照明监控系统的设计毕业论文.doc

目录

1概述 4
1.1改工作环境，提高工作效率善 4
1.2较好的投资收益效果 4
1.3照明控制 4
1.4系统设计 6
1.5系统设计思路 6
2硬件电路设计与实现 10
2.1系统硬件总述 10
2.2CPU性能介绍 10
2.3主控制机电路设计 11
2.4键盘的接口设计 11
2.5LED数码显示的接口设计 12
2.6看门狗监控电路的设计 12
2.7分控制器的电路设计 13
2.8 RS485通信电路的设计 13
2.9光信号取样电路 16
2.10 Microwire串行总线性能介绍 17
2.12 TCL1549的数据采集程序设计 19
2.13人体信号采集电路 20
2.14人体红外探头 20
3系统软件设计及实现 20
3.1人机交互程序设计 21
3.2键盘扫描程序设计 21
3.3照明启停控制程序设计 23
3.4全部启停控制程序设计 23
参考文献 24
致 谢 25

照明监控系统的设计

摘要：现代智能建筑中的照明不仅仅要求能为人们的工作、学习生活提供良好的视觉条件，而且应能够利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境，以满足人们的心理和生理要求。然而，一个真正设计合理的现代照明系统，除能满足以上条件外，还必须做到充分利用和节约能源。现代办公大楼巨型化，工作时间弹性化，人类物质文化生活多样化和老龄化，都需要营造快乐、便捷、安全、高效照明环境和气氛，因而照明控制系向高效节能和智能化的方向的发展得到了有力的促进。
关键词：照明系统；照明效果；灯光控制系统；AT89C51；单片机

前言
随着建筑智能化成为当今建筑发展的主流技术，智能照明控制技术也逐渐被大家认识。所谓智能照明控制，就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内外亮度或该区域的用途来自动控制照明设备，并能够实现集中统一管理与监控的功能，结合现代照明技术与照明艺术，科学地管理照明设备，让人们在一个不仅照明技术参数指标方面达到标准要求，而且舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活。目前，大多数建筑物仍然沿用传统的照明控制方式，部分智能大厦采用楼宇自控（BA）系统来监控照明，也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下，智能照明控制系统体现出强大的优越性，不仅可以满足现代建筑中的照明需求，提升照明环境的品质，还可以有效地节约能源，减少照明系统的维护成本和运营成本，有助于照明系统管理的智能化、维护操作简单化，以及灵活适应未来照明布局和控制方式变更，提高照明设计的技术和科技含量。
1概述
1.1改工作环境，提高工作效率善
良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。
1.2较好的投资收益效果
智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看，节能效果能达到40％以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到25％～30％。
1.3照明控制
智能照明监控系统，是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内光亮度或该区域的用途来自动控制照明。其中最重要的一点就是可以预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央建筑控制系统自动调用。智能照明控制系统分为独立式、特定于房间式或大型的联网系统。在联网系统中，调光设备安装在电气柜中，由传感器和控制面板组成的外部设备网络来操作。联网系统的优势是可以从许多点来控制不同的房间或区域。 
　　一个智能照明控制系统的基本组成有输入单元（包括输入开关、场景开关、液晶显示触摸屏、智能传感器等），输出单元（包括智能继电器、智能调光模块），系统单元（包括系统电源、系统时钟、网络通信线）。通过计算机主机或PC监控器编程设计出各种不同的照明方案，如需集中管理可在控制室中设置一台主机。每个输入输出单元设置唯一的地址并用软件设定其功能。输入单元一般为安全电压。输入信号在通信网络上传送，所有的输出单元接受并作出判断，控制相应的输出回路。系统中的每个单元均内设微处理器（CPU）和数据存储器，所有的参数被分散存储在各个单元中，即使系统断电或某一单元损坏，也不影响其他单元的正常使用。系统通过总线连接成网。
（１）中央集中控制
通过中央监控计算机上定制的监控软件，给最终用户提供一个简洁清晰、操作简便、友好的界面，实现对系统中各个照明控制箱的参数设定、修改以及场景照明状态的监视和控制。
（２）调光控制
一般通过调光装置（数字、智能调光器）、计算机/微处理器调光控制装置来实现。可以根据室内照度的变化自动控制灯具的开启、关闭或者变亮、变暗，使工作环境保持稳定的正常照明状态并达到节约能源的目的。此外，在灯具初始投入使用时，其提供的照度值会比照明基础设计中的照度标准值高20%～35%，通过调光控制，我们可以设定较低的初始亮度值；在使用了一段时间后，由于光源的光通量衰减、灯具的积尘、室内在面的积尘等原因，灯具初始亮度会降低，这时我们又可以相应地提高灯具的初始亮度值。这样就能有效避免灯具初始亮度过高，造成浪费，从而做到节约电能。
（3）自然光感应控制
自然光感应控制一般使用光照度传感器实现。自然采光会随着时间、天气状况的不同而发生变化，因此自然采光需要和人工照明相互补偿。此外自然采光的照明效果会随与窗户距离的增大而降低，所以一般在靠窗4m左右处设置光照度传感器，并将此范围内的灯具分为单独的回路，甚至将每一行平行于窗户的灯具分为单独的回路，通过控制靠窗部位的室内灯具的开关或明暗，进行不同的亮度水平的调节，保证整个工作空间内的照度平衡。
（4）作业调整控制
改变局部小环境的照明，例如改变工作者局部的环境照度；降低走廊、休息厅的照度，提高作业精度较高区域的照度。通常可以利用局部的调光面板或者使用红外、无线遥控器来改变一盏或几盏灯，从而给予操作者控制自身周围环境的权利感，营造操作者想要的照明效果。
（5）就地手动控制
正常情况下，控制过程按程序自动控制，在系统不工作时，可使用控制面板就地手动强制调用所需要的照明场景模式。
（6）群组组合控制
利用隔灯、灯列、或者灯的区域来划分照明回路，实现1/3、2/3、3/3或者其它类型的照度控制。也可以根据自身需要，将某一按钮自定义为打开/关闭多个箱柜（跨区）中的照明回路。
（7）应急控制
在接收到安保系统、消防系统的警报后，能自动将指定区域照明全部打开。
（8）图示化监控
用户可以使用电子地图功能，对整个控制区域的照明进行直观的控制。可将整个建筑的平面图输入系统中，并用各种不同的颜色来表示该区域当前的状态。
1.4系统设计
系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。
硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。
软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。
1.5系统设计思路
系统的结构主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过有线通信方式与分控制器进行信息交换，达到控制照明灯具的目的。有线通信系统的结构框图如图2.1所示。
通信系统
该多机通信系统采用RS-485半双工主从式通信系统，主机可以发送数据或命令到从机，从机主要负责对分布的照明灯具进行控制，用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。

上位机系统
系统的主控制器通过RS-485总线将数据或命令发送给分控制器，同时将信息送给数码显示单元进行显示，并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。主控制器硬件电路结构如图2.3所示。分控制器接收主控制器的发来的数据和命令，通过可控硅电路对照明灯具进行开关控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。

图1-2 主控制器硬件电路结构框图
下位机系统
分控制器硬件电路结构如图2.4所示。系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路只是系统的实施工具，大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是维 护系统正常工作的工具。

图1-3 分控制器硬件电路结构框图
室内灯光控制系统可以根据作息时间、气候、人体等因素全天候自动模糊控制室内照明电器的开和关。做到光线暗时开灯，雨天阴天时开灯，无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。在确保室内正常照明同时，可有效防止无人灯（无人时开灯）﹑无效灯（光线亮时开灯）、无限灯（休息时间开灯），从而达到节电目的。
如果假设：室内光线强度为A：光线弱时A=1，光线强时A=0；
人体信号为B：有人时B=1，无人时B=0；
作息时间为C：上课时C=1，休息时C=0；
电灯开关状态为D：合时D=1，断开时D=0。

表1-1 系统逻辑真值表
信号
室内光信号
人体信号
时钟信号
电灯的开光状况
参数
自然光信号
人体
作息时间
符号
A
B
C
D
逻

辑

状

态
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=A·B·C

2硬件电路设计与实现
2.1系统硬件总述
系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：AT89C51芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、输出控制电路、定时监视器电路，如图2-1所示。

图2-1 系统硬件总述图

2.2CPU性能介绍
本系统采用了ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS 8位微处理器，带有4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，15个I／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。
2.3主控制机电路设计
主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），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MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元。
主控制器系统的外围接口电路由键盘、数码显示及驱动电路、晶振、看门狗电路、通信接口电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如下图2-2所示。

2.4键盘的接口设计
键盘的结构形式有两种，即独立式按键和矩阵式键盘。本系统使用的是4×4矩阵式键盘，第一行从左到右为1、2、3、4，第二行为5、6、7、8，第三行为9、0、开、关，第四行为增值、减值、定时、确认。该形式的键盘，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连。每当按下一个键时，对应的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。
2.5LED数码显示的接口设计
数码显示与驱动电路由74LS138译码器、7447 TTL BCD-7段高有效译码器/驱动器、4个数码管以及5个A1015三极管组成。由单片机的P0.0～P0.3口输出的四位BCD码，经7447芯片后，翻译成7段数码管a、b、c、d、e、f、g相应的段，并输出点亮数码管相应的段。单片机的P0.4、P0.5口输出的信号经74LS138译码器后产生的高电平信号加在A1015三极管的基极，控制三极管的导通，从而起到对相应数码管的选通作用。4个7段数码管都被接成共阳极方式。
2.6看门狗监控电路的设计
本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗，与AT89C51的接口电路如图3.1所示。MR与WDO经过一个二极管连接起来，WDI接单片机的P2.7口，RESET接单片机的复位输入脚RESET，MR经过一个复位按钮接地。该监控电路的主要功能如下：
（1）系统正常上电复位：电源上电时，当电源电压超过复位门限电压4.65V，RESET端输出200ms的复位信号，使系统复位。
（2）对+5V电源进行监视：当+5V电源正常时，RESET为低电平，单片机正常工作；当+5V电源电压降至+4.65V以下时，RESET输出高电平，对单片机进行复位。
（3）看门狗定时器被清零，WDO维持高电平；当程序跑飞或死机时，CPU不能在1．6s内给出“喂狗”信号，WDO跳变为低电平，由于MR端有一个内部250mA的上拉电流，D导通MR获得有效低电平，RESET端输出复位脉冲，单片机复位，看门狗定时器清零，WDO又恢复成高电平。
（4）手动复位：如果需要对系统进行手动复位，只要按下手动复位按钮，就能对系统进行有效的复位。
2.7分控制器的电路设计

图2-3 分控制器系统的硬件电路原理图
分控制器采用低档型的AT89C2051单片机作为微处理器，AT89C2051也是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，具有15线可编程I/O口，该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。
2.8 RS485通信电路的设计
主机
RXD TXD
RXD TXD
从机1

RXD TXD

RXD TXD
从机n

……
在各种分布式集散控制系统中，往往采用一台单片机作为主机，多个单片机作为从机，主机控制整个系统的运行；从机采集信号，实现现场控制；主机和从机之间通过总线相连，如图2-4所示。主机通过TXD向各个从机（点到点）或多个从机（广播）发送信息，而各个从机也可以向主机发送信息，但从机之间不能自由通信，其必须通主机进行信息传递。
图2-4 单片机多机通信连线图

多机通信时，为了保证通信的可靠性，在点到点通信时，采用了寻址技术，即主机先发送一帧地址信息给各个从机，各从机接收到主机发来的地址信息后，便与本机的地址号相比较。若相同，则开始与主机的通信；若不同，则不理睬主机发送的数据信息，也不向主机发送信息。
多机通信时，单片机的串行口只能工作在方式2、3。此时单片机发送或接收的一帧信息都是11位，1位起始位、9位数据位、1位停止位，其中第9位数据发送或接收是通过TB8或RB8实现的。当主机发送地址信息时，使TB8=1，所有SM2=1的从机都将产生中断，接收此地址信息进行比较，其中被主机呼叫的从机的SM2位被清“0”；主机发送数据信息时，使TB8=0，仅有SM2=0的从机才将产生中断，接收主机发来的命令或数据信息，其余从机不予理睬。针对RS232的不足，出现了新的串行数据接口标准RS-422，它采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除了地波和共模电磁波的干扰。发送端相当于两个单端驱动器，发送同一个信号时，其中一个驱动器的输出永远是另一个驱动器的反相信号。于是两条线上传送的信号电平，当一条表示逻辑“1”时，另一条为逻辑“0”。在干扰信号作为共模信号出现时，接收器接收差分输入电压，只要接收器有足够的抗共模电压工作范围，就能从地线的干扰中分离出有效信号，正确接收传送的信息，其最小可区分0.20V的电位差值。由于平衡双绞线的长度与传输速率成反比，RS422在1200米距离内能把速率提高到100Kb/s；在较短距离内，其传输速率可高达10Mb/s，实现了长距离、高速率下传输数据。
采用RS-422实现两点之间远程通信时，需要两对平衡差分电路形成全双工传输电路。在实际应用系统中，往往有多点互连而不是两点直连，而且大多数情况下，在任一时刻只有一个主控模块（点）发送数据，其他模块（点）处在接收数据的状态，于是便产生了主从结构形式的RS-485标准。RS485只能按半双工方式工作，因此发送电路必须由使能信号加以控制，但它只需要一对双绞线即可实现多点半双工通讯。
本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信，RS485标准支持半双工通信，只需三根线就可以进行数据的发送和接收，同时具有抑制共模干扰的能力，接收灵敏度可达±200mV，大大提高了通信距离，在100K bps速率下通信距离可达1200m，如果通信距离缩短，最大速率可达10M bps。在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。主机处于主导和支配地位，从机以中断方式接收和发送数据，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。主机与从机的通信电路图分别如图2-5与图2-6所示。

图2-5 主机通信电路图

图2-6 从机通信电路图

主机与从机选用的RS485通信收发器芯片为MAX485，它是MAXIM公司生产的用于RS 485通信的低功率收发器件，采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 μA，采用半双工通信方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当RE端为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE端为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可，主机与从机分别使用P2.6与P1.0脚进行控制；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在进行通信时只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，这里选用120Ω的电阻。
为了提高系统的抗干扰能力，采用光电耦合器TLP521对通信系统进行光电隔离。从机使用单片机的P1.0控制通信收发器MAX485的工作状态，平时置P1.0为低电平，使从机串行口处于侦听状态。当有串行中断产生时判别是否是本机号，若为本机地址则置P1.0为高电平，发送应答信息，然后再置P1.0为低电平接收控制指令，继续保持P1.0为低电平，使串行收发器处于接收状态；若不是本机地址，使P1.0为低电平，使串行收发器处于接收侦听状态。
2.9光信号取样电路
光信号取样电路如图2-7所示，图中主要由光信号采集电路和A/D模数转换电路组成，其中模数转换是电路的核心。信号经过采集送入A/D转换电路，通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。
A/D转换器的位数应根据信号的测量范围和精度来选择，使其有足够的数据长度，保证最大量化误差在设计要求的精度范围内。本系统中，信号的测量范围的电压：0.00—9.99V，精度0.01V。
在本次设计中选用了带串行控制的10位模数转换器TLC1549，它是由德州仪器（Texas Instruments简写为TI）公司生产的，它采用CMOS工艺，具有自动采样和保持，采用差分基准电压高阻抗输入，抗干扰性能好，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到(±)1LSB Max，芯片体积小等特点。同时它采用了Microwire串行接口方式，故引脚少，接口方便灵活。与传统的并行方式接口A/D转换器（例ADC0809/0808）相比，其单片机的接口电路简单，占用I/O口资源少。

图2-7 光信号取样电路

2.10 Microwire串行总线性能介绍
Microwire总线是美国国家半导体（NS）公司推出的三线同步串行总线。这种总线由一根数据输出线（SO）、一根数据输入线（SI）和一根时钟线（SK）组成 （但每个器件还要接一根片选线）。原始的Microwire总线上只能连接一片单片机作为主机，总线上的其它设备都是从机。此后，NS公司推出了8位的COP800单片机系列，仍采用原来的Microwire总线，但单片机上的总线接口改成既可由自身发出时钟，也可由外部输入时钟信号，也就是说，连接到总线上的单片机既可以是主机，也可以是从机。为了区别于原有的Microwire总线，称这种新产品为增强型的Microwire／PLUS总线。增强型的Microwire／PLUS总线上允许连接多片单片机和外围器件，因此，总线具有更大的灵活性和可变性，非常适用于分布式、多处理器的单片机测控系统。要改变一个系统，只需改变连接到总线上的单片机及外围器件的数量和型号Microwire总线系统的典型结构如图2-8所示。

2.11 TLC1549的接口设计

图 2-9 TLC1549引脚及与A/D接口电路

TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口时序如图2-9所示，在芯片选择（CS）无效情况下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供给I/O CLOCK并从DATA OUT接收前次转换结果。I/O CLOCK从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序。

图2-10 TLC1549方式1时序图

在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATA OUT端。10位数据通过DATA OUT 被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果I/O CLOCK 传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS被拉至低电平。时序图如图2-10。
2.12 TCL1549的数据采集程序设计
/*--------------- AetAD()TLC1549数据采集--------------------------*/
sbit ADCLK=P1^0;
sbit ADOUT=P1^1;
sbit ADCS=P1^2;
/*-----------------------------------------------------------------*/
Void AetAD()
{
uchar i=1,w,PickCount;
uint vol;
for(w=1;w<=PickCount;w++)
{
ADCLK=ADOUT=0;
vol=0;
ADCS=0;//开启控制电路，使能DATA OUT和I/O CLOCK
for(i=1;i<=10;i++)//采集10位串行数据
{
//给一个脉冲
ADCLK=1;
vol<<=1;
if(ADOUT)vol|=0x01;
ADCLK=0;
}
ADCS=1;
delay(21);//两次转换间隔大于21us
P0=0xff;//P0口置初始输入状态
}
}
2.13人体信号采集电路
人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。
2.14人体红外探头
人体红外检测探头由菲涅尔透镜、热释红外传感器P2288组成。

3系统软件设计及实现
软件设计分主程序设计、子程序设计、中断程序设计三大块。软件是计算机系统的灵魂，没有软件计算机不能充分发挥其功能，这是软件在计算机中的地位，而在计算机控制系统中，软件也是非常重要的。在照明控制系统中，硬件设备的功能是由软件来定义的，如系统要控制分布的照明灯具，串行通信程序来完成控制功能，通过软件定义键盘功能，通过编程完成LED数码显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。
该照明控制系统的软件程序包括：照明启停控制程序、照明亮度控制程序、照明定时控制程序、人机交互程序以及串行通信等。本着软件设计的基本方法，照明控制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计方法来完成的。结构化程序设计方法虽然是早期的程序设计方法，但该方法还一直被广泛地使用。结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程，遵循“自顶向下，逐步求精”的基本原则。
3.1人机交互程序设计
系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。
3.2键盘扫描程序设计
本系统的键盘采用的是4×4矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多I/O口。
矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。
由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图3-2所示。系统的按键定义除了基本的数字键（0～9）外，将其它的键依次定义为开、关、增值、减值、定时、确认六个命令键，其控制的基本功能是：
（1） 通过数字键、确认键输入分控制器的地址以及定时功能的时间设置。（2） 利用开、关键控制照明灯具的启停。
（3） 利用增值、减值键控制照明灯具的亮度。
（4） 通过定时键来对照明灯具进行定时控制的设置。
系统通过软件方法实现该功能，即定义开、关、增值、减值、定时、确认等命令键，利用键盘扫描程序获取对应命令键的键值，然后执行相应的子程序，实现所要求的控制功能。

图3-2 键盘扫描程序流程图

3.3照明启停控制程序设计
照明的启停控制主要是由主控制器发出指令，通过RS485通信方式或无线数传方式控制全部或部分分控制器所控制照明灯具的启停，因此照明启停控制程序由两部分组成，即全部启停控制与单独启停控制两部分。
3.4全部启停控制程序设计
全部照明启停控制系统是利用主控制器上的开、关按键来控制全部照明灯的启停，控制命令是通过串口通信方式传达到分控制器，分控制器再依据命令向P3.7口输出高低电平，来达到控制灯泡亮和灭的目的。
在这个多机系统中采用的是主从式通信方式，主机即主控制器处于主导和支配地位，从机即分控制器一般以中断方式来接收和发送数据。在主从式多机系统中主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，在这里是要发送给所有的从机，来控制照明灯的启停。在本系统中采用广播式命令，不需要从机返回信息，从机之间也不能直接通信。主机由AT89C51单片机充当，从机为AT89c51单片机。主机与从机的数据通信波特率定为9600波特，每个从机都有唯一的地址号，用来区分各从机。单片机的数据通信由串口完成，定时器T1为波特发生器，数据传送格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，1位可编程位（TB8）。工作方式：定时器T1设置为方式2，串口设置为工作方式3。
本系统的通信原理为：从机在建立与主机通信之前所有分机的SM2都置1，即随时处于对通信线路监听的状态，只能收到主机发送来的机号信息。主机向从机发送广播地址信息时，广播地址为00H，所有分机都接收到广播地址信息，然后进入正常通信状态，清除SM2位，开始接收主机发送来的命令。从机收到的命令是开灯时，向P3.7口输出高电平，打开MOC3021驱动双向可控硅，从而就点亮了灯泡；同理，如果收到的命令是关灯时，向P3.7口输出低电平，封闭MOC3021使双向可控硅截止，也就达到了关闭灯泡的目的。
参考文献：
1姚卫丰 楼宇设备监控及组态 机械工业出版社
2童诗白．模拟电子技术基础．高等教育出版社
3徐煜明、韩雁著,单片机原理及接口技术.电子工业出版社
4王金花 电工技术 人民邮电出版社
5余用权．ATMEL89系列单片机应用技术．北京航空航天大学出版社
6何立民．单片机高级教程——应用与设计．北京航空航天大学出版社

致 谢
本课题在选题及研究过程中得到了老师的悉心指导，老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神给我留下了深刻的印象。他不仅授我以文，而且教我做人，虽历时不长，却让我终生受益。在此次毕业设计过程中，他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，我也学到了许多关于室内灯光控制系统以及单片机的知识，实验技能有了很大的提高。在此谨向张老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！
在实验过程中，首先通过主控制器上的键盘输入地址号，地址号是由数字组成的，在输入完毕后，然后按下确认键，信号经过网络传输后，分控制器将收到的地址进行比较确认后，然后执行下一步的程序。经过实验的验证，在输入广播地址后，所有的分控制器都正确地执行了后续的命令，实现了灯泡的启停、亮度调节、定时关闭功能；在输入某个分机地址后，该分机也正常地执行了相应的命令，同样达到了所要求的功能。
学院为我们的设计提供了良好的实验条件，谨向学院表示诚挚的敬意和谢忱，同时也感谢老师们三年来对我的教育和培养，在此，向诸位老师深深地鞠上一躬。