毕业设计-基于mcs51单片机的智能灯光控制系统在现代家居设计中的应用

毕业设计-基于mcs51单片机的智能灯光控制系统在现代家居设计中的应用内容摘要：

XTAL114XTAL215RESET161718PSEN19GND20VCC40393837363534333231302928272625242322ALEP21WDORESETGNDMRVCCWDIDKVCC+5VCCMCS51 图 5 单片机与狗门电路组成的控制电路图 LCD 液晶显示设计 DM1602 具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 具有 16 脚接口，可以满足该系统对引脚的需求。 将 MCS51 单片机 P0 接口与液晶显示器八位输入输出接口相连， 接口与液晶显示器使能端相连，通过 V0 接口调节液晶显示模块的对比度， 滑动变阻器的阻值应设为 10kΩ。 显示电路如图 6 所示， 德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 10 123456789101112EAVPP13XTAL114XTAL215RESET161718PSEN19GND20VCC40393837363534333231302928272625242322ALEP21VSS1VDD2V03RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714VCCR 10K 图 6 LCD 显示电路 看门狗监控电路的设计 硬件看门狗采用 MAXIM 公司的微处理器监控芯片 MAX813L 构成，与 MCS51 的接口电路如图 7 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 [7]。 看门狗电路实现的功能如下： （ 1）系统正常时，上电复位：当电源电压超过复位门限电压 ，电源上电， RESET 端输出复位信号，使系统复位。 （ 2）看门狗定时器被清零， WDO 维持高 电平：当程序出现错误时， CPU 不能在 内给出“喂狗”信号， WDO 跳变为低电平， 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。 （ 3）对 +5V 电源电压进行监视：当电源电压正常时， RESET 输出低电平，单片机正常工作；当电源电压降至 + 以下时， RESET 输出高电平，单片机复位。 （ 4）手动复位：需要手动复位时，只要按下手动复位按钮，就能对系统进行有效的复位。 德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 11 图 7 看门狗电路图 光敏三极管采光电路设计 考虑灵敏度、可行性、经济性等方面的因素，对光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管比较之后，决定采用光敏三极管作为采光元件，对家里自然光进行采集，本课题设计采用3DU5C 型号的光敏三极管。 光敏传感器采光电路 [8]如图 8 所示，采用 LM339 电压比较芯片，组成一个三级电压比较电路。 [ 图 8 光敏三极管采光电路图 人体存在信号采集电路设计 HP208 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路 [9]。 静态电流极小， 50 微安， 它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外感应器应用在自动感灯光控制系统中。 人体存在传感器的 1 号引脚为电源信号端， 3号引脚为接地信号端， 2德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 12 号引脚为采集信号输出端。 在人 体存在传感器的信号引脚 2 与接地信号引脚 3 之间加了一个 6800pF 的电容，可以消除来自外界的干扰，使人体存在传感器的工作更加可靠。 另外，人体存在传感器的信号引脚 2 与单片机的 引脚相连， 引脚再接一个 100KΩ的上拉电阻，可以增加人体存在传感器输出信号的可靠性，其电路原理图，如图 9 所示： 图 9 人体存在信号采集电路图 电灯的驱动电路设计 单片机发出信号通过 7404 来给光电耦合器 MOC3021 来控制续电器接通与断开 ,从而控制电灯的开关。 光电耦合器能将强弱电隔离，抗外界干扰。 共有 3 盏灯，房间最前的一盏灯与 口相连；房间中间一盏等与 口相连，最后一盏灯与 口相连。 图 10 电灯的驱动电路图 4 家居照明控制系统的软件设计 软件设计要求和目的 以 MCS51 单片机作为控制装置的智能部件 [10]，采用热释红外人体传感器检测人体的存在（没人时家里灯全关，有人则进行下步行动），采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度（光强时灯全关，光一般时灯开两盏，光弱时开 3盏灯）；根据房间合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对房间照明回路的德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 13 智能控制 [11]。 在特殊情况下可以通过手动来控制灯的开关。 一号按钮控制手动与自动，二号 按钮控制灯的开关盏数（按 0次没灯开，按 1 次开 1盏灯，按 2 次开 2盏灯，按 3次开3 盏灯，按 4 次后返回到 0）。 在单片机接收每一信号时要延迟 3ms 与下一信号比较以防突变，按钮的情况也是如此。 当房间里没人灯全关时要延迟 30s 关灯。 LCD 液晶显示要及时无误的显示灯所开的盏数。 软件设计程序框图 如图 11 为整个程序流程图，首先给看门狗电路喂狗防止出现死机的情况。 由按键 1被按次数 R1 判断是自动还是手动，按键按一次 R1＝ 1 时程序进入手动状态，按键按零次R1＝ 0 时程序则进入自动状态，若按两次就会返还到 R1＝ 0 的状态。 自动时单片机会由人体存在信号采集电路和光敏三极管采光电路的信号决定是否开灯，开几盏灯。 手动时单片机会由按键 2 所按的次数 R0 决定开灯的盏数，按 0 次全关，按 1 次开 1 盏，按 2 次开 2盏，按 3次全开，按 4 次则返还到按 0次的状态。 最终通过 LCD 液晶显示开灯的盏数和关灯的盏数。 引脚接 1 号灯（家里最前面的灯）， 引脚接 2 号灯（家里中间的一盏灯）， 引脚接 3 号灯（家里最后一盏灯）。 全开时 P2=00000111B,开两盏灯时家前后两盏P2=00000101B,开一盏灯家里中间的一盏 P2=00000010B,全关时 P2=00000000B。 图 11 程序流程框图 德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 14 (1)手动控制 由 引脚处的按钮被按次决定手动和自动， R1=0 时自动， R1=1 手动控制， R1=2 后返回到 =0 的情况。 R1=1 手动时按钮 2 被按的次数 R0 决定开灯的盏数（ R0=0 全关，R0=1 开一盏 灯， R0=2 开两盏灯， R0=3 全开， RO=4 后返回到 R0＝ 0 的情况）。 单片机收到信号后将一些情况处理，再给 P2 赋值。 (2)自动控制 接人体存在信号采集电路（有人时 =1；没人时 =0）； ， 接光敏三极管信号采集电路， 接信号的高值； 接信号低值。 =0 时程序直接跳到延迟 30S 程序后把灯全关了。 =1 时程序开始根据 , 的情况给 P2 口附值。 （ ,）为（ 0， 0）表示家里光线很暗要把灯全打开则给 P2 口附 00000111B 的值；（ ,）为（ 0， 1）中等强度的光开两盏灯给 P2 口附 00000101B 的值；（ ,）为（ 1， 1）关线强则把所有的灯关了给 P2 口附 00000000B 的值。 (3)显示程序 采用 LCD 液晶显示，程序每次执行给 P2 口附值后就给 R3 附值（所要开的灯盏数）。 执行完开关灯程序后调用显示程序。 显示两行，第一行显示“ OPEN:R3” ,第二行显示“ CLOSE:R4”（ R4 关闭灯的盏数）。 5 总结 该设计研究了基于 MCS51 单片机的智能照明控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计 与软件设计， 以 MCS51 单片机为基础，实现了灯光照明控制与显示等功能，已达到节能，高效，舒适，便利的目的。 详细地描述了控制电路的设计过程，包括： LCD 显示电路，人体释热红外线传感器测量控制电路，光敏三极管控制电路，照明灯控制电路以及看门狗电路等。 软件设计主要包括单片机程序设计，灯光控制与 LCD 显示程序设计等，通过MCS51 单片机利用人体释热红外线传感器，光敏三极管监测到的信号对照明灯实现开启、关闭、调节房间亮度强弱的功能。 德州学院 机电工程系 2020 届 自动化专业 毕业论文（设计） 15 参考文献 ： [1] 张振昭，许锦标 .楼宇智能化技术 [M]. 北京 :机械 工业出版社 .:32～ 32 [2] 房小翠，王金凤 . 单片机使用系统设计技术 [M]. 北京：国防工业出版社 . 1999:17～ 20 [3] 王幸之，钟爱琴等 . AT89 系列单片机原理与接口技术 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社 . 2020:97～ 135 [4] 孙涵芳，徐爱卿 . 单片机原理及应用 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社 . 1996:25～ 30 [5] 康华光 .电子技术基础 [M] . 高等教育出版社 .2020:97～ 108 [6] 吴金戎，沈庆阳等 . 8051 单片机实践与应用 [M]. 北京：清华大学出版社 . 2020:117～ 124 [7] 何立民， MCS51 系列单片机应用系统设计 [M]．北京：北京航天航空大学出版社 .2020:80～ 98 [8] 赵负图 .传感器集成电路手册 ,第一版 .化学工业出版社 [M],2020： 3646. [9] 赵玉安 .人体热释电红外传感器介绍 [J]．中国电子制作， :11～ 13 [10] 何立民 .单片机应用系统设计 .北京：航天航空大学出版社 [M].2020 年： 2025 [11] 杨邦文 .新型实用电路制作 200 例 .北京：人民邮电出版社 [J]， 1998： 6573. Intelligent lighting control system in the application of modern home furnishing Cai guangzhu (Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023) Abstract: The design described the control of the lighting design principles and methods, based on MCS51 microcontroller, lighting control and display functions, described in detail in the design process of the control circuit, including: LCD display circuit, the human interpretation of thermal infraredThe sensor measurement control circuit, the photoresistance control circuit, the lighting control circuit and watchdog circuit. The software design includes a controller program design, lighting control with LCD display, the use of h。