【正文】 摘 要 I 摘 要 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)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(shí)樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文闡述了照明的設(shè)計(jì) 。以設(shè)計(jì)過程為主線，分別從硬件和軟件兩個(gè)方面描述設(shè)計(jì)過程，即從硬件電路的設(shè)計(jì)方法到實(shí)現(xiàn)所要求功能的軟件技術(shù)。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(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了有線通信 、控 制與顯示等功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程，包括：鍵盤與 LED 顯示電路、 RS485 通信電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對于軟件設(shè)計(jì)主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計(jì) 、 燈光控制、定時(shí)控制、鍵盤掃描與 LED 顯示等程序設(shè)計(jì)。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(gè)分控 制器所控制的照明燈實(shí)現(xiàn)開啟、關(guān)閉、燈光亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制等功能 。 關(guān)鍵詞 ： 主控制器；分控制器；燈光亮度控制； 定時(shí)控制 ； RS485 Abstract II Abstract With 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. This paper describes the design of lighting. To design the main line, respectively, both from the description of hardware and software design process, from hardware design methods to achieve the required functionality of software technology. The lighting control system, the main controller and sub controller AT89C2051 AT89C51 microcontroller is respectively based on achieving a cable munications, control and display. Described in detail the control circuit design process, including: keyboard and LED display circuit, RS485 munication circuit, lighting control circuit and watchdog circuit. The main controller software design mainly, wire line munication subcontroller programming, lighting control, timing control, keyboard scanning and LED display programming. Wired munication program functions are: masterslave munication via RS485, the master controller will send mands to all or a single subcontroller under the control of lighting lamps to achieve open and close, lights dimming, timing control and other functions. Key words: Main controller； subcontrollers； light intensity control； timing control； RS485 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 1 緒 論 隨著我國近幾十年間的速度發(fā)展，樓宇照明也得到了前所未有的發(fā)展 。在 樓宇 的照明數(shù)量與質(zhì)量兩 個(gè) 方面 均 有顯著的 變化與 提高 ， 特別是隨著人民生活水平進(jìn)入小康水平，樓宇照明水平提高很快， 人們所需求的再也不是簡單的照明了，越來越追求舒適，個(gè)性，安全，節(jié)能。所以科學(xué)節(jié)能的樓宇照明設(shè)計(jì)日顯重要 。 照明控制系統(tǒng)傳統(tǒng)是以照明配電箱通過手動(dòng)開關(guān)來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。而今出現(xiàn)的 樓宇 自控系統(tǒng)，是以電氣觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)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(dú)立，同時(shí)控制功能簡單，因此使用上有一定的局限性。故當(dāng) 樓宇 自控 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，照明系統(tǒng)亦受到影響。隨著微電子技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)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(dú)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。根據(jù)使用 客戶 的經(jīng)驗(yàn)，不僅 使 照明管理與設(shè)備維修簡單及降低費(fèi)用外，還對環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。 本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器的核心，其中上位機(jī)是以 AT89C51 為基礎(chǔ)，下位機(jī)是以 AT89C2051 為基礎(chǔ)，再連接外圍電路，通過現(xiàn)場總線 RS485 通信方式實(shí)現(xiàn)照明 燈具的智能控制， 從而達(dá)到照明燈具的智能控制。 單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù) 電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 ，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。 單片微型計(jì)算機(jī)就是將 中央處理單元 、 存儲(chǔ)器 、定時(shí) /計(jì)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(jì)算機(jī)。 因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表 、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體與裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。 其中運(yùn)算器和控制器一般做在一個(gè)集成芯片上，統(tǒng)稱中 央處理單元 （ Central Processing Unit），簡稱 CPU，是微機(jī)的核心部件。 CPU 配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ Input/Output，簡稱 I/O）接口電路 以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。 有線通信技術(shù) 在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，最常用的接口有RS23 RS42 RS485。 RS232 是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。其后發(fā)展起來的 RS42 RS485 是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起 RS232 非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)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(huì)（ EIA）制訂并發(fā)布的， EIA 于 1983 年在RS422 基礎(chǔ)上制定了 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力 ，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為 TIA/EIA485A 標(biāo)準(zhǔn)。 RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。正因?yàn)?RS485 的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（ 32 個(gè)）、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(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 2 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架與性能 系統(tǒng)設(shè) 計(jì)要點(diǎn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電 路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)， 并確定與之配套的外圍芯片， 使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試， 發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 軟件設(shè)計(jì)的方法 與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用 51 系列單片機(jī)，因此使用 C 語言進(jìn)行開發(fā)。此編程工具相比匯編語言具有結(jié)構(gòu)化、適用范圍大、可移植性好等特點(diǎn)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組 合與調(diào)整， 經(jīng)過調(diào)試后， 達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（ 1）上位機(jī)系統(tǒng)；（ 2）下位機(jī)系統(tǒng)；（ 3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器通過有線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。 有線通信 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 該多機(jī)通信系統(tǒng)采用 RS485 半雙工主從 式 通信系統(tǒng) ，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 主 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口R S 4 8 5 總 線 圖 21 有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng) 的主控制器通過 RS485 總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控 制器 ，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過可控硅電路對照明燈具進(jìn)行開關(guān)、亮度控制 ， 并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 對照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 8 9 C 5 1晶 振鍵 盤看 門 狗數(shù) 碼 顯 示 及 驅(qū) 動(dòng) 電 路通 信 接 口 電 路電 源 圖 22 主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 8 9 C 2 0 5 1看門狗晶 振時(shí) 鐘 電 路電 源零 點(diǎn) 檢 測 電 路可 控 硅 控 制 電 路 圖 23 分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具 ，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。 系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求 （ 1） 照明啟?？刂葡到y(tǒng) ① 全開 ② 全關(guān) ③ 單獨(dú)開 ④ 單獨(dú)關(guān) （ 2） 照明亮度控制系統(tǒng) ① 全部亮度調(diào)節(jié) ② 單獨(dú)亮度調(diào)節(jié) （ 3） 定時(shí)控制系統(tǒng) ① 對全部照明燈進(jìn)行定時(shí)控制 ② 對每個(gè)照明燈進(jìn)行定時(shí)控制