基于单片机的智能照明控制新版专业系统设计.doc
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1、 本科生毕业论文(设计) 题 目 室内智能照明控制系统研究与设计 学生姓名 李 天 顺 学 号 16030121 专业班级 建筑电气与智能化10101班 指引教师 曾 进 辉 11月 基于单片机智能照明控制系统设计摘 要随着电子技术飞速发展,基于单片机控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业,微型计算机作为嵌入式控制系统主体与核心,代替了老式控制系统常规电子线路。楼宇智能化发展与成熟,也为基于单片机照明控制系统普及与应用奠定了坚实基本。本文简介了基于单片机AT89C51室内灯光控制系统及其原理,提出了有效节能控制办法。该系统采用了当今比较成熟传感技术和计算机控制技术,运用多参
2、数来实现对学校教室室内照明控制。系统设计涉及硬件设计和软件设计两某些。该照明控制系统主控制器、分控制器分别是以AT89C51和AT89C2051单片机为基本,实现了通信、信号采集、控制与显示等功能。使用光电子镇流器,使光源具备自动调节功能。文中详细地描述了控制电路设计过程,涉及:光信号取样电路、人体信号采集电路、键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路、看门狗电路以及信号解决电路等。对于软件设计重要有主控制器、分控制器有线通信程序设计以及灯光控制、定期控制、键盘扫描与LED显示等程序设计。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内与否有人、与否为工作时间等信息
3、并将信号送到单片机,单片机依照这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能目。核心词:智能控制,主控制器,分控制器,单片机,定期控制The Control System for Intelligent Lighting Based on Singlechip MicrocomputerAuthor:Li GuozhongTutor:Sun ManAbstractWith the rapid development of electronic technology,the system of control based on Single-chip Microcomp
4、uter is widely applied in industry,agriculture,electric power,electron,intelligent building and so on. Microcomputer,as the subject and core of the embedded system of control,replaces the traditional systemelectronic circuit. At the same time,the development and maturation of the intelligent buildin
5、g have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some effective and energy saving control stra
6、tegys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ,using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system includes hardware and software design in two parts. The host controll
7、er of the control system for lighting is based on AT89C51 single-chip microcomputer,and the auxiliary ones are based on AT89c2051. The system can do many jobs,such as wired communication,Signal Acquisition,wireless data transmitting,controlling and display.Use of electonic ballasts;thelight sourcewi
8、th automatic adjustment function .The paper describes the designing process of the circuit at length,including:Optical signalsampling circuit,the bodysignal acquisitioncircuit,keyboard and LED display circuit,RS485 communication circuit,wireless transmitting circuit,control circuit of lighting,watch
9、dog circuit,etc. The designing of software mainly includes the several programming,such as wired communication,lamplight controlling,timed controlling,keyboard scanning ,LED displaying and signalprocessing circuit. The wired communication programming function is that through Master-slave communicati
10、on 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. Work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoor co
11、llecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,MCUcontrol circuiti based on these information through the switching operation of lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy.Key Words:Inte
12、lligent control,Host controller,Auxiliary controller,Single-chip microcomputer,Timed controlling目 录1 绪论11.1 课题研究背景11.2 智能照明控制系统发展与现状11.2.1 智能控制技术研究现状11.2.2 国内外智能照明发展概况11.2.3 智能照明控制系统长处21.2.4 智能照明控制系统构成21.2.5 既有智能照明控制系统分析21.3 系统设计31.3.1 系统设计要点31.3.2 系统设计思路32 硬件电路设计与实现72.1 系统硬件总述72.2 CPU性能简介72.3 主控制器电
13、路设计72.3.1 键盘接口设计82.3.2 LED数码显示接口设计92.3.3 看门狗监控电路设计92.4 分控制器电路设计92.5 RS485通信电路设计102.6 光信号取样电路122.6.1 Microwire串行总线性能简介132.6.2 TLC1549接口设计142.6.3 TCL1549数据采集程序设计152.7 人体信号采集电路162.7.1 人体红外探头162.7.2 信号解决电路192.7.3 比较电路202.8 DS12887时钟芯片接口电路设计212.8.1 DS12887原理及管脚阐明222.8.2 地址分派表及时间、日历和闹钟数据格式232.8.3 DS12887状
14、态控制寄存器232.8.4 DS12887初始化程序252.9 输出驱动电路设计272.10 延时时间选取电路282.11 零点检测与可控硅控制电路设计292.12 数字可调光电子镇流器303 系统软件设计及实现313.1 人机交互程序设计323.1.1 键盘扫描程序设计323.1.2 LED数码显示程序设计333.2 照明启停控制程序设计343.2.1 所有启停控制程序设计353.2.2 单独启停控制程序设计373.3 照明控制程序设计393.3.1 所有定期控制程序设计403.3.2 单独定期控制程序设计413.4 RS485通信程序设计423.4.1 主机某些通信程序设计443.4.2
15、从机某些通信程序设计454 系统可靠性设计484.1 干扰产生后果484.2 单片机应用系统硬件抗干扰设计494.3 软件抗干扰技术524.3.1 数据采集误差软件对策524.3.2 程序运营失控软件对策52总 结54致 谢55参照文献56附 录571 绪论1.1 课题研究背景随着国民经济迅速发展和社会进步,教诲在全社会更加被关注和注重,校园规模也随着受教诲者数量增长而不断扩大。但由于学校开放型管理模式,高校教室在白天室内照度很高状况下,依然普遍存在开灯作业;虽然室内无人或人数很少状况下,也是所有启动室内照明,绝不会有师生由于只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是,人走不熄灯现象处处存在。这种
16、有形和无形挥霍,给校方水电支出带来了沉重承担。学校水电支出约占全校经费支出1415,电费支出占据较重比例。能源短缺是21世纪国际面临新课题。在寻找新能源之外,节约能源,提高效益也就成为了咱们研究课题。因此学校如何来节约电力能源也成为了一种迫切需要解决问题。从节约资源、对社会贡献、节约高校经费支出和学生健康等多方面考虑,高校教室照明节电问题不得不提到重要议事日程上来。当前惯用节电方式为手工控制,声控型,太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活,费时费力。声控型往往判断不精确,不需要时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大,且容易受光照强度影响。因而市场上迫切需要一种操作以便、价格低廉、便于大面积推广新型
17、节能方案。1.2 智能照明控制系统发展与现状1.2.1 智能控制技术研究现状智能控制技术发展方向重要有基于人工智能技术智能控制方向、智能控制模糊控制方向和智能控制人工神经网络控制方向,在智能控制人工神经网络控制方向上,基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合神经模糊技术,已成为近年来一种热门课题。1.2.2 国内外智能照明发展概况“智能建筑”是综共计算机、信息通信等方面最先进技术,使建筑物内电力、空调、照明、防灾、防盗、运送设备等,实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化有效运作,并使这三种功能结合起来建筑。人工智能技术在建筑与照明中应用趋势不断扩大。正如英国Glasgow市报指出:“Glas
18、gow正在成为一种研究和发展太空时代智能建筑国际组织神经中枢。在智能建筑中智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将所有由电子计算机进行控制与管理。”面对这一发展趋势,开发了不少智能照明设计,如智能灯具、智能照明控制与管理系统,涉及在照明方面计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开发Dynalie智能照明控制系统,美国智能照明建筑,特别是当代化办公室智能照明技术等都值得咱们研究与借鉴。1.2.3 智能照明控制系统长处智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其他手段,对电力照明实行自动控制,提供适当照明光环境同步减少照明系统电能消耗和其他使用费用。智能照明控制系
19、统于手动照明控制系统相比有诸多长处,涉及创造环境氛围,改进工作环境、提高工作效率,良好节能效果,延长光源寿命,管理维护以便等。1.2.4 智能照明控制系统构成智能照明控制系统重要由输入装置、解决器和执行器三个某些构成。输入装置可以不断检测周边环境照度水平,可以探测到某个区域与否有人移动,以及输入人们控制指令,并把相应信号传送给解决器。输入装置涉及传感器、定期装置和控制面板或遥控器。解决器接受输入装置信号,通过信息解决、判断、分析,输出控制信号。执行器与灯具直接连接,控制灯光回路闭合或断开和调节灯光到相应水平,涉及手动开关。1.2.5 既有智能照明控制系统分析澳大利亚邦奇开发Dynalite分布
20、式智能照明控制系统特点是模块化构造和分布式控制,各功能模块之间通过网络总线直接互相通信,当系统中某个模块浮现故障时不会影响其他模块,可靠性高。美国LC&D智能照明控制系统是一套由计算机微解决器控制低压继电器配电盘构成,按照客户对室内外照明详细规定,设定照明控制时间、区域、办法来控制每一种独立回路,也有手动开关直接控制。国内生产真善美智能照明系统具备集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能,使家居生活更加以便和舒服。但是,国内外智能照明系统研究存在着如下问题:(1)既有国外智能照明系统重要控制照度这个数量指标,国外研究重要集中于办公室照明,以节能为重要目,但据照明科技最
21、新研究成果表白,非定量指标(如舒服性和艺术性等)对室内照明光环境质量影响更大。(2)国内某些智能照明控制系统可以实现集中控制和集中显示,具备一定智能性,但其只能控制房间中一种灯或一组灯开、关,不能实现场景控制,也不能对灯光亮度进行调节,不能产生各种照明效果。(3)针对住宅照明光环境研制智能照明控制系统产品很少,尚有很大开发前景。1.3 系统设计1.3.1 系统设计要点系统设计重要涉及硬件和软件两大某些,根据控制系统工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。硬件设计某些涉及电路原理图、合理选取元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计规定。硬件电路是采用构造化系统设计办法,该办法保
22、证设计电路原则化、模块化。硬件电路设计最重要选取用于控制单片机,并拟定与之配套外围芯片,使所设计系统既经济又高性能。硬件电路设计还涉及输入输出接口设计,画出详细电路图,标出芯片型号、器件参数值,依照电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改,最后达到设计目。软件设计某些,一方面在总体设计中完毕系统总框图和各模块功能设计,拟定详细工作筹划;然后进行详细设计,涉及各模块流程图,选取适当编程语言和工具,进行代码设计等;最后是对软件进行调试、测试,达到所需功能规定。本系统软件设计采用模块化系统设计办法,先编写各个功能模块子程序,然后进行组合与调节,通过调试后,达到设计功能规定。1.3.2 系统设计
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