基于单片机的智能照明控制系统设计doc.doc
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1、基于单片机的智能照明控制系统设计【实用文档】doc文档可直接使用可编辑,欢迎下载本科生毕业论文(设计)题 目 室内智能照明控制系统的研究与设计学生姓名 李天顺学 号 0016030121专业班级 建筑电气与智能化1010班 指导老师曾进辉201年11月基于单片机的智能照明控制系统设计摘要随着电子技术的飞速发展,基于单片机的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的主体与核心,代替了传统的控制系统的常规电子线路。楼宇智能化的发展与成熟,也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。本文介绍了基于单片机AT89C5的室内灯光控制系统及其原
2、理,提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术,利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以ATC51和8C205单片机为基础,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的设计过程,包括:光信号取样电路、人体信号采集电路、键盘与E显示电路、485通信电路、照明灯控制电路、看门狗电路以及信号处理电路等.对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与LE显示等程序设计。工作时,光信号
3、取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据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,以达到节能的目的。关键词:智能控制,主控制器,分控制器,单片机,定时控制h ContolSytmfntellgent Lightng Baed on Singlch MicrocourAut:L Guozogutor: un anAtractWithhe pidevelpnt of electonic tehnoloy, th syemconrlbasedoning-chi icocomputer s wely aplied n
4、inustry,agricultre, eltrc per,lectron, ielliget uidi an soonicrocomputer,a the subject anre of theemedd syste of ontrl, replace the taditonal sstemetronic cruit。 A the sameime, the developmentand aturatin of the intelligent buldinghave stalsed te substantalfodain o thepulrizatioand applicaion of th
5、corol systemor lightingase n sngleip microcoter.nthipp,th In Ligin Conto System Bad on AT95 and is prinpre itroducedSo efective and enrgy savingcontlsttgys of lhig yste re bouht rwarThe current syse ssa rlativey mauresensr echnlgan copuecntrolechnoloy ,sig multi-parameter to ahev the chool classrooi
6、oor lightng cotrol. he ystem ncdes ardwar ansoftwae deignn twoars。Th host cntrlle o theotrl yseforigting is based onAT89C51 singlechiicrocompuer, and h uxiiary onesar bdo ATc2051 The sste can o may job,suh s wre omuitin, SignalAcqisitio,wiress data trnsmttng, otrollindislay。se of lectonicbalast;thel
7、h ouceh autati adjustment utioThpapr descbeth esigng prces of te ciuit tlength, iclud: Opica sigalsmplng irui, hebodyigna aquisitiocicuit,keybrd and LED isplay iuit, RS485 concatn circit, wirlesstansitting crct, conro ruit of lighing, atchdog ciruit, etc。 The esgning f ofware ai includetheseral pram
8、i,schas wr communiation, lampigt ctrong,timed contllin,kyboard caning ,LD dipay nsignalprossi crcuit. Te wired cmunicato oamig ctn i that trug Matersl communicati methodbased o S485he hoconrollr sens ordr to the all auiliay cnolesor ech on, inclding: turning on lhting, urnng oflighting, rgultg brhte
9、s of lightng, otrolling timedligting,etc Work,te ptical signa samping circuit collecting lighigiteity,ndoo colct of humansignl aqusitionicuitif ayon,throrr ime andoter iformatioa signlto temicroonroler,MCUcotrolciruiti basd on tese information hroughthe thng optin ofligtig qupmet odrto achievlightin
10、gcontrols to sava nry.y ord: telligetconrl,H cotroe, uxiiar controlle, Singlechipmicocomer,Timd contolling目 录1 绪论11课题研究背景112 智能照明控制系统的发展与现状111 智能控制技术的研究现状2.2 国内外智能照明发展概况11.3 智能照明控制系统的优点21.2. 智能照明控制系统的组成215 现有智能照明控制系统的分析.3 系统设计1。3。1 系统设计要点3.2 系统设计思路2硬件电路设计与实现72。1 系统硬件总述72. CU性能介绍723 主控制器电路设计72.3.1 键盘
11、的接口设计82。3.2 LED数码显示的接口设计92。3.3 看门狗监控电路的设计92。4 分控制器的电路设计92 RS48通信电路的设计1026 光信号取样电路2。6。1 Micowire串行总线性能介绍132。 TL154的接口设计。6.3 TCL159的数据采集程序设计152.7 人体信号采集电路16.71 人体红外探头172 信号处理电路2。73 比较电路202.8 DS128时钟芯片接口电路设计21。81 DS1887的原理及管脚说明228。2 地址分配表及时间、日历和闹钟的数据格式232.8. DS1287状态控制寄存器232。8.4 DS1887初始化程序252。9 输出驱动电路
12、设计272。10 延时时间选择电路282.11 零点检测与可控硅控制电路的设计9212 数字可调光电子镇流器30 系统软件设计及实现13。1 人机交互程序设计323.1 键盘扫描程序设计3231.2 ED数码显示程序设计3。2 照明启停控制程序设计343.2。 全部启停控制程序设计353。2。2 单独启停控制程序设计373.3 照明控制程序设计39.31 全部定时控制程序设计32 单独定时控制程序设计41.4 S45通信程序设计42。4. 主机部分通信程序设计44。42 从机部分通信程序设计54 系统可靠性设计484。1 干扰产生的后果484。2单片机应用系统的硬件抗干扰设计49。3 软件抗干
13、扰技术52.3.1 数据采集误差的软件对策5.3。2 程序运行失控的软件对策52总结54致谢55参考文献5附录1 绪论。 课题研究背景随着国民经济的快速发展和社会进步,教育在全社会愈加被关注和重视,校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大.但由于学校开放型的管理模式,高校的教室在白天室内照度很高的情况下,仍然普遍存在开灯作业;即使室内无人或人数很少的情况下,也是全部开启室内照明,绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是,人走不熄灯的现象到处存在。这种有形和无形的浪费,给校方的水电支出带来了沉重的负担.学校的水电支出约占全校经费支出的1/4/5,电费支出占据较重比例。能源短缺是1
14、世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外,节约能源,提高效益也就成为了我们研究的课题.所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑,高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。目前常用的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。声控型往往判断不准确,不需要的时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大,且容易受光照强度的影响.因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。1。2 智能照明控制系统的发展与现状1.2.1 智能控制技术的研究现状智能控制技术发展方
15、向主要有基于人工智能技术的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神经网络控制方向,在智能控制的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的神经模糊技术,已成为近年来的一个热门课题.22 国内外智能照明发展概况“智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术,使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等,实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作,并使这三种功能结合起来的建筑。人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。正如英国的Glgow市报指出:“law正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢.在智能建筑中的智能照明
16、、供热、空调、通讯及办公设备将全部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,包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用.澳大利亚邦奇开发的Dyalie智能照明控制系统,美国的智能照明建筑,特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。1.23 智能照明控制系统的优点智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段,对电力照明实行自动控制,提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用.智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点,包括创造环境气氛,改善工作环境、提高工
17、作效率,良好的节能效果,延长光源寿命,管理维护方便等.1。2. 智能照明控制系统的组成智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。输入装置可以不断检测周围环境的照度水平,可以探测到某个区域是否有人移动,以及输入人们的控制指令,并把相应的信号传送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。处理器接受输入装置的信号,经过信息处理、判断、分析,输出控制信号.执行器与灯具直接连接,控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平,包括手动开关.1.2.5现有智能照明控制系统的分析澳大利亚邦奇开发的Dyalie分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制,各功能模块之
18、间通过网络总线直接相互通信,当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块,可靠性高。美国L&D智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成,按照客户对室内外照明的具体要求,设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的回路,也有手动开关直接控制。国内生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能,使家居生活更加方便和舒适.但是,国内外智能照明系统的研究存在着如下问题:()现有国外智能照明系统主要控制照度这个数量指标,国外的研究主要集中于办公室照明,以节能为主要目的,但据照明科技最新研究成果表明,非定量指标(如舒适性和艺术性等)
19、对室内照明光环境质量影响更大。()国内一些智能照明控制系统能够实现集中控制和集中显示,具有一定的智能性,但其只能控制房间中的一个灯或一组灯的开、关,不能实现场景控制,也不能对灯光的亮度进行调节,不能产生多种照明效果。()针对住宅照明光环境研制的智能照明控制系统产品很少,还有很大的开发前景。.3 系统设计1。3.1 系统设计要点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
20、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.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。1.2 系统设计思路系统的结构主要由三
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