基于单片机的照明控制系统毕业论文

基于单片机的照明控制系统毕业论文内容摘要：

应用技术 电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。 单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时 /计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。 因此一块芯片就构成了一台计算机。 它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。 单片机由硬件系统与软件系统组成。 硬件系统是指构成微 机系统的实体与装置，通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成。 其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（ Central Processing Unit），简称 CPU，是微机的核心部件。 CPU 配上存放程序和数据的存储器、输入 /输出（ Input/Output，7 简称 I/O）接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。 软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。 软件 系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。 1． 2 有线通信技术 在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的。 目前，有多种接口标准可用于串行通信，最常用的接口有 RS23RS42 RS485。 RS232 是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中得到了广泛应用。 其后发展起来的 RS42 RS485 是平衡传送的电气标准，比起 RS232 非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。 但总的来说， RS23 RS422 与 RS485 最初都是由电子工业协会（ EIA）制订并发布的， EIA于 1983 年在 RS422 基础上制定了 RS485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为 TIA/EIA485A 标准。 RS23 RS422 与 RS485 标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 正因为 RS485 的远距离、多节点（ 32个）、可以自行定义协议以 及传输线成本低的特性，使得 EIA RS485 成为工业应用中数据传输的首选标准。 1． 3 无线数传技术 有线传输的方式虽然使用非常广泛且可靠性较高，但由于各方面的局限性，已经在众多方面被无线传输方式所取代。 无线数字传输技术日益完善，其重要性也被人们所认识，相应的基于无线数字传输的产品也随处可见。 无线数字传输系统安装简便、使用效率高，可应用于各个领域，例如，无线数据传输、无线数据采集、无线抄表、工业遥控、楼宇自动化、高档玩具等等。 无线数传技术是通过单片机的串口与无线数传模块连接，将要发送的数据由无线数传模块 向空中发出，然后由另一个终端设备的无线数传模块从空中接收数据，这样就实现了预期的任务。 8 1． 4 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。 9 第二章 基于单片机的照明控制系统 的设计框架与性能 2． 1 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。 2． 2 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 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。 10 主 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口分 控 制 器R S 4 8 5 接 口R S 4 8 5 总 线 图 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 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 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 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 所示。 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 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 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。 2． 3 系统性能指标及技术要求 （ 1） 照明启停控制系统 ① 全开 12 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 （ 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 2． 4 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。 13 第三章 基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计 3． 1 主控制器的电路设计 主控制器采用 AT89C51单片机作为微处理器， AT89C51是美 国 ATMEL公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元。 主控制器系统的外围接口电路由键盘、数码显示及驱动电路、晶振、看门狗电路、通信接口电路等几部分组成。 主控制器系统的硬件电路原理图如图 所示。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8I N T 113R X D10T X D11X T A L 218X T A L 119T014P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39T11589 C 51I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7abcdefgABCD744710 0Ω 7D4A 10 15 4RBIRBOLTGNDV C C30pF30pF1 2 M H zD3 D2 D1V C C+ 5 VABCV C CG 2 AG 2 BY0Y1Y2Y3 K Ω 47 4 L S 1 3 8W D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5V+ 5V1 2 3 45 6 7 89 0 开 关确认定时↓↑+ 5VＤ 图 主控制器系统的硬件电路原理图 14 键盘的接口设计 键盘的结构形式有两种，即独立式按键和矩阵式键盘。 本系统使用的是 4 4 矩阵式键盘，第一行从左到右为 4，第二行为 8，第三行为 0、开、关，第四行为增值、减值、定时、确认。 该形式的键盘，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键码。 矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的 、 、 、 相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与 、 、 、 相连。 每当按下一个键时，对应 的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。 LED 数码显示的接口设计 数码显示与驱动电路由 74LS138 译码器、 7447 TTL BCD7 段高有效译码器 /驱动器、 4个数码管以及 5个 A1015三极管组成。 由单片机的 ～ BCD码，经 7447芯片后，翻译成 7 段数码管 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 相应的段，并输出点亮数码管相应的段。 单片机的 、 口输出的信号经 74LS138 译码器后产生的高电平信号加 在 A1015 三极管的基极，控制三极管的导通，从而起到对相应数码管的选通作用。 4 个 7 段数码管都被接成共阳极方式。 看门狗监控电路的设计 本系统采用 MAXIM 公司的低成本微处理器监控芯片 MAX813L 构成硬件狗，与 AT89C51的接口电路如图 所示。 MR 与 WDO 经过一个二极管连接起来， WDI 接单片机的 口，RESET 接单片机的复位输入脚 RESET， MR 经过一个复位按钮接地。 该监控电路的主要功能如下： （ 1）系统正常上电复位：电源上电时，当电源电压超过复位门限电压 ， RESET 端 输出 200ms 的复位信号，使系统复位。 （ 2）对 +5V 电源进行监视：当 +5V 电源正常时， RESET 为低电平，单片机正常工作；当 +5V电源电压降至 + 以下时， RESET 输出高电平，对单片机进行复位。 （ 3）看门狗定时器被清零， WDO维持高电平；当程序跑飞或死机时， CPU不能在 1． 6s内给15 出“喂狗”信号， WDO跳变为低电平，由于 MR端有一个内部 250mA的上拉电流， D导通 MR获得有效低电平， RESET端输出复位脉冲，单片机复位，看门狗定时器清零， WDO又恢复成高电平。 （ 4）手动复位： 如果需要对系统进行手动复位，只要按下手动复位按钮，就能对系统进行有效的复位。 分控制器的电路设计 分控制器采用低档型的 AT89C2051单片机作为微处理器， AT89C2051也是美国 ATMEL公司生产的低电压、高性能 CMOS 8位单片机，片内含 2K bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），兼容标准 MCS51指令系统，具有 15线可编程 I/O口，该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。 分控制器系统的外围接口电路由晶振、 实时时钟芯片、可控硅控制电路、零点检测电路、看门狗电路、通信接口电路等组成。 分控制器系统的硬件电路原理图如图。 30pF30pF1 2 M H zR S T /V pp1R X D /P 2T X D /P 3X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 6I N T 1/ P 7T 0/ P 8T 1/ P 9GND10V C C20P 19P 18P 17P 16P 15P 14P 13P 12P 1189 C 20 51V C C 1R S TS C L KI / OV C C 2X1X2GNDD S 1 3 0 2+ 5V20pF20pF3 2 .7 6 8 K H z+。