基于89c52的教室灯光节能控制器的设计文档格式.docx
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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，从而达到节能的目的。
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89C52单片机为基础，实现了通信、控制与显示等功能。
文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：
键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路以及看门狗电路等。
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LED显示等程序设计。
在本次课程设计中首先是硬件方案的确定，接下来是对系统整体电路中各子模块电路的设计，包括检测电路、A/D转换电路、微控制器的工作电路、显示电路测量电路的设计。
通过不断的摸索，最终实现了对灯光的控制。
第一章总体方案设计
教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。
其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。
教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。
1.1硬件方案论证
对于灯光控制系统来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的基础。
系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设计，硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响。
本系统硬件方案论证包括单片机、灯光控制系统的传感器、通信方式、总线接口及显示电路的选择。
1.1.1微处理器的选择
本系统的主控模块主要采用Atmel公司的AT89C52作为主控芯片，它是一种低功耗，8位CMOS工艺处理器，具有8K在线可编程Flash存储器，片内的Flash可多次编程，为在线编程提供了方便。
片内有128字节的RAM,4KB的EEPROM，由于合理的安排使用片内RAM空间，所以没有扩展的片外RAM，使电路结构简捷。
因为设备的设置参数是根据实际需要进行更改的，又要求是断电能够保存下来，所以本设备用一片EEPR0M来存储系统的设置参数。
1.1.2传感器的选择
根据本设计的要求，该控制系统需要两种传感器：
一种是人体信号采集传感器，另一种是光信号强度采集传感器。
用于人体信号采集的传感器和光信号强度采集的传感器有很多，这里根据设计的要求采用了以下传感器：
一、热释电红外传感器：
热释电红外传感器是一种基于热电效应原理的热电型红外传感器，它是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在已得到越来越广泛的应用。
热释电红外传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。
二、光敏电阻式传感器：
光敏电阻会感应光照强度的变化，自己电阻随着光强度的增加而减小，进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。
传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步将要执行的动作。
光敏电阻是一种非常常用的光电元件。
它可以十分快捷的反正出光照的变化，应用电路也十分的简单、实用。
1.1.3显示器的选择
LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码。
采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。
利用显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每一位显示足够短，则人看到的就是无为数码管同时显示。
在动态显示方式下电路设计简单，故采用此方式。
本系统采用了四位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。
1.1.4通信方式和总线接口的选择
串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。
串行通信的特点是：
数据位传送，按位顺序进行，最少只一需根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。
串行通信的距离可以从几米到几千米。
由于串行通信方式具有使用线路少、成本低、特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用，因此本设计采用串行通信。
在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，是不同的设备可以方便地连接起来进行通信。
当前流行的接口有：
RS-232-C和RS-485。
RS-485总线，通信距离为几十米到上千米时，因此长距离要求时被广泛采用。
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。
RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。
RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。
应用RS一485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
故本系统采用RS-485接口。
1.2系统总体设计
1.2.1系统的设计思路
本系统主要由三部分组成：
（1）上位机系统；
（2）下位机系统；
（3）通信系统。
上位机系统：
系统的主控制器通过RS-485总线将数据或命令发送给分控制器，同时将信息送给数码显示单元进行显示，并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。
主控制器硬件电路结构如图1-1所示。
分控制器接收主控制器的发来的数据和命令，通过可控硅电路对照明灯具进行开关控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。
图1-1主控制器硬件电路结构
下位机系统：
分控制器硬件电路结构如图1-2所示。
系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路只是系统的实施工具，大量的工作是由软件来完成的。
这些程序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是维护系统正常工作的工具。
通信系统：
该多机通信系统采用RS-485半双工主从式通信系统，主可以发送数据或命令到从机，从机主要负责对分布的照明灯具进行控制，用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。
图1-2分控制器硬件电路结构
1.3系统逻辑算法的设计
室内灯光控制系统可以根据作息时间、气候、人体等因素全天候自动模糊控制室内照明电器的开和关。
做到光线暗时开灯，雨天阴天时开灯，无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。
在确保室内正常照明同时，可有效防止无人灯（无人时开灯）﹑无效灯（光线亮时开灯）、无限灯（休息时间开灯），从而达到节电目的。
根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功能表，如表1-1所示：
信号
室内光信号
人体信号
时钟信号
电灯的开关状态
参数
自然光照度
人体
作息时间
逻
辑
状
态
强
无
休息
断
上课
有
弱
合
表1-1
如果假设：
室内光线强度为A：
光线弱时A=1，光线强时A=0；
人体信号为B：
有人时B=1，无人时B=0；
作息时间为C：
上课时C=1，休息时C=0；
电灯开关状态为D：
合时D=1，断开时D=0。
则表1-1可以转化为表1-2：
电灯的开光状况
自然光信号
符号
A
B
C
D
1
由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为：
D=A·
B·
C。
第二章系统硬件单路的设计
本系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：
AT89C51芯片、AT89C2051芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、输出控制电路、定时监视器电路。
2.1主控制器的电路设计
主控制器采用AT89C52单片机作为微处理器，AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。
主控制器系统的外围接口电路由键盘、数码显示及驱动电路、晶振、看门狗电路、通信接口电路等几部分组成。
主控制器系统的硬件电路原理图如图2-1所示：
图2-1主控制器系统的硬件电路原理图
2.1.1系统供电电路的设计
1.电源变压器：
变压器的功能是将220V的交流电变换成整流电路所需要的低压交流电。
2.整流电路：
整流电路的任务是将交流电变换成直流电。
完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用！
将变压器的次级电压变换成单向脉动直流。
因此二极管是构成整流电路的关键元件。
我们现在用到的是桥式整流电路。
在稳压电源中一般用四个IN4007二极管组成桥式整流电路，整流电路的作
用是将交流电压
变换成脉动的直流电压
。
滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压
中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压
与交流电压的有效值
的关系为：
=
在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为：
流过每只二极管的平均电流为：
其中：
R为整流滤波电路的负载电阻，它为电容C提供放电通路，放电时间常数RC应满足：
>
3.滤波电路：
滤波电路的作用是平波，将脉动直流变换成比较平滑的直流。
滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或在整流电路输出端与负载间串联电感器L，以及由电容，电感组合而成的各种复式滤波电路。
我们现在采用的是在负载两端并联电容器C的方法。
由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源电压降低时，就把电场能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用。
4.稳压电路：
滤波电路的输出电压还是有一定的波动，对要求较高的电子设备，还要稳压电路，通过稳压电路的输出电压几乎就是恒定电压。
稳压电源的技术指标分为两种：
一种是特性指标，包括允许的输入电压。
输出电压，输出电流及输出电压的调节范围等；
另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程
度，包括稳压系数，电压调整率，电流调整率，输出电阻，温度系数及纹波电压。
常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。
常用可调式正压集成稳压器有CW
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