娱乐城桌球灯控计费系统.docx
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娱乐城桌球灯控计费系统
娱乐城桌球灯控计费系统
摘要
娱乐城桌球灯控计费系统是为了适应现在桌球城的发展而产生的；也是现代电子技术对社会的又一大贡献。
桌球一直都是人们热衷喜爱的运动。
无论是在城区还是在郊外，我们都可以看到大大小小的桌球吧！
进入到二十一世纪后，社会在不断进步,人们的业余生活也在不断的丰富。
自然地人们对桌球的运动更是有增无减，我们可以看到每个桌球城的占地规模，案台数量都在增加。
数量加大了，那么服务自然地也要跟上去的。
而本产品就是在这样的一种情况下产生的。
产品主要是对整个桌球城的供电系统进行综合的配载，使计费系统实现自动化控制流程。
在能源十分危机的今天；在讲究工作效率的今天，实现前述两项指标就能够占领整个市场。
在以往的产品中，串扰问题一直都是生产商最苦恼的问题，因为这直接影响工作效率。
所以能够解决此问题就能够立即占领市场，效益是相当可观的。
本产品采用光电隔离技术；而且打破以往所采用的总线驱动控制信号模式（74ls164），采用具有独立驱动能力的IO控制芯片（AT89S51）。
再有就是功率驱动能力的问题，以前的产品采用三极管对驱动电流进行放大从而实现对继电器的控制的；我们所采用的方案是ULN2803器件，它是工业级大功率驱动芯片。
经过这样处理，电路的串扰问题就解决了,从而产品的可靠性也得到了提高。
经过测试产品的稳定性达到了98%。
在软件方面，我们采用VB编写出可适应不同层次人群操作的软件。
这样产品的适用性特别广泛；而且所采用的后台数据库为ACCESS，这样产品的适用性进一步的增强。
现在该产品已经在长春市场上市，并且得到了用户的广泛认同。
可以说新产品的上市，将使桌球娱乐业达到了一个新层次，近而促进了娱乐业的发展。
关键字灯控系统；电力配载；能源危机；抗干扰；功率驱动
Abstract
EntertainmentCitybilliardlightscontrolbillingsystemistoadapttothesnookerCitycreatedinthedevelopment;modernelectronictechnologyforsocialanothermajorcontribution.
Snookerpeoplehavebeenheat-favoritesport.Whetherinthecityorthesuburbs,wecanseethatthevariousbilliard!
Enteredthe21stcentury,societyprogresses,people'slivesarealsoamateurabundant.Naturallypeoplebilliardsportisincreasing,wecanseeeachbilliardCityareasize,Taiwan,thenumberofcaseshasincreased.
Mainproductsofthewholecityofbilliardsupplysystemforintegratedloadingandbillingsystemautomationcontrolflow.Intheenergycrisisoftodayis;Inlookingattheefficiencyoftodayrealizetheabove-mentionedtwoindicatorswillbeabletooccupytheentiremarket.
Inthepastproducts,Crosstalkproducershavebeenmostvexingissues,whichdirectlyaffectefficiency.Photoelectricproductsusingtheisolationtechnology;andbreakpastthebusdrivercontrolsignalmode（74ls164）usinganindependentcapacity-drivenIOControlChip（minicomputer）.
Keywords:
Thelightcontrolsystem,powerloading,theenergycrisis,anti-interference,powerdriver
前言
单片机微型计算机自1976年问世以来，作为微型计算机的一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已对人类社会产生了巨大的影响。
尤其是美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等逻辑优点，在我国已经得到广泛的应用。
在智能仪器仪表、工业检测控制、机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果。
80年代以来，单片机的发展非常迅速。
就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有五十多个系列，四百多个品种。
单片机的产品已占整个微机（包括一般的微处理器）产品的80%以上，其中8位单片机的产量又占整个单片机产量的60%以上，这说明8位单片机将在最近若干年仍是工业检测、控制应用的主角。
单片机技术又是一门与国计民生紧密相联的应用技术，它已为人类带来了巨大的经济和社会效益，不久的将来不仅在理论上会有更深入的发展，在应用上亦是科学研究、社会生产乃至人类生活中不可缺少的强有力工具。
它的发展及应用与我国现代化建设的联系之密切、影响之深远是不可估量的。
总之，放眼全球在2006年全球市场整体上的情况下，预计在2007年在以单片机为基础的电子产业与通信产业两方面的应用已上升了23个百分点，市场总量达到3000万至4000万之间。
从整体看相关电子产业设备及系统的更新与升级，将给中外的知名电子厂商带来巨大的商机。
由此可以看出，单片机产业的发展是很大的。
所以在信息社会中，单片机技术无论是在理论上还是实践上都存在着巨大的潜力。
第一章绪论
1.1课题研究的意义
现在随着我国经济的不断发展，人们生活水平不断的提高，群众对业余生活的需求与要求不断的上升。
这样从而推动了我国第三产业中娱乐业的快速发展。
在以往的桌球娱乐城中，要用好几个服务人员进行工作，而工作效率也不是很高；并且手动开关常期工作易损坏。
而此产品只需要一个工作人员，而且不需任何培训，随时可以上岗工作。
它的工作效率极高，达到了对人员的最大精减化，对整个能源使用的合理化，对整个数据处理的精确化。
可以说它的综合运用指标已达到了优质化。
我国对于娱乐城的自动化还是一个刚刚的起步阶段，就现状而言只有少数的几个大型发达城市的部份娱乐城采用了这项技术，而对于整个中国而言是要全面实现的，这只不过是一个时间的问题。
试想一想，如果整个中国的娱乐城的控制系统全部实现自动化控制流程，那么与此类相关产品的市场将会是非常巨大的。
在九七年，福建省的一家公司开发出一种相当简单化的产品，硬件部份只能用手动进行控制，计费方式也是人工运营的，而这样的产品在上市之初就可以卖到上万元的价格。
因为它的出现已经替代了以前完全由人工控制的缺点，无论在任何时候任何情况任何地点：
人类的前进的方向是全自动化，机器力代替人力的方向前进的。
所以研发此类产品，开发出一个系统完整、功能完善的设备，不仅会对第三产业中娱乐业的快速发展起到推动的作用；而且还会创造出巨大的社会效益、经济效益。
由于此类产品已经达到利用3.3V电压与20mA的电流驱动高达500V与10A的耗电设备，所以将此类技术进行进一步的开发那么它可将应用到第二及第一产业中。
这样对整个社会的前进造成更长远的影响。
现在测试产品已得到了测试单位的一致好评。
相信正式投放到市场后会产生积极的影响，会加速我国第三产业的现代化进程。
1.2国内外研究现状
目前，国内第三产业娱乐城等娱乐场所使用的灯控设备只是用SN74LS164串行转并行器件接收信号然后进行外部驱动控制的。
由于我们要控制的是220伏以上的交流电，属于大功率控制。
所以它的驱动能力不强，现在产品大多数都是威宏公司所生产的产品：
为16路或20路设置；另外它的串扰性特别大，往往会产生要求一路开灯而几路一起开灯，要求一路关灯而其它几路也关灯的后果。
这样在应用中就会产生能源的不必要浪费和许多的不便，在硬件应用扩展及软件精确计费方面都受到了限制。
同时在目前的灯控计费系统中功能单一，应用性差，急需开发一种多功能、实用性强的计费系统。
在国外还没有此类项目的开发工作，因为不同国情有着不同的须求，一些中等发达国家所采用的方法还是用自动化领域所采用的PLC控制器件。
采用这项技术当然也能够完成系统开发的要求，但是这顶技术主要用于大型电厂、自动化控制的。
可以说采用这项技术来完成有些大材小用的感觉。
另外它的造价也是非常昂贵的，即始在现在开发出来的电子产品相对于PLC器件的稳定性是差了许多，但对于第三产业的使用者而言采用这样的昂贵产品进行服务是完全没有必要的。
另外产品的稳定性及其客后服务质量也是十分重要的。
根据现在调查情况，在国内的几家厂商而言都是一些不足十人的小单位或者是一些单人单向的模式。
更清楚一些就是有今天没有明天的。
由于此产品涉及到硬件及软件部份，程序及功能也是越来越大。
可现在看来，一些单位购买产品后，这些服务都得不到保障，所以这样就会造成对第三产业娱乐活动的发展受到限制。
所以现在社会上第三产业娱乐界这方面急需有一个专业的综合的研发部门进行系统的开发出一种经济实用型的产品，并且能够随时随地的对产品进行售后服务，然后根据不同的情况能够进行功能完善，这也是现在急需的。
所以根据现状而言，此类技术产品对于整个社会第三产业的发展也是十分必要的。
第二章娱乐城灯控计费系统硬件设计
2.1系统分析
2.1.1系统设计的因由
在20世纪的时候，一些娱乐城只是些小规模的性质，在数量与质量上都是不高的。
到21世纪以后，此项产业便迅猛的发展，尤其是在几何空间上发展之快让人吃惊。
这样它对整个电力的需求以及人力的需求也是十分具大的。
现在的社会提倡的是节约型、高效型。
无论在任何一门产业中节约能源及人员的高效素质利用是一个敏感的、公众的话题。
现在工业生产领域中不是常常讲究自动化流程、自动化控制；这个技术话题在现今的娱乐产业中也是同样适用的。
所以无论任何一种行业对于能源与人力资源的高效与有效利用是一个迫切要解决的问题。
2.1.2系统可行性分析研究
可行性研究的目的是使用最小的代价在尽可能短的时间里确定问题是否能解决，通过复杂系统的分析，研究与此类似的系统后，主要从下面两个因素考虑：
（1）技术可行性
如果使学生掌握多一些的技术，或者是最前沿，最新发展起来的技术。
那么这个学校的学生就业就会随之而解决。
学校的实力也会上升。
这样无论对于任何一方面都是有益的。
（2）经济可行性
这个资产的价值非常大。
对于学校可以搞自已的研发公司，创造自已的价值。
2.1.3系统的功能要求
（1）整体结构合理，风格一致，模块化结构，接口灵活，操作简便。
（2）开发方法，应用方法可视化，便于管理，可扩充。
完善的数据控制、显示、存贮，系统维护。
（3）自检性能高，用户误操作、错误均有提示。
（4）容错性能高，某个用户的操作错码率不会引起整个系统的瘫痪，每一功能的操作都有信息提示以免重复操作，错误操作有警告，以便用户及时改正。
2.2系统总体设计思路:
2.2.1系统总体设计的结构
本项目的总体设计为：
由PC机控制模块、串行口通信控制模块、单片机控制模块、光耦隔离模块、功率驱动模块、继电器控制模块、具体灯光设备构成。
2.2.2系统总体设计功能概述
PC机控制模块所发出的控制信号经过串行口通信控制模块进行电平转换后，传送到单片机控制模块的信号输入端，单片机控制模块接收转换信号后，根据其编码规则通过I/O配置成低电平信号后再发送到光耦隔离模块输入端，光耦隔离模块输出端产生的驱动信号再经过功率驱动模块，产生可驱动大功率器件的控制信号对继电器控制模块进行控制，采用的控制信号电压为5伏，承受交流15安培250伏的外围耗电装置来最终控制每一路的灯光控制。
由于单片机有独立的I/O口32个，且这些I/O的驱动电流大、屏蔽性完整，抗干扰性强。
所以这就解决了信号串扰问题。
然后由单片机根据接收PC机控制信号内部进行判断是哪一路的控制信号，再根据编码规则发出单路I/O口的控制信号。
由于接收与发送的信号代码为ASCII码，采用二维数组结构。
即第一个为选择模块用，第二个为选择具体哪一路控制口。
这样灵活性高，通用性好。
所以这就解决了多路使用的扩展问题。
在下一步驱动时采用TLP521-X系列进行光控隔离。
即用光进行下一步信号的处理，再用工业用的功率驱动芯片ULN2803对继电器进行驱动，最后由继电器完成对单路的灯光控制。
这样更好的解决了外部干扰及驱动功率不足及多路继电器不能同时工作的问题。
在PC机采用可视化的操作界面，它的通用性好。
使用者不必有很高的技术水平，且培训简单很快就可以上岗应用。
软件部份应用能够根据各路信号的应用状态进行自动采集时间数据，然后根据不同种类的结算规则进行综合运算得出最终帐单。
软件后台有数据库运作，可以对每一路的收费规则进行综合配置，这样它的灵活性非常高。
整个产品只须5伏稳压电源供电，基本属于低功耗产品。
软、硬件启动顺序没有先后之分。
2.2.3附图说明各部分的功能介绍
（1）、MCU控制：
采用高性能抗干扰单片机AT89S51（8位）为单片机控制核心，完成串行口通信控制（PC机与MCU机）、驱动外围控制器件、LED指示控制。
（2）、LED指示灯：
由n个LED单元构成，当单片机发送开信号时亮；发送关信号时灭。
（3）、继电器驱动电路：
采用工业级驱动芯片ULN2803完成，可同时驱动8个大功率控制电路，常在工业控制领域中应用。
（4）、隔离控制：
由TLP521-4构建。
内有四个光电耦合隔离器，实现光控，解决地线串扰问题。
（5）、单片机保护控制：
采用SN74HC573总线控制芯片，将其设定为输出状态，这样当外界有互感电流现像产生时，此芯片可以起到单向控制隔离作用，从而保护单片机不受外部大电流冲击而损坏。
（6）、软件控制部份：
由VB软件编写完成，采用ACCESS数据库作为后台数据控制。
其占用内存空间小，对于PC机的要求小，且工作稳定性高、用途广泛。
图2-1为本项目方框图。
图2-2为本项目电路原理图
2.2.4具体框架实施方案：
如图2-1所示，本项目由PC机控制模块1、串行口通信控制模块2、单片机控制模块3、光耦隔离模块4、功率驱动模块5、继电器控制模块6、具体灯光设备7构成。
在图2-2电路原理图中，选用MAX232电平转换芯片作为串行口通信控制模块2；单片机控制模块3由AT89S51单片机和与74HC573芯片构成；200欧电阻排与TLP521-4一起构成了光耦隔离模块4；UNL2803构成了功率驱动模块5。
单片机控制信号的分配工作由PC机控制模块1完成；PC机控制模块1所发出的控制信号经过串行口通信控制模块2电平转换后，接入单片机控制模块3，被转换后的信号被单片机控制模块3接收后，根据其自身的编码规则来判断哪个I/O口应被配置成低电平信号进行下一步驱动控制。
光耦隔离模块4输出端产生的驱动信号经过功率驱动模块5产生可驱动大功率器件的控制信号进行下一步控制。
继电器控制模块采用控制信号电压为5伏，可承受交流15安培250伏的外围耗电装置来最终控制每一路的灯光控制。
当操作员发送一路开状态信号时，内部软件将采集一组控制时间数据，当操作员发送一路关状态信号时，内部软件将采集另一组控制时间数据。
它会自动进行计算出时间差，然后再根据各路的计费规则（计费规则可以由操作人员进行设定修改）最终计算出帐单以数据的形式显示在显示器上，系统内部还会对这些数据进行存储,保存到后台数据库中，还会按时间的规则进行汇总处理，以供后期进行查询。
图2-1
图2-2
图2-3
2.2.5具体电路运作分析：
1：
主控板电路分析
图2-3所示的电路图为产品的主控板电路图。
该主板为单块主控板，可支持30路的单个开关控制器。
如果须要进行扩展多路开关控制器，可以再加主控电路板（具体数量要根据具体情况分析）。
当单片机通过MAX232接收到PC机所发送出来的信号后，在其内部进行判断。
如果是多个主控板时先判断是否是该主控板进行动作，如果是该主控板动作，那么就进行下一步的判断，判断是哪个I/O口进行动作。
其判断的规则如下所式：
表2-1
IO口动作控制码表（关）
"A""B""C""D""E""F""G""H""I""J""K""L""M""N""O""P""Q""R""S""T""U""V""W""X""Y""Z""5""6""7""8"
IO口动作控制码表（开）
"a""b""c""d""e""f""g""h""i""j""k""l""m""n""o"
"p""q""r""s""t""u""v""w""x""y""z""1""2""3""4"
多路主控板选择码表：
"#""$""%""&"
PC机首先发送多路主控板选择码表所对应的值：
如发送"#"则表明启动第一个主控板工作；发送"$"则表明启动第二个主控板工作。
发此类推，按每个主控板可带30路负载而言，四个控制信号则可带120个负载，如果不够则可以再加。
另外各主控板的控制信号可以根据需求进行灵活的变换。
发送完多路主控板选择码表后，间隔50MS后再发送I/O口动作控制码表。
不同的码表值代表着不同的I/O口进行不同的动作。
具体动作详见表2-1所示。
当单片机接收完信号并且判断应给哪一路发送控制信号后，就落实到相应的I/O口上。
电路中的SN74HC573A起到单向保护的作用，在进行电路设计中，只让单片机向外发送信号，而不能向里接收信号。
这样就可以启到对单片机的保护作用，防止大的回路电流对单片机造成不必要的伤害了。
由于我们所驱动的电器为交流250V、10A以上的大功率器件。
所发就采用了光耦隔离技术。
采用的器件为TLP521-4，这样对电路进一步的进行保护了。
在驱动继电器上我们采用芯片ULN2803，这种是在工业中经常用到的芯片。
稳性好、工作温度范围大、技术成熟。
这样通过三层装置完成了整个主控板的电路工作及保护流程。
由于该主控电路层层保护，层层严控。
所以产生负载过多，烧毁电路板；抗干扰性差，互相影响的问题就没有了。
2：
继电器板电路分析
图2-4与图2-5都是继电器控制电路板。
不同的是：
图2-4只有自动控制功能而没有手动控制功能。
而图2-5既有自动控制功能又有手动控制功能。
图2-4
在刚刚初始阶段，继电器都是处于打开状（继电器的打开与关闭状态是根据不同的接线方式而决定的，要根据具体情况而定）。
这样负载电器设备（电灯）就处于不工作状态。
当需要其打开工作时，单片机发送一个相应的打开控制信号经过主控板的处理后，来到继电器的控制端,这样继电器将产生电生磁效应。
继电器由打开状态转换成闭合状态，从而就推动了负载设备的工作，完成了整个动作了。
图2-5
我们最好采用图2-5所示的电路，因为整个控制信号的发送是通过软件部份实现的，当软件出现问题时我们就采用手动控制来启动设备工作，这样就不会担误正常的工作。
软件修好后还可以转换回来，起到双机热备互效的功能。
这样在无形中就提高了设备的可变应用性了。
由于我们所采用的是串行口通信方式来完成PC机与单片机之间的通信来完成整个控制信号的传送过程。
但由于PC机的电平方式为正负15伏的电位差；而单片机所采用电平方式为0到5伏的电位差，所以我们需要一个电平转换电路来完成。
电平转换电路的原理模型如图2-6所示。
电路原理图2-7所示。
图2-7
2.3系统功率驱动配载
2.3.1供电电源理论值计算
我们所采用继电器的开关控制电压为5V，驱动电流为80mA。
承载能力指标：
交流50-60Hz，270V-380V，15A。
因为我们的单片机控制板提供30路的独立控制口，且每个控制口的关系是并联的关系。
所以除去主控板所须电流以外，给驱动板的电流余额最少为2.4A。
我们采构电源的标准为：
输出电压为6V，输出电流为3.4A。
2.3.2供电电源方案采纳
在设计供电电源时总供有两个方案：
一：
自行设计开关电源。
原理图如图2-8所示：
图2-8
将交流电源插坐接入图2-8中T1端左侧,经过变感后使其经过桥式整流器，再经过4700U电容的低通滤波器及104高通滤波器，此时得到的信号将去掉了大部份的噪声，信号相对的干净了很多。
通过稳压管7805后再经过334高通滤波后的信号将是非常稳定及纯净的，可以供各种供电电路使用。
方案优点：
输出电压稳定，抗噪声干扰性强，纹波系数小。
不足之处：
须要额外增加成本，占用成品框架空间资源。
二：
在市场构买开关电源。
方案优点：
价格合理，体积小，不占用成品框架资源。
不足之处：
内部构造电路简单，纹波系数想对大一点。
表2-2所示数据为采用第二种方案后实际测试表：
（实测时没有发现任何干扰现像，纹波稳定）经过综合选评及实地测试，决定采用二号方案。
表2-2
电流
1A
2A
3A
3.5
控制口数量
12
18
28
30
2.3.3继电器控制口驱动电路设计
在设计时总共有两个方案：
一：
应用模拟电路。
原理图如图2-9所示：
图2-9
二：
应用数字电路。
原理图如图2-10所示：
图2-10
此两种方案都可以完成对继电器的驱动功能。
但是模拟电路在进行PCB布线时要过多的考虑到信号的抗干扰问题，这样在无形之间会增加工程的开销及进度的时间。
而采用数字电路就可以完全的避免这些问题。
因为数字器件在制造过程中就已经将这些问题屏避了，在进行PCB布线的时候就没有必要考虑这些问题了。
在应用的过程中还有许许多多的好处，所以经过以上分析就决定采用数字电路。
ULN2803是在工业上经常使用的大功率驱动器件。
它的控制端口CON可接2V-36V的电源，这样在它的输出端的电压可控范围就可以达到2V-36V。
它的驱动电流最高可以达到80mA.这样就正好符合我们的要求。
第三章乐城灯控计费系统软件设计
3.1软件设计重点注意问题
1、数据的准确性。
2、程序的稳定性。
这两项是软件的重中之重，软件的长期发展靠的就是这两点。
3、数据库的容量与速度。
查询、调用速度快，数据容量应长期些。
4、界面的视觉效果好，操作简便。
因为操作者多数是学识不高的人。
5、设计严谨，查询清晰。
这是老板所关心的问题。
6、软件升级要方便、稳定、修改性强（补丁打的好）。
3.2软件的重要功能
1、数据可以自动备份软件，备份到指定的文件夹里。
恢复时，直接选择某个备份即可。
2、试用版：
与正式版功能一样，但只能用2天。
只能设置5个台位。
3、记时：
例如美式12元一小时（它是把12除以60，每分钟就是0.2元）。
4、记费单位时间：
例如美式12元一小时、每10分钟记费一次，也就是过10分钟收2元。
5、时间阀：
如果记费单位时间是10分钟，要求在过完下个10分钟后才收费，时间阀就是1；要求在这个10分钟过完就收下个10分钟的费，时间阀就是0；要求在这个10分钟过完后的5分钟后才收下个10分钟的费，时间阀就是0.5。
这样时，14分钟还是收费2元，15分钟就收4元了。
6、时段；例如美式上午8-11点是10元一小时，11-第二日8点是12一小时
7、交接班：
收银员换班的时候，对自己上班开始
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