单片机控制的照明节电系统.docx
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单片机控制的照明节电系统
数理与信息工程学院
《单片机原理及应用》期末课程设计
题目：
单片机控制的照明节电系统
专业：
计算机科学与技术（专升本）
班级：
07计算机专升本
姓名：
徐云飞
学号：
07191117
指导老师：
余水宝
成绩：
目录
第1节引言3
1.1照明节电系统概述与现状3
第2节系统主要硬件电路设计4
2.1总体设计方案4
2.1.1总体功能要求4
2.1.2总体实现措施4
2.1.3系统总体框图5
2.2系统硬件配置5
第3节系统的软件设计8
3.1软件总体设计8
3.1.1程序设计综述8
3.1.2软件流程设计8
3.2主程序框图（见附图）9
3.3I2C总线数据传送的模拟9
3.4液晶显示部分程序设计[3]10
结束语14
参考文献15
基于单片机的照明节电系统
数理与信息工程学院07计算机专升本徐云飞
指导教师：
余水宝
第1节引言
目前我国电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重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12%左右都属于峰时用电,且以低效照明为主由此可见照明节电具有节约电量和缓和高峰用电的双重作用设计一个基于I2C总线的单片机应用系统以实现照明节电。
1.1照明节电系统概述与现状
随着21世纪的到来，能源危机将接踵而至。
作为人们生产、生活所必不可少点能的短缺也恶化到了前所未有的程度，这一状况还将随着时间的推移和社会的发展继续恶化。
能源危机已成为全球性的突出问题，利用科技手段缓解这一危机，将是人类主要的出路。
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12%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。
照明用电大都属于峰时用电，由此可见，照明节电具有节约电量和缓和高峰用电的双重作用。
现代智能型控制器是进行能源管理的有效手段和工具，它可提高操作准确性，有利于照明过程的科学管理，降低对操作者本身素质的要求。
除了能大大减少劳动量，更重要的是它能准确、高效地对需要照明节电的场所进行管理。
现代照明节电系统的研究在我国为数不多，与发达国家相比，有较大的差距，还基本停留在人工操作上。
随着计算机技术和电子技术的迅猛发展，计算机和电子器件的价格日益降低，可靠性日益提高，用信息技术改造照明节电不仅是可能的而且是必要的。
本文旨在设计一套能对人们生产生活中的照明节电进行自动监控的系统。
第2节系统主要硬件电路设计
2.1总体设计方案
此种节电控制器是指根据用户不同时间的不同照明需求,调节电压供应,控制照明亮度,从而避免长期的不必要的高亮度,高功率电能消耗,达到节能的目的[1]。
2.1.1总体功能要求
（1）软启动功能：
照明灯起动时，电压自动由低压状态缓慢上升至正常电压，十分有效的防止了照明灯冷状态下瞬间起动电流的冲击对照明灯设备造成的损害。
（2）自动稳压功能：
当系统软起动完毕后，通过检测电网电压，自动调整照明灯控制柜出口电压，保证路灯端电压稳定在正常电压（220V）。
避免超压耗能和减少照明灯具的损坏，实现初步节能。
（3）缓慢阶梯式调功功能：
这是本节电器的核心功能，能根据工作日和休息日的不同时刻调节照明灯具的工作电压，达到分时照明。
白天外部光线好时进行缓慢阶梯式调功，实现半照明。
采用微电脑时控进行设定，进入实质性节电阶段。
（4）过载、短路、自动散热等保护功能：
具有负载扩充性，对负载量变化范围大，过载能力强，同时具有短路、自动散热等保护功能。
（5）无触点开关照明灯：
无噪声，完全排除有机接触点造成电蚀导致发热，接触不良等现象，工作性能稳定可靠。
（6）其他功能
例如：
系统要有方便的命令输入界面，如键盘等，用户能够对此节电控制器的各项工作参数，如系统时间、电压改变时刻等进行自主设置；系统要有方便的状态输出界面，如液晶显示器，以使用户能够方便的了解系统的工作状态，也给其他各项人机交互工作带来方便；其他便于用户使用的各项辅助功能，如密码输入、系统提示等。
2.1.2总体实现措施
根据上述总体功能要求拟定相应的实现措施
（1）因整个过程与时间有关，系统需要设置实时时钟，作为系统控制电压、控制亮度的依据。
（2）采用变压器将220V左右的电压降到5V以内，从而系统可以直接采样，经模数转换后，供系统分析。
（3）根据系统命令，采用继电器控制变压器抽头，从而控制光源输入电压。
（4）当外界电压低于或超过一定值时，系统作断电处理。
（5）液晶显示：
当系统正常工作时，显示正常工作的标志；当用户设置系统参数时，显示相应的设置提示；另外，应当能够显示实时电压、电流值。
（6）键盘：
键盘设有上移键、右移键、选择键、参数设置键、密码设置键和密码输入键等，实现系统设定的各项输入功能。
（7）采用EEPROM存储器，存储有关的判断逻辑。
（8）设置备用电源，掉电时保护有关数据。
2.1.3系统总体框图
根据前面的总体设计思想，将系统划分为若干模块，绘制出初步的系统框图。
图2-1系统总体框图
由框图可以看出，系统大体划分为存储器模块，键盘模块，数据采集模块，日历时钟模块和液晶接口模块五部分。
2.2系统硬件配置
本系统选用MCS-51系列的8031为主机：
外部程序存储器扩展选用AT28C64；对外部模拟量采样选用ADC0809；日历时钟芯片选用PCF8583；另外选用8155H多功能器件以配置键盘接口。
具体的系统器件选型如下：
图2-28155用作键盘/LED显示器接口电路
（1）日历时钟芯片选型
本系统中采用PHILIPS公司的PCF8583芯片，引脚图如图2-3所示：
图2-3PCF8583引脚图
（2）显示驱动芯片选型
本系统中结合系统的实际应用情况和芯片的特性，决定选用OCM12864-2芯片。
（3）模数转换芯片选型
本系统中使用ADC0809芯片。
图2-4ADC0809在电路中的连接部分
图2-5OCM12864-2LED显示器
第3节系统的软件设计
3.1软件总体设计
3.1.1程序设计综述
（1）程序使用汇编语言格式,程序分为常数代码、数据段和代码段，使程序结构统一，阅读流畅，便于修改。
（2）按键输入采用查询方式，LCD显示采用动态显示方式。
（3）用总线与通信技术，对其中主要数据进行掉电保护。
（4）中断和定时器的应用：
掉电中断?
、同步信号中断；定时器为总时钟。
3.1.2软件流程设计
根据本节电控制系统的功能要求,软件部分主要分为主程序模块、键盘按键处理模块、I2C总线接口模块、液晶显示模块、数据采集模块等五大程序模块。
其中主程序模块是系统软件的中心模块，主要完成设置堆栈指针、中断管理初始化、8155初始化、定时器的初始化等程序初始化工作，并且以直接相联的方式调用按键处理模块，根据不同的按键完成系统参数的设定，同时，主程序还调用数据采集模块采集模拟量，并根据采集来的数据进行逻辑判断，以决定系统相应的执行动作。
I2C总线接口模块主要是处理单片机和PCF8583之间的接口程序，它主要完成系统工作时间的设定和读取时间等功能。
其中工作时间的设定是指系统将用户自己输入的工作时间写入PCF8583，作为系统进行时间判断的基础、PCF8583的时间初值；时间的读取是指系统从PCF8583种读出现在的时间值，作为系统进行逻辑判断的基础。
液晶显示模块负责将系统的工作状态和参数的设定过程直观的显示给用户，以方便用户的使用。
数据采集模块的功能主要是控制ADC0809的使用,完成系统对照明灯具工作电压、电流的采集,并进行模数转换后送入微处理器,供系统进行逻辑判断。
3.2主程序框图（见附图）
3.3I2C总线数据传送的模拟
I2C总线为单片机应用系统设计提供了一种完善的集成电路间的串行总线扩展技术,大大简化了应用系统的硬件设计,为实现应用系统的模块化设计创造了极为有利的条件。
例如:
典型信号模拟子程序[2]
设晶振为6MHz，相应的机器周期为2us。
启动（STA）、停止（STO）、发送应答位（MACK）发送非应答位（MNACK）的子程序分别如下：
1）启动STA
STA:
SETBSDA
SETBSCL
NOP
NOP
CLRSDA
NOP
NOP
CLRSCL
RET
2）停止STOP
STOP:
CLRSDA
SETBSCL
NOP
NOP
SETBSDA
NOP
NOP
CLRSCL
RET
3）发送应答位MACK
MACK:
CLRSDA
SETBSCL
NOP
NOP
CLRSCL
SETBSDA
RET
3.4液晶显示部分程序设计[3]
液晶驱动部分的程序
；写指令子程序
OUTI：
SETBE
CLRD_I
CLRR_W
MOVP1,A
CLRE
RET
；写数据子程序
OUTD：
SETBE
SETBD_I
CLRR_W
MOVP1，A
CLRE
RET
写指令子程序和写数据子程序是液晶驱动部分最基本的两个子程序，前者是根据液晶显示器的时序要求将命令字写入芯片，以设置显示参数；后者是将要显示的数据送入液晶显示器。
其中程序中的CHINESE为汉字点阵码的起始地址，显示不同的汉字时，即可将此汉字的点阵码起始地址送DPTR。
目前，对照明灯具节能系统的要求是不同环境下的通用性、工作时的可靠性和用户使用时的方便性。
本课题中，在硬件与软件两个方面都尽量使系统趋于这些目标。
硬件上，I2C总线是近几年来国际上最广泛流行的串行总线接口，它具有突出特点:
可最大限度的简化结构，可实现电路系统的模块化、标准化设计，具有最大的灵活性。
软件设计上也使系统功能得以充分体现。
附图3-1:
图3-1主程序框图
结束语
这个学期过的实在是很快，感觉学习单片机正学到兴趣上就结束了，特别是最后几节讲实例的时候特别感兴趣，对于我这样没有做过项目，也没有实践过的学生来说，像余老师这样的授课方式实在是太吸引我了。
余老师一直有一句话深深刻在我心里，就是“单片机是玩出来的！
”本来那时候想买一块实验板来做实验的，可是我这种人云亦云，跟着大家走的性格让我退却了，不过幸亏有这篇课程设计和接下来的短学期可以让我在实践中获取知识。
在参考了很多书籍和网络文章后觉得还是对《单片机控制的照明节电系统》比较感兴趣，因为随着工业技术的发展对于能源的需求变得越来越大了，而能源是有限的，如何做到在不妨碍生产生活的同时做到节电是绝对应该受到重视的。
通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解到了一个应用系统的产生是需要花费很多时间的，从需求分析到硬件图设计、修改，再到软件设计、调试等等，都是相当不容易的，如果不是因为只能在这学校读两年，真希望能有幸跟着像余老师这样既有丰富的教学经验又有丰富的实践经验的老师做些项目，“做过和没做过就是不一样！
”这已经成为挂在我嘴边最多的话了，可是后悔绝对是没有用的，把课程设计做好，在短学期中努力学习和时间才是最应该做的事情，有过这样的一次训练，相信在接下来的日子会做得更好。
我刚开始学习时对于单片机并没有太大兴趣，因为我觉得一直以来都是学软件的，学硬件没有必要，但是自从见到余老师上课时充满激情和相当独到见解的授课方式后，慢慢开始对这门我觉得没有必要开的课产生了浓厚的兴趣，硬件是骨，软件是皮，硬件没有学好，软件编的再好也不会有太大作用了。
对于余老师上课时穿插加入的在实践项目中遇到的问题，对于以后想要从事这方面的研究和发展的学生是大有裨益的，而且，余老师传授的不仅仅是知识，还有很多学习的方法和做人的方法，那句名言“学的时候都是没用的，用的时候都是没学的”让我对自己以往那些错误的想法，比如大学课本上的东西都是没用的，有了很大的改变，只有夯实了自己的基础，那么在以后的发展中才能事半功倍。
上面说的都是心里话，没有拍老师马屁的意思，只是一直以来都没有学好，高中的时候物理就特别差，看到电路图就犯困，这学期时间短而且老师上课的时候为了在学期后讲实例把进度拉的快了，课余我又没有好好复习，因此成绩肯定不好，不过总算是让我见识到了真正的项目是怎么做的，不管怎么样，还是得谢谢余老师。
参考文献
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[2]况荣平，容太平.I2C总线在单片机上的实现[J].国外电子元器件,2001（6）:
120-165.
[3]何立民.系列单片机应用系统设计配制与接口技术[M].北京;航天航工大学出版社,1999:
282-300.
[4]家庭电子.2002年全年合订本
[5]张鑫.单片机原理及应用.北京：
电子工业出版社，2005
[6] 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材.北京:
清华大学出版社，2004
[7] 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:
清华大学出版社，1995
[8] 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈尔滨工业大学出版社，1994
[9]余永权，汪明慧，黄英编著.单片机在控制系统中的应用.北京：
电子工业出版社，2003
[10]武锋.PIC系列单片机的开发应用技术.北京：
电子工业出版社，2003
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