項(xiàng)目三智慧工廠環(huán)境智能監(jiān)控

馮蓉珍

《微處理器程序設(shè)計(jì)》教學(xué)目標(biāo)和技能要求知識(shí)目標(biāo)1、掌握溫度傳感器DS18B20的基本原理及溫度轉(zhuǎn)換命令；2、理解采集溫度的軟件設(shè)計(jì)流程，學(xué)會(huì)調(diào)用溫度采集函數(shù)并能修改函數(shù)完成溫度采集和顯示；3、掌握光敏傳感器的基本原理并理解ADC模式轉(zhuǎn)換的工作原理；4、掌握ADC轉(zhuǎn)換的代碼實(shí)現(xiàn)；5、理解采集光照的軟件設(shè)計(jì)流程，學(xué)會(huì)調(diào)用光照采集函數(shù)并能修改函數(shù)完成光照采集和顯示；6、掌握人體紅外傳感器的基本原理；7、掌握利用兩個(gè)人體紅外傳感器判斷教室里是否有人的方法；8、理解直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的工作原理及控制時(shí)序。教學(xué)目標(biāo)和技能要求能力目標(biāo)

1、能利用光敏傳感器采集數(shù)據(jù)控制LED燈亮滅，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境亮度智能控制功能；2、能利用人體紅外傳感器采集數(shù)據(jù)控制LED燈開關(guān)從而實(shí)現(xiàn)LED燈智能控制功能；3、能利用人體紅外傳感器和光敏傳感器控制LED燈從而實(shí)現(xiàn)智慧校園智能燈控功能；4、綜合利用上述三種傳感器實(shí)現(xiàn)能源的智能控制，達(dá)到節(jié)能減排的效果。知識(shí)導(dǎo)圖任務(wù)3.1神奇的傳感器任務(wù)目標(biāo)通過本任務(wù)的設(shè)計(jì)和制作，介紹人體紅外傳感器、光敏傳感器和溫度傳感器的工作原理，要求學(xué)生掌握傳感器采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示的基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生利用傳感器采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示的基本能力。知識(shí)準(zhǔn)備1、人體紅外傳感器

圖3-1常用的人體紅外傳感器

任務(wù)3.1

神奇的傳感器知識(shí)準(zhǔn)備

2、光敏傳感器ADC轉(zhuǎn)換原理

在

A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)字信號(hào)代碼是離散的，所以A/D轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，必須在一系列選定的瞬間(時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上)對(duì)輸入的模擬信號(hào)采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過采樣保持、量化和編碼這三個(gè)步驟完成的，即首先對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)采樣，采樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將采樣的電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后開始下一次采樣。圖3-3給出模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換過程的框圖。知識(shí)準(zhǔn)備3、溫度傳感器

任務(wù)3.1

神奇的傳感器表3-1引腳說明任務(wù)實(shí)施子任務(wù)一有人來了——人體紅外傳感器應(yīng)用

利用按鈕開關(guān)的閉合和松開模擬人體紅外傳感器檢測到有人和沒人經(jīng)過。有人經(jīng)過點(diǎn)亮led燈，否則，led燈不亮。

1、硬件電路設(shè)計(jì)任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程

當(dāng)按下開關(guān)，即模擬有人經(jīng)過，則P3.6為低電平，定義位變量表示與紅外傳感器連接的端口，sbithw=P3^6;位變量led表示連接led的端口。在主函數(shù)的while循環(huán)中判斷位變量hw的值，hw值為低則點(diǎn)亮led燈，即led=0。sbithw=P3^6;sbitLED=P3^3;主函數(shù)如下：任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施voidmain(void){while(1){if(hw==0){//檢測到有人經(jīng)過

led=0;//點(diǎn)亮led燈

}

else{led=1;

}}}

更簡單的，while循環(huán)體中只要一條語句即可，即led=hw；從hw的取值與輸出端led的值的關(guān)系，可以看到，led的值和hw的一致，因此，可以隨時(shí)讀取hw的值并更新led的值。任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施3、仿真調(diào)試任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施子任務(wù)二感知光亮度——光敏傳感器應(yīng)用

利用光敏傳感器檢測光照強(qiáng)度，數(shù)碼管顯示亮度值。任務(wù)實(shí)現(xiàn)：進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程。1、硬件電路設(shè)計(jì)任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程新建工程文件夾，新建0832.c文件。定義ADC0832進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的四個(gè)端口：sbitADC_CS=P3^5;sbitADC_CLK=P3^6;sbitADC_DO=P3^7;sbitADC_DI=P3^4;定義控制燈亮滅的光照讀閾值lightH,lightL;利用ADC0832進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的子函數(shù)，子函數(shù)如下：任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程unsignedcharADC0832(void)//把模擬電壓值轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制數(shù)并返回{unsignedchari,data_c;data_c=0;ADC_CS=0;ADC_DO=0;//片選，DO為高阻態(tài)for(i=0;i<10;i++){;}ADC_CLK=0;Delay(2);ADC_DI=1;ADC_CLK=1;Delay(2);//第一個(gè)脈沖，起始位ADC_CLK=0;Delay(2);ADC_DI=1;ADC_CLK=1;

任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施

Delay(2);//第二個(gè)脈沖，DI=1表示雙通道單極性輸入ADC_CLK=0;Delay(2);ADC_DI=1;ADC_CLK=1;Delay(2);//第三個(gè)脈沖，DI=1表示選擇通道1(CH2)ADC_DI=0;ADC_DO=1;//DI轉(zhuǎn)為高阻態(tài)，DO脫離高阻態(tài)為輸出數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備ADC_CLK=1;Delay(2);ADC_CLK=0;任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施Delay(2);//經(jīng)實(shí)驗(yàn)，這里加一個(gè)脈沖AD便能正確讀出數(shù)據(jù)，//不加的話讀出的數(shù)據(jù)少一位(最低位d0讀不出)for(i=0;i<8;i++){ADC_CLK=1;Delay(2);ADC_CLK=0;Delay(2);data_c=(data_c<<1)|ADC_DO;//在每個(gè)脈沖的下降沿DO輸出一位數(shù)據(jù)，最終ch為8位二進(jìn)制數(shù)}ADC_CS=1;//取消片選，一個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束return(data_c);//把轉(zhuǎn)換結(jié)果返回}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施

將三位光照值進(jìn)行處理，獲得百位、十位和個(gè)位，將其存放人disp[]數(shù)組中。第一個(gè)數(shù)碼管顯示光照值的百位數(shù)，第二個(gè)數(shù)碼管顯示十位數(shù)，第三個(gè)數(shù)碼管顯示個(gè)位數(shù)。

數(shù)碼管被點(diǎn)亮的片選信號(hào)由38譯碼器的abc端來決定。

數(shù)碼管顯示光照度的子函數(shù)如下：任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施voiddisplay_gm(){//disp[0]=smgduan[data_temp/1000];//千位 disp[1]=smgduan[data_temp%1000/100];//百位 disp[2]=smgduan[data_temp%1000%100/10];//十位 disp[3]=smgduan[data_temp%1000%100%10];//個(gè)位

c=0;b=0;a=0; P0=disp[1]; Delay(100);

c=0;b=0;a=1; P0=disp[2]; Delay(100);

c=0;b=1;a=0; P0=disp[3]; Delay(100);

}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施

當(dāng)光亮度低于lightL的值時(shí)開燈；否則如果光亮度超過lightH的值時(shí)關(guān)燈?？刂茻舻拈_關(guān)用一個(gè)子函數(shù)gm_control_led()實(shí)現(xiàn)。代碼如下：voidgm_control_led(){//亮度低于某個(gè)值開燈if(data_temp<lightL){led=0;}//太亮了，不開燈elseif(data_temp>lightH){ led=1;}}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施主函數(shù)中對(duì)亮度初始值和開關(guān)燈的閾值進(jìn)行設(shè)置，代碼如下：data_temp=0;//光照亮度初始值lightH=200;//光燈閾值lightL=100;//開燈閾值主函數(shù)中不斷循環(huán)三件事，采集光照，數(shù)碼管顯示光照，根據(jù)光照度控制led燈開和關(guān)。代碼如下：while(1){data_temp=ADC0832();//ad轉(zhuǎn)換獲取光照強(qiáng)度 display_gm();//數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度（第1-3個(gè)數(shù)碼管） gm_control_led();//根據(jù)亮度控制燈的狀態(tài)}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施3、仿真運(yùn)行

把編寫好的程序編譯后將編譯產(chǎn)生的hex文件下載到仿真電路圖中，點(diǎn)擊運(yùn)行按鍵，觀察運(yùn)行結(jié)果，光照的值在0-247之間。任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施子任務(wù)三溫度可見了——溫度傳感器應(yīng)用利用

DS18B20檢測溫度，數(shù)碼管顯示溫度值。任務(wù)實(shí)現(xiàn)：進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程。1、硬件電路設(shè)計(jì)任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程對(duì)溫度傳感器的操作，首先對(duì)傳感器的初始化：ucharInit_DS18B20(){ucharstatus;DQ=1;Delay(8);DQ=0;Delay(90);DQ=1;Delay(8);status=DQ;Delay(100);DQ=1;returnstatus;}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程讀取傳感器一個(gè)字節(jié)：ucharReadOneByte() //11011011{uchari,dat=0,bi;DQ=1;for(i=0;i<8;i++){DQ=0;;DQ=1;;;bi=DQ;//0dat=(dat>>1)|(bi<<7);//11011011Delay(30); //1DQ=1;

}returndat;}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程//寫一個(gè)字節(jié)

voidWriteOneByte(uchardat)//00110011

{uchari;//00000001

for(i=0;i<8;i++)

{

DQ=0;

DQ=dat&0x01;

Delay(5);

DQ=1;

dat>>=1;//01100110

}

}

任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程//溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度高低兩個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制值voidRead_Temperature(){if(Init_DS18B20()==1)//DS18B20故障DS18B20_IS_OK=0;else{WriteOneByte(0xCC);//跳過序列號(hào)WriteOneByte(0x44);//啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換Init_DS18B20();//初始化溫度傳感器WriteOneByte(0xCC);//跳過序列號(hào)WriteOneByte(0xBE);//讀取溫度寄存器Temp_Value[0]=ReadOneByte();//溫度低8位Temp_Value[1]=ReadOneByte();//溫度高8位}}Temp_Value[0]和Temp_Value[1]分別存放了溫度的低字節(jié)和高字節(jié)。任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程//溫度處理函數(shù)，獲取溫度具體數(shù)值voidDisplay_Temperature() //*************{charng=0;//正數(shù)//負(fù)數(shù)標(biāo)識(shí)及負(fù)號(hào)顯示位置//如果為負(fù)數(shù)則取反加1，并設(shè)置負(fù)號(hào)標(biāo)識(shí)記負(fù)號(hào)顯示位置if((Temp_Value[1]&0xF8)==0xF8)//1111100011111111

{ Temp_Value[1]=~Temp_Value[1];

Temp_Value[0]=~Temp_Value[0]+1;

if(Temp_Value[0]==0x00){ //求得補(bǔ)碼溢出情況處理 Temp_Value[1]++;

}

ng=1;//負(fù)數(shù)}Temp_Value[0]=((Temp_Value[0]&0xF0)>>4)|((Temp_Value[1]&0x07)<<4);

ng=ng?-Temp_Value[0]:Temp_Value[0];num1=ng;

display(num1);}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施2、軟件編程//數(shù)碼管顯示溫度voiddisplay(intnum){ ucharbai,shi,ge; if(num>30||num<-5)//溫度不在設(shè)定的上下限之間，則點(diǎn)亮led { LED=0; SEG3=1; P2=0xbf; Delay(500); //10111111 SEG3=0; SEG4=1; P2=0xbf; Delay(500); SEG4=0;;SEG5=0;P2=0x40;Delay(500);SEG5=1

}

任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施

else { LED=1;

if(num>=0) { SEG1=0; P2=0xff; } else {SEG1=1; P2=0xbf;//"-" Delay(500); SEG1=0; num=-num; } bai=num/100; shi=(num%100)/10; ge=num%10;

SEG2=1; P2=table[bai]; Delay(500);SEG2=0;

SEG3=1; P2=table[shi]; Delay(500);SEG3=0; SEG4=1; P2=table[ge]; Delay(500);SEG4=0;

SEG5=0;P2=0x8f;Delay(500); SEG5=1; }}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施voidmain(void){Read_Temperature();Delay(50000);Delay(50000);while(1){display(num1);//顯示溫度,取消此句，溫度為負(fù)時(shí)會(huì)閃

Read_Temperature();//讀取溫度傳感器的值

Dispose_Temperature();//處理讀取到的溫度高低字節(jié)轉(zhuǎn)換//成具體溫度值，并顯示溫度}}任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施3、仿真調(diào)試任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施能力拓展

本任務(wù)利用光敏傳感器采集光照控制LED燈的開和關(guān)。在仿真圖中調(diào)試運(yùn)行成功后，進(jìn)行能力拓展，實(shí)現(xiàn)開發(fā)板上的光敏傳感器檢測光照強(qiáng)度，數(shù)碼管顯示亮度值的功能。1、硬件電路設(shè)計(jì)任務(wù)3.1

神奇的傳感器任務(wù)實(shí)施1、硬件電路設(shè)計(jì)開發(fā)板連線任務(wù)3.1

神奇的傳感器圖3-15開發(fā)板引腳圖

任務(wù)實(shí)施2、軟件編程

本任務(wù)要實(shí)現(xiàn)的功能是：通過ADC轉(zhuǎn)換電路采集電位器電壓值，將采集轉(zhuǎn)換后的AD值通過數(shù)碼管顯示。

首先將51單片機(jī)的頭文件和XPT2046.h的頭文件包含進(jìn)來，然后定義動(dòng)態(tài)數(shù)碼管、74HC138譯碼器的控制管腳。主函數(shù)功能非常簡單，在while循環(huán)內(nèi)調(diào)用datapros()AD數(shù)據(jù)處理函數(shù)，該函數(shù)內(nèi)部又調(diào)用Read_AD_Data(0x94)函數(shù)來讀取電位器對(duì)應(yīng)通道（AIN0）的AD值，0X94即為AIN0通道的控制命令，至于AIN1、AIN2、AIN3通道值可根據(jù)前面介紹的控制命令寄存器計(jì)算（AIN1對(duì)應(yīng)的命令值是0xA4，AIN2對(duì)應(yīng)的命令值是0xD4，AIN3對(duì)應(yīng)的命令值是0xE4），然后在取出各位對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管段碼數(shù)據(jù)保存到數(shù)組disp中。最后調(diào)用DigDispl