基于单片机实现的照明控制系统设计

基于单片机实现的照明控制系统设计内容摘要：

. 138P 0. 039T1158 9 C 5 1I N T 012R E S E T9RD17WR16E A /V P P31A L E /P30P S E N29V C C40GND20T L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K Ω 图 34 主机通信电路图 本系统的有线通信方式采用 RS485总线 进行 通信， RS485标准支持 半双工通毕业设计 (论文 ) 信， 只需三根线就可以进行数据的发送和接收，同时具有抑制共模干扰的能力，接收灵敏度可达177。 200mV，大大提高了通信距离，在 100K bps速率下通信距离可达 1200m，如果通信距离缩短，最大速率可达 10M bps。 在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。 主机处于主导和支配地位，从机以中断方式接收和发送数据，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。 主机与从机的通信电路图分别如图 34与图 35所 示。 ROREDEDI GNDABV C CT L P 5 2 1 4 A5 . 1 K ΩT L P 5 2 1 4 BT L P 5 2 1 4 C+ 5V+ 5V5 . 1 K Ω 5 . 1 K Ω 470Ω+ 5V3 . 3 K Ω3 . 3 K Ω120Ω20Ω20Ω12V7V12V7VM A X 4 8 55 . 1 K Ω5 . 1 K ΩR S T /V pp1R X D /P 3. 02T X D /P 3. 13X T A L 24X T A L 15I N T 0/ P 3. 26I N T 1/ P 3. 37T 0/ P 3. 48T 1/ P 3. 59GND10V C C20P 1. 719P 1. 618P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 1. 214P 1. 1/ A I N 113P 1. 0/ A I N 012P 3. 71189 C 20 51 图 35 从机通信电路图 主机与从机选用的 RS485通信收发器芯片为 MAX485，它是 MAXIM公司生产的用于 RS485通信的低功率收发器件， 采用单一电源 +5V工作，额定电流为 300μA ，采用半双工通 信 方式。 它完成将 TTL电平转换为 RS485电平的功能。 MAX485芯片内部含有一个驱动器和接收器。 RO和 DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的 RXD和 TXD相连即可； RE和 DE端分别为接收和发送的使能端，当 RE端 为逻辑 0时，器件处于接收状态；当 DE端 为逻辑 1时， 器件处于发送状态，因为 MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可 ，主机与从机分别使用 ； A端和 B端分别为毕业设计 (论文 ) 接收和发送的差分信号端 ,当 A引脚的电平高于 B时，代表发送的数据为 1；当 A的电平低于 B端时，代表发送的数据为 0。 在进行通信时 只需要一个信号控制 MAX485的接收和发送即可。 同时将 A和 B端之间加匹配电阻， 这里 选 用 120Ω 的电阻。 为了提高系统的抗干扰能力，采用光电耦合器 TLP521对通信系统进行光电隔离。 从机使用单片机的 MAX485的工作状态，平时置 电平，使从机串行口处于侦听状态。 当有串行中断产生时判别是否是本机号，若为本机地址则置 ，发送应答信息，然后再置 指令，继续保持 ，使串行收发器处于接收状态；若不是本机地址，使 ，使串行收发器处于接收侦听状态。 无线数传电路的设计 无线数据传输需要通过无线数传模块来实现。 本系统选用的是上海桑锐电子科技有限公司生产的 SRWF1型微功率无线数传模块。 该模块的通信信道是半双工的，最适合点对多点的通信方式。 单片机 与无线数传模块之间可以进行信息的传送与回馈，即所谓的双向通信。 无线数传电路的连接 主控制器与分控制器各使用一个无线数传模块，形成发送与接收的无线通信通道。 模块的数据输入和输出端与单片机的串行口连接，即模块的串行数据发射端 TXD与单片机的串行数据输入端 RXD连接；模块的串行数据接收端 RXD与单片机的串行数据输出端 TXD连接。 单片机与无线数传模块 SRWF1的电路连接如图 36所示。 图 36 单片机与无线数传模块的连接 SRWF1模块的特性 （ 1） 微发射功率 :最大 10dbm（ 10mW）的发射功率。 毕业设计 (论文 ) （ 2） ISM频段工作频率，无需申请频点。 载频频率 429438MHz，也可提供315/868/915MHz等载频。 （ 3） 高抗干扰能力和低误码率。 基于 FSK的调制方式，采用高效 无线 通信协议，在信道误码率为 102时，可得到实际误码率 105～ 106。 （ 4）完善的通讯协议。 （ 5） 传输距离远。 在视距情况下，天线高度 3米，可靠传输距离 300m。 （ 6） 透明的数据传输。 提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。 自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据（所发即所收）。 （ 7） 多信道，多速率。 SRWF1型模块标准配置提供 8个信道，根据用户需要，可扩展到 16/32信道，满足用户多种通信组合方式的需求。 SRWF1型模块可提供1200bps、 2400bps、 4800bps、 9600bps、 19200bps等多种通信波特率，并且无线传输速率与接口波特率成正比，以满足客户设备对多种波特率的需要。 （ 8） 双串口， 3种接口方式。 SRWF1型模块提供 2个串口 3种接口方式， COM1为 TTL电平 UART接口。 COM2由用户自定义为标准的 RS232/RS485接口（用户只需要拔 /插 短路器再上电即可改变接口类型）。 （ 9） 高速无线通讯和大的数据缓冲区。 可 1次传输无限长度的数据，用户编程更加灵活。 （ 10） 智能数据控制，用户无需编制多余的程序。 即使是半双工通信，用户也无需编制多余的程序，只要从接口收 /发数据即可，其它如空中收 /发转换，网络连接，控制等操作， SRWF1型模块能够自动完成。 （ 11） 低功耗及休眠功能。 接收电流 20mA，发射电流 40mA,休眠时电流仅为 20uA。 （ 12） 高可靠性，体积小、重量轻。 采用高性能单片处理器 ATMega8L,外围电路少，可靠性高，故障率低。 （ 13） 两种接口收发等待时间。 可设置的接口等待时间使模块既能用于高速用户设备（如 DSP系统）也可适用低速系统（如 51系统）。 （ 14） 看门狗实时监控。 ATMega8L的看门狗监控内部功能，改变了传统产品的组织结构，提高了产品的可靠性。 毕业设计 (论文 ) 4 基于单片机的照明控制系统的软件设计 软件是计算机系统的灵魂，没有软件计算机不能充分发挥其功能，这是软件在计算机中的地位，而在计算机控制系统中，软件也是非常重要的。 在照明控制系统中，硬件设备的功能是由软件来定义的，如系统要控制分布的照明灯具，通过有线与无线串行通信程序 来完成控制功能，通过软件定义键盘功能，通过编程完成 LED数码显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。 该照明控制系统的软件程序包括：照明启停控制程序、照明 亮度控制程序、照明定时控制程序、人机交互程序以及 RS485串行通信与无线数传通信程序等。 本着软件设计的基本方法，照明控制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计方法来完成的。 结构化程序设计方法虽然是早期的程序设计方法，但该方法还一直被广泛地使用。 结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程，遵循“自顶向下，逐步求精”的基本原则。 本照明控制系统软件程序总体结构如图 41所示。 图 41 照明控制系统软件程序总体结构图 人机交互程序设计 系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让 操作者能够灵活地控制系统工作。 键盘用来输入指令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简 单的人机交互形式。 键盘扫描程序设计 本系统的键盘采用的是 4 4 矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，毕业设计 (论文 ) 按键位于行、列线的交叉点上。 一个 4 4 的行、列结构可以构成一个含有 16个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 I/O 口。 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信 号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。 如果所有的四根行线都没有信号，那么就把第一根列线置低，把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。 由于键盘扫描的速度很快，而人按键总会持续一定的时间，因此只要单片机处在等待输入的状态，这个键盘扫描程序基本上不会错过任何一个按键信号。 由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。 让单片机不响应一些相关的抖 动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。 消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。 延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。 键盘扫描程序的流程图如图 42所示。 系统的按键定义除了基本的数字键（ 0～ 9）外，将其它的键。