單片機的房間自動照明控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計論文

1、山東勞動職業(yè)技術學院畢業(yè)設計單片機的房間自動照明控制系統(tǒng)設計學生姓名： 班級學號： D10電9 B7 院、系、部： 電氣及自動化 專 業(yè)： 電氣自動化 指導教師： 2021年11月 摘 要 隨著電子技術的飛速開展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機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。同時樓宇智能化的開展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的根底。本文闡述了照明的控制方式設計原理與實現(xiàn)方法。以設計過程為主線，分別從硬件和軟件兩個方面描述設計過程，即從硬件電路的設計方法到實現(xiàn)所要求功能的軟件技術。

2、該照明控制系統(tǒng)的控制器分別是以AT89C51 單片機為根底，實現(xiàn)了控制與顯示等功能。文中詳細地描述了控制電路的設計過程，包括：與LCD顯示電路，照明燈控制電路以及看門狗電路等。對于軟件設計主要有控制器、程序設計與燈光控制、鍵盤掃描與LCD顯示等程序設計。該功能是：通過人體釋熱紅外線傳感器，光敏三極管和AT89C51單片機控制的照明燈實現(xiàn)開啟、關閉、調(diào)節(jié)房間亮度功能。關鍵詞：單片機，手動控制，自動控制，人體釋熱紅外線傳感器，光敏三極管目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc200470373 摘 要 PAGEREF _Toc200470373 h I HYPERL

3、INK l _Toc200470375 第一章 緒論 PAGEREF _Toc200470375 h 1 HYPERLINK l _Toc200470376 1.1 系統(tǒng)設計要點 PAGEREF _Toc200470376 h 1 HYPERLINK l _Toc200470377 1.2 系統(tǒng)的結(jié)構 PAGEREF _Toc200470377 h 2 HYPERLINK l _Toc200470378 系統(tǒng)性能指標及技術要求 PAGEREF _Toc200470378 h 3 HYPERLINK l _Toc200470379 1.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200470379 h

4、 3 HYPERLINK l _Toc200470380 第二章 硬件設備的應用 PAGEREF _Toc200470380 h 4 HYPERLINK l _Toc200470381 單片機的應用技術 PAGEREF _Toc200470381 h 4 HYPERLINK l _Toc200470382 人體釋熱紅外線傳感器 PAGEREF _Toc200470382 h 4 HYPERLINK l _Toc200470383 2.3 光敏三極管 PAGEREF _Toc200470383 h 7 HYPERLINK l _Toc200470384 2.4 LCD液晶顯示 PAGEREF _

5、Toc200470384 h 8 HYPERLINK l _Toc200470385 2.5 看門狗MAX813L PAGEREF _Toc200470385 h 11 HYPERLINK l _Toc200470386 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200470386 h 13 HYPERLINK l _Toc200470387 第三章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設計 PAGEREF _Toc200470387 h 14 HYPERLINK l _Toc200470388 3.1 控制器的電路設計 PAGEREF _Toc200470388 h 14 HYPERLINK

6、l _Toc200470389 3.2 LCD液晶顯示設計 PAGEREF _Toc200470389 h 15 HYPERLINK l _Toc200470390 3.3 看門狗監(jiān)控電路的設計 PAGEREF _Toc200470390 h 15 HYPERLINK l _Toc200470391 3.4 光敏三極管采光電路設計 PAGEREF _Toc200470391 h 16 HYPERLINK l _Toc200470392 3.5 人體存在信號采集電路設計 PAGEREF _Toc200470392 h 18 HYPERLINK l _Toc200470393 3.6 電燈的驅(qū)動電

7、路設計 PAGEREF _Toc200470393 h 19 HYPERLINK l _Toc200470394 3.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200470394 h 19 HYPERLINK l _Toc200470395 第四章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的軟件設計 PAGEREF _Toc200470395 h 20 HYPERLINK l _Toc200470396 4.1 功能要求和重點 PAGEREF _Toc200470396 h 20 HYPERLINK l _Toc200470397 4.2 軟件編程程序 PAGEREF _Toc200470397 h 20 HYP

8、ERLINK l _Toc200470398 4.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc200470398 h 22 HYPERLINK l _Toc200470399 第五章 總結(jié) PAGEREF _Toc200470399 h 23 HYPERLINK l _Toc200470400 致 謝 PAGEREF _Toc200470400 h 24 HYPERLINK l _Toc200470401 參考文獻 PAGEREF _Toc200470401 h 25 HYPERLINK l _Toc200470402 附錄 PAGEREF _Toc200470402 h 26 HYPERLINK

9、l _Toc200470403 1 軟件程序 PAGEREF _Toc200470403 h 26 HYPERLINK l _Toc200470404 2 硬件電路圖 PAGEREF _Toc200470404 h 31第一章 緒論近十幾年來，隨著我國城市建設的快速開展，樓宇照明也相應飛速開展。在樓宇的照明數(shù)量與質(zhì)量兩個方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個性化、平安、節(jié)能等方面日見突出。樓宇中人工光環(huán)境對于滿足人們的生活、學習、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開關來控制照明燈具的

10、通斷，或通過回路中串入接觸器，實現(xiàn)遠距離控制。而今出現(xiàn)的樓宇自控系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域控制、定時通斷、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)中并非獨立，同時控制功能簡單，因此使用上有一定的局限性。故當樓宇自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，照明系統(tǒng)亦受到影響。隨著微電子技術與數(shù)字化技術的開展，開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的獨立系統(tǒng)，從而能節(jié)約能源、延長燈具壽命、提高照明質(zhì)量。根據(jù)使用客戶的經(jīng)驗，不僅使照明管理與設備維修簡單及降低費用外，還對環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。本系統(tǒng)是以單片機為控制器的核心，其是以AT89C51為根底，以人體釋熱紅外線傳感器和光敏三極管為信號采集單元,

11、再連接外圍電路，通過單片機通信方式實現(xiàn)照明燈具的智能控制。1.1 系統(tǒng)設計要點照明作為智能樓宇的子系統(tǒng)之一，它對智能樓宇的舒適性、經(jīng)濟性、方便性具有重要的意義。利用人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，可以有效的對房間照明回路的智能控制，防止了照明用電的大量浪費。本設計以AT89C51單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在沒人時教室里燈全關，有人那么進行下步行動，采用光敏三極管構成的電路檢測環(huán)境光的強度光強時燈全關，光一般時燈開兩盞，光弱時開3盞燈；根據(jù)房間合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對房間照明回路的智能控制，防止

12、了教室用電的大量浪費9。在特殊情況下如多媒體教學和電影文學欣賞可以通過手動來控制燈的開關。一號按鈕控制手動與自動，二號按鈕控制燈的開關盞數(shù)按0次沒燈開，按1次開1盞燈，按2次開2盞燈，按3次開3盞燈，按4次后返回到0。在系統(tǒng)設計中設計方法的選用是系統(tǒng)設計能否成功的關鍵。硬件電路是采用結(jié)構化系統(tǒng)設計方法，該方法保證設計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設計不當及時修改，最終到達設計目的10。軟件設

13、計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機，因此使用匯編語言進行開發(fā)。1.2 系統(tǒng)的結(jié)構系統(tǒng)的結(jié)構主要由三局部組成：1單片機控制系統(tǒng)2信號采集處理系統(tǒng)3LCD顯示系統(tǒng)4電燈電源驅(qū)動系統(tǒng)，到達控制照明燈具的目的。圖1.1 結(jié)構示意圖外接的傳感器人體釋熱紅外線傳感器和光敏三極管將信號傳送給單片機后，由單片機控制燈的開關和顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)在單片機的控制之下完成數(shù)據(jù)的處理、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實施工具，大量的工作是由軟件來完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負責完成硬件電路實現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護系統(tǒng)正常工作的工具。首先單片機通過按鈕1判定是

14、自動還是手動，假設是自動那么人體存在信號采集電路和光敏三極管采光電路先后工作判定室內(nèi)是否有人，和室內(nèi)照顧度，單片機再決定是否開燈，開幾盞燈。最后通過LCD顯示開了幾盞燈和關閉了幾盞燈。 手動/自動1自動A 全關B 開2盞燈C 開3盞燈2手動 A 全關 B 開1盞燈 C 開2盞燈D 開3盞燈1.4 本章小結(jié) 本章主要從系統(tǒng)設計要點、系統(tǒng)的結(jié)構、系統(tǒng)性能指標及技術要求三方面對所研究的照明控制系統(tǒng)的設計框架和性能進行了闡述，該系統(tǒng)由一個主控制器與假設干個分控制器組成。系統(tǒng)的設計首先要從硬件方面著手，在繪制出正確的電路圖后，再按功能要求編制出相應的軟件程序，最終要到達所要求的性能指標。第二章 硬件設備

15、的應用電子技術和微型計算機的迅速開展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速開展和廣泛應用，單片機單片微型計算機的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。單片機由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構成微機系統(tǒng)的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成1。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單

16、元Central Processing Unit2，簡稱CPU，是微機的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器2、輸入/輸出Input/Output，簡稱I/O2接口電路以及外部設備即構成單片機的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統(tǒng)進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成完整的單片微型計算機系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。人體釋熱紅外線傳感器人體釋熱紅外線傳感器及紅外線熱釋電傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大局部組成7。敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由L

17、iTaO3制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端那么形成一個等效的小電容。因為這兩個小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負電荷。但這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨特設計之處，因而使得它具有獨特的抗干擾性7。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強波長和溫度的關系滿足m*T=2989um.k其中m為最大波長，T為絕對溫度。人體的正常體溫為3637.5。C，即309310.5K，其輻射的最強的紅外線的波長為m=2989/309310.5=9.679.64um，中心波長為9.65um

18、。因此，人體輻射的最強的紅外線的波長正好落在濾光窗的響應波長714um的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾8。綜上所述，傳感器只對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用。在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩(wěn)定而受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡送。被動式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：在自然界，任何高于絕對溫度零下 273度時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的上下是相關的。在被動紅外探測器中有兩個關鍵性的元

19、件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8到12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的根本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異7。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射反射在PIR上，第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為假設干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以

20、溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10微米左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號8。1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為10微米左右的紅外輻射必須非常敏感。2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥

21、爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。4)人一旦侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過局部鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。5)菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距感應距離，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。優(yōu)點是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點是：容易受各種熱源、光源干擾被動紅外穿透力差，人

22、體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。易受射頻輻射的干擾。環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關系。正確的安裝應滿足以下條件：1、紅外線熱釋電傳感器應離地面2。2、紅外線熱釋電傳感器遠離空調(diào), 冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3、紅外線熱釋電傳感器和被探測的人體之間不得間隔家具、大型盆景、玻璃、窗簾等其他物體。4、紅外線熱釋電傳感器不能直對窗口，否那么窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方7。圖2.1 紅外線熱釋電傳

23、感器工作區(qū)示意圖紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反響最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動那么最為敏感.。在現(xiàn)場選擇適宜的安裝位置是防止紅外探頭誤報、求得最正確檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。2.3 光敏三極管通過對半導體二極管和三極管的學習，我了解了晶體管的根本結(jié)構和工作原理，晶體三極管，是半導體根本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把正塊半導體分成三局部，中間局部是基區(qū)，兩側(cè)局部是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，從三個區(qū)引出相應的

24、電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極?；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。雖然重點學習了晶體管的放大作用，但是我對晶體管的開關作用更感興趣。半導體就像一個開關，可以通過導通與截止來控制電路。半導體通過添加一局部微量元素會使其特性發(fā)生翻天覆地的變化。光

25、敏晶體管就是一種重要的衍生物。視覺是人體最重要的感覺，因此，我覺得通過光來控制電路真是太精妙了，而光敏的二極管三極管恰好就完成這個任務。因為光敏三極管由于還具有放大作用，因此應用比二極管更加廣泛。 光敏三極管用于測量光亮度，經(jīng)常與發(fā)光二極管配合使用作為信號接收裝置。在教室圖書館，很多時候日光燈白天也亮著，在宿舍里面，日光燈經(jīng)常是晝夜不息，同學們對這種浪費已經(jīng)麻木不仁了。有的同學早晨去教室，雖然教室很明亮但還要開燈，雖然一盞日光燈不會浪費多少資源，但積少成多，浪費就是很大了。因此，我們可以在教室安裝一個控制電路，當亮度到達一定程度的時候，使得教室里面和宿舍里面日光燈將無法啟動。我們可以利用光敏三

26、極管附加電磁繼電器來完成這個電路。采光點的選取是一個關鍵，因為并不是每一個教室的明亮程度都是相同的，我們可以采用多點取樣來到達這個要求。例如在20個教室中都安放光敏三極管，我們可以設置，如果他們?nèi)炕蛘叽缶植苛炼榷己芨?，那么，日光燈就無法正常啟動 ，到達節(jié)約能源的目的。還有一種情況，就是如果有一天天空布滿了烏云，亮度不夠，那么日光燈可以開啟了。但是不久云開霧散，天氣放晴，日光燈不會自動關閉。同樣造成很大浪費?？梢栽诓晒恻c所在的教室外面再安裝一個采光點，當室內(nèi)外強度的差值縮小到一定范圍是，我們可以認為日光燈的作用可以忽略了，日光燈就會自動關閉。另外一種情況，如果教室外面正下雨，教室里面日光燈亮著

27、，此時窗外一個閃電，使得外面很亮，日光燈就關閉了，這會造成麻煩。因此要防止這種問題。方法就是在電路中安裝計數(shù)器，使得亮度差維持一定時間才可以使日光燈強制關閉。綜上所述，我們可以利用光敏三極管設計一個電路，使得日光燈無法正常啟動或者被強制關閉從而到達節(jié)約能源的目的。當然，這種方法的可行性從現(xiàn)在看并不是很高，電路要改裝費用可能很高都會影響實施。不過我認為確實可以通過光敏三極管的特性來得到節(jié)約的目的。2.4 LCD液晶顯示1602采用標準的16腳接口，其中: 第1腳：VSS為低電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高，比照度過高時

28、會產(chǎn)生“鬼影，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，

29、每一個字符都有一個固定的代碼，比方大寫的英文字母“A的代碼是01000001B41H，顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A6。它的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。說明：1為高電平、0為低電平指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置指令2：光標復位，光標返回到地址00H指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平那么無效指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，

30、低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置指令8：DDRAM地址設置指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)指令11：讀數(shù)據(jù)DM-162液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，電路如下圖。液晶顯示模塊是

31、一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否那么此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符1602的內(nèi)部顯示地址6。比方第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是：01000000B40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。以下是在液晶模塊的第二行第一個字符的位置顯示字母“A的程序：ORG 0000H；確定具體硬件的連接方式圖2.2 DM-162及1602與AT8

32、9C51連接圖RW EQU P3.6 ；確定具體硬件的連接方式E EQU P3.5 ；確定具體硬件的連接方式MOV P1，#00000001B ；清屏并光標復位ACALL ENABLE；調(diào)用寫入命令子程序MOV P1，#00111000B ；設置顯示模式：8位2行5x7點陣ACALL ENABLE ；調(diào)用寫入命令子程序MOV P1，#00001111B ；顯示器開、光標開、光標允許閃爍ACALL ENABLE ；調(diào)用寫入命令子程序MOV P1，#00000110B ；文字不動，光標自動右移ACALL ENABLE ；調(diào)用寫入命令子程序MOV P1，#0C0H ；寫入顯示起始地址第二行第一個位置

33、ACALL ENABLE ；調(diào)用寫入命令子程序MOV P1，01000001B ；字母A的代碼SETB RS ；RS=1CLR RW ；RW=0 ;準備寫入數(shù)據(jù)CLR E ；E=0 ;執(zhí)行顯示命令ACALL DELAY ；判斷液晶模塊是否忙?SETB E ；E=1 ；顯示完成,程序停車AJMP $ENABLE：CLR RS ；寫入控制命令的子程序CLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETDELAY：MOV P1，#0FFH ；判斷液晶顯示器是否忙的子程序CLR RSSETB RWCLR ENOPSETB E，RETEND程序在開始時對液晶模塊功能進行了初始化設置，約定了顯示

34、格式。注意顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預，每次輸入指令都先調(diào)用判斷液晶模塊是否忙的子程序DELAY，然后輸入顯示位置的地址0C0H，最后輸入要顯示的字符A的代碼41H。2.5 看門狗MAX813L幾乎所有的單片機都需要復位電路，對復位電路的根本要求是：在單片機上電時能可靠復位，在下電時能防止程序亂飛導致EEPROM中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象導致單片機系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機本身的看門狗定時器有些單片機無看門狗定時器外，還需外加個看門狗電路；除此以外，有些單片機系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機能將重要數(shù)

35、據(jù)保存下來，因掉電的發(fā)生往往是很隨機的，因而此類單片機系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時能告知單片機。MAXIM公司推出的MAX813L剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點及使用方法。 MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式，引腳功能如下：第(1)腳為手動復位輸入，低電平有效；第(2)、(3)腳分別為電源和地；第(4)腳為電源故障輸入；第(5)腳為電源故障輸出；第(6)腳為看門狗輸入，第(7)腳為復位輸出，第(8)腳為看門狗輸出。(如圖2.3 所示MAX813L) 圖2.3 看門狗電路圖MAX813L芯片具有以下主要性能特點： 1復位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時，第

36、(7)腳產(chǎn)生復位輸出，復位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復位門限的典型值為4.65V。 2看門狗電路輸出。如果在1.6s內(nèi)沒有觸發(fā)該電路即第(6)步無脈沖輸入，那么第(8)腳輸出一個低電平信號。 3手動復位輸入，低電平有效，即第(1)腳輸入一個低電平，那么第(7)腳產(chǎn)生復位輸出。 41.25V時，第(5)腳輸出一個低電平信號。 MAX813L是一體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復位芯片；它使用簡單、方便。它所提供的復位信號為高電平，因而是應用于復位信號為高電平場合的單片機系統(tǒng)的理想芯片。2.6 本章小結(jié)本章介紹了照明控制系統(tǒng)在智能樓宇中的應用、開展以及所使用的主要

37、專業(yè)技術。它從傳統(tǒng)的方式逐步開展到能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制，使用戶使用起來更加方便、舒適。本文所研究的照明控制系統(tǒng)主要使用了單片機應用技術、有線通信技術和無線數(shù)傳技術。在這里主要對這三種技術的組成、功能、開展以及使用領域等方面進行了簡要的闡述。第三章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設計3.1 控制器的電路設計主控制器采用AT89C51單片機作為微處理器，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準

38、MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器CPU和Flash 存儲單元3。圖3.1 單片機與狗門電路組成的控制電路圖3.2 LCD液晶顯示設計采用AT98C51驅(qū)動一片1602液晶顯示器，使顯示器第一行顯示“OPEN：;第二行顯示“CLOSE：。其中LM016L與1602功能及用法根本相同，只是LM016L上沒有控制背光燈的引腳5。圖3.2所示電路中，1602所在庫類別為“Optoelectronics,子類別“Alphanumeric LCDs (字符型顯示器)。電路中使用了滑動變阻器R5，其所在庫類別為“Resistors，子類別為“Variable(可變的)?；瑒幼冏杵鱎5的阻值應設

39、為10k 。圖3 .2 為顯示電路3.3 看門狗監(jiān)控電路的設計本系統(tǒng)采用MAXIM公司的低本錢微處理器監(jiān)控芯片MAX813L構成硬件狗，與AT89C51的接口電路如圖3.3所示。MR與WDO經(jīng)過一個二極管連接起來，WDI接單片機的P2.7口，RESET接單片機的復位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個復位按鈕接地6。該監(jiān)控電路的主要功能如下：1系統(tǒng)正常上電復位：電源上電時，當電源電壓超過復位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復位信號，使系統(tǒng)復位。2對+5V電源進行監(jiān)視：當+5V電源正常時，RESET為低電平，單片機正常工作；當+5V電源電壓降至+4.65V以下時，RESET輸出高電平，

40、對單片機進行復位。3看門狗定時器被清零，WDO維持高電平；當程序跑飛或死機時，CPU不能在16s內(nèi)給出“喂狗信號，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個內(nèi)部250mA的上拉電流，D導通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復位脈沖，單片機復位，看門狗定時器清零，WDO又恢復成高電平。4手動復位：如果需要對系統(tǒng)進行手動復位，只要按下手動復位按鈕，就能對系統(tǒng)進行有效的復位。圖3.3 看門狗電路圖3.4 光敏三極管采光電路設計通過對光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管的比擬，考慮到靈敏度、可行性、經(jīng)濟性等方面的因素，本課題設計采用光敏三極管作為采光元件，進行對教室里自然光的采集，本課題設計采用3DU5C型號

41、的光敏三極管。光通量的單位，發(fā)光強度為1坎德拉的點光源，在單位立體角1球面度內(nèi)發(fā)出的光通量為“1流明。英文縮寫(lm)。所謂的流明簡單來說，就是指蠟燭一燭光在一公尺以外的所顯現(xiàn)出的亮度。一個普通40瓦的白熾燈泡，其發(fā)光效率大約是每瓦10流明，因此可以發(fā)出400流明的光。40瓦的白熾燈220伏時，光通量為340流明。光通量是描述單位時間內(nèi)光源輻射產(chǎn)生視覺響應強弱的能力，單位是流明，也叫明亮度。投影儀表示光通量的單位是ANSI流明，ANSI流明是美國國家標準化協(xié)會制定的測量投影儀光通量的標準，它測量屏幕“田字形九個交叉點上的各點照度，乘以面積，再求九點的平均值，即為該投影儀的ANSI流明。流明值越

42、高表示越亮，明亮度越高那么在投影時就不需要關燈。 ANSI為American National Standards Institute美國國家標準局的縮寫10。應用3DU5C型號的光敏三極管，流明與光生電流之間有著良好的線性關系，0lm0A；100lm5A；200lm10A；300lm15A。光敏傳感器采光電路如圖3.4所示，采用LM339電壓比擬芯片，組成一個三級電壓比擬電路。圖中，取R7=200K，40W白熾燈光照度為強， 約340流明，產(chǎn)生光生電流為 34015/300= 17A產(chǎn)生電壓為3.4V，即為光照度強；25W白熾燈光照度為中， 約250流明，產(chǎn)生光電流為25015/300=12

43、.5uA產(chǎn)生電壓為2.5V，即為光照度中；15W白熾燈光照度為弱，約150流明，產(chǎn)生光電流為7.5 uA ，產(chǎn)生電壓為1.5V，即為光照度暗。所以： 圖中V2取3V，V1取 1.5V，VIN3V 光照度為強，VIN1.5V 光照度為弱，1.5VVIN3V光照度為中。V1，V2通過200K電位器調(diào)節(jié)1/32/3 ，與此不符故要使用電位器R7。4圖3.4 光敏三極管采光電路圖3.5 人體存在信號采集電路設計本課題采用的人體存在信號采集電路的傳感器是HP-208型號的熱釋電紅外人體存在傳感器。HP-208是深圳市浩博特電子研發(fā)和生產(chǎn)的基于紅外線技術的智能產(chǎn)品，它的主要特性如下：，人離開感應范圍那么自

44、動延時關閉高電平，輸出低電平(低0.3V)，其上下電平利于采集；2采用可重復觸發(fā)方式。即感應輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時8秒-15秒后將高電平變?yōu)榈碗娖剑?人體存在傳感器的工作電壓寬為DC3V-DC24V；4人體存在傳感器制作成錐面形狀，感應范圍大，小于140度錐角，感應距離為7米以內(nèi)；5其靜態(tài)電流小于50微安，功耗低；6工作溫度介于-15攝氏度和+70攝氏度之間，適應性強；7靈敏度高，可靠性強。的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號的可靠性，其電路原理圖，如圖3.5所示：圖 人體存在傳感器電路原理圖3.6 電燈的驅(qū)動電路

45、設計單片機發(fā)出信號通過7404來給光電耦合器MOC3021來控制續(xù)電器接通與斷開,從而控制電燈的開關。光電耦合器能將強弱電隔離，抗外界干擾。共有3盞燈，房間最前的一盞燈與P2.0口相連；房間中間一盞等與P2.1口相連，最后一盞燈與P2.2口相連。圖3.6 電燈的驅(qū)動電路原理圖3.7 本章小結(jié)本章詳細地闡述了系統(tǒng)硬件局部的設計過程，控制電路和其外圍的一些硬件設施電路，其中包括：看門夠電路；LCD顯示電路；人體存在信號采集；光敏三極管采光電路設計；電燈驅(qū)動電路。這些電路能完成房間自動照明功能。檢測/放大/比擬電路能夠檢測房間里有沒有人和房間的光照度并把所檢測的信號進行處理后傳送給單片機?？刂齐娐穼?/p>

46、會根據(jù)傳入的信號控制電燈的開關，同時顯示器將顯示燈所開的盞數(shù)。第四章 基于單片機的照明控制系統(tǒng)的軟件設計軟件是計算機系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件計算機不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計算機中的地位，而在計算機控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設備的功能是由軟件來定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過單片機內(nèi)部程序來完成控制功能，通過軟件定義按鈕功能，通過編程完成LCD液晶顯示顯示等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個重要組成局部。4.1 功能要求和重點本設計以AT89C51單片機作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在沒人時教室里燈全關，有人那么進行下步行動，采

47、用光敏三極管構成的電路檢測環(huán)境光的強度光強時燈全關，光一般時燈開兩盞，光弱時開3盞燈；根據(jù)房間合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對房間照明回路的智能控制，防止了教室用電的大量浪費。在特殊情況下如多媒體教學和電影文學欣賞可以通過手動來控制燈的開關。一號按鈕控制手動與自動，二號按鈕控制燈的開關盞數(shù)按0次沒燈開，按1次開1盞燈，按2次開2盞燈，按3次開3盞燈，按4次后返回到0。因為放大電路和比擬電路中有滯環(huán)效果所以不必在程序中考慮設置滯環(huán)。在單片機接收每一信號時要延遲3ms與下一信號比擬以防突變。按鈕的情況也是如此。當房間里沒人燈全關時要延遲30s關燈。LCD

48、液晶顯示要及時無誤的顯示燈所開的盞數(shù)。4.2 軟件編程程序如圖4.2為整個程序流程圖，首先給狗門電路喂狗防止出現(xiàn)死機的情況。由按鍵1被按次數(shù)R1判斷是自動還是手動按鍵按一次R11時程序進入手動狀態(tài)，按鍵按零次R10時程序那么進入自動狀態(tài)，假設按兩次就會返還到R10的狀態(tài)。自動時單片極會由人體存在信號采集電路和光敏三極管采光電路的信號決定是否開燈，開幾盞燈。手動時單片時機由按鍵2所按的次數(shù)R0決定開燈的盞數(shù)按0次全關，案1次開一盞，按2次開兩盞，按3次全開，按4次那么返還到按0次的狀態(tài)。最終通過LCD液晶顯示開燈的盞數(shù)和關燈的盞數(shù)。P2.0引腳接1號燈教室里最前面的燈，P2.1引腳接2號燈教室里

49、中間的一盞燈，P2.2引腳接3號燈教室里最后一盞燈。全開時P2=00000111B,開兩盞燈時教室前后兩盞P2=00000101B,開一盞燈教室中間的一盞P2=00000010B,全關時P2=00000000B。圖4.1 程序流程 手動控制由P1.6引腳處的按鈕被按次決定手動和自動，R1=0時自動，R1=1手動控制，R1=2后返回到P1.6=0的情況。R1=1手動時按鈕2被按的次數(shù)R0決定開燈的盞數(shù)R0=0全關，R0=1開一盞燈，R0=2開兩盞燈，R0=3全開，RO=4后返回到R00的情況。單片機收到信號后將一些情況處理，再給P2賦值。 自動控制=的情況給P2口附值。P1.1,P1.2為0，0

50、表示教室里光線很暗要把燈全翻開那么給P2口附00000111B的值；P1.1,P1.2為0，1中等強度的光開兩盞燈給P2口附00000101B的值；P1.1,P1.2為1，1關線強那么把所有的燈關了給P2口附00000000B的值。 顯示程序采用LCD液晶顯示，程序每次執(zhí)行給P2口附值后就給R3附值所要開的燈盞數(shù)。執(zhí)行完開關燈程序后調(diào)用顯示程序。顯示兩行，第一行顯示“OPEN:#R3”,第二行顯示“CLOSE:#R4”R4關閉燈的盞數(shù)。4.3 本章小結(jié)本章主要闡述了照明控制系統(tǒng)的軟件設計，該系統(tǒng)的軟件程序主要由照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明手動/自動控制程序、顯示程序、控制程序等組成

51、。在這里分別對每個子程序的工作流程、工作原理以及過程都做了詳細的論述。第五章 總結(jié)本文研究了基于AT89C51單片機的智能照明控制系統(tǒng)的設計原理與實現(xiàn)方法，包括硬件設計與軟件設計。首先根據(jù)設計要求用Protel DXP軟件繪制出原理圖，然后依據(jù)原理圖選擇元器件，在實驗板上布置元器件并連接線路，對硬件電路進行測試，檢查串行口是否選錯，測量電源是否正常，復位電平是否正確，單片機是否正常工作等等。接著就要按照功能要求編制程序，這里采用匯編語言編程工具，需先根據(jù)要求劃分模塊，優(yōu)化結(jié)構；再根據(jù)各模塊特點確定何為主程序，何為子程序，何為中斷效勞程序，相互間如何調(diào)用；再根據(jù)各模塊性質(zhì)和功能將各模塊細化，設計

52、出程序流程圖；最后才根據(jù)各模塊流程圖編制具體程序。如果使用在現(xiàn)場環(huán)境中必然存在干擾的問題，所以抗干擾與可靠性設計就顯得尤為重要。雖然系統(tǒng)已經(jīng)考慮了可靠性設計問題，如看門狗技術、光電耦合等在電路設計中的應用，但這也只是針對局部問題做了解決，一些詳細的設計還有待于解決。該系統(tǒng)還只是理論上設計完成，離真正的現(xiàn)場應用還有一定的距離。軟件局部的編制也是力求簡單實用，即本著實用、有效、方便的原那么進行編制。但一個較好的和較完善的應用軟件不是在短時間內(nèi)就可以完成的，它需要不斷的完善和開展，需要我們做大量的工作和時間的檢驗。現(xiàn)在的系統(tǒng)還沒有到達真正的智能化，還需要增加很多新的功能和先進的科學技術，才能到達真正

53、意義上的智能化控制。致 謝 本文是在老師精心指導下完成的，在這幾個月的工作和學習期間，我深深地感到從老師那里學到的不僅僅是知識和技術，更重要的是他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，實事求是的工作作風和高風亮節(jié)的做人品質(zhì)。在此，我向 老師致以最衷心的感謝！參考文獻1 王幸之，鐘愛琴等. AT89系列單片機原理與接口技術M. 北京：北京航空航天大學出版社. 2005:971352 孫涵芳，徐愛卿. 單片機原理及應用M. 北京：北京航空航天大學出版社. 1996:25303 房小翠，王金鳳. 單片機使用系統(tǒng)設計技術M. 北京：國防工業(yè)出版社. 1999:17204 康華光，陳大欽.電子技術根底M . 高等教育出版社.

54、1998:97995 吳金戎，沈慶陽等. 8051 單片機實踐與應用M. 北京：清華大學出版社. 2002:1171246 何立民，MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計M北京：北京航天航空大學出版社.2001:80897 趙玉安.人體熱釋電紅外傳感器介紹J:11138 俞海珍，李憲章，馮浩.熱釋電紅外傳感器及其應用J. :52609 張振昭，許錦標.樓宇智能化技術M. 北京:機械工業(yè)出版社.2:323210 陳濤.照明控制與自動化系統(tǒng)的完美結(jié)合J. :284011 Alley, A. (1996). Dormancy of the one-chip computerrestore to the

55、throne in the operation way and improve anti- interference ability. Japan/USA Symposium on Flexible Automation, 1,193200.附錄1 軟件程序RS EQU p3.0 ；定義引腳變量RW EQUE EQU LCD EQU p0BF EQUcol1 EQU p1.0;有沒有人col2 EQU p1.1 ；光照度COL3 EQUcol7 EQU p1.6;自動/手動？col8 EQU p1.7;手動 EQUORG 0000HLJMP LOOP0LOOP0: MOV r1, #00HMO

56、V R0, #00HMOV R2, #00HLOOP1: LCALL START2;調(diào)用顯示MOV col2.7,#1B ;喂狗MOV b,col7;判斷手動/自動JZ eq1LCALL delay3ms;調(diào)用延遲3ms程序MOV b, col7JZ eq1inc r1;r1=0自動，r1=1手動，r1=2返回r1=0eq1: mow a, r1CJNE a,#01H,STRAT1;自動 CJMP loop3;手動loop2: MOV B, COL1 JNZ START1;有人那么自動 D30S: MOV A,#2790H;沒有人延遲30S關燈 LCALL delay3msMOV col2.7

57、,#1B ;喂狗 DEC A JMP d30s LCALL colse3;3盞燈全關delay3ms: MOV r6,#4H;延遲3ms Y3: MOV r7, #0FFH Y4: NOP DJNZ R7, Y4 DJNZ R6, Y3 RET START1: MOV R1,00H;(COL2,COL3)(0,0)弱光(0，1)中光(1,1)強光 MOV B, COL2 JNZ Colse3;3盞燈全關 MOV B, col3 JZ colse0;3盞燈全開 CJMP colse1;開2盞燈 loop3: MOV B, col8 JZ lloop1;按鈕循環(huán) LCALL delay3ms MO

58、V B, col8 JZ lloop1 INC RO CJNE R0, #4H,lloop1 MOV R0,#00H;R0到4后復原到0 lloop1: MOV A, RO SUBB A,#00H;R0=O全關 JZ CLOSE0 MOV A, R0 SUBB A,#01H;R0=1開1盞燈 JZ close2 MOV A, R0 SUBB A,#02H;R0=2開2盞燈 JZ close1 MOV A, R0 SUBB A,#03H;R0=3全開 JZ close0 close0: MOV p2,#07H;全開 MOV R3, #03H CJMP loop1 close1: MOV p2,#

59、05H;關中間1盞燈MOV R3, #02H CJMP loop1 colse2: MOV p2,#02H;開中間1盞燈 MOV R3, #01H CJMP loop1 colse3: MOV p2,#00H;全關MOV R3, #00H CJMP loop1 START2: MOV R4, #03H SUBB R4, R3 等待空閑子程序，該程序用于檢測1602的狀態(tài)，至到1602進入空閑狀態(tài)時退出 WAIT: MOV LCD, #FFH；令P0做輸入口使用 CLR RS;將RS清0，RW置1 SETB RW CLR ENOPSETB EJB BF, WAITRET 寫入指令子程序，入口參數(shù)

60、為A，A中存儲需向1602寫指令 W-CMD: ACALL WAITMOV LCD, ACLR RS;將RS與RW清0CLR RWSETB E;令E端產(chǎn)生下降沿使指令寫入1602NOPCLR ERET寫入指令數(shù)據(jù)程序，入口參數(shù)為A，A中存儲需向1602寫入程序的數(shù)據(jù)W-DATA: ACALL WAITMOV LCD, ASETB RS;將RS置1，將RW清0CLR RWSETB E;令E端產(chǎn)生下降沿使數(shù)據(jù)寫入1602NOPCLR ERET TAB: DB OPEN:DB R3DB CLOSE:DB R4 MAIN: MOV A,#00000001B;發(fā)送清屏操作指令ACALL W-CMD;清屏