基于單片機的智能照明系統單片機應用畢業論文(已修改)

　

【正文】 畢 業 論 文基于單片機的智能照明系統作 者 姓 名 ：何保林 專 業、班 級：電子工程201201 學 號：020112200192 完 成 日 期 ：2013年6月15日 鄭州大學物理工程學院鄭州大學物理工程學院畢業論文摘 要隨著電子技術的飛速發展，基于單片機的控制系統已廣泛應用于工業、農業、電力、電子、智能樓宇等行業，微型計算機作為嵌入式控制系統的主體與核心，代替了傳統的控制系統的常規電子線路。同時樓宇智能化的發展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統的普及與應用奠定了堅實的基礎。本文闡述了照明的有線、無線控制方式設計原理與實現方法。以設計過程為主線，分別從硬件和軟件兩個方面描述設計過程，即從硬件電路的設計方法到實現所要求功能的軟件技術。該照明控制系統的主控制器、分控制器分別是以AT89C51與AT89C2051單片機為基礎，實現了有線通信、無線數傳、控制與顯示等功能。文中詳細地描述了控制電路的設計過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、無線數傳電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對于軟件設計主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設計與無線數字傳輸程序設計以及燈光控制、定時控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設計。有線通信程序的功能是：通過RS485主從通信方式，由主控制器發出命令對全部或單個分控制器所控制的照明燈實現開啟、關閉、燈光亮度調節、定時控制等功能。無線數傳程序設計的功能是：通過無線數傳模塊實現照明燈的無線遙控，同樣實現有線方式控制的功能。關鍵詞：主控制器，分控制器，單片機，有線通信，無線數傳，燈光亮度控制，定時控制The Control System for Lighting Based onSingle–chip MicroputerAbstracWith the rapid development of electronic technology, the system of control based on Singlechip Microputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional system—electronic circuit. At the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on singlechip microputer.The paper expatiates on the designing theories and implementation method of the control system for lighting by wired or wireless munications. Taking the designing process as mainline, it describes the process of designing from two respects—hardware and software. In another word, the paper describes the process from the method of circuit designing to the software technology of realizing the demanded functions. The host controller of the control system for lighting is based on AT89C51 singlechip microputer, and the auxiliary ones are based on AT89C2051. The system can do many jobs, such as wired munication, wireless data transmitting, controlling and display. The paper describes the designing process of the circuit at length, including: keyboard and LED display circuit, RS485 munication circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circuit, etc. The designing of software mainly includes the several programming, such as wired munication, wireless data transmitting, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning and LED displaying. The wired munication programming function is that through Masterslave munication method based on RS485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc. The wireless data transmitting programming function is that by wireless transmitter it realizes wireless controlling of the lighting, and achieves the functions identical to wired munication. Key Words: Host controller, Auxiliary controller, Singlechip microputer, Wired munication, Wireless data transmitting, controlling brightness of lighting, Timed controllingIII目 錄摘 要 1目 錄 1引言 11系統概述 3 3 3 4 智能照明控制系統的發展與現狀 4 4 4 5 5 5 6 6 6 92基于單片機的照明控制系統的設計框架與性能 10 系統設計要點 10 系統的結構 10 133基于單片機的照明控制系統的硬件電路設計 14 14 14 14 鍵盤的接口設計 15 LED數碼顯示的接口設計 16 看門狗監控電路的設計 16 16 Microwire串行總線性能介紹 17 TLC1549的接口設計 18 TCL1549的數據采集程序設計 18 19 19 22 23 DS12887時鐘芯片接口電路設計 24 25 RS485通信電路的設計 26 28 28 304基于單片機的照明控制系統的軟件設計 31 31 32 LED數碼顯示程序設計 33 34 36 38 41 45 475干擾分析 48 48 48 50 50 50總結 51致 謝 52參考文獻 53附 錄 54II引言隨著國民經濟的快速發展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規模也隨著受教育者的數量增加而不斷擴大。但由于學校開放型的管理模式，高校的教室在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業；即使室內無人或人數很少的情況下，也是全部開啟室內照明，絕不會有師生因為只有少數人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現象到處存在。這種有形和無形的浪費，給校方的水電支出帶來了沉重的負擔。學校的水電支出約占全校經費支出的1／4—1／5，電費支出占據較重比例。能源短缺是21世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節約資源、對社會貢獻、節省高校經費支出和學生的健康等多方面考慮，高校教室照明的節電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節電方式為手工控制，聲控型，太陽能燈等。手工方式操作起來不靈活，費時費力。聲控型往往判斷不準確，不需要的時候也也會經常亮。太陽能設備投資比較大，且容易受光照強度的影響。因此市場上迫切需要一種操作方便、價格低廉、便于大面積推廣的新型節能方案。近十幾年來，隨著我國城市建設的快速發展，樓宇照明也相應飛速發展。在樓宇的照明數量與質量兩個方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環境的舒適性、個性化、安全、節能等方面日見突出。樓宇中人工光環境對于滿足人們的生活、學習、娛樂以及工作方面有著重要的意義。照明控制系統傳統是以照明配電箱通過手動開關來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實現遠距離控制。而今出現的樓宇自控系統，是以電氣觸點來實現區域控制、定時通斷、中央監控等功能。由于照明控制系統在樓宇自控系統中并非獨立，同時控制功能簡單，因此使用上有一定的局限性。故當樓宇自控系統出現故障時，照明系統亦受到影響。隨著微電子技術與數字化技術的發展，開發出了智能化水平更高的專業照明控制的獨立系統，從而能節約能源、延長燈具壽命、提高照明質量。本系統是以單片機為控制器的核心，其中上位機是以AT89C51為基礎，下位機是以AT89C2051為基礎，再連接外圍電路，通過現場總線RS485通信方式實現照明燈具的智能控制，也可以通過無線數傳模塊實現無線通信，從而達到照明燈具的智能控制。1系統概述電子技術和微型計算機的迅速發展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速發展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經滲透到國民經濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。單片機由硬件系統與軟件系統組成。硬件系統是指構成微機系統的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統稱中央處理單元（Central Processing Unit），簡稱CPU，是微機的核心部件。CPU配上存放程序和數據的存儲器、輸入/輸出（Input/Output，簡稱I/O）接口電路以及外部設備即構成單片機的硬件系統。軟件系統是微機系統所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。軟件系統與硬件系統共同構成完整的單片微型計算機系統，兩者相輔相成，缺一不可。在數據通信、計算機網絡以及工業上的分布式控制系統中，經常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。目前，有多種接口標準可用于串行通信，最常用的接口有RS23RS42RS485。RS232是最早的串行接口標準，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應用。其后發展起來的RS42RS485是平衡傳送的電氣標準，比起RS232非平衡的傳送方式在電氣指標上有了大幅度的提高。但總的來說，RS23RS422與RS485最初都是由電子工業協會（EIA）制訂并發布的， EIA于1983年在RS422基礎上制定了RS485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA485A標準。RS23RS422與RS485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。正因為RS485的遠距離、多節點（32個）、可以自行定義協議以及傳輸線成本低的特性，使得EIA RS485成為工業應用中數據傳輸的首選標準。有線傳輸的方式雖然使用非常廣泛且可靠性較高，但由于各方面的局限性，已經在眾多方面被無線傳輸方式所取代。無線數字傳輸技術日益完善，其重要性也被人們所認識，相應的基于無線數字傳輸的產品也隨處可見。無線數字傳輸系統安裝簡便、使用效率高，可應用于各個領域，例如，無線數據傳輸、無線數據采集、無線抄表、工業遙控、樓宇自動化、高檔玩具等等。無線數傳技術是通過單片機的串口與無線數傳模塊連接，將要發送的數據由無線數傳模塊向空中發出，然后由另一個終端設