单片机应用毕业论文基于单片机的照明控制系统

单片机应用毕业论文基于单片机的照明控制系统内容摘要：

3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。 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。 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。 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。 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 、 、 、。 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 、 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。 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 + 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+ 5V330Ω330Ω39Ω0 .0 1 u F100Ω+ 5 V7404M O C 3 0 2 11246~ 2 2 0 VB T 1 3 1B A T T E R Y3 . 6 VW D OR E S E TW D IMRV C CGNDM A X 8 1 3 L+ 5VD220nFVIVOGND220nFL M 7 8 0 5123V C C+ 5 V~ 2 2 0 VD1D210V+1 K Ω+ 5 VD3D41 .5 K Ω+ 5 VL M 3 1 1 图 分控制器系统的硬件电路原理图 16 时钟芯片的接口设计 本系统利用单片机 89C2051和时钟芯片 DS1302进行串行数据通信，读取和写入实时数据，用于定时控制照明灯具的启停。 DS1302是美国 Dallas公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加 31字节静态 RAM，采用 SPI三线接口 与 CPU进行同步通信，并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM数据。 实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于 31日时可自动调整。 DS1302与单片机的连接仅需要 3根线，即 SCLK、 I/O、 RST。 RST接在 ，此引脚为高电平时，选中该芯片，可对其进行操作。 串行数据线 I/O与串行时钟线 SCLK分别接在 ，所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输。 在本系统中， 89C2051为主器件， DS1302为从器件，主器件在总线上产生时钟脉冲、寻址信号、数据信号等， 而从器件则相应接收数据、送出数据。 对 DS1302的每一次读写需 16个时钟脉冲，前 8个脉冲输入操作地址和读写命令。 其中位 7必须为 1；位 0为 0时向芯片写入数据，为 1时从芯片读出数据； 位 6～位 1选定芯片中的地址。 后 8个脉冲写入或读出数据。 DS1302采用双电源系统供电， VCC1在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下 VCC2连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存 时间 信息 以及数据。 DS1302由两者中的较大者供电。 当 VCC1大于 VCC2+， VCC1给 DS1302供电。 当 VCC1小于 VCC2时， DS1302由VCC2供电。 零点检测与可控硅控制电路 的设计 这部分 电路的设计采用单片机的 I/O口灌电流的方法控制可控硅实现开关与调光控制，用光电耦合器 M0C3021作为可控硅的驱动器，同时实现强、弱电的隔离。 光电耦合器 M0C3021通过一个非门与 89C2051的 ， 当此脚输出高电平时，将会封锁。