基于单片机的灯光控制系统设计.docx
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基于单片机的灯光控制系统设计
计算机控制技术
课程设计
成绩评定表
设计课题基于单片机的灯光控制系统设计
学院名称：
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计地点：
设计时间：
指导教师意见：
成绩:
签名：
年月日
计算机控制技术
课程设计
课程设计名称：
基于单片机的灯光控制系统设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
课程设计地点：
课程设计时间：
计算机控制技术课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
基于单片机的灯光控制系统设计
课题性质
课题来源
自拟
指导教师
主要内容
（参数）
本篇论文介绍了基于单片机的室内灯光控制系统的研究设计。
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。
系统通过人体信号采集电路对人体信号采集和光信号采集电路对光信号采集以及相应的处理并输入给单片机，单片机对输入信号判断并输出信号来控制学校教室内灯光的开关和亮度
任务要求
（进度）
第1天：
熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。
第2天：
确定设计方案。
要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。
第3-4天：
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5天：
撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。
主要参考
资料
[1]张友德著,单片微型计算机原理、应用与实验.复旦大学出版社
[2]徐煜明、韩雁著,单片机原理及接口技术.电子工业出版社
[3]何立民著,单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社
[4]阳宪惠著,现场总线技术及其应用.清华大学出版社，1999
[5]孙雪梅，范久臣．实时时钟芯片在单片机系统中的应用．沈阳教育学院学报，2005.2.7
[6]余用权．ATMEL89系列单片机应用技术．北京航空航天大学出版社，2002
审查意见
系（教研室）主任签字：
年月日
摘要
现在的大学，由于学校开放型的管理模式，加之学生节能意识的淡薄，学校的很多教室在白天室内照度很高的情况下，仍然存在开灯现象；或者夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启。
长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。
这种有意和无意的浪费，不仅是浪费了国家资源，而且给学校带来了沉重的负担。
本文介绍了基于单片机的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。
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AT89C51和AT89C2051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。
关键词：
灯光控制系统；AT89C51；AT89C2051；节能；采集电路
4系统软件设计…………………………………………………………………………………..23
1引言
随着计算机网络、通信、控制等技术的发展,智能建筑的发展越来越迅猛。
目前，国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。
就智能建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，也不管有多少人。
或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。
这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求，同时也给人的视力造成了很大的影响。
现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。
特别是近年来利用计算机工作的人员比例上升，不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。
所以要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制系统。
因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必不可少了。
而在大学校园的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。
相对商业楼宇而言，大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多，所以控制教室照明是节能的关键。
使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平，而且还能节省开支。
2总体方案设计
2.1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。
2.1.1微处理器的选择
方案一：
8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比低。
方案二：
ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS8位微处理器，带有4k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），15个I／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。
根据本设计的要求，AT89C51芯片完全能够满足灯光控制系统所需要的处理器的性能和内存。
故本设计采用该AT89C51芯片。
2.1.2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。
2.1.3显示器的选择
方案一：
LCD数码管液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案。
方案二：
LED数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块，所以排除此方案。
方案三：
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。
2.1.4通信方式的选择
方案一：
并行通信是指一条信息的各位数据被同时传送的通信方式。
并行通信的特点是：
各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只使用于近距离（十几距数米）的通信，故不采用。
方案二：
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。
2.1.5串行总线接口的选择
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。
方案一：
RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。
在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。
RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50，75，100，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。
RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。
例如，采用150pF／m的通信电缆时，最大通信距离为l5m。
传输距离短的另一原因是RS一232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
方案二：
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。
2.2系统总体设计
2.2.1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。
系统的结构框图如图1）。
图1）系统的结构框图
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2）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2）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3）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3）分控制器硬件电路结构
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
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