照明控制器設(shè)計(jì)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 照明控制器設(shè)計(jì) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：201-2011.07.03課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)測(cè)控082課程設(shè)計(jì)題目照明控制器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)公共場(chǎng)所照明設(shè)備控制器，具有以下功能：l 檢測(cè)室內(nèi)光照度，檢測(cè)結(jié)果由顯示器顯示l 可按鍵輸入設(shè)定的室內(nèi)光照度范圍（光照度下限上限）l 可根據(jù)光照情況自動(dòng)開關(guān)照明設(shè)備，當(dāng)光照小于設(shè)定的光照下限時(shí)，打開照明設(shè)備，當(dāng)光照大于設(shè)定的光照下限時(shí)，關(guān)閉

2、照明設(shè)備技術(shù)參數(shù)1. 光照范圍 010000 LX；精 度 ±4%；2. 照明設(shè)備數(shù)量8設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容：光照檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤顯示電路、照明設(shè)備控制電路等硬件電路及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)；2. 硬件電路圖應(yīng)采用繪圖軟件繪制，所用器件型號(hào)、參數(shù)標(biāo)注完整；3. 對(duì)各功能電路的設(shè)計(jì)說明應(yīng)指出所選器件型號(hào)、本設(shè)計(jì)中引腳的連接方法、芯片（端口）地址、外圍器件參數(shù)，并說明工作過程；4. 軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)按照系統(tǒng)軟、硬件功能的劃分說明系統(tǒng)軟件的功能、主程序流程圖及工作過程說明、主要程序模塊流程圖等，要求程序結(jié)構(gòu)完整，應(yīng)有變量及端口地址定義，應(yīng)編譯通過全部或部分程序模塊。進(jìn)度

3、計(jì)劃1. 查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案、繪制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖、劃分軟硬件功能（2天）2. 設(shè)計(jì)光照檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換電路（1天）3. 設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤顯示電路（1天）4. 設(shè)計(jì)照明設(shè)備控制電路，完成系統(tǒng)硬件整體電路圖繪制（2天）5. 編寫、調(diào)試系統(tǒng)程序（3天）6. 修改設(shè)計(jì)說明書、準(zhǔn)備答辯（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要本文介紹了基于AT89S52的照明控制系統(tǒng)及其原理。設(shè)計(jì)包括光敏電阻采集電路，LED顯示電路，鍵位控制和繼電器控制等電路。通過這些電路完成光照范圍

4、010000 LX，精 度 ±4%下的照明控制。單片機(jī)通過繼電器控制照明設(shè)備的打開或者關(guān)閉。單片機(jī)通過光照檢測(cè)電路對(duì)照明設(shè)備周邊亮度進(jìn)行檢測(cè)，如果亮度滿足生活需要?jiǎng)t保持照明設(shè)備的關(guān)閉狀態(tài)；如果亮度不夠則單片機(jī)立刻控制照明設(shè)備打開。照明設(shè)備打開時(shí)，如果某一時(shí)刻光度滿足則再次打開，以此工作。關(guān)鍵詞：光照檢測(cè);單片機(jī);照明控制;精度目 錄第1章 緒論11.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義11.2 國(guó)內(nèi)研究（設(shè)計(jì)）現(xiàn)狀11.3 課設(shè)要求1第2章 課程設(shè)計(jì)的方案32.1 單片機(jī)的選擇32.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)32.3顯示電路42.4照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路42.5 系統(tǒng)總體方案4第3章 硬件設(shè)計(jì)53.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

5、設(shè)計(jì)53.2光照檢測(cè)電路63.3 LED顯示電路63.4 鍵盤接口電路73.5 照明控制電路73.6 A/D轉(zhuǎn)換電路8第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想94.2模塊程序及其流程圖9第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄I12第1章 緒論1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義 近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明的要求也越來越高，傳統(tǒng)的手動(dòng)照明控制系統(tǒng)技術(shù)受到了時(shí)代的強(qiáng)烈沖擊，“智能照明”技術(shù)隨之出現(xiàn)，并迅速地向前發(fā)展。一般來說，手動(dòng)控制系統(tǒng)指的是個(gè)人通過按鈕的切換、旋轉(zhuǎn)、撳動(dòng)或遙控器和其他途徑執(zhí)行操作的單一開關(guān)或一組開關(guān)和調(diào)光裝置構(gòu)成的系統(tǒng)，小規(guī)模情況下，的確具有成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但隨著照明系

6、統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，手動(dòng)控制將失去其成本上的效益。此外，不需要照明時(shí)，是否關(guān)燈完全決定于人為因素，難免浪費(fèi)電力增大能耗，照明范圍越大，問題尤其嚴(yán)重。相對(duì)智能照明控制系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)控制方式簡(jiǎn)單、有效、直觀。但它過多依賴控制者的個(gè)人能力，控制相對(duì)分散和無法有效管理，其實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度太低。正因?yàn)榇耍彰鞯闹悄茏詣?dòng)化研究有著極其有重要的意義。1.2 國(guó)內(nèi)研究（設(shè)計(jì)）現(xiàn)狀目前，縱觀國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的智能照明控制系統(tǒng)，按其通信介質(zhì)主要有總線型、電力線載波型、無線網(wǎng)絡(luò)型等。按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為集中式或分布式。集中式智能照明控制系統(tǒng)主要為星形拓?fù)?，即以中央控制?jié)點(diǎn)為中心，把若干外圍節(jié)點(diǎn)連接起來的輻射式互連結(jié)

7、構(gòu)。各照明控制器、控制面板等設(shè)備均連接到中央控制器（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等末端執(zhí)行單元傳送數(shù)據(jù)包；分布式智能照明控制系統(tǒng)以中央監(jiān)控為中心，組建控制主干網(wǎng)和多個(gè)控制子網(wǎng)，各照明控制器，控制面板等設(shè)備均具有中央處理器CPU單元，每個(gè)控制器和面板都可以直接連接在子網(wǎng)上。1.3 課設(shè)要求 設(shè)計(jì)公共場(chǎng)所照明設(shè)備控制器，具有以下功能：l 檢測(cè)室內(nèi)光照度，檢測(cè)結(jié)果由顯示器顯示 l 可按鍵輸入設(shè)定的室內(nèi)光照度范圍（光照度下限上限）l 可根據(jù)光照情況自動(dòng)開關(guān)照明設(shè)備，當(dāng)光照小于設(shè)定的光照下限時(shí)，打開照明設(shè)備，當(dāng)光照大于設(shè)定的光照下限時(shí)，關(guān)閉照明設(shè)備技術(shù)要求：l 光照范圍 010000 LX；精

8、度 ±4%；l 照明設(shè)備數(shù)量8第2章 課程設(shè)計(jì)的方案 2.1 單片機(jī)的選擇方案一、AT89S52單片機(jī)AT89S52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。方案二、AVR 單片機(jī)1997年,由ATMEL公司挪威設(shè)計(jì)中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術(shù)

9、, 共同研發(fā)出RISC精簡(jiǎn)指令集的高速8位單片機(jī)，簡(jiǎn)稱AVR。相對(duì)于出現(xiàn)較早也較為成熟的51系列單片機(jī)，AVR系列單片機(jī)片內(nèi)資源更為豐富，接口也更為強(qiáng)大，同時(shí)由于其價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，在很多場(chǎng)合可以替代51系列單片機(jī)。由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外圍器件,如外擴(kuò)RAM、ROM存儲(chǔ)器等,使硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化,提高了系統(tǒng)的可靠性。方案三、PIC單片機(jī) PIC 8位單片機(jī)產(chǎn)品共有三個(gè)系列，即基本級(jí)系列、中級(jí)系列和高級(jí)系列。上述的三層次(級(jí))的PIC 8位單片機(jī)還具有很高的代碼兼容性，用戶很容易將代碼從某型號(hào)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)型號(hào)中。其主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機(jī)。該系列單片機(jī)特點(diǎn)如

10、下：方案分析：除了以上幾種單片機(jī)，市場(chǎng)上還有好的其它結(jié)構(gòu)單片機(jī)。如果實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)，基本上上述三種類型的單片機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用AT89S52來實(shí)現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 方案一、采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平，然后直接接入單片機(jī)IO引腳。 方案二、采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值（模擬值），然后通過運(yùn)放后給單片機(jī)輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)。由于光敏電阻屬于純阻性器件，引入后不會(huì)存在對(duì)其它器件造成干擾，而且電路也不復(fù)雜，所以采用此方案。2.3顯示電路為了實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況及各個(gè)參數(shù)，本系統(tǒng)配備顯示外設(shè)。通常單片機(jī)可以配備LCD或LED做為顯示外設(shè)，各

11、個(gè)外設(shè)大多又分為穿行驅(qū)動(dòng)和并行驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式。為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用4位LED做為顯示外設(shè)。2.4照明設(shè)備驅(qū)動(dòng)電路 方案一、采用可控硅控制?？煽毓栌址Q晶閘管，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件。其具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。方案二、采用繼電器控制。繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動(dòng)控制器件。其具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電力保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)、遙控、測(cè)量和通信等裝置中。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可以將其分為電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等

12、型號(hào)。由于電磁繼電器簡(jiǎn)單易用，開關(guān)狀態(tài)極其容易判斷，所以本設(shè)計(jì)采用電磁繼電器來控制。2.5系統(tǒng)總體方案A/D轉(zhuǎn)換光敏電阻 單片機(jī)LED顯示繼電器控制 鍵盤控制 圖2.1 總體方案圖第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89S52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。其應(yīng)用特點(diǎn)：(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。 (2)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。 (3)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 時(shí)鐘電路 AT89S52雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。AT89S52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯

13、片內(nèi)部的振蕩電路，在X1、X2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100pF之間取值。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇12MHZ,電容選擇30pF。圖3.1時(shí)鐘電路復(fù)位電路AT89S52的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所

14、需要的信號(hào)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用6MHZ時(shí)C1取22uF,R1取1K。圖3.2復(fù)位電路3.2光照檢測(cè)電路光敏電阻是利用半導(dǎo)體光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。本設(shè)計(jì)采用GL3516型號(hào)光敏電阻。其亮電阻為5-10K,暗電阻為0.6M。圖3.3 光敏電阻電路3.3 LED顯示電路本設(shè)計(jì)采用LED動(dòng)態(tài)顯示方式顯示倒計(jì)時(shí)等數(shù)據(jù)。所謂動(dòng)態(tài)顯示方式就

15、是要顯示的數(shù)字在LED數(shù)碼管上一個(gè)一個(gè)逐個(gè)顯示，通過位選端控制在哪個(gè)LED上顯示這個(gè)數(shù)字。由于“視覺暫留”原理，人眼看起來它們是同時(shí)顯示出來的。動(dòng)態(tài)顯示方式所用的接口少，節(jié)省了單片機(jī)的管腳。由于端口的問題以及動(dòng)態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設(shè)計(jì)的連接方式上采用共陰級(jí)接法。，首先說段選端，它由LED八個(gè)端口構(gòu)成，通過對(duì)這八個(gè)端口輸入的不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)使得它的顯示不同，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求精度為±4%，所以本設(shè)計(jì)有兩位小數(shù)從左到右是由高到低位排列的。圖3.4 顯示電路3.4 鍵盤接口電路按鍵電路分為獨(dú)立式和矩陣式。相比較而言，獨(dú)立式按鍵需要的I/O口要比矩陣式的需要的I/O要多，獨(dú)立式按鍵一個(gè)按鍵需

16、一個(gè)I/O口，這樣在需要的按鍵比較多的時(shí)候單片機(jī)的I/O口會(huì)不夠用。而矩陣式按鍵則很好的解決了這一問題，矩陣式結(jié)構(gòu)可以使其通過查詢鍵位置來判斷鍵值。 由于本設(shè)計(jì)中涉及到頻率的調(diào)節(jié)，所以必須用到按鍵電路，而本設(shè)計(jì)中涉及的調(diào)節(jié)不是很多，所以本設(shè)計(jì)中共設(shè)有四個(gè)按鍵。 圖3.5 按鍵電路3.5 照明控制電路繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)，在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動(dòng)開關(guān)。圖3.6 控制電路3.6 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)化電路。 亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡(jiǎn)稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)

17、字量的電路。 A/D變換包含三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完成的。 抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過程； 量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過程； 編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來表示。本設(shè)計(jì)采用8位A/D轉(zhuǎn)換器。 圖3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè)基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。4.2模塊程序及其流程圖開始 初始化 光照檢測(cè)光照<設(shè)定值？ 熄滅延時(shí) 點(diǎn)亮 顯示 N Y 圖4.1 主程序流程圖 第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我接觸到了一些以前沒有接觸過的知識(shí)，而且鞏固了一些舊知識(shí)，如電子電路基礎(chǔ)知識(shí)、單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)等，同時(shí)進(jìn)一步提高了我的邏輯思維能力和新知識(shí)接受能力等。這次設(shè)計(jì)基本達(dá)到預(yù)期的目的，但是在其中也遇到許多問題，經(jīng)過查詢資料及老師的指導(dǎo)一一解決。通過這次實(shí)踐