基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng).doc

I基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)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)。本文闡述了照明的有線、無(wú)線控制方式設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。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、無(wú)線數(shù)傳、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、無(wú)線數(shù)傳電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對(duì)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)與無(wú)線數(shù)字傳輸程序設(shè)計(jì)以及燈光控制、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(duì)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。無(wú)線數(shù)傳程序設(shè)計(jì)的功能是：通過無(wú)線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)照明燈的無(wú)線遙控，同樣實(shí)現(xiàn)有線方式控制的功能。關(guān)鍵詞：主控制器,分控制器,單片機(jī),有線通信,無(wú)線數(shù)傳,燈光亮度控制,定時(shí)控制I目錄1緒論.11.1單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù).11.2有線通信技術(shù).21.3無(wú)線數(shù)傳技術(shù).22基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架與性能.32.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn).32.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).32.3系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求.53基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì).73.1主控制器的電路設(shè)計(jì).73.1.1鍵盤的接口設(shè)計(jì).73.1.2LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì).83.1.3看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì).83.2分控制器的電路設(shè)計(jì).83.2.1時(shí)鐘芯片的接口設(shè)計(jì).93.2.2零點(diǎn)檢測(cè)與可控硅控制電路的設(shè)計(jì).103.3RS485通信電路的設(shè)計(jì).113.4無(wú)線數(shù)傳電路的設(shè)計(jì).133.4.1無(wú)線數(shù)傳電路的連接.133.4.2SRWF-1模塊的特性.144基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).164.1人機(jī)交互程序設(shè)計(jì).164.1.1鍵盤掃描程序設(shè)計(jì).174.1.2LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì).184.2照明啟停控制程序設(shè)計(jì).194.2.1全部啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì).194.2.2單獨(dú)啟停控制程序設(shè)計(jì).214.3照明亮度控制程序設(shè)計(jì).234.3.1全部亮度控制程序設(shè)計(jì).24II4.3.2單獨(dú)亮度控制程序設(shè)計(jì).244.4照明定時(shí)控制程序設(shè)計(jì).254.4.1全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì).264.4.2單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì).274.5RS485通信程序設(shè)計(jì).284.5.1主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì).304.5.2從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì).314.6無(wú)線數(shù)傳通信程序設(shè)計(jì).325結(jié)論.34致謝.35參考文獻(xiàn).36西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11緒論近十幾年來(lái)，隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，樓宇照明也相應(yīng)飛速發(fā)展。在樓宇的照明數(shù)量與質(zhì)量?jī)蓚€(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，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個(gè)性化、安全、節(jié)能等方面日見突出。樓宇中人工光環(huán)境對(duì)于滿足人們的生活、學(xué)習(xí)、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(dòng)開關(guān)來(lái)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(lái)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(jiǎn)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(zhǎng)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(jiǎn)單及降低費(fèi)用外，還對(duì)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(chǎng)總線RS485通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過無(wú)線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，從而達(dá)到照明燈具的智能控制。1.1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(cè)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來(lái)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)稱中央處西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2理單元（CentralProcessingUnit），簡(jiǎn)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(jiǎn)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)。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(duì)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。12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(lái)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RS-232、RS-422、RS-485。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(lái)的RS-422、RS-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起RS-232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(lái)說，RS-232、RS-422與RS-485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RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485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/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)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)镽S-485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EIARS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)。1.3無(wú)線數(shù)傳技術(shù)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(wú)線傳輸方式所取代。無(wú)線數(shù)字傳輸技術(shù)日益完善，其重要性也被人們所認(rèn)識(shí)，相應(yīng)的基于無(wú)線數(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。無(wú)線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便、使用效率高，可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線數(shù)據(jù)采集、無(wú)線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動(dòng)化、高檔玩具等等。無(wú)線數(shù)傳技術(shù)是通過單片機(jī)的串口與無(wú)線數(shù)傳模塊連接，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無(wú)線數(shù)傳模塊向空中發(fā)出，然后由另一個(gè)終端設(shè)備的無(wú)線數(shù)傳模塊從空中接收數(shù)據(jù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的任務(wù)。西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)32基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架與性能21系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)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(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)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(hào)、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KeilC語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)。此編程工具相比匯編語(yǔ)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。22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、無(wú)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2.1所示。該多機(jī)通信系統(tǒng)采用RS-485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(duì)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(lái)的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。西南科技大學(xué)應(yīng)用型自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4圖2-1有線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。主控制器是發(fā)送遙控指令、發(fā)送數(shù)據(jù)信息、接收應(yīng)答信息等，分控制器接收數(shù)據(jù)