【正文】 畢 業(yè) 論 文基于單片機的智能照明系統(tǒng)作 者 姓 名 ：何保林 專 業(yè)、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(yè)論文摘 要隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)所要求功能的軟件技術。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51與AT89C2051單片機為基礎，實現(xiàn)了有線通信、無線數(shù)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(shù)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(shù)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(fā)出命令對全部或單個分控制器所控制的照明燈實現(xiàn)開啟、關閉、燈光亮度調(diào)節(jié)、定時控制等功能。無線數(shù)傳程序設計的功能是：通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)照明燈的無線遙控，同樣實現(xiàn)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(shù)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(tǒng)概述 3 3 3 4 智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 4 4 4 5 5 5 6 6 6 92基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設計框架與性能 10 系統(tǒng)設計要點 10 系統(tǒng)的結構 10 133基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設計 14 14 14 14 鍵盤的接口設計 15 LED數(shù)碼顯示的接口設計 16 看門狗監(jiān)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(shù)據(jù)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(tǒng)的軟件設計 31 31 32 LED數(shù)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(jīng)濟的快速發(fā)展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規(guī)模也隨著受教育者的數(shù)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(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內(nèi)無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室內(nèi)照明，絕不會有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)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(jīng)費支出的1／4—1／5，電費支出占據(jù)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(jié)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(jié)省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對社會貢獻、節(jié)省高校經(jīng)費支出和學生的健康等多方面考慮，高校教室照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節(jié)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(jīng)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(jié)能方案。近十幾年來，隨著我國城市建設的快速發(fā)展，樓宇照明也相應飛速發(fā)展。在樓宇的照明數(shù)量與質(zhì)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(huán)境的舒適性、個性化、安全、節(jié)能等方面日見突出。樓宇中人工光環(huán)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(tǒng)傳統(tǒng)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(xiàn)遠距離控制。而今出現(xiàn)的樓宇自控系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域控制、定時通斷、中央監(jiān)控等功能。由于照明控制系統(tǒng)在樓宇自控系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)故障時，照明系統(tǒng)亦受到影響。隨著微電子技術與數(shù)字化技術的發(fā)展，開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的獨立系統(tǒng)，從而能節(jié)約能源、延長燈具壽命、提高照明質(zhì)量。本系統(tǒng)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(xiàn)場總線RS485通信方式實現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)無線通信，從而達到照明燈具的智能控制。1系統(tǒng)概述電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)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(shù)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(yè)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(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構成微機系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成完整的單片微型計算機系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)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(fā)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(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)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(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)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(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。正因為RS485的遠距離、多節(jié)點（32個）、可以自行定義協(xié)議以及傳輸線成本低的特性，使得EIA RS485成為工業(yè)應用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標準。有線傳輸?shù)姆绞诫m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(jīng)在眾多方面被無線傳輸方式所取代。無線數(shù)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(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。無線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡便、使用效率高，可應用于各個領域，例如，無線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)采集、無線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動化、高檔玩具等等。無線數(shù)傳技術是通過單片機的串口與無線數(shù)傳模塊連接，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳模塊向空中發(fā)出，然后由另一個終端設