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1、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,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 electricit
2、y cost assigned device in residential building based onsingle chip computer. The project 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 electr
3、icity ,every user supplies power to the public stairway lamps in turn. Thus the problem 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
4、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
5、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21PROTEL简介Protel2004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
6、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）。Protel2004能实现的主要功能如下：设计组件包括电路原理图设计组件、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 2004进行电路原理图的设
7、计。图21是PROTEL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
8、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
9、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D0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、S
10、PI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
11、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
12、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
13、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AT89C2051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，AT89
14、C2051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AT89C2051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
15、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
