基于单片机的智能照明系统毕业论文

基于单片机的智能照明系统毕业论文内容摘要：

智能控制的人工神经网络控制方向上，基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为近年来的一个热门课题。 国内外智能照明发展概况 “智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进 的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。 人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。 正如英国的 Glasgow 市报指出：“ Glasgow 正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢。 在智能建筑中的智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进行控制与管理。 ” 面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。 此外 计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。 澳大利亚邦奇开发的 Dynalie 智能照明控制系统，美国的智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借物理工程学院 毕业论文 4 鉴。 智能照明控制系统的优点 智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用。 智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。 智能照明控制系统的组 成 智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。 输入装置可以不断检测周围环境的照度水平，可以探测到某个区域是否有人移动，以及输入人们的控制指令，并把相应的信号传送给处理器。 输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。 处理器接受输入装置的信号，经过信息处理、判断、分析，输出控制信号。 执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平，包括手动开关。 现有智能照明控制系统的分析 澳大利亚邦奇开发的 Dynalite 分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布 式控制，各功能模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高。 美国 LCamp。 D 智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成，按照客户对室内外照明的具体要求，设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的回路，也有手动开关直接控制。 国内生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒适。 但是，国内外智能照明系统的研究存在着如下问题： （ 1）现有国外智能照明系统主要控制照度这个数 量指标，国外的研究主要集中于办公室照明，以节能为主要目的，但据照明科技最新研究成果表明，非定量指标（如舒适性和艺术性等）对室内照明光环境质量影响更大。 （ 2）国内一些智能照明控制系统能够实现集中控制和集中显示，具有一定的智能性，但其只能控制房间中的一个灯或一组灯的开、关，不能实现场景控制，也不能对灯光的亮度进行调节，不能产生多种照明效果。 （ 3）针对住宅照明光环境研制的智能照明控制系统产品很少，还有很大的开发前景。 物理工程学院 毕业论文 5 系统设计 系统设计要点 系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工 作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。 硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。 硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。 硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。 硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。 软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模 块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能。 系统设计思路 系统的结构主要由三部分组成：（ 1）上位机系统；（ 2）下位机系统；（ 3）通信系统。 1 通信系统 该多机通信系统采用 RS485 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机发来的命令或数据并做出回应。 如图 11 所示 图 11 有线通信系统结构 框图 2 上位机系统 主控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口分控制器RS 485 接口RS 485 总线物理工程学院 毕业论文 6 数码显示及驱动电路键盘AT 89 C 51通信接口电路晶振看门狗电源时钟电路看门狗AT 89 C 2051 人体信号采集电路晶振可控硅控制电路光信号采集电路系统的主控制器通过 RS485 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 12 所示。 图 12 主控制器硬件电路结构框图 3 下位机系统 分控制器硬件电路结构如图 13 所示。 图 13 分控制器硬件电路结构框图 室内灯光控制系统可以做到光线暗时开灯，雨天阴天时开灯，无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。 在确保室内正常照明同时，可有效防止无人灯 （无人时开灯）﹑无效灯（光线亮时开灯）、无限灯（休息时间开灯），从而达到节电目的。 根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功能表，如表 11 所示。 关系如果假设：室内光线强度为 A：光线强时 A=1，光线弱时 A=0； 人体信号为 B：有人时 B=1，无人时 B=0； 物理工程学院 毕业论文 7 作息时间为 C：上课时 C=1，休息时 C=0； 电灯开关状态为 D：合时 D=1，断开时 D=0。 则表 11 可以转化为表 12。 由真值表可得出系统逻辑函数表达式为： D=A178。 B178。 C 表 11 系统逻辑 表 12 系统逻辑真值表 信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开光状况 参数 自然光信号 人体 作息时间 符号 A B C D 逻 辑 状 态 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开关状态 参数 自然光照度 人体 作息 时间 逻 辑 状 态 强 无 休息 断 强 无 上课 断 强 有 休息 断 强 有 上课 断 弱 无 休息 断 弱 无 上课 断 弱 有 休息 断 弱 有 上课 合 物理工程学院 毕业论文 8 本章小结 本章介绍了照明控制系统在智能楼宇中的应用、发展以及所使用的主要专业技术。 它从传统的方式逐步发展到能够实现智能化控制，使用户使用起来更加方便、舒适。 本文所研究的照明控制系统主要使用了单片机应用技术、有线通信技术和无线数传技术。 在这里主要对这三种技术的组成、功能、发展以及使用领域等方面进行了简要的阐述。 物理工程学院 毕业论文 9 2 基于单片机的照明控制系统的设计框架与性能 系统设计要点 系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原 理和技术性能，将硬件和软件分开设计。 硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。 软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。 在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。 硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。 硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机， 并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。 硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。 软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用 51 系列单片机，因此使用 Keil C 语言进行开发。 此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。 本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。 系统的 结构 系统的结构主要由三部分组成：（ 1）上位机系统；（ 2）下位机系统；（ 3）通信系统。 这三部分共同完成了主控制器通过有线、无线通信方式与分控制器进行信息交换，达到控制照明灯具的目的。 有线通信系统的结构框图如图 21 所示。 该多机通信系统采用 RS485 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机发来的命令或数据并做出回应。 物理工程学院 毕业论文 10 主控制器RS485接口分控制器RS485接口分控制器RS485接口分控制器RS485接口RS485总线 图 21 有线通信系统结构 框图 无线数据传输系统也是由主控制器和分控制器两部分组成，系统结构框图如图 22 所示。 主控制器是发送遥控指令、发送数据信息、接收应答信息等，分控制器接收数据与遥控指令，完成对照明灯具的控制。 主 控 制 器 无 线 数 传 模 块分 控 制 器无 线 数 传 模 块分 控 制 器 无 线 数 传 模 块 图 22 无线数传系统结构框图 系统的主控制器通过 RS485 总线或无线数传模块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 23 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、亮度控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。 分控制器硬件电路结构如图 24 所示。 物理工程学院 毕业论文 11 8 9 C 5 1晶 振键 盘看 门 狗数 码 显 示 及 驱 动 电 路通 信 接 口 电 路电 源 图 23 主控制器硬件电路结构框图 8 9 C 2 0 5 1看门狗晶 振时 钟 电 路电 源零 点 检 测 电 路可 控 硅 控 制 电 路 图 24 分控制器硬件电路结构框图 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。 3 系统性能指标及技术要求 （ 1） 照明启停控制系统 ① 全开 ② 全关 ③ 单独开 ④ 单独关 （ 2） 照明亮度控制系统 ① 全部亮度调节 ② 单独亮度调节 物理工程学院 毕业论文 12 （ 3） 定时控制系统 ① 对全部照明灯进行定时控制 ② 对每个照明灯进行定时控制 本章小结 本章主要从系统设计要点、系统的结构、系统性能指标及技 术要求三方面对所研究的照明控制系统的设计框架和性能进行了阐述，该系统由一个主控制器与若干个分控制器组成， 系统的设计首先要从硬件方面着手，在绘制出正确的电路图后，再按功能要求编制出相应的软件程序，最终要达到所要求的性能指标。 物理工程学院 毕业论文 13 光敏管DS 12887人体探测TLC 1549从机 1AT 89 C 2051从机 nAT 89 C 2051主机AT 89 C 51驱动继电器LED 显示屏键盘电源ABCD串口开关输出电压输出AC 220 V3 基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计 系统硬件总述 系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分： AT89C51 芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控。