完整版基于51单片机的楼体彩灯控制系统毕业设计.docx

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完整版基于51单片机的楼体彩灯控制系统毕业设计

基于51单片机的楼体彩灯控制系统

摘要

 随着社会的进步，人们的审美眼光不断提升，城市的景观建设也备受人们重视。

房地产的崛起让城市的楼层越来越高，单调的混凝土让城市的夜晚变得单调。

然而，伴随着城市越来越多的工程亮化工作的增多，越来越多的城市面积扩大，集中性的维护以及管理城市以及景观的亮化工作也变得越来越迫切，常常有不少城市的楼体亮化或景区的亮化在平常时不愿意开启，只有周末或者在国家法定节假日开启，这样一来更加造成了维护人员的困难。

基于51单片机的楼体彩灯控制系统，其总体架构是由一个51主控板采用80C51和多个51单片机控制节点所组成，主控板通过无线发射模块发射信号给子节点，子节点收到信号后通过MCU的I/O口来控制继电器来实现远程控制楼体彩灯开关，与此同时，子节点单片机将此节点彩灯的开关信号发送给主控板。

其中主控板用来处理复杂的子节点信号，通过内部算法进行实时有效的控制整栋楼甚至是多栋楼的亮灯效果。

伴随着科技的进步计算机在社会各个方面开始大规模应用，单片机随着集成电路的发展越来越便捷，操作更加简单，体积越来越小，功能越来越多，在生活上的应用随处可见。

更是随着智能家居的口号越来越响，单片机和A/D芯片应用更是与日俱增。

如何让楼体彩灯控制智能化，引发了我们的思考。

本文阐述了以MCS-51单片机为核心控制的楼体亮化系统的设计方案。

该设计方案能够智能化控制楼体彩灯，极大的节省了人力成本，并且能很好的实现楼体美化以及很好的广告效果。

关键词：

MCS-51单片机楼体彩灯控制系统无线发射模块

THECONTROLCYSTERMOFFLOORLANTERNBASEDON51MCU

ABSTRACT

Associetyprogresses,people'saestheticvisionofcontinuousimprovement,constructionofurbanlandscapehasattractedmuchattention.Risingrealestatemakethecitymoreandmorehighfloor,monotonousconcretetomakethecityatnightbecomesmonotonous.However,withtheincreasingnumberofurbanlightingengineeringworkincreased,moreandmorecitiesexpandtheareaofconcentrationofmaintenanceandmanagementofurbanandlandscapelightinghasalsobecomemoreandmoreurgent,andoftenthereisnotHouseofthecity'slesssceniclightinglightingorunwillingtoopenduringnormal,openonlyonweekendsorduringanationalholiday,sotocreateamoredifficultmaintenancepersonnel.

51microcontroller-basedfloorLotterylightcontrolsystem,theoverallarchitectureiscomposedofa51MPUs80C51MCUcontrolnodeandapluralityof51composedofthemaincontrolboardtransmitsignalsthroughthewirelesstransmittermoduletoachildnode,thechildnodereceivesasignalaftertheadoptionoftheMCUI/OporttocontrolrelaytoremotecontrolbuildingLotterylightswitch,atthesametime,thechildnodesofthisnodelightsswitchMCUsignaltothecontrolboard.Whereinthemaincontrolboardforprocessingcomplexsignalschildnodes,througheffectiveinternalalgorithmsforreal-timecontrolofthewholebuildingandevenmorebuilding'slightingeffects.

Withtheadvancementofcomputertechnologybeganlarge-scaleapplicationsinallaspectsofsociety,withthedevelopmentofsingle-chipintegratedcircuitsmoreandmoreconvenient,easieroperation,smallerandsmaller,moreandmorefunctions,usedindailylifecanbeseeneverywhere.Withthesmarthomeisgettinglouderandlouderslogan,microcontrollerandA/Dchipapplicationsisincreasing.HowtomakefloorlampsLotteryintelligentcontrol,ledustothinking.Inthispaper,withMCS-51microcontrollerasthecorecontroloftheHouseoflightingsystemdesign.

ThisdesigncanbeintelligentlycontrolledHouseLotterylights,greatlysavelaborcosts,andcanachieveagoodbuildingbodybeautificationandgoodadvertisingeffect.

KEYWORDS：

MCS-51microcontrollerHouseLotterylightcontrolsystemWirelesstransmittermodule

第2章硬件设计6

§2.1硬件总体结构设计6

§2.280C51的引脚介绍14

§2.3硬件系统电路图18

第3章系统软件设计21

§3.1软件设计21

§3.2开发工具34

§3.2.1KeilC51简介34

§3.2.2Keil程序安装调试34

第5章测试分析报告40

第6章项目开发总结43

结论46

参考文献47

致谢48

前言

用人为手工操作建筑楼体内外的LED灯来达到一些广告或宣传等要求的文字或图案样式，在高大耸立的建筑物体上来进行人力操作，可实施性很小并且效率极低，想要达到理想的动态效果等是非常困难的。

因此基于51单片机的楼体控制系统，实现自动化控制显得非常重要。

采用楼体彩灯控制系统不需要在楼体外安装广告牌等造价昂贵设备，效果不理想浪费材质物料。

楼体彩灯系统能起到节能减排的效用，而且达到很好的广告宣传、节假日气氛营造等效果。

该系统适用的企事业单位的整体节能解决方案，多终端照明控制系统，远程信号灯集群控制，远程楼体彩灯集群控制等。

它主要解决了无线信号传输方式的选择，主控制器与多个终端通信的稳定性等问题。

第1章绪论

§1.1研究楼体LED彩灯控制系统的背景及意义

让城市亮化工程更加便捷。

LED楼体彩灯为城市的美化增加了一处独特的风景，LED楼体彩灯不仅美化了城市的夜空，同时也提升了城市自身的形象，楼体LED彩灯在夜间辉煌的灯火映衬下不仅可以实现自我宣传、体现文化、提高知名度，更能让建筑成为旅游的一道风景。

当然还有就是使人们体会到城市夜景的绚丽多姿。

近些时间LED楼体美化的相关工程受到了政府及各级领导的青睐，基于51单片机的楼体彩灯控制系统，可以将LED楼梯亮化工程的实现更加的智能化，可操作化。

根据城市自身特色，可以设定较高水平、较高起点和较高标准的LED楼体美化工程的整体发展规划，因为中国的各个城市楼体LED美化工程规划都较严格，为了体现整个城市的楼体亮化工程能够重点突出，独到个性，能够较好地表现出各自城市的夜景风光、文化特色和城市个性，将楼体彩灯智能化，越来越显得重要。

将楼体LED灯进行智能化控制，实现远程的可操作性，目前国内已经出现类似的项目，而对于旅游城市来说，楼体LED彩灯智能化控制更加凸显其重要性。

§1.2单片机的基础知识

单片机是将微处理器、存储设备、I/O接口电路集成到一块芯片电路板上，能完成数据的处理，这样就构成了微型处理计算机单芯片。

MCS-51之系列的单片机是英特尔公司推行出来的：

有集成8位的CPU128字节、ROM4K字节、4个8位的RAM、的并口、2个16位的定时/计数器、1个全双工串行接口达到了64K的寻址范围，布尔处理器具有着比较强大的控制功能。

在生活或者工业生产中凡是和计算控制有观的电子设备，都少不了单片机。

§1.3单片机的应用

单片机的开发程序比较复杂，因为最早采用汇编级的开发。

我们都了解单片机的系统指令和普通计算机的指令非常类似，但是它也有自己特殊的系统指令。

就像MCS系列的单片机一样，它的位寻址是一个特定的寻址方式，这在一定程度上增强了该类型单片机处理布尔代数的能力。

另外，单片机的系统指令格式也比较特殊。

我们都知道单片机的功能开发工作都是集中在接口技术上的，从而为单片机提供外部扩展功能。

单片机接口技术主要包括以下几种，第一种并行接口，第二种串行接口，第三种数模转换器和模数转换器，第四种接口的扩展技术。

通过扩展工作，单片机实现了交互能力，从而很好的发挥了内部的功能处理效力，也出现了很多高级语言开发工具，这些系统通过仿真，可以在更高的平台上进行更加快速的开发，这样也为单片机的广泛应用打下基础。

　　单片机的发展是为了更好的应用，从以下的一些例子我们就可以看出其广泛的应用领域。

单片机应用于工业的测控成为单片机的主要功能之一。

单片机有很多I/O线，绝大部分单片机都应用在汽车工业上，这样使得汽车在全方位的数据处理中拥有更多的智能。

汽车驾驶过程中察觉不到的情况下就可以进行调整，即用一个同时用一定的计算方法，从而进行汽车的部分处理及调整。

另外，随着单片机性能的增强，单片机也同样广泛应用在计算机网络及其信息的传输。

　　可以说单片机到处都有使用，与人们的生活的各方各面都息息相关，不可分离。

单片机所具有的特具有集成的性质，它的内部的结构是一般的计算机整个系统的简单化。

在外围增加些许电路后，它就能成为一个完整的系统。

比如，我们常用的一类电子秤，它的内置就有单片机，通过再增置显示器和传感器包括其他的附带电路，就形成了一个应用系统它能实现工业自动化的数据采集和测控技术，智能仪器仪表的数字示波器和数字信号源，生活消费类电子产品包括手机、彩电、冰箱、洗衣机、制冷空调、厨房微波炉、及车载智能设备等等。

所以单片机的可扩展性是相当好的。

又比如K85这样的电脑中频电疗仪，能够从病人身上获取数据，然后根据现有的算法从几种治疗处方中选择，而在每一种处方中还能够根据病人的病情而改变中频和波形及输出电流强度。

这样可以看出单片机本身也具有和普通计算机类似的强大的处理，可以增加复杂的算法，获得很强的数据处理能力。

电脑式缝纫机里也可以应用单片机，用单片机代替许多小机械部分，还能提供很多老式的缝纫机无法实现的图案。

因为有单片机在工业中的越加广泛应用，提高了设备的智能性和处理的高效性，最大的特点就是节约了很大的设备空间，使工业生产的设备不再复杂。

由此看来单片机在我们的生活和生产中扮演了重要的角色，同时单片机也将会在以后的工业化建设中发会越来越多的作用，成为未来建设不可或缺的部分。

§1.4仿真器介绍

本次设计采用的仿真器是xl600的单片机综合仿真试验仪，此实验仪器完全兼容keilC51的调试环境，方便下面的程序调试。

xl600单片机仿真器系统具有以下功能特点：

1.完全开放的模块化设计系统；

2.配有高性能的ISP下载头，稳定性非常高；

3.还配备有40P外接仿真头，能够实现单步调试；

4.所有的端口全部采用的是防插反设计；

5.超强的电路资源配备，工艺精度高，品质一流；

6.可以仿真63K的程序空间和16位的地址空间；

图1-1仿真器

第2章硬件设计

§2.1硬件总体结构设计

设计思路：

基于51单片机的楼体彩灯控制系统，其总体架构是由一个51主控板采用80C51和多个51单片机控制节点所组成，主控板通过无线发射模块发射信号给子节点，子节点收到信号后通过MCU的I/O口来控制继电器来实现远程控制楼体彩灯的开关，子节点单片机将此节点彩灯的开关信号发送给主控板。

硬件设计流程图如下图2-1所示：

图2-1硬件总体结构设计

本系统在处理器选型的时候考虑了多个处理器：

32位处理器，16位处理器，8位处理器。

在最初方案确定的时候打算是用32位处理器来解决楼体彩灯控制的问题，但是满足32位的处理器最适合的处理器就是STM32，STM32从成本上考虑比较贵，而且在实现本课题任务时，里面有好多资源用不到，这样导致资源浪费，所以又换了第二种解决方案那就是16位处理器，16位处理器在这里的话没有学过，所以最终选用了最拿手，最稳定，最容易开发的51芯片作为处理器。

下面是对51单片机的资源介绍。

80C51包含了一下功能模块：

1、芯片内集成了CPU、ROM、RAM、I/0接口、定时/计数器等功能部件，通过内部的总线将各个板块联合在一起；

2、8位CPU,含有振荡器和时钟电路，频率在1-12Mhz；

3、片内部有128/256个字节的RAM；

4、程序存储器ROM，大小16k；

5、数据存储器RAM，大小1280Bytes；

6、有21/26个特殊功能的寄存器；

7、4个8位并行I/0接口；

8、一个双全工串行口；

9、16位定时器；

10、中断源，两级中断优先级；

11、内置有1个布尔处理器，一个布尔累加器；

12、MCS-51指令集；

图2-2单片机的功能结构框图

图2-380C51MCU主控制板

在无线发射这块，要实现一对多的信息传输，最初考虑到了WIFI，让所有的子节点模块都装一个WIFI，然后将子节点wifi信号接到电脑用电脑来控制，但是这样一来，在每个下位机安装wifi时，非常的浪费资源，而且wifi成本很贵，wifi传输距离有限，所以用wifi是不太现实的，然后考虑到了用24L01作为无线传输模块，但是用了24L01之后发现市面上的24L01最多也是6个通道，如果真用24L01的话，最多也只能做6个节点，这样的无法满足整栋楼灯的控制，最后选择HS2264射频发射模块，既经济又实惠，它不仅可以实现一对多，而且还非常容易进行软件编程。

最终确定采用HS2264射频发射模块，如下图2-4、2-5所示。

HS2264属于低功耗通用型的编码电路，采用了CMOS工艺。

可以灵活的改变数据码和地址码，工作模式有省电模式，可用于无线遥控，与PT2272功能兼容。

特征表现：

1.采用CMOS制造工艺，低功耗。

2.有很多种封装的形式可以供选用。

3.可达531441种地址码。

4.电压范围宽：

3V-12V。

5.双脚电阻振荡电路。

6.无线遥控型。

7.外部应用线路元器件少。

图2-4HS2264射频发射模块

图2-5主控板无线发射端

无线射频发射模块我们使用了HS2264发射模块，所以接收模块选择时我们采用了PT2272-L4，如下图2-6、2-7所示。

具有的特征如下：

1.采用了低功耗的CMOS制造工艺；

2.外部应用的线路元器件比较少；

3.采用的是RC振荡电路；

4.工作电压的范围宽：

2.6V-15V；

5.最多可达531441种地址码；

图2-6PT2272射频接收模块

图2-7无线接收端

发光器件和光敏器件是光耦的主要组成构件，其中发光元器件大部分都是IRLED，然而光接受器件有光敏三极管、光敏二极管、光集成电路、达林顿管等类。

高频开关电源，对光耦速度要求比较很高，因此大多都采用如下图2-8所示的响应速度比较快的高速型光耦，延迟时间低于500ns。

当采用直流信号或模拟信号传输时，可以采用线性光耦用来减小失真，在传输数字开关信号时，对其线性度的要求不太严格。

特点：

1、能够隔离耐压比较高。

2、占空比可调。

3、传输信号可以从DC到数MHz,线性光耦非常适用于信号的反馈。

4、抵抗干扰的能力比较强，目前在市场上带静电屏蔽的光耦容易买到，强电和弱电电之间的隔离性能也非常优越，光耦属于电流型器件，对电压性噪声能起到很好的抑制。

图2-8光耦隔离器

图2-9光耦隔离器电路图

主控板处理完信息后通过无线传输模块将信号发送给分控板，分控板处理信息控制继电器，通过继电器控制开关，实现灯的亮灭，从实用性和价格来说选用了SONGLE的型号为SRD-05VDC-SL-C的继电器，如下图2-10所示。

特点：

1.可以直接焊接在电路板上，方便使用。

2.灵敏度比较高。

3.损耗比较低。

图2-10SRD-05VDC-SL-C继电器

我们选用了6节电池串联组成电池组，电压7.2V，同时也为了节能减排，可以重复利用，我们采用了充电电池，给系统供电。

由于单片机的工作电压为5V，所以我们在电路板上单独焊接了一块7805稳压电路，保证供电稳定，为单片机供电。

中空板的电源模块总共有3块稳压芯片：

U16/U17/U19，DC_IN端口用于外部直流电源的输入端，经过U17DC-DC稳压芯片转换为5V的电源输出，其中D4是防反接二极管，防止外部直流电源极性因为接反的时候烧坏主控板。

K1是开发板的总电源开关，F1为500ma自恢复保险丝，用于保护电源电路。

U16为5V稳压芯片，给中空板提供5V的电源。

其中中控板稳压电源设计如下图2-11所示：

图2-11电源稳压电路图

§2.280C51的引脚介绍

1、主电源引脚VSS和VCC

VSS：

接地端。

VCC：

电源端。

2、时钟振荡电路引脚XTAL2和XTAL1

XTAL2和XTAL1分别用作为晶体振荡器的电路反相器输入端和输出端。

使用内部振荡电路的过程中，这两个端子是用来外接石英晶体的，振荡频率是晶振频率，将振荡信号送到内部的时钟电路以产生时钟脉冲信号。

如若采用的是外部振荡电路，则XTAL2可用于输入外部振荡脉冲，将该信号直接传输到内部时钟的电路，而XTAL1则必须接地。

3、控制信号的引脚、ALE/PROG、RST/VPD、EA/VPP和PSEN

ALE/PROG：

ALE是地址存放的允许信号，当访问外部的存储器时，ALE可以锁存P0扩展地址在低8位的地址信号；当不访问外部的存储器时，ALE也在以时钟振荡频率为1/6的固定速率进行输出，因此它又可以用来作外部定时。

然而，当遇到访问外部数据存储器时，会丢失ALE脉冲。

ALE能驱动LSTTL门输入。

RST/VPD：

复位信号输入端。

RST端保持2个机器周期的高电平时，单片机能够完成了复位操作。

第二功能是VPD内部RAM的电源输入端。

当主电源因为意外发生断电时，会自动降低到一定的低电压值，这个时候可以通过VPD为单片机内部RAM供电，这样一来不仅维护片内RAM中的信息不被丢失，而且能保持上电后继续工作。

EA/VPP：

当访问外部程序的存储器控制信号时。

对于80C51来说，它的片内有程序存储器，当EA为高电平时，CPU就会访问片内程序存储器，这个时候就会出现两种情况：

第1种情况，访问地址空间范围为0~4KB时，CPU就会访问片内程序存储器；第2种情况，访问的地址空间范围超出4KB时，CPU就会自动执行外部的程序存储器程序，开始访问外部的ROM。

这个时候当EA接地时，只能访问外部的ROM。

第2种功能为VPP编程电源输入。

PSEN：

为访问外部程序存储器的ROM读选通信号。

4、4个8位的I/O端口分别为P0端口、P1端口、P2端口和P3端口。

下面分别介绍这几个端口如表：

表2-1各端口功能

P0端口

8位漏极开路型，双向I/O接口。

提供低八位地址线，八位双向数据总线。

P1端口

带有提升电阻准双向I/O接口，可用于接收低八位地址信号。

P2端口

带有提升电阻准双向I/O接口，访问外部存储器时，输出高八位地址信号。

P3端口

带有提升电阻准双向I/O接口，八个引脚都有自己的第二功能（如下图）。

P0接口如下：

图2-12P0接口电路图

P1接口如下：

图2-13P1接口电路图

P2接口结构如下：

图2-14P2接口电路图

P3接口如下：

图2-15P3结构电路图

以上是各个接口的电路图，为了更加详细的了解各引脚的功能用下面的图2-16进行表示;

各个引脚的功能：

图2-16各个引脚的功能

§2.3硬件系统电路图

2.3.1分支系统板介绍

分支系统我们采用的是最经典的51单片机最小系统板它具有一下明显

的特点：

1、最直观的特点，不用焊接。

2.DC-005可以接直流电源插座。

3.带有保险丝，防止载流过大烧毁电路。

4.含有电容滤波电路。

5.单片机的40个引脚，全部被标上，方便操作。

6.板载晶振为12M。

7.P0接口上带有10K上拉电阻，不需要再外接电阻。

8.带电源开关，方便做实验。

9.带板载阻容额复位电路。

10.带1路电源的指示灯。

11.非常省空间，内置设计。

12.外接电源为直流5V。

13.引出了3路外扩的电源，方便了外接模块的取电。

综上优点，最小51单片机的介绍，从经济性和实用性来说非常适合作为

分控模块控制器，通过无线模块发射的信号，经过主控板信息处理，到达无线接收端，无线接收模块将信息传递给分控模块处理器，分控模块最小51单片机处理最终数据，以实现控制灯的亮灭和颜色的改变。

下图2-17为所选单片机。

图2-17最小系统板

为了更好的了解分控模块单片机的构造，下图2-18是分控板的电路图：

图2-18最小系统板电路图

第3章系统软件设计

3.1系统软件设计

楼体彩灯控制系统，最大的亮点就是通过单片机实现远程自动化控制灯的亮灭。

自动化控制通过程序实现，系统中软件可以分为主程序和中断服务子程序，图3-1为程序设计流程图。

主程序部分

程序设计思路