家居照明单工无线控制器的设计与制作定稿.docx

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家居照明单工无线控制器的设计与制作定稿

密级：

NANCHANGUNIVERSITYGONGQINGCOLLEGE

学士学位论文（设计）

THESISOFBACHELOR

（2011—2015年）

中文题目:

家居照明单工无线控制的设计与制作

英文题目：

Thedesignandmanufactureofhouseholdlightingsimplexwirelesscontroller

学院：

南昌大学共青学院

系别：

信息工程系

专业班级：

电子信息工程

学生姓名：

冷聪聪

学号：

8120211013

指导教师：

李任青

二○一五年四月

学士学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

本人签名：

日期：

摘要

在科技迅速发展的今天，人们的生活环境也在发生着巨大的改变，信息化、智能化无时无刻不影响着我们的生活。

智能化的生活方式已经成为人们的主流生活方式，人们对家居家电方面的需求已经从简单的开关控制慢慢向智能控制方向跨进，智能化体现的是更安全，更美观，更舒适的生活环境。

本论文就家居照明智能控制系统做了详细的介绍。

我这个设计是采用AT89C52单片机作为主要控制芯片，其他的各个模块控制着各自的功能，各个模块之间相互联系对系统进行着控制。

同时还对各个模块进行着详细的介绍和说明。

通过自己汇编的软件程序设置了本论文设计之初要实现的一些现象，同时还设置了工作模式。

本设计通过软件和硬件的完美运行，从而使得整个作品能够运行出自己想要的现象，进而实现智能控制的效果，给人们的生活带来了方便，同时能让人们安全使用家电，使人们的生活更安全，更简单快捷。

关键词：

AT89C52单片机;智能控制;传感器

ABTRACT

.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnologytoday,people'slivingenvironmenthasundergonetremendouschanges,informationization,intelligenteveryhourandmomentaffectingourlife.Theintelligentwayoflifehasbecomethemainstreamwayoflife,peopledemandforhomeapplianceshasbeenHomeFurnishingfromsimpleswitchslowlytotheintelligentcontroldirectioninto,intelligentissafer,morebeautiful,morecomfortablelivingenvironment.ThispaperHomeFurnishinglightingintelligentcontrolsystemisintroducedindetail.ThisdesignistheuseofAT89C52microcontrollerasthemaincontrolchip,eachmoduleofothercontrolfunctions,eachmoduleofthelinkagesbetweenthecontrolofthesystem.Atthesametimeforeachmodule,adetailedintroductionanddescription.Throughtheirowncompilationofthesoftwareprogramissetupinthispaperatthebeginningofthedesigntoachievesomeofthephenomenon,andalsosetupaworkingmode.Thisdesignthroughtheperfectoperationofsoftwareandhardware,sothatthewholeworkscanruntheirowntothephenomenon,soastorealizetheintelligentcontroleffect,bringsconveniencetopeople'slife,alsocanmakepeoplesafeuseofelectricalappliances,makepeople'slifemoresecure,moresimpleandquick.

Keywords:

AT89C52MCU; intelligentcontrol; sensor

第1章绪论

1.1课题的背景

使用LED发光器件是低电压，冷光源，光效高，冷光源且低功耗的巨大优势，使用红外无线遥控有着使用安全，可靠，便于维修的特点。

在中国的电力消费总量为照明的12％。

目前，照明在许多公共建筑大多是用在照明控制人的手动开关，所以经常会出现没有时间切换的现象，造成了很多不便使用和大量的能源浪费的。

该系统可能已经增加了使用中的电源供电效率可以缓解压力，节省能源峰值在下起的双重作用。

本文充分利用单片机的各项功能和其他各项控制模块电路，随着单片机在家居家电方面的广泛应用和迅速发展，也使得智能家居成功地走进了人们生活中，在家电控制方面体现的尤为突出，同时也在环保，安全，低耗方面有着各自的运行。

同时也深入到各个行业人们的生活，运用的领域有医学，艺术，教育，军事，家电，文化等各个方面，进行了一次巨大的数字技术革命。

存储器芯片计算机，定时时，中央处理单元和各种微型计算机接口被集成到单个集成电路芯片上。

因此，智能家居是应用最广泛的改善了我们的日常生活。

本文介绍了基于最小单片机基础上设计和制作出来的家居照明单工无线控制系统。

系统是用最小单片机进行一个主控制的，分文单片机系统和其他电路。

工作中，根据人的需要开启或关闭开关，而微控制器根将根据通过控制电路，这将能够实现照明控制，以节省能源的LED照明设备的信息进行操作。

1.2国内外研究现状

随着网络技术的发展，人们对智能家电的认识不断增加。

目前，有一个高能耗的现象不少国内几个智能建筑的效率低。

在许多智能建筑照明系统，光的许多地方往往是不相关的，无论是房间或走廊，如果任何人，无论有多少人。

或者，当自然采光度好，光不能被关闭;相反，当自然光照难以满足人们的需求，并且不能打开灯光。

在当今的技术发展，现代照明不仅要满足人们的学习需求，超越了基本的生活，而且在使用起来更加方便，节约能源，以及满足个性方面的各种人的要求。

增加了近几年在队伍建设工作中使用电脑，为的复杂性和工作的不同视觉需求的数量大大增加。

因此，要实现节能减排，合理，经济的，它应该需要先进的技术和产品，如灯具，光源，照明控制系统。

因此，在各种个人和工作需要面对，智能照明系统结合了自动调整和手动调整就能成为一种趋势。

1.3课题研究的内容

该系统的最大优点应该是节能。

在公共区域的的一些照明系统，白天关灯夜间开灯，是人工控制的，难免不能按时开关。

但是，采用智能控制系统之后，我们就不用人为地来控制着照明的开关，同时，在不同的场合下我们就能做出不同的调整，比如平时的时候，你可以把不需要的灯关闭，在人口高峰期就可以开更多灯来照明，这样就能有效的利用资源，节约了大量的能源，可以实现多种不同的操作模式在工作场所的照明控制系统，具有智能化控制。

合理正确的选择灯具，光源和强大的性能的照明控制系统，照明质量可以得到改善。

AT89C52单片机作为主要控制芯片，其他的各个模块控制着各自的功能，实现了红外控制，使用二极管对电灯进行模拟照明，根据不同的输入数字指令（0-15），在数码管电路中显示输入的数字指令（0-15）按照预先设计好的程序，对应的LED工作。

第2章方案比较与论证

2.1遥控无线设计方案论证

方案一我们现在家庭中用得最多的的遥控器就时红外线遥控器。

这种红外线遥控器制具有制造成本低，稳定性很高，还不会需要其他的设置。

如果我们的红外线遥控器出现问题了，我们也可以够很轻易地买到一个新的遥控器。

然而因为红外线信号时没有加密程序的，在一个地方如果出现很多台一样的电视，那么在用同一个遥控器的时候就会出现同时遥控多台电视的情况发生，这就会给我们带来不方便。

方案二蓝牙遥控通过配对的方式进行连接的，是一个完全独立的信号传输通道，就可以避免了其他设备之间无线信号的相互干扰了。

还有因为蓝牙信号传输加密性是非常不错的，所以我们就不用担心有人来获取我们传输的信号了。

但从实际运用方面来说，蓝牙遥控器也存在着比较多的问题的，比如说第一次用时候是要手动将遥控器和使用设备进行配对的，设备使用延迟性比较高，制作成本也是比较高的等等。

2.2显示电路设计方案论证

方案一选用LED数码管来实现显示，因为数码管电路是采用数字芯片74HC595来驱动的，具有结构简单、稳定性很高、容易显现出来。

方案二选用现在市场上字符液晶很大一部分是基于HD44780液晶芯片的。

具有成本高且不易于显现。

2.3系统方案论证

根据以上的方案的比较论证之后，遥控电路就选择红外无线遥控，因为红外无线遥控器具有制造成本低，稳定性比较高，并且不用进行其他的设置，用起来很简单易懂。

发光电路就选用LED来显示相应的数字输入。

这个方案是用最小单片机系统AT89C52和其他的模块，红外无线遥控器是用来发射数据，通过红外接收管来接收，数据进单片机处理后就会在LED数码管中显示，并确认显示的数据为输入数据时。

第3章课题总体方案设计

3.1设计任务

设计并制作一台无线单工家居照明的控制器。

3.2设计功能与要求

以单片机或手机等终端为主控平台，采用无线数据传输的方式实现对家居照明灯的智能控制，要求控制对象可以是家居普通白织灯、灯管或LED节能灯等，要求平台具有通用性。

1、室内无线控制距离5m左右。

2、家居照明灯的数量可以无限增加，样机设计控制的灯数不少于8个。

3、发挥部分：

能够根据环境光线，自动调光，自动改变照明灯的输出功率，实现真正的节能，达到真正的智能护眼功能。

3.3设计的整体框图

图3.3整体设计图

第4章系统的硬件设计

4.1系统硬件的整体设计与基本组成

采用单片机AT89C52，复位电路，红外遥控发射与接收电路以及数码管显示驱动电路，晶振电路组成的系统，其系统硬件总体设计框图和电路原理图如图4.1.1和4.1.2所示:

图4.1.1总体系统图

图4.1.2电路原理图

4.2系统各部分电路设计

4.2.1复位电路

单片机的复位电路是把电路初始化，复位的持续时间要在两个机器周期以上，本设计采用上电复位，51系列单片机是为高电平复位，电阻电容构成的复位电路是保证单片机通电时有足够的时间复位，然后能够回到正常的工作状态。

图4.2.1复位电路图

4.2.2红外发射与接收电路

该系统的遥控器是用无线红外线来实现的，红外控制分为两个部分，一个是发射，一个是接收。

产生信号的和我们家庭里普遍都有的电视遥控器差不多的红外遥控器，如图4.2.2-1，按下这个遥控器的键后，就会有信号发出且按的不同的键就会有不同的现象产生。

　　此遥控发射信号采用的是可以改变的串行码，其宽是0.656、相隔是0.65、一个周期是1.225的组成表示‘0’；其宽是0.656、相隔1.765、一个周期为2.15的组成表示‘1’。

　　上面所说的0和1形成的32位码由39KHz的频率再调制一次，接着就经过二极管向空间发出红外线。

我们普通家庭里使用的电视遥控器是由二进制32位码形成的，之中有16个是用来识别的，就能分出那些不同遥控器，这样就能有效的阻止其他遥控器间的相互影响。

还有16位一半是操作码一半是其反码，作用是对数据进行分析以能够准确接收。

图4.2.2-1红外发射遥控器

其接收部分是根据其系统和一个红外接收元件形成的。

红外接收元件的电路是集成的，所以不需要其他的电路，是电路包含在其中的，如图4.2.2-3所示。

里面的电路是由放大器、滤波器二极管等组成的。

其工作是先由红外监测二极管再到放大器和限幅器然后把信号带人带通滤波器接着进入比较器里，就会有还原的波形信号出来的。

图4.2.2-2红外接收头及电路图

4.2.3光敏电阻电路

在此系统中光敏电阻的作用是使光和电能够相互转换，利用光敏电阻的工作原理可以实现光电效应。

光敏电阻阻值是根据光照亮度来决定的，光照越大电流也会越大。

光敏电阻其实就是一个电阻元件，所以可以随便加各种电流，既可以

加直流也可以加交流电。

图4.4.4光敏电阻实物及电路图

4.2.4数码显示驱动电路

数码管就是显示数字的发光管，也可以叫做LED数码管，虽然叫法不同但其实是一个相同的元件。

数码管发光二极管单元来说可以分成7段和8段管，7段管相对于8段管少一段二极管，说白了就是多了一个点，因为这个点就可以更能得到想要的数字出来，能显示更多内容；还有一种分法是按显示多少来分的，可以分为1-7位数码管。

数码管驱动是用单片机驱动的。

图4.4.5数码管引脚及驱动电路图

4.2.5晶振电路

这个电路的作用是能发出一个时钟信号而这个信号是这个51式单片机需要的，这个单片机原则上来说就是比较难理解的时间同步电路，为了能够有这个工作的方式，该单片机在仅有的一个时钟信号的的指令进行运行，能够破坏单片机的速度和稳定性的是时钟的走动的频率。

在一般情况下他是由内外部组成的。

本文的系统运用的是内部时钟方法为此系统供应所需的信号。

AT89C52里面是由形成振荡器的向上增加的反方向放大器，这个放大器的XTAL1和XTAL2俩个脚为出入脚，这俩个脚分别用于晶体振荡器和用于细调的电容，就形成了一个自激励振荡器电路。

本次系统的晶振电路设计如图4.2.5所示。

图4.2.5晶振电路图

4.3单片机AT89C52的介绍

AT89C52微处理器由于宏晶科技企业生产的一种新型微处理器，该微处理器高运行性能、低能耗、高稳定性等诸多优点于一身。

AT89C52可以工作在当晶振为0Hz时系统可以进行静态的逻辑操作，该芯片还支持两种工作模式分别是：

节电模式、空闲模式。

在掉电保护模式下时，RAM里面的数据被保存，振荡器不工作，微处理器内部的一功工作都停止，当检测到外部有事件触发中断或都手动对硬件进行复位为止。

1.主要特性

（1）些处理器可以说是8051的增强型处理器，指令集和8051的指令集是完全兼容的，时钟周期分别是6和12，用户可以用根据自己需要选择.

（2）工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）

（3）工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz

（4）用户应用程序空间为8K字节

（5）片上集成512字节RAM

（6）通用I/O口（32个）复位后为：

 P0是采用了开漏极进行输出，

（7）在线可调试（ISP）/在线可以应用（IAP）：

不需要专门的编译器，无需要专门仿真器，可以了通过串口通讯把你程序直接烧录到处理器内

（8）具有EEPROM功能

（9）具有记忆功能

（10）3个定时计数器（16位）：

即定时器T0、T1、T2

（11）外围一共有四路中断，在断电模式下当检测到外部有事件触发中断时可以唤醒处理器

（12）工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

（13）PDIP封装

2.引脚说明

P0口:

把GPIO.0这组端口设置成高阻抗输入时，就应该对GPIO.0的锁存器相应位置“1”，当用户在对片上闪存进行程序的编写时，GPIO.0就会接收指令数据，当在对程序进行校验时，需要外接上拉电阻，那么此时该端口作为指令数据输出。

P1口：

P1是一个内部上拉电阻的8位I/O口，它的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑们电路。

P2口：

由于片已经集成了上拉电阻的原因，只要对该端口的端口寄存器写“1”就可以。

当芯片内集成的片上存储空间不够用时，此时就要外接存储器来提供更多充足的存储空间，在访问外部存储器时或者是用16位读取外部存储器时，GPIO2端口就为地址的高八位作为输出，在这种状态下GPIO2端口片已经集成的电阻的作用会端口电平置为高电平，使得该端口发送“1”，如果外部存储器的访问地址只需要8位，那么此此时GPIO2端口将会把锁存器里面的内容直接输出到端口处。

在使用闪存和校验编写程序时，GPIO端口就发送一系列的控制信号一接收地址指令。

P3口：

GPIO3端口也是片上已经集成了8位上拉电阻一组双向GPIO端口，此端口的驱动能力与GPIO1， 欲把此端口做为输出时，由于片上已经集成了的上拉电阻的原因，因此只向该端口端口寄存器写在“1”即可。

此外AT89C52的功能很强大的一个原因在于他的引脚有第二功能，拥有第二功能的引脚P3这组端口其中的一些脚中，如下表所示。

在闪存和校验程序编写时，该端口同样可以接收到控制信号。

表P3口第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时／计数器0外部输入）

P3.5

T1（定时／计数器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

除此之外，GPIO3端口还可以用接收某些在闪存程序编写时你及检验控制信号。

RST——系统恢复初始状态输入端口，当振荡器处于工作状态时，如果此端口检测到有高电平输入且维持了两个机器周以上，那么就会使系统复位

ALE/PROG——当片上内嵌的程序储存空间和数据储存空间不够足时，就须在外围电路上外接一存储器来提供足够的空间供程序储存，因此，芯片就需要对外接的存储空间进行访问，ALE（锁存地址允许位），锁存范围是地址的低8位。

正常情况下锁存允许位ALE输出一个固定的脉冲信号，通常情况下时钟频率的1/6就是此脉冲信号的值，所以ALE输出的时钟可以做定时作用。

值得注意的是：

微处理器每次与片外的用来储存数据的存储器进行数据交换时都会跳一个ALE脉冲信号。

在对闪存存储器进行程序编写时，数据锁存允许位还能够在程序编写时输入脉冲，如果有需要可以通软件的方法禁止锁存允许位的操作。

其方法是，通过软件编程操作寄存器SFR，将“1”写入SFR寄存器的8E单元的D0位。

这一位写了“1”以后，只能通过MOVX与MOVC这两条指令才可以把锁存允许位再次唤醒，除此之外，欲要让该处理器执行片外的程序时，那么此时该引脚就会被内嵌的上拉电阻微弱的拉高，另外还应该设置锁存允许禁止无效。

EA/VPP——端口EA维持低电平，值得一提的是，假如B1（加密位）被用户占用，那么当系统复位后系统里面的锁存器端口EA将处于被锁存的状态，如果端口EA接在电源正极，处理器将执行片上集成的ROM内的指令，在闪存程序编写时，此端口接在+12V电源的正极才允许编程，因此这个器件的编程电须是+12V才可以。

图4.3AT89C52引脚图

4.4芯片74HC595

在我们日常工作的时候，我们会遇到有很多的数字来控制的时候，就像同时控制18个发光管的时候，这个时候我们使用的芯片自带的脚就显得有点少了，就需要进行对应的增加管脚了，这众多的办法中就有一个可以使用到我们本作品使用的芯片74HC595来实现了，这个芯片几个级一起用，所以是能通过有限的脚来使得多个输出数字。

74HC595的管脚可分为：

DS、Q0~Q7、Q7′，同时与DS接在一起能让几个级之间相接在一起。

DS：

数据的输入是串行的；Q0~Q7：

8位数据输出是并行的；Q7′：

级和级之间输出的地方，与下一个有关。

SH_CP：

移位寄存器的时钟输入。

ST_CP：

存储寄存器的时钟输入。

MR：

重置（RESET），OE：

输出允许。

对于一个最简单的74HC595应用来讲，可以用Arduino的三个数字I/O端口分别控制DS、SH_CP和ST_CP，然后将MR和OE分别接VCC和地。

74LS595的数据端：

QA--QH:

八位并行输出端。

QH':

级联输出端。

SI:

串行数据输入端。

74LS595的控制端说明：

SCLR:

低电平时将移位寄存器的数据清零。

/SCK：

上升沿时数据寄存器的数据移位。

RCK：

更新显示数据。

/G:

高电平时禁止输出（高阻态）。

4.474HC595芯片引脚图

第5章系统的软件设计

5.1系统软件总体设计程序流程图

这个软件系统设计主要就是写程序，程序写的怎么样能反应系统的完整性、实用性、经济性。

软件程序可分为红外解码程序、LED显示程序阐述。

图5.1系统程序流程图

5.2红外线解码的设计

该解码系统是用红外遥控器，发出的编码是32位二进制码，之中有16个是用来识别的，就能分出那些不同遥控器，这样就能有效的阻止其他遥控器间的相互影响。

还有16位一半是操作码一半是其反码。

此部分的用户识别码是固定的，还有16位一半是操作码一半是其反码。

能够准确解码的重要步骤是怎么样识别0和1，我们可以发现0和1都是0.57低电平开始，高电平不相同宽都也会不同的，所以高电平是区别0和1的关键。

根据以上分析可得出解码程序流程如下：

有信号断了→清零→延时小于0.8→等高电平→延时小于4.5→等再一次高电平→延时0.80→读P3.2脚的值→等第3次高电平→延时0.83→读P3.2脚的值。

解码流程框图见5.2。

图5.2红外解码程序流程图

5.3数码显示设计

数码管的显示程序由定时计数器来设定，既大约200ms后定时计数器就会产生中断，在中断子程序里面，数码管会根据具体情况执行的显示子程序。

显示方式与正常显示一样。

第6章仿真与调试

6.1Protues介绍

Protues软件是英国的一个公司出版的仿真软件。

它的功能非常强大，它不仅有着其他类似软件的仿真效果，也有着为单片机仿真的功能。

它是目前用量最大和功能最好的仿真软件，有着不可替代的影响。

即使在国内使用的人还不是很多，但已经受到相关喜好者的和有关工作单位的以及在单片机者方面的科学研究人员的喜欢。

Proteus是人们最喜欢使用的仿真软件，它的使用方面非常人性化，使用起来也是比较容易，能使一个产品从想象到设计都在上面能够实现。

可以说是目前市场上能将仿真、设计、模型综合在一起的唯一的一个软件。

在编译方面，它也能够适用多种编译。

Protues的仿真能力很强大，他的仿真都基于在理想的状态下，很接近实际的效果，支持多种市场上主流的系列单片机仿真，比如51，AVR系列等等，还提供了丰富的外围接口器件仿真和仿真调试的功能。

这款软件对学习者和研发人员都会起到很好的帮助，有助于提高学习者