智能遥控Word文档格式.docx

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4系统硬件设计9

4.1系统硬件总述9

4.1.1通信系统9

4.1.2上位机系统9

4.1.3下位机系统10

4.2主控制器的电路设计11

4.2.1矩阵键盘部分12

4.2.27805稳压电路12

4.2.3系统复位与晶振电路13

4.2.4时钟芯片设计13

4.3分控制器的电路设计14

4.3.1光信号取样电路14

4.3.2TLC1549的接口设计15

4.4MAX232通信电路的设计15

4.5红外通信设计16

4.5本章小结17

5系统软件设计18

5.1系统总框图18

5.2人机交互程序设计18

5.2.1键盘扫描程序设计18

5.3照明启停控制程序设计20

5.3.1全部启停控制程序设计20

5.3.2单独启停控制程序设计20

5.4RS232通信程序设计21

5.4.1主机部分通信程序设计22

5.4.2从机部分通信程序设计22

5.5红外收发器软件设计23

5.5.1红外发射电路主程序设计23

5.5.2红外接收电路主程序设计24

5.6本章小结25

6调试仿真26

6.1仿真软件介绍26

6.2部分功能仿真26

结论30

参考文献31

附录A：

总机电路图32

附录B：

部分源程序33

致谢38

1绪论

1.1研究的意义

近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日益突出。

能源的开发和控制是一个世界性的课题，直接关系到人类的生存和发展。

而电能是应用最广的一种能源方式，也是能源消耗中最主要的组成部分。

目前我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重。

电力紧缺是我国目前面临的一个很严峻的问题：

一方面，为了保证供电，被迫对局部区域实行强制性拉闸限电或轮流供电，给国民生产和生活带来了极大不便；

另一方面，又经常出现无人上班或学习而灯光长明的浪费现象，尤其是在高校教室、图书馆、会议室等公共场所，表现更为突出。

在大力倡导建设节约型社会的今天，节能途径和效率的研究，已经成为一个社会热点和焦点。

因此推行照明节电技术节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。

我国照明用电约占总发电量的25％左右，且以低效照明为主，因此成为终端节电的主要对象之一。

随着现代办公大楼巨型化，工作时间弹性化、人类物质文化生活多样化和人口老龄化，需要营造舒适、便捷、安全、高效的照明环境和气氛，从而促进了照明控制系统向高效节能和智能化的方向发展。

作为人们所拥有的住宅是一个属于私密生活的活动空间，人的一生至少有三分之一的时间是在住宅中度过的。

在这里，人们可以按照自己的习惯和爱好创造一个既舒适又温馨的环境，使劳累的人们可以在自己的家里放松和调节自己的精神和情趣，以得到更好的休息。

因此，家庭照明在人类生活中起到了十分重要的作用，追求家庭室内照明的实用性和艺术性的统一已然为时尚。

所以家庭室内照明系统设计是今后家庭电器设计的一个主要研究方向。

1.2研究方式

智能遥控照明系统由照明装置及电器部分组成。

照明装置主要是灯具，照明装置的电器部分包括照明智能控制部分、照明线路及照明配电盘等。

照明的基本功能是创造一个良好的人工视觉环境。

在一般情况下是以“明视条件”为主的功能性照明。

随着微电子技术的不断发展。

单片机的应用越来越广，照明控制技术面临革命性的变革，主要有三大趋势：

电子化，网络化，集成化。

传统的照明是按需分线，用机械开关通、断电源，这样系统固定后无法再改动，若要实现复杂的控制要求就更难。

而随着大量智能楼寓的推出，管理人员和住户对照明系统提出了许多个性化要求，这就需要有新的照明控制技术的引进。

传统照明的特点是电源线与控制线重叠，不存在控制信息流的概念。

智能照明控制系统与传统照明控制系统相比，在控制方式、照明方式、管理方式以及节能方面等均有不少优点。

首先，在控制方式和照明方式上，传统照明控制采用手动开关，只有开和关，而且只能一路一路地开和关。

而智能照明控制采用调光模块，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果，营造不同的舒适的视觉氛围。

在控制上采用红外遥控信号控制，控制方式多、功能强、范围广，自动化程度高。

其次，智能照明控制系统由于使用了自动化照明控制，智能利用光照以及通过网络，只需一台计算机就可对整个大楼的照明实现合理的能源管理自动化，不仅减少了不必要的耗电开支，同时也降低了用户的运行维护费用，在节能方面可比传统照明控制节电20％以上。

另外，在智能照明控制系统中，由于可通过系统人为地设置电压限制，可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具，延长灯具使用寿命的作用。

基于单片机设计的室内智能遥控开关，主控制器通过键盘输入和热红外感测收集信号编译后由红外遥控发射数据，遥控接收数据后送至分控制器单片机接收数据并交给单片机做数据处理，从而控制灯光电路以实现智能遥控功能。

2方案设计与论证

传统开关方式采用翘板开关。

现在一些简单的节能开光采用声控或者光控，声控方式在家庭照明中并不实用，而其它的开关方式各有各的优点和缺点，在家庭照明中可以综合利用，实现家庭照明的人性化与智能化。

2.1翘板开关控制方式

翘板开关控制方式是以翘板开关控制一套或几套灯具的控制方式，是采用最多的控制方式。

在卫生间、厨房、浴室门口设置单控开关进行控制。

这种控制方式结构简单，控制方便，但也存在线路繁琐、维护量大、线路损耗多等缺点。

2.2光控装置控制方式

光电控装置采用光电探测器对照明系统进行控制。

光电控制器的选择要注意光线的影响因数，如日照、天气情况，一般采用光敏电阻。

光敏电阻一般在房屋的四周合理布置，尤其是对室内光线变化较大的地方，要求输出状态相对稳定，工作点漂移值小。

由于采样装置对光线的反映具有一定的延迟性，当光源变化时光控输出出现不稳定性，因此应设计电压稳定、信号输出延迟电路。

延迟电路采用积分电路实现，延迟翻转时间大于输入信号抖动时间，为保证第一次干扰后，延迟电路没有及时放电出现新的干扰，在第一次触发电路翻转后对翻转值进行嵌位，嵌位电平与延迟电路输出信号比较，当嵌位模块的输入电平低于规定值时，反馈比较电路触发电路翻转，输出控制信号控制电源。

光控制方式局限性较大，便捷性较差，不适合在家庭照明中独立使用，可以配合其它方式共同使用。

2.3智能遥控方式

2.3.1灯光的遥控

目前灯光的遥控技术常采用红外线遥控、无线电遥控等，通常把发射控制元件安装在精致小巧的遥控器内，接收器安装在室内便于接收信号的部位。

红外线遥控优点：

①抗干扰性强，随着工业化的步伐越来越快，各种电器产生电波相互交叉，如果使用电波遥控，不仅会受到其他电器的干扰，也会干扰其他电器正常运行。

②体积小，现在的红外一体化的接收头将红外接收管和放大电路封装在一起，体积非常小，稳定性和寿命大大加强。

③低功耗，体积的减小必然带来功耗的降低，普通的5号电池就可以给它长期供电。

④成本低，体积小直接导致了红外接收头的成本降低，再加上国内各红外接收头生产厂家价格竞争激烈，现在红外接收头一般都在2元以下。

⑤灵敏高，为了适应红外遥控在各领域的应用，红外接收头的芯片厂商已经将红外接收头的灵敏度做到一个很高的程度，遥控距离可以达到50米以外。

红外遥控足以满足家庭照明遥控需求。

2.3.2单片机遥控控制灯光系统

传统的照明控制已跟不上潮流，失去竞争能力。

例如室内原来采用的灯光控制系统产品，房间的电视、台灯、地灯、鱼缸照明、夜灯、廊灯、吧台灯等开关与床头灯调光开关由于开关较多，想开灯时必须先看清开关下面的标记才能正确开灯，有时为开一盏灯竟把所有的开关都按了一遍，使用时极为不便。

现在大多数都采用微动开关轻触式集中控制面板。

虽然较以前直观，但是开关多且固定仍不是十分方便。

而采用AT89C51单片机将原来固定的机械式开关改用遥控控制，这样一个遥控器就可以控制整个房间的灯光开启，电源控制箱可以放在床头柜内。

遥控器在放置在床头柜上，可以任意移动。

美观且实用。

第四种方案采用两个单片机利用遥控技术进行远程遥控控制，而且非常简单（硬件部分）、使用范围广。

为此本设计将选用第四种方案。

3单片机简介

3.1单片机简介

单片机是一种集成电路芯片。

它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

所以说，一片单片机芯片就具有了组成计算机的全部功能。

由此来看，单片机有着一般微处理器（CPU）芯片所不具备的功能，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。

然而单片机又不同于单板机（一种将微处理器芯片、存储器芯片、输入输出接口芯片安装在同一块印制电路板上的微型计算机），单片机芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果对它进行应用开发，它便是一个小型的微型计算机控制系统，但它与单板机或个人电脑（PC机）有着本质的区别。

单片机的应用属于芯片级应用，需要用户（单片机学习者与使用者）了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使该芯片具备特定的功能。

单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。

根据目前发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。

①通用型/专用型这是按单片机适用范围来区分的。

例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种专用途设计的；

专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的，例如为了满足电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

②总线型/非总线型这是按单片机是否提供并行总线来区分的。

总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接，另外，许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内，因此在许多情况下可以不要并行扩展总线，大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机称为非总线型单片机。

③控制型/家电型这是按照单片机大致应用的领域进行区分的。

一般而言，工控型寻址范围大，运算能力强；

用于家电的单片机多为专用型，通常是小封装、低价格，外围器件和外设接口集成度高。

显然，上述分类并不是惟一的和严格的。

例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。

单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，例如通信产品、家用电器、智能仪器仪表、过程控制和专用控制装置等等，单片机的应用领域越来越广泛。

3.2芯片选用说明

3.2.1AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51引脚如图3.1所示。

图3.151系列单片机40引脚图

3.2.2引脚功能说明

1　VCC:

电源。

GND:

接地。

2　P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；

在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

3　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）具体如表3.1所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

表3.1P1口的第二功能

引脚号

第二功能

P1.0

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5

MOSI（在系统编程用）

P1.6

MISO（在系统编程用）

P1.7

SCK（在系统编程用）

4　P2口：

5　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3.2所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

6　RST:

复位输入。

晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

表3.2P3口第二功能

P3.0

RXD（串行输入）

P3.1

TXD（串行输出）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

P3.4

T0（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器写选通）

7　ALE/PROG：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

8　PSEN:

外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。

当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

9　EA/VPP:

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。

为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。

在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

4系统硬件设计

4.1系统硬件总述

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、光信号检测电路、红外通信电路、键盘、显示器、灯光控制。

如图4.1所示。

灯光

光信号检测

红外控制信号发射

AT89C51

主机

从机

红外控制信号接收

串口

LED显示器

键盘

图4.1系统硬件总述图

系统的结构主要由三部分组成：

（1）上位机系统；

（2）下位机系统；

（3）通信系统。

这三部分共同完成了主控制器通过有线通信方式与分控制器进行信息交换，达到控制照明灯具的目的。

4.1.1通信系统

该多机通信系统采用RS-232半双工主从式通信系统，主机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。

有线通信系统的结构框图如图4.2所示。

图4.2有线通信系统结构框图

4.1.2上位机系统

系统的主控制器通过RS-232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4.3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4.3主控制器硬件电路结构框图

4.1.3下位机系统

分控制器硬件电路结构如图4.4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。

图4.4分控制器硬件电路结构框图

通过对典型多变的教室灯光控制分析，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4.1所示。

表4.1系统逻辑关系表

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