻辑高电平，送往单片机的P3.0脚，供单片机决策是否启用楼道里的路灯（张有军，张新廷，孙洪勋，2001）。图42环境照度检测电路423分时切换控制电路图43为12路分时切换
38、控制电路，光电耦合器件完成电平转换和隔离作用，以增强抗干扰能力。分时切换执行部件由继电器K1完成，继电器选用直流12V，线圈直流电阻约400的JZC-21F型号。因为照度较低是夜间，系统中始终有1只继电器的线圈是通电的，因此它的功耗和节能很重要。继电器在吸合后，其维持电压额定电压的75%，就是说在继电器吸合后时加12V电压，吸合以后降到额定电压的80%，既能保证可靠工作，又能起到节能目的。图中的电容C和电阻R33就是为此目的设置的，继电器刚吸合时，电容C上的电压为0，且不能突变，12V电压全部加在继电器上，继电器吸合后，电容冲电结束相当于断开，R33串入继电器线圈。因此，R33是限流电阻，D1
39、是继电器释放时的放电回路。发光二极管L1为继电器工作指示，同时也为R33分担部分电流。由图中参数可求得其节能约为（李卫平，2003）：（43）图43分时切换控制电路424路灯点亮按钮电路为了提高控制系统的抗干扰能力，在控制电路和开关电路之间使用光电耦合器实现隔离。图中的S1，S2，S12为分布于各楼层住户的路灯按钮。当其中任何一个被按下时均会通过光电耦合TLP521-1在P3.2（INT0）引脚产生一个下降沿，触发外部中断0，唤醒89C2051。在外部中断0的中断服务程序中，完成是否允许点灯的判断，如果允许，则分时切换控制电路的继电器就动作，点亮路灯。当然路灯是否点亮首先取决于P3.0的状态（
40、即环境照度）(秦曾煌，1999)。图44路灯点亮按钮位原理图425看门狗电路当微机受到干扰时会引起程序乱飞，将有可能使程序陷入“死循环”。此时，采用指令冗余、软件陷阱等技术都不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，所以采用程序监控技术，又称“看门狗”技术，使程序脱离“死循环”。系统应用程序一般往往采用循环运行方式，每次循环的时间基本固定在一个区间内。“看门狗”技术就是不断监控程序运行时间，若发现时间超过已知的循环上限设定时间。则认为系统进入了“死循环”，然后强迫程序返回开始入口，并在开始入口，并在开始入口处安排一段出错处理程序，使系统快速纳入正轨运行（张向丰，2006）。本装置的看门狗电路使用了
41、MAXIM公司生产的低成本微处理器监控芯片MAX813L，其DIP封装引脚图如图所示。其中为MR手动复位端；Vcc为工作电源端，接电源；Vss为电源接地端；PFI为电源故障输入端；PFO为电源故障输出端，这两两个引脚在本装置未使用；WDI为看门狗信号输入端，程序正常运行时，必须在小于1.6s的时间内向该输入端发送一个脉冲信号，以消除芯片内部的看门狗定时器，当单片机超过1.6秒未向MAX813L的看门狗输入端发冲信号，MAX813L内部的定时器将会强制将WDR拉到低电平；RST为复位信号脉冲输出端，上电和掉电时自动产生200ms的复位脉冲，手动复位端输入低电平时该端也产生复位输出；WDR为看门狗
42、信号输出端，正常运行时输出保持高电平，看门狗输出时该端有高电平变为低电平。其电路图如图所示。接89C2051的管脚P3.3，RST端与电片机的复位端相连，MR和WDR相连，程序正常运行时每隔一段时间通过P3.3给WDI端送入一个脉冲，以清除MAX813L内部的看门狗计数器，若程序“跑飞”，1.6s未向WDI输出脉冲，看门定时器便会溢出，WDR输出低电平，由于WDR与MR相连，所以相当于手动复位，最终由RST端输出复位信号，使单片机复位。同时MR通过开关S0与Vss相通，也可使单片机复位(黄晓明，2006)。图45看门狗电路图图46MAX813L引脚图426系统供电电源设计系统供电电源原理图4-
43、7所示。图47电源原理图4271主系统电源电路主系统采用+5V电源。为了减低成本，采用“变压器降压整流滤波稳压”的线性电源。这里选用了78L05端稳压器（李晓豁，2004）。4272分时切换控制电路工作电源继电器工作电压为+12V，考虑继电器对到系统稳定性的影响，这里采用“变压器降压整流稳压”的方式，有稳压但没有大容量滤波。这是因为大容量滤波电容的存储电能会使继电器关断时间延长，从而导致上个继电器没有关断，下个继电器动合的现象。428系统时钟电路设计系统时钟为，目的是减少功耗。因为系统对运行速度的要求很低，外围继电器的动作时间和路灯按键的响应时间，均在以上(吴瑰丽，2004)。图时钟电路图42
44、9长期运行的安全性设计由于该装置的长期运行工况，因此必须考虑装置本身的安全问题和合装置安全引发的其他诸如人身安全性、住宅楼安全性问题。这里关键要保证装置本身的安全性。4291功耗与散热问题装置的功耗和散热是连在一起的。只有降低功耗，才能减少装置的发热，也才能从根本上解决散热问题。两个三端稳压器和变压器均紧贴在装置的外壳上，以外壳作为一个大散热体。由于装置一般安装在配电箱内，而配电箱一般是金属外壳，这样可促进散热，从外界解决了散热问题。4292 装置过流问题由于装置本身的元器件失效导致系统过流，引发电力火灾等，这个问题比较容易解决。只要在装置的电源进线的相线上串接快速熔断器，就足以保证避免此类现象发生(陈鹏，2006)。5软件设计51AT89C2051的程序编制511编程算法要编程AT89C2051，则需要下列步骤（杨振江，2003）：上电次序在Vcc和GND引脚之间加上电源；设置RST和XTAL1为GND；所有其它引脚浮空，至少等待10ms。设置RST引脚为高电平“H”，设置P3.2引脚为高“H”。对引脚P3.3，P3.4，P3.5，P3.7加上逻辑电平高“H”或低“L”的正确组合，来选择EEPROM编程方式如表51中所示中的一种编程操作。表51闪速编程方式 方式RST/VPPP3.2/PROGP3.3 P3.4P3.5P3.7写代码数据12VLHHH读代
