教室节能智能照明系统软件设计本科毕业论文(编辑修改稿)

教室节能智能照明系统软件设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

语言则运行于普通的桌面平台。 C51 语言具有 C 语言结构清晰的优点，便于学习，同时具有汇编语言的硬件操作能力。 单片机 C51 语言兼备高级语言与低级语言的优点 ， 语法结构和标准 C 语言基本一致，语言简洁，便于学习 ， 运行于 单片机 平台，支 持的 微处理器 种类繁多，可移植性好。 对于兼容的 8051 系列 单片机 ，只要将一个硬件型号下的程序稍加修改，甚至不加改变，就可移植到另一个不同型号的单片机中运行 ， 具有高级语言的特点，尽量减少底层硬件寄存器的操作 ， C51 语言代码执行的效率方面十分接近汇编语言，且比汇编语言的程序易于理解，便于代码共享。 C 语言是一种高级 程序设计语言 ，它提供了十分完备的规范化流程控制结构。 因此采用 C51 语言设计单片机应用系统程序时，首先要尽可能地采用结构化的程序设计方法，这样可使整个应用系统程序结构清晰，易于调试和维护。 对于一个 较大的程序，可将整个程序按功能分成若干个模块，不同的模块完成不同的功能。 对于不同的功能模块，分别指定相应的入口参数和出口参数，而经常使用的一些程序最好编成函数，这样既不会引起整个程序管理的混乱，还可增强可读性，移植性也好 [3]。 与汇编语言相比， C51 语言可以编写出更加灵活和更多功能的用户界面，提供优质的图文显示而且硬件处理效率也不会降低太多。 汇编语言开发的程序代码短、执行速度快，但由于汇编语言是低级语言，使用汇编语言是一件很麻烦的事西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 5 情，尤其是进行数值运算或结果显示时更为复杂。 因此，只有对程序执行的时间要 求十分苛刻时，才考虑使用汇编语言。 对大多数应用环境， C51 语言是能满足要求的，而且， C51 语言对编写需要硬件进行操作的场合，明显优于其他高级语言，本文智能水表系统的软件编程，选择用 C51 语言更为合适。 本课题所研制的控制系统以自然光强度和人体存在作为主要输入参数，可以实现自动与手动控制相兼容。 在自然光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯；在自然光较弱时，有人存在，控制器自动打开电灯，直到人离开延迟一定时间后关灯。 同时，还可以按作息时间来控制，夜晚超过 12 点，若还有人存在，则关闭控 制系统的运行，改用开关手动控制。 本课题研究的系统主要由硬件和软件两部分组成，硬件部分是前提，它主要为软件提供运行平台 [4]。 而软件部分，是对硬件端口所体现的信号加以采集、分析、处理，最终实现系统所要实现的各项功能。 教室中的自然光和人体存在与否是系统主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象，常用的环境光采集器件光电传感器有光敏电阻和光敏二极管，根据需求选择光敏电阻。 才外人体传感器要求灵敏度高、可靠性强，本系统采用 热释电红外传感器（ PIR） RE200B。 焊接硬件电路板 本课题分为自然光检测模块、人体检测模块、震荡电路、复位电路、输出电路、开关电路等部分，元器件在电路板插装的顺序是先低后高、先小后大、先轻后重、先易后难，上道工序的安装不能影响下道程序安装，有极性的元器件极性严格按照图纸要求安装，每焊接好一个模块都要输入程序进行调试。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 Protues 软件调试方案 Protues 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。 它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能， 还能仿真 单片机 及外围器件。 它是目前最好的仿真 单片机 及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到 单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到 单片机 与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。 方案选择 部分元器件在 Protues 软件 中未找到，而且焊接电路板对于结果演 示效果更好，所以本课题选择焊接电路板。 3 系统主要器件简介 7 3 系统主要器件简介 AT89C51 单片机简介 单片机的引脚及功能 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory），它是一种高性能的 CMOS8 位处理器，俗称单片机。 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 公司高密度非易失存储器技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容 [5]。 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，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价格低廉的方案。 图 是 AT89C51 的引脚结构图。 图 AT89C51 主要特性： a. 一个 8 位的 80C51 微处理器（ CPU)； b. 片内 256 字节数据存储器 RAM/SFR，用以存放可以读 /写的数据，如运算西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 8 的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等； c. 片内 4KB 程序存储器 Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格； d. 4 个 8 位并行 I/O 端口 P0～ P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出； e. 两个 16 位的定时器 /计数器，每个定时器 /计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制； f. 具有 5 个中断源、两个中断优先级的中断控制系统； g. 一个全双工 UART(通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信； h. 片内振荡 器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为 24MHz； i. 89C51 单片机与 8051 相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。 AT89C51 单片机的引脚的功能： a. Vcc 电源端，为 +5V， Vss 接地端； b. XTAL2(18 脚）：接外部晶体和微调电容的一端； c. XTAL1(19 脚）：接外部电容的另一端； d. ALE/PROG (30 脚）：地址锁存允许信号端；当 89C51 上电正常工作后，ALE 引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡频率 Fosc 的 1/6。 e. PSEN (29 脚）：程序存储器允许输出信号端； f. EA/Vpp（ 31 脚）：外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压输入端； g. P0 端口（ ～ ,39～ 32 脚）： P0 口是一个漏极开路的 8 位准双向 I/O端口； f. P P2 及 P3 端口均是带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口； 在 89C51 中， P3 端口还用于一些复用功能。 表 P3 端口引脚与复用功能表 端口引脚 复用功能 XD(串行输入口） TXD(串行输出口） 0INT (外部中断 0） 1INT (外部中断 1） T0（定时器 0的外部输入） T1（定时器 1的外部输入） WR (外部数据存储器写选通） 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 RD(外部数据存储器读选通） AT89C51 单片机的最小系统 复位电路： AT89C51 的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚 RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号 [6]。 复位电路通常采用上电 自动复位和按钮复位两种方式。 最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。 时钟频率用 12MHz 时 C 取 22uF， R 取 1K。 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。 本设计就是用的按键手动复位如图。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中电平复位是通过 RST端经电阻与电源 Vcc 接通而实现的。 时钟频率选用 12MHz 时， C 取 22uF,Rs 取200Ω， R0 取 1KΩ。 图 时钟电路： AT89C51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。 单片机的时钟产生方法有两种。 内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用内部时钟方式如图 ，利用芯片内部的振荡电路，在 XTALXTAL2 引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。 本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。 振荡晶体可在 到 12MHz 之间选择。 电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少 许影响， C C2 可在 20pF 到 100pF之间取值，但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。 所以本设计中，西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 10 振西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 11 荡晶体选择 12MHz,电容选择 65pF。 在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。 为了提高温度稳定性，应采用NPO 电容。 NPO 是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。 它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。 图 主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系 陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2~1mm 的探测元件。 在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。 由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊 光学系统 的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70分贝以上，这样就可以测出 10~20米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的 ―盲区 ‖和 ―高灵敏区 ‖，以提高它的探测接收灵敏度。 当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从 ―盲区 ‖进入 ―高灵敏区 ‖，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度 [7]。 人体辐射。