毕业设计基于单片机的教室灯光自动控制器.docx
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毕业设计基于单片机的教室灯光自动控制器
毕业设计基于单片机的教室灯光自动控制器
摘要
本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室:
I:
r光的智能控制方丽的发展现状分析教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出基于，f单片机的教室灯光智能控锈系统的设计思路，并在此基础上设计智能f控制系统的萨按远和相府软件.
该系统以AT89S52单片机作为控制装置的街能部件，采用热释电生1外人体传感端检测人体的存在，采用先敏三极管构成的电路l世祖1环榄光的强度.根据教室介边开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环烧光衔号的识别和街能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避兔敏窒用电的大1i!
:
浪费系.统还具有报警功能，I司时还采用软/硬件的4看门狗"技术等抗平扰措施.
单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化然构设计、条ì青JlI!
晰、通用性好，便于改ìH:
和扩充.
该系统具有体积小，控制方便，可靠性前，专用性强，性价比fïJ.!
1l等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的被求，很大程度的达到节能目的.
关键词.灯光控制热释电智能控制
Abstract
Ccolyntcigcntcontrolnsarcnurrtlightill町st臼otcccntlyuscdinthccat'Inordcroæprovcthcsystcmffiilssoti.佣
bascdonthcthcoryofthclight?
ntroldcurrcntmcthodsof副
ho'9.'tokccpcontrol，putfodmcthodsofdcvclopingintclligcnt凹町
classl'oomlightcontrolsystcmonthcbasisofAT89S52.l'hisassroomlightintclligcntcontrolsystcmisdcvclopcd，咄ichc1machincofAT89旧52isamajori>盯队副dthcc.nvironmcntofdcvclo阳cntisbcttcr由副beforc.fhissystcmcansatisfythc
ollowngfunctirsuchascontrollingthccircuffio问itollumination，ngdproccssingdayightJditcstilsí伊剖tcsting嗣制prOCCSSlthcsignalofhumanbodythatuminacsthcbackrack吨illttcxists，rcportillg雹othc曹arningdcviccs，ctc.11\ordcrtosatisfythcscfunctions.thcsystcmadoptcdthchomologousmcthodsrcspccth'cly，缸"tdtothcgcaringofthcsystcm，analyzinghowtoinstall.tcst拙drunthcsystcm
Thcmicrocont.rollcr50f相'arc'i'asdovclopcdb出cdonassomblclanguagc.Thc町stcmhadma盯advantagcssuch甜casysma1l1con1'011cd1highcrc-dibilit）飞Stl'ongappropl'iationandpl'iccpropol'tion飞咱sidcal，Ctc.T'hccxpcrimcntprovcdthatthcsystcmC副盲目tisfythc?
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Koyword:
LigbtingContlro，Hoattorclcascthcclcctricity，IntcllígcntControl
目录..........前言.....................................•...........1......l教室灯光控制然简介J:
Æ控制方案的分析......•.............2......1.1教室好光控制器简介.............................i...2..1.2系统控制方案的分析..........…………22系统硬件设计.......……..........................3..2.1单片机系统电路设计..........…………....3..2.1.1单片机的选型...........…………....3..2.1.2品银回路设计...........…………....5..2.1.3复位电路设计...........…………....5..82.2系统时钟电路设计...........…………..........2.3系统供电电路设计...............•................II......2.4环榄光采集电路设计...............................12......2.5人体存在铃感吉普电路设计.........................四......2.5.1人体森在传感端下你原理........•..........14....2.5.2人体森在传感端的特性与电路设计..............15......2.6继电锦驱动接u电路设计..............•..........17..2.7报警电路设计................………....18....2.8数码管显示驱动电路设计.....…..................193系统软件设计.....…….............•...........20.......3.1系统监控主程序设计..................•.............203.2数知采集憔块程序设......计.......................22.............3.3时钟艘块部芋设计................................233.3.1激掘输入输出时作分.........................24...忻..3.3.2时钟芯片比1302内部部蒋榕的使....用............24..3.3.3时钟芯片白栓及初始化程序设计..每...........每26....时钟;片芯读写程师每...............每3.3.4设计.....27....3.4显示驱动樵块程序设计....每....................294系统抗平扰措施...............每.......................每314.1系统硬件抗干扰措施..................................314.1.1人体存在传感榕的抗平扰措施................每.31....4.1.2系统看门狗抗干扰措施.每...................每324.2系统软件抗干扰措施........每......................32..5绵论...........................每....................每34......9虫谢.................................................每35....参二号文献......…..…………………......每.36..附录.....•..…..…………………......每.37
前言
随着枕会经济和科学技术的发展，人们的生滔水-'1"号，手敛也小断提高用电负荷的加剧，又由于监界性的能源危机，能曾在缺乏已成为也;界所耐峨的严峻问题而，此问题对找回来说尤为严重随.着各类大、中专院校的扩船，教室的扩建，教室照明的需求也越来越事，而教室照明的管理系位，往往造成电能的U大浪费，这样，提高教室用电效率就成为常耍笔店的问题.
目前对灯光的智能控制，园内外已经开始采用。
但对教室灯先的控制，尤其是戒国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人t管理。
目前国内各类院校中，由于|司学们的自觉节能意识部弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后;tTl!
亮着的现象普遍存在=而.11，节能规:
!
iJJ极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手代替教室，t极筝，管理人员忧不过来.各类大、中专院院不断扩摘，教室不断扩建，教室的用电负哥哥Æ'断加大，教室用电管理不善，造成学位也能浪费，给济品1失，这利'的浪费与当今的节约能源JÆ念相违背。
再肴，现代向动化程度Æ'断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展，相对于从前的人工管理模式，这对节约也能也起J{一定作用价所有这些使得敏室。
汀光控制也应该朝着街能化的方向发展。
于是，开发简便、实用的教案灯光向动控制系统在E具仿古E恕的现实意义.基于以上种种原l岛，提高教室用电效率就成为学枝节能的重哥m主要的措施之--.本文就节能技术的111耍手段之一也就是教室灯关自动控制系统的设计进行探讨，研究的教室;tT）t;控制系统能用于现有教室照明系统创改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提商用电效率，实现教室灯池的自动控制.
1教室灯光控制器简介及控制方案的分析
1.1教室灯光控制器简介
教室灯jr:
.控制稽可实现有效的教室mt智能控制J't输入参数主.础是人体存在信号和环稳光信町等的外界因素，环草草'fù的强度达到一定值时不开汀，环f宽光强度在一定阀倍以下Jl街人存在时开灯，本文逍过理论研究用这种方式来对教:
tr进行智能控制可以实现上述目标.教室灯jr:
.控制器-般安装在敏室内避开电灯直射的位置，扎人f4:
-I奇
感憔安置时liÝ.使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元迹线方向垂直，这样可使人体存在信号采集lI!
）JO灵敏、可笼，1-1时还在E尽可能避兔外界风直接呼:
向人体传感哥哥.
1.2系统控制方案的分析所设计的控制器以自然光强度和人体存在作为控制端的主婴输入参数.可以实现自动与手动控制相璇容.在向然环境'fù较强光线足够时，无论人是西存在，都不开灯.在向然环揽）t较弱时，有人存在Jl超过一定时间，控制悔自动1'f开电好，J[到人离开后再延时A定时间后关灯。
同时，还要按你息时间来控制，仪晚超过12点，若还有人存在，则关闲自动控制榕的运行，改用传统的机械开关来手动控制，以解决时特殊情况下，自动控制悔的4、人性化运行.
本文所设计的教堂灯光控制锦主'l:
1是由硬件和软件两大部分组成.硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运衍的主JL台.而软件部分，是对硬件端u所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器t的各项功能，以达到j教室照明自动智能控制份
2系统硬件设计
本设计的硬件部分的系统控制单元是以单片机系统电路为极心，它包指单片机，\111搬回路，复位电赂等.而外回电路主磁包括.系统供电电赂、系统时钟电路、环烧光采集电l!
If、人体存在传感撒电路、继电器驱动接u电路，报警也赂、数码管驱动显示电路等.
2.1单片机系统电路设计
2.1.1单片机的选型本系统的主控筷块玉要采用A温TL公叫的AT89S52作为主控芯片?
A789S52是美国ATMEL公司生产的;低电压而性能CMOS8位单片机，，片内含有8Kbytcs的可以反复擦2司的风读程序存储吉普（PER仙。
和256bytcs的随机存取曾在娥存储端（似胁，端件采用ATMEL公叫的商密度、非易失性存储技术生产，兼容标准}ICS-51指令系统，片内宜通用8位中央处理性（>>CPU）和Flash有储单元，功能强大的AT89皑白单片机可以提供许事而性价比的应用场介.可灵活应用于各种控制领域。
主要性能参数千，j"
（l）与MCS-51系列单片机兼容
（2）8K8ytcs，Flash存储端，在统编程，可乓:
1000ìX
（3）4.0-5.5Y的工作电压（4）自带256X8bitR!
峭
（5）32个可编程1/0管脚（6）3个16-Bit定时端计激吉普
（7）8个中断lÄ（
（8）向带看门狗
本设计选用ATIJEL89系列的A189S52单片机作为本系统的puc.由AT89S52单片机为核心的单片机最小系统包括品报电路和复位电路，
AT吉9S52I!
O端u与系统其他外IE件接u的分配俏况表如表2-1所示.
司2-提1.\'gs5[/0蜡，，勾罩住且也外酬骨件撞"的分配11Iil!
.袋89S52号|脚外回揣件引脚说明POO.-PO.7ULN2803数陶管段创驱动接υ
数陶管位控驱动接υP2.O-P2.7NPN-9012基极X5054.，T叫输入端PLOX515S1.0X5054.，T叫时钟端PLlX5045SαX50S1.部X5045片选端PL2X5054.，T叫输入端X5015S0.PL3
PL4系统工作灯显示溺uDS1302时钟统PL5DS1302CLKDS1302敛揣线PL6DS1302IODS1302位统PL7DS1302RST
P3.O-P3.1数据采集输入淄）'C敏三极管输入信号端P3.2人体葬在传感器输出信号端P3.3超时报警信号输入端P3.4灯光驱动输入泊P3.5P3.6-
2.1.2磊振囹路设计品扳回lIf\ÍÁ主耍任务是且IAT89S52单片机正常t你带裂的内部时钟
电路提供个稳定的作掠i$.根据AT89S52单J斗机时钟周期的哥哥求，回-t
a德哥哥选用3ííi率为12z，的!
H.\1，'报.巾，扳回路由电容和陶瓷谐振糕。
因报组
成。
AT89S52内部有一个用于构成报荡糠的高僧益反相放大悔，此放大榕的输入和输出端分别是引脚XTALO和XTAL1，在XTALO和XTAl端lu楼上时钟电浏阳I可构成内部时钟电睬。
在XTALO和Xl'!
L\l两端路接晶撮，与内部的反相梅掏成稳定创向激振荡哥哥份Jt发出的时钟脉冲直接送入单片机内定时控制邮件.也容C5;JUC6对频率有微调作用电容C5和C6J电尽可能的.安装在单片机芯片附近，以减少鄂生电容，保证振荡端稳定可靠的作。
t2.1.3复位电路设计
复位电路的功能就是对CPU进行实时检测，主与α'U边入死循环之后，能及时发现并使整个系统复位.虽然在程序设计中，可以使用软件陷讲的方法来减少这种能况的发生，但是小能完全解决这个问题，（:
I;IJ比还1JY.该在硬件设计中使用看门狗复位电路，佯在单lð;片机发生死m的俏况下，看门狗将产生一个复位信号给单月机，使单片机复位重新执行程序。
现在的Mα1被集成了越来越事的功能，有的集成:
r看门狗，如llP813L还有的芯片更是把EEPR倒也集成进去，如X5045芯片。
由于系I.统需1:
1看门狗和EEPROl，!
所以本硬件设计中使用I羡国Xicor公司生产的;芯片X505.4
X5645具有三种常用的功能.看门狗定时指、复位控制和EEPROll集戚在单个8个引脚封装的CMOS揣件内，将电泳、监控和看门狗功能与市遮三线非易失性存储揣组介一起，从而在很大程度J:
t上降低了芽、统成本并减少对电路扳华的苦lfJ（X5045，的引脚排列如阁2γ问-1.
X5045
csvccι-【?
-SORSτ?
WI{SCK?
---'于--一-VSSSIL....l11:
12-l1舶.s酌寻1脚字j，如
看门狗;E时榕的预置时间是通过X5045的状态寄存端的相段位来设定的如表2-2状态将存能所示，X5045状态寄标梅共街6位有含义..其中冒D1，lDO和看门狗电路有关，其余位和EEPRO哑的作设置有关.t
理2-急状嚣霄，事幡
。
70605D403D201?
xXlID1冒DOBBLO曹EL胃IPll
IiDl叶，百00=0，顽童E时间为L4S.
师1叶，曹氏间，顽童E时间为0.6在-
IiDl=l，百00=0，顽童E时间为0.2骂-IiDl=l，百00=1，然止看门狗工作.
看门掬电路的定时时伺长短可由具体内用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时问路长即可。
本系统中X5045的硬件地楼阁如阁2-2所示.
vα:
剧2-2X目45的砸斜'地费用
系统激程』将储』是故隙保护部分由:
<5045组成，X5045是d种111行通
512字节EEP悦'R1司1M':
{1看门狗和电源监控功能X5015有种讯的，娘，'三可偏重量看门利用期，上也和vcc低于梭lj!
1门限时，输出复位信号X，50'15输出复位高也乎有效，为复位更加可靠，其复位输出端外接~个10K的上校电削，并与AT89S52的复位揣相连.看门狗能在电源上电、掉电期问产生一个复位信号份该它、片还带拍-个1.4砂的看门狗定时器可l监控单片机的工作。
如果在1.4秒l人j来检测量Ij-Jtì.:
作，出现故隙，内部定时揣将使看门狗11m处于低咆豆l'状态，为系统提供保护，避免死机、程序跑飞或逃入死循环等意外的发生.
:
<5045代表r新一代111行四项侧的发展趋势，宫的运用极大的节省丁系统窒问和资源，1"1时简化了电路设计，缩短产品开发周期.除了单片机，而报回路，复仪电路外，系统工作灯电路和激据采集电路共司组成了.il!
.i'l系统电路，如阁机2-3所示.
…主门主』
穹里斟4号:
咐盖:
面:
'飞-f-才二222
是fEL-z
制2-3尊片凯系班电路
2.2系统时钟电路设计根』i宫括室灯）'6使用特性，该系统还应受到时佣的控制，控制系统的时间隙符学校的作息时伺比，如晚间休息、假期等时间段向该关掉教室灯光控制系统，以节约能源，闪比2位研究还加入艘件时钟电M以保证系统的智能化运行.
传统的时钟芯片，如CI46818、!
lC68H邸T、lM8365等，这些芯片的引脚太事，体积大，.Ii用的U线事e而现在流行的:
111于时钟芯片很事，如DS1302、DSI305、DS1307、PC陀485等，这些电路的接u简单、价格低廉、使用方便，被Î泛的使用.考虑到本系统停电时只铺对时钟电路提供电源、llÆ、需哥哥.1.用太事单片机资源，本系统采用具有允电能力的低功娓lX8的用于临时性存放放掘的RAM寄存楼的实时时钟芯片
DS1302.OSI302是卖国且让.lAS公前推出的…种市性能、低功耗、带R侧的
时时钟电路，官可以对年、炜、u周、u、时、分、秒进行计时，、
具行饲年补偿功能，1:
作电JfJJ，2.5Y55V.采用三线接u与CPU进行-.|句步通信，并可采用突发方式一段:
传送事个字节的时钟信号或阳M数据DS1302内部布"个31X8的用于临时性存放数据的R制寄存棉?
OSI302是DSI202的升级产品，与DSI202司
在容，但向自bn主电草草/后背电源双电草草引脚，JIIl't提供γ对后背电f源进行涓细电流光电的能力。
SI30排2的列弓如|阎脚公4所示.
DSIJ02。
-VCCIVCC2一-XISCLK一--x2UO--一-GNDRST-
2的号llI!
锥列阳2叶盹1回I
OSI302与单片机接u电路iai按原理阁如罔2-5）t中Vcc2外按3.6V可充电的也电池，为DS1302的备用电源.Vccl外接系统供电模块的输出稳定电Jf+，缸，为OS1302的主电源.DSI302由Vccl和Ycc2两者中较大着供电.系统正常运衍时，飞;cc1女子\'cc2，萨IJ比囱Vccl纷OS1302供电，在主电源关阔的情况下，四l由Vcc2r.tOS1302供屯，保持时钟的边续运:
11'Xl和总是报荡源，外接32.768kHzIIM.RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动:
i!
而半来也启动所有的激撒传送，与尊片板的复位信号相连.时钟输入端S也K接单片机PI.5号脚，进行时钟控制.数据输入/输出端1/0接单月机附脚1.，6进弓行|数据传输.
vcc
itl2-5阻四础与尊片帆接U电警备Æ幢lQ国
RS是复位T/片选线通过feRST输入驱动宣商电半来启动所有的，
数据传送RST输入有两功能首先RST接遥控制逻梢，允许地种，:
l.扎命令序列送入移位于哥存悔:
我;次，RST提供终止单字节或事字节激峨的传送手段当RST为1部电平时所有的数据传送被初始化允，许对OS1302进行鲸作如.果在传送过程中路，T为低电平，则会终止此次数据传送，
1/0引掷变为商阳态.上也运行时，在Vcc杀2.5V之筒，R?
S必须保持低电'1'.具有在SCK为低电半时，才能将RST登为日电平•1/0为Ijtr数据输入输出端（双向）}目前有详细说明SCLK始终是输l
入端.
硬件时钟芯片OS130与微处2理锵进行，数据交挽时，肯先由微处理路向电路发送命令字节，命令字节最高位凶Bω7）必须为逻辑1.如果D7吨，则缕止与DS1302.自[J与保护，06=，指0定时钟数据，D61=，指定助M数据，05D1指定输入或输出tJCJ特定部存吉普:
最低位LSB（oo）-
为迎衔。
，指定:
与操作输入）.00=1指定读操你（输出）{..在DS1302的时钟U树戒阳M进行量在据传送时，OS1302必须肯先发主革命令字节。
ι;进行单字节传送.8位命令字节传送约束之后，在下2个SCLK周期的上升油输入数据字节!
!
置在下8个SCLK周期的下降沿输'0
出费生括:
字节.
DS302与以阳）l相关的部存端分为两类类是单个R也单元1-，共31个，每个单元组态为一个B位的字节，J{命令控制字为ω忡FOH，其中奇做为读操作{南，i放为操作:
再一3局为突发方式下的R制寄存端，在
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