主頁（http://www.by236.com）：基于單片機控制的新型智能控制系統設計

        多媒體教室是現代化教學環境和設施的重要組成部分，目前我國各類學校都建設了一批多媒體教學課室，勇于開展多媒體教學，有力地推動了教學手段的現代化

        正在逐步改變教師的教授和學生的學習模式，加大了教學信息量，提高了教學效率和教學質量，加快了教學改革步伐而基于單片機控制的智能教室控制系統主控制器溝通了控制計算機與教室控制器之間的聯系，起到橋梁的作用作為分布式控制的系統的核心，主控制器的性能的優劣直接影響到整個系統功能的實現因此主控制器的設計至關重要，本文將對主控制器的硬件和軟件進行設計研究

2 主控制器硬件總體設計
        主控制器通過RS-232總線與控制計算機相連，接收控制計算機發出的命令，經過單片機的處理，通過RS-485總線發送操作命令到教室控制器，完成控制計算機的操作動作系統主要功能電路有:主控制電路、與控制計算機接口電路、與教室控制器通訊接口電路、實時時鐘電路、紅外信號發射電路、存儲器擴展電路及控制器供電電路等其系統組成如圖1

3 硬件電路詳細設計
3.1 主控芯片選擇與供電電源設計
        主控制器的核心控制芯片采用深圳宏晶電子公司STC89C52RC單片機該單片機以8051為核心電路，擁有三個定時器/計數器、兩個外部中斷、32個通用I/O接口并擁有高速的數據處理能力，同時內部擴展了256字節的RAM并帶有內部看門狗，非常適合于工業級別的、對實時性要求不是非常高的場合擴展的RAM可以通過單片機外部數據讀寫的方式進行操作，用來存放紅外自學習時大量的零時數據

        對于一個電氣系統，電源是不可缺少的部分STC89C52RC單片機為+5V供電，而外圍觸發電路需要+12V的電源在這種情況下，所需電壓的得到一般可通過外部開關電源或交流220V單相電經變壓器、經過橋式整流后再經過電容、電感濾波直接得到一般來講，這樣得到的+12V和+5V電源負載能力較強但波紋較大，很難直接應用到系統中因此，一般要經過DC/DC變換將該電壓進行隔離穩壓處理

圖1 主控制器硬件組成框圖

3.2 復位電路與看門狗電路設計
        本次設計采用的復位芯片為C7705，它是電壓監視器件，具有電源投入時的復位功能，并能夠監測出電源瞬時短路和瞬間降壓而產生的復位信號該芯片內部具有電源上升時的復位信號解除功能，能正確地監測降低的電壓(Vs=4.5-4.6V)，其內部附有溫度補償的基準電壓，正負兩種邏輯輸出(集電極開路30mA )，原理圖如圖2所示

圖2 系統復位電路

        電路除了具有上電自動復位功能外，還可以通過復位按鍵迫使RESET為低電平當系統掉電時，復位電容里存儲的能量可以以二極管為通路迅速放電，這為單片機在復位上電的情況下可靠復位提供了保證

        看門狗的作用就是防止程序發生死循環，或者說程序跑飛硬件看門狗是利用了一個定時器，來控制主程序的運行，也就是說在主程序的運行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進行復位如果出現死循環，或者說PC指針不能回來那么定時時間到后就會使單片機復位本次設計中，采用MAX813L芯片作為硬件看門狗，其RESET端與單片機復位端相連提供復位信號，由單片機的P1.0提供喂狗信號看門狗硬件電路如圖3所示

圖3 硬件看門狗電路

3.3 系統通訊接口設計
        8051單片機帶有一個異步通信串行接口，并具有一個通信可編程位，使用它可以很方便地完成單片機之間的多機通信本系統的設計中，主控制器的主要任務是把控制計算機中的控制指令進行處理，并通過異步通信串行接口把控制命令發送到下位機但是，由于8051單片機本身只提供了一個串行口，因此為了實現上述目標，就必須再擴展一個通信接口，本系統就使用8251擴展8051串行通信接口

        由于主控制器安裝在主控室內，與安裝在教室內的教室控制器之間距離較遠，且工作環境復雜，兩者的通信存在很大的環境干擾本系統的設計從經濟條件、施工難度、傳輸距離等方面考慮，選擇了工業控制系統中常用的RS-485總線使用RS-485總線，一對雙絞線就能實現多節點聯網，構成分布式系統但是如果在工程中需要更長的通信距離，超出RS-485接口能夠提供的可靠傳送數據范圍時，單一的RS-485通信控制芯片對就無法完成了這時，必須在傳輸線路中增加中繼器利用RS-485中繼器，可以將一個大型RS-485網絡分隔成若干個網段RS-485中繼器就如同RS-485網段之間連接的“橋梁”當然每個網段還是遵循上面的485規范，即 1.2公里長度，32個節點數

4 主控制器軟件設計
        系統的軟件設計是整個系統功能實現的關鍵所在，軟件設計的優劣直接影響系統的性能，在相同硬件基礎上設計的軟件功能差異可以很大由于本次設計要頻繁的對數據進行讀寫和處理大量的數據，占用了CPU的大量資源，因此在優化軟件設計的同時，還要注重核心芯片的選擇

        系統軟件設計根據功能要求軟件控制模塊可分為上電后系統開始運行，系統先調用初始化，對各個接口狀態進行自檢，對各個控制寄存器賦初值，然后進入循環等待操作命令的到來并執行命令系統處于循環狀態運行時則調用通訊子程序工作，接收控制計算機發送的控制命令，同時向教室控制器進行轉發;系統中斷時調用定時中斷服務子程序主控制器程序運行框圖如圖4所示

4.1 通訊子程序設計
        系統采用RS-485總線式網絡結構，主從式通信方式，即主控制器以查詢的方式與各子控制器通信，子控制器相互間不直接通信，而是通過主控制器，間接的相互通信同時，數據的交換過程(包括建立連接和交換數據)采用一問一答的方式，主控制器詢問了子控制器，子控制器才給予應答，收到應答后，數據交換才繼續進行下去這樣的方式可以避免多個子控制器間沒有次序的數據通信，擾亂整個網絡上數據的傳輸系統多機通信按以下協議進行:
(中國集群通信網 | 責任編輯：陳曉亮)