基于单片机的智能照明系统单片机应用.docx

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基于单片机的智能照明系统单片机应用

毕业论文

基于单片机的智能照明系统

作者姓名：

何保林

专业、班级：

电子工程201201

学号：

************

完成日期：

2013年6月15日

郑州大学物理工程学院

摘要

随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。

同时楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。

本文阐述了照明的有线、无线控制方式设计原理与实现方法。

以设计过程为主线，分别从硬件和软件两个方面描述设计过程，即从硬件电路的设计方法到实现所要求功能的软件技术。

该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以AT89C51与AT89C2051单片机为基础，实现了有线通信、无线数传、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、无线数传电路、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与无线数字传输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。

有线通信程序的功能是：

通过RS485主从通信方式，由主控制器发出命令对全部或单个分控制器所控制的照明灯实现开启、关闭、灯光亮度调节、定时控制等功能。

无线数传程序设计的功能是：

通过无线数传模块实现照明灯的无线遥控，同样实现有线方式控制的功能。

关键词：

主控制器，分控制器，单片机，有线通信，无线数传，灯光亮度控制，定时控制

TheControlSystemforLightingBasedon

Single–chipMicrocomputer

Abstrac

Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,thesystemofcontrolbasedonSingle-chipMicrocomputeriswidelyappliedinindustry,agriculture,electricpower,electron,intelligentbuildingandsoon.Microcomputer,asthesubjectandcoreoftheembeddedsystemofcontrol,replacesthetraditionalsystem—electroniccircuit.Atthesametime,thedevelopmentandmaturationoftheintelligentbuildinghaveestablishedthesubstantialfoundationforthepopularizationandapplicationofthecontrolsystemforlightingbasedonsingle-chipmicrocomputer.

Thepaperexpatiatesonthedesigningtheoriesandimplementationmethodofthecontrolsystemforlightingbywiredorwirelesscommunications.Takingthedesigningprocessasmainline,itdescribestheprocessofdesigningfromtworespects—hardwareandsoftware.Inanotherword,thepaperdescribestheprocessfromthemethodofcircuitdesigningtothesoftwaretechnologyofrealizingthedemandedfunctions.ThehostcontrollerofthecontrolsystemforlightingisbasedonAT89C51

single-chipmicrocomputer,andtheauxiliaryonesarebasedonAT89C2051.Thesystemcandomanyjobs,suchaswiredcommunication,wirelessdatatransmitting,controllinganddisplay.Thepaperdescribesthedesigningprocessofthecircuitatlength,including:

keyboardandLEDdisplaycircuit,RS485communicationcircuit,wirelesstransmittingcircuit,controlcircuitoflighting,watchdogcircuit,etc.Thedesigningofsoftwaremainlyincludestheseveralprogramming,suchaswiredcommunication,wirelessdatatransmitting,lamplightcontrolling,timedcontrolling,keyboardscanningandLEDdisplaying.ThewiredcommunicationprogrammingfunctionisthatthroughMaster-slavecommunicationmethodbasedonRS485thehostcontrollersendsorderstotheallauxiliarycontrollersoreachone,including:

turningonlighting,turningofflighting,regulatingbrightnessoflighting,controllingtimedlighting,etc.

Thewirelessdatatransmittingprogrammingfunctionisthatbywirelesstransmitteritrealizeswirelesscontrollingofthelighting,andachievesthefunctionsidenticaltowiredcommunication.

KeyWords:

Hostcontroller,Auxiliarycontroller,Single-chipmicrocomputer,Wiredcommunication,Wirelessdatatransmitting,controllingbrightnessoflighting,Timedcontrolling

引言

随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大。

但由于学校开放型的管理模式，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。

长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。

这种有形和无形的浪费，给校方的水电支出带来了沉重的负担。

学校的水电支出约占全校经费支出的1／4—1／5，电费支出占据较重比例。

能源短缺是21世纪国际面临的新课题。

在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的课题。

所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。

从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。

目前常用的节电方式为手工控制，声控型，太阳能灯等。

手工方式操作起来不灵活，费时费力。

声控型往往判断不准确，不需要的时候也也会经常亮。

太阳能设备投资比较大，且容易受光照强度的影响。

因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。

近十几年来，随着我国城市建设的快速发展，楼宇照明也相应飞速发展。

在楼宇的照明数量与质量两个方面均有显著的变化与提高，特别是随着人民生活水平进入小康水平，楼宇照明水平提高很快，追求人工照明光环境的舒适性、个性化、安全、节能等方面日见突出。

楼宇中人工光环境对于满足人们的生活、学习、娱乐以及工作方面有着重要的意义。

照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。

而今出现的楼宇自控系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。

由于照明控制系统在楼宇自控系统中并非独立，同时控制功能简单，因此使用上有一定的局限性。

故当楼宇自控系统出现故障时，照明系统亦受到影响。

随着微电子技术与数字化技术的发展，开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统，从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。

本系统是以单片机为控制器的核心，其中上位机是以AT89C51为基础，下位机是以AT89C2051为基础，再连接外围电路，通过现场总线RS485通信方式实现照明灯具的智能控制，也可以通过无线数传模块实现无线通信，从而达到照明灯具的智能控制。

1系统概述

1.1单片机的应用技术

电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。

单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。

因此一块芯片就构成了一台计算机。

它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。

单片机由硬件系统与软件系统组成。

硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。

其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（CentralProcessingUnit），简称CPU，是微机的核心部件。

CPU配上存放程序和数据的存储器、输入/输出（Input/Output，简称I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。

软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。

软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。

1.2有线通信技术

在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的。

目前，有多种接口标准可用于串行通信，最常用的接口有RS-232、RS-422、RS-485。

RS232是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。

其后发展起来的RS-422、RS-485是平衡传送的电气标准，比起RS-232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。

但总的来说，RS-232、RS-422与RS-485最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，EIA于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多