基于PT4115的智能台灯控制系统设计计算机专业.docx

3软件设计 由于原因将第三章提前了，可忽略不看，可直接跳过第三章从后面看起，整体顺序没变。 Keil uVision开发平台：Keil uVision IDE开发平台简称Keil，Keil支持ARM、C51、C166、C251等类型微控制器，能够提供灵活编程的环境进行开发。该开发平台集合项目管理，运行环境，编译代码链接，源代码编辑，程序调试等功能，为开发提供强有力的帮助，一个开发平台集成上述功能，简化开发环境部署，无需多个程序即可完成开发。Keil十分利于新手进行开发，他的易用性能够加快你的嵌入式系统软件开发，能够支持多窗口进行编辑，创建新的源代码以及项目文件管理。Keil内集成的程序调试器，提供了一个独立环境，支持你进行测试，功能验证，定制应用代码。调试器不仅包含了传统的功能，还包括比如说断点，窗口预览，程序执行控制，以及硬件内部操作全可视化等操作。Keil支持C语言、C++语言、汇编语言进行开发，也是各地公司、高校使用频率较高的开发平台。本毕业设计中，用的最多的是C语言，C语言通过Keil内部的编译器，将C语言转换为机器语言，使得我们的微控制器能够识别并执行。相对来说，C语言开发效率较高，比较通用，因此采用C语言进行设计。 在程序开头做好相关的准备，不能着急直接开始进行代码的编写。回顾本作品的相关外设，有 PWM无极调光模块，OLED 0.96寸SPI型显示屏，TTP223触摸开关模块，DHT11温湿度模块，DS1302 RTC模块。根据上述的外设类型，可以进行分类： 使用到PWM功能的有 PWM无极调光模块，使用到外部中断的有TTP223 ， PWM无极调光模块，使用到定时器的有DS1302 RTC模块，DHT11模块，使用到IIC通信协议的有DHT11模块，DS1302 RTC模块，使用到SPI通信协议的有OLED 0.96寸SPI显示屏，普通IO引脚使用的有LED光源灯珠。如图3-1 图3-1 头文件定义图 此处需要包含所有库文件，不可缺漏，否则会导致相关硬件的代码无法通过编译，从而使得硬件无法正常工作。为了更加方便的编写代码，还需要将数据类型提前定义好，以便后面进行使用，直接使用数据类型更加快捷，也加快了整体程序开发的进展。如图3-2。 图3-2 时钟与温湿度模块代码图 3.1主时钟的定义 做系统主时钟的定义，是因为IAP15W4K61S4微控制器集成系统内部可变时钟，根据所需程序的时钟速度进行设置，无需外部外接晶振，大大提高了硬件、软件的开发效率。 定义好RTC所需要的全局变量，使得后面OLED 0.96寸上128*64的显示设置更加方便，同时此处做好准备便于代码衔接。下一步进行引脚端口的定义声明，为后续按键，LED灯占用相应的微控制器的GPIO口进行准备。 接下来是微控制器相关资源的初始化， PWM无极调光模块需要用到内部的PWM资源，需要专门进行指定PWM通道、PWM中断服务进行初始化。 进行完PWM相关资源的初始化后，需要声明定义延时函数，以至于关系到后续传感器采集数据，OLED显示屏刷新延时等等相关参数设定。 综上程序为主函数程序必备所需的准备工作，接下来为主函数主体详细内容，包含所有传感器外设工作所需内容，独立外设所需的代码将在下一个小结进行详细解释，为了方便，我们将会对这些独立外设所需的代码，另成一个C源文件，便于管理。 OLED 0.96寸SPI协议单色显示屏 针对中景园生产的0.96寸SPI通信协议的OLED显示屏技术手册提供的时序图。如图3-3所示： 图3-3 n行m列OLED屏扫描原理时序图 3.2 SPI协议的定义 先来解释，SPI是Serial Peripheral Interface三个英文单词的首字母缩写，用中文来说即为串行通信外部接口，是摩托罗拉公司首次在MC68HC系列处理器定义。如果要用好SPI协议，则需要关注SPI通信时序根据几根关键的线：SDO主设备输出从设备输入（数据输出），SDI主设备输入从设备输出（数据输入），SCLK时钟信号，CS使能信号（片选）。主要工作方式为主从方式工作，此处的主设备为IAP15W4K61S2微控制器，从设备此处为OLED 0.96寸SPI协议单色显示屏。 从上图可知，行同步信号依次输出，等到信号序列1位置，帧同步信号置高电平，依此类推，每逢行同步信号序列1处，帧同步信号跟着一起置高电平，产生的周期即为TFRM。行扫描信号产生在行同步信号序列1的下降沿位置，整个周期在行同步信号序列1和行同步信号序列2的下降沿区间段，即为TLINE。第二行的扫描信号往下类推，也就是行同步信号序列2的下降沿至行同步信号序列3的下降沿区间段，同样是TLINE。后面一直到n行扫描信号均是如此。因为SPI通信协议支持同时送数据以及送地址，于是出现了图中第一列数据是跟随着第一行扫描信号同步进行的。 此处的数据写入，按照一个字节进行写入，能够根据时序图的运作状态，较好的实现数据写入，为后续显示更多内容做好铺垫。后续需要制定好数据在OLED显示屏内显示的位置，需要做好坐标管理，把相关的代码需要进行整理并且编写入源文件内。 后续发现当前的数据内容没有办法按照指定的位置显示，原因出在我们的程序初始化部分内容：需要提前列出页地址，设置好初始的显示位置，再进行指定位置坐标设定，数据写入，地址送入，才能够正确的显示出来。除此之外还需要设置好OLED相关参数，比如说地址，复位信号，还有清除数据，重新指定初始地址等等。因此初始化程序必不可少，否则内部不完整的数据导致后续显示内容不正常，因此需要补齐初始化内容。 初始化做好以后，再想进一步显示指定区域的数据内容，找到初始位置的数据后，进行位置平移以及数据处理，再显示在OLED上，显得更加定制化。 由于我们要达到最终的要求，我们需要显示出中文内容，不能够纯粹只显示常量内容，还需要增加其他的内容，包括变量，中文说明。于是先从字符开始做起，能够显示出字符，后续想要显示出中文则困难相对小一些，本着一通百通的想法，继续接着为中文显示进行铺垫。查阅了相关的网页信息后，还需要准备中文字库，字库需要有字体类型，字体大小等等相关的源代码才能够显示出中文。 后续能够显示出中文汉字，是通过取字模软件生成文字相关参数文件，形成对应的字库源代码，经过程序内的生成代码插入，从而达到中文显示。 要想正确的使用DHT11温湿度传感器，首先需要了解DHT11数字温湿度传感器的相关技术文档，发现DHT11温湿度传感器采用的是单总线双向串行通信协议，每次采集都需要主设备IAP15W4K61S2微控制器进行采集信号的发起，然后DHT11会向主设备IAP15W4K61S2微控制器送入传输开始的40bit数据帧进行确认传输，以MSB作为起始端，格式默认为：8bit湿度整型数据，8bit湿度浮点型数据（浮点型数据为0），8bit温度整型数据，8bit温度浮点型数据，8bit校验和数据。如果传送数据正确时，校验和数据为8bit湿度整型数据，8bit湿度浮点型数据，8bit温度整型数据，8bit温度浮点型数据的末八位数据。因此，在源程序编写的时候，可以密切留意此处的校验和数据结果作为数据正确与否。 图3-4 HDT11时序图 根据上述时序图可知：每次IAP15W4K61S2微控制器发起信号采集信号时，DHT11会从低功耗模式切换到高速模式，一旦数据采集完成，则又会重新恢复到低功耗模式，如此循环采集温湿度信息。在DHT11技术手册上明确指明，起始信号有明确的低电平时间，在单总线定义下，微控制器需要将SDA数据总线电平拉低18ms-30ms作为起始信号，而DHT11需要在此起始信号后进行相应，DHT11传感器需要将SDA数据总线电平先拉低83us，后87us拉高进行响应IAP15W4K61S2微控制器。后续DHT11传感器将数据通过SDA数据总线送出40bit数据，以MSB优先。40bit数据举例： 0011 1011湿度高8bit 0000 0000湿度低8bit 0001 1011温度高8bit 0000 0101温度低8bit 0101 1011校验位8bit 先检查一下校验位数据是否正确： 0011 1011+0000 0000+0001 1011+0000 0101=0101 1011 经过检查校验位数据正确，因此此处可以进行下一步数据转化： 湿度：整数部分0011 1011=3CH=60% 小数部分没有，因此湿度为60%（相对湿度） 温度：整数部分0001 1011=1CH=28℃ 小数部分0000 0101=05H=0.5℃，因此温度28+0.5=28.5℃RTC时钟电路 图3-5 DS1302时序图 根据官方提供的数据手册，DS1302时钟芯片最重要的功能是数据读写，由于DS1302为串行通信（脉冲串类型），只能够先读写地址，后读写数据。当CE使能信号为高电平时，DS1302芯片处于工作状态，SCLK时钟信号上升沿作为地址命令的读写，而时钟信号下降沿作为数据读写，结束时需要将CE下拉回低电平。共为8位地址，8位数据。时钟源是有32.768K晶振提供，因此依靠此时钟信号进行计时。由于内部时间是通过暂存器进行存储，因此获取时间需要通过访问暂存器进行读取时间信息。此部分代码较简单，选择好指定的暂存器区域进行访问，则可以得到所需要的时间信息，显示出来则需要整理数据信息，才能够按指定格式输出。 基于PT4115的智能台灯控制系统设计 1绪论 项目背景 现在的我们步入了大数据时代，器械智能化的高效率不断的代替了人工的效率，人类的生活方式越来越多元化，产品的实用性是许多人的首选。OLED全称Organic Light-Emitting Diode，中文名为：有机发光二极管。这款产品拥有的OLED屏幕是各个独立发光的像素点，即精准度极高，在背景纯黑的情况下，可以不需要发光就可以呈现真实深邃的黑色，多种智能手机屏幕也是采用OLED显示屏，这种超视网膜的显示屏，材料出众，塑料是容易成形且耐用的材质。台灯是每家每户的必需品，在这个竞争化大的时代，消费者对商品的功能不仅就此一个，买东西会再三斟酌。2010年LED灯成为了农业界和园林艺术界的榜上话题，美国国家航空总局在太空率先使用LED灯进行栽种，由此之后，商业的室内园艺，农业生产和家用也跟随着脚步。这些专用的LED灯经过设计，能促植物生长之余，也减少了有些植物对一些光波不吸收而造成的浪费。在家用上除了提供日常光照外，更可以对室内的植物进行光能的补给，更好的进行光合作用，并且LED灯的发热少，能减少植物的蒸腾作用，加速植物生长。普通和特殊的照明均可以使用LED灯。发出白光的传统颜色的灯通常情况下要增加滤镜，为了分隔开其他颜色所造成的损耗，导致效益和能源低下，LED不仅可以发出单色光还不需要增添滤镜。和荧光灯相比较，它并不含有汞元素，开灯即亮、常开常关的优点但无损伤它的寿命，坚硬，不容易被破坏。环保，对视力伤害不大，可以用来保护视力。 OLED的缺点： 1) OLED受电压的改变而稍微改变颜色，相同画面内播放时间长，会容易产生烙印，寿命相对其他的显示屏相对短。 2) 黑色光显示时，非常省电，但是使用白光的时候，耗电量增大几倍，不省电。 3) 从侧面角度观看容易使屏幕产生溢光现象和容易发生色彩偏差。 LED的缺点： 1) 制造成本较高，价格稍贵于正常灯的价格，家庭使用可能会有经济负担。 2) 光源属于方向性，长期点照，还有色温偏移的情况。RA（演色性），目前尚未能取代某些特殊照明的超高演色性（RA95-100），还需要考虑光学设计，会造成大量灯有亮度却没有光照度。 3) 它并不适合于在潮湿地带使用，色温容易发生偏移，防水设计的成本较高，散热重量不利于灯源设计。 这项产品设计最主要是切合百姓生活的实用性、智能性与多功能性集合的器件，温湿度和时钟显示给人类的生命活动带来了便捷性，依据市场经济实用模式来设计这