基于at89c51的室内照明控制系统设计

基于at89c51的室内照明控制系统设计内容摘要：

所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达 20%40%。 智能照明控制系统它可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。 因此，智能控制方案的可行性是非常高的。 3 照明智能控制系统的硬件设计 由于受到教室环境限制，本系统按装时会受环境因素所限。 所以在设置过程中要充分考虑到干扰因素所造成的影响。 系统主控电路设计 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C51 是一种带 2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 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， AT89C51 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且 价廉的方案。 AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32 个I/O 口线，两个 16位定时 /计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 4 AT89C51 的管脚图引脚 图如下： 其主要端口功能如下： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的低八位。 P1 口： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 I/O 口，可用作输入， 有时也可 作为低八位地址接收。 P2 口：为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL门电流，当 P2口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 P3 口： P3口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（计时器 0外部输入） T1（计时器 1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） 图 31 AT89C51 管脚图 5 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 图 32 单片机最小系统电路图 系统供电电路设计 系统供电原理如图 33所示，采用 +5V 电压供电。 本设计采用输出电压为 9V 的变压器。 系统接通 220V 交流电源后，将 220V 交流电变压到 9V，经过二极 管全波整流、电解电容C1， C2 滤波，再经正输出稳压器 LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容 C3， C4，最后得到 +5V 的直流电压，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的 Vcc端供电。 . 图 33 系统供电电路 数据采集电路 热释红外传感器 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。 它的优点是 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。 6 价格低廉。 同时，该种传感器还具有很高的抗干扰性能： ①防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。 ②抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408 中 要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 ③抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。 红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。 红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感 ,而对于横切方向 (即与半径垂直的方向 )移动则最为敏感 .在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。 声音传感器相当于一个话筒，可以短时接收声波信号，并显示出震荡图像。 声音传感器能显示声音强度大小，也能研究声音的波形； 档位 1（测量声强）： 45～ 120dB； 档位 2（测量波形）： 0～ 5V（测量频率范围 100Hz～ 4000Hz） 分辨率： 1Hz， 精度：177。 1% 该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。 声波使话筒内的驻极 体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。 这一电压随后被转化成 05V 的电压，经过 A/D转换被数据采集器接受，并传送给 单片机。 声音传感器的好处在于当热释红外传感器收到干扰未能作出准确判断时，可以通过声音传感器对人声音的检测使得单片机发出指令点亮照明灯，增加了整个系统指令功能的完整性。 光敏传感器 光敏传感器是把光信号变成电信号的一种传感器。 光敏传感器并不局限于检测可见光，有的还可用于检测不可见光（包括红外线、紫外线）。 利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括 红外线波长和紫外线波长 ，当光强度有变化时，光敏电阻的阻值会有变化，从而实时监测室内光强，是否需要照明。 图 34 环境光电路 如上图所示，当环境光照强度大于一定程度时，光敏三极管 D6 呈现低阻状态 ≤1KΩ ，三极管 Q12的基极电压升高， Q12 管饱和导通，集电极输出低电平。 当环境光强度小于一R 2510 k Q 12N P ND6P H O T OR 2647 0 k+ 5vp27 7 定程度时，光敏三极管 D6 呈现高阻状态≥ 100Ｋ，使三极管 Q12 截止，集电极输出高电平。 其中调节 R26 阻值，可使三极管 Q12 受环境光强度影响在适当的亮度下导通。 系统时钟 设计 教 室灯光使用有时间特点，该系统应该还要设有时钟控制。 采用具有充电能力的实时时钟芯片 DS1302，作为临时性存放数据的 RAM 寄存器。 此芯片采用的是串行通信方式，还可为掉电保护电源提供充电功能，也可以将此功能关闭。 该芯片对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 —。 DS1302 只需三根线即可与单片机进行通信，体积小，使用简单，时钟精度较高，满足系统的要求，其引脚图如下图所示。 图 35 DS1302引脚图 DS1302 的引脚图 各引脚的功能为： Vcc1：主电源； Vcc2：备份电源。 当 Vcc2Vcc1+ 时，由 Vcc2 向 DS1302 供电，当 Vcc2 Vcc1 时，由 Vcc1 向 DS1302 供电。 SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线； CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。 图 36 时钟控制电路 8 超时报警 设计 单片机的 端口外加一个 10K 的上拉电阻，再经过限流电阻 100 欧与三极管 C945的基极相连。 当 端口 为低电平，即基极为低电平时，三极管导通，驱动蜂鸣器发出声音，以示教室灯工作超时。 若 端口为高电平，即基极为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作，教室灯工作正常。 本系统采用超时报警电路方便了管理人员对教室灯的管理，能够科学、有效地管理教室电灯。 系统看门狗设计 在单片机工作过程中，不可避免的会由于外界的干扰而产生程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况。 为了能够及时恢复单片机的工作，只能采用重新复位的方法，因此还应该在硬件设计中使用看门狗电路，这样在单片机发生死机的情况下，看门狗将产生一个复位信 号给单片机，使单片机复位，重新执行程序。 采用 AT89C51 单片机和 X25045 组成的看门狗电路 ,X25045 硬件连接图如下图所示。 X25045 芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。 在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则 X25045 将从 RESET 输出一个高电平信号，经过微分电路 C R3 输出一个正脉冲，使 CPU 复位。 图 2 电路中， CPU 的复位信号共有 3个：上电复位 (C R2)，人工复位 (S、 R R2)和 Watchdog 复。