基于单片机的智能照明控制系统设计.doc

分类号：分类号：TN707U D C：D10621-407-(2012)1878-0 密密 级：公级：公 开开编编 号：号：2008032035 成成 都都 信信 息息 工工 程程 学学 院院 学学 位位 论论 文文 基于单片机的智能照明控制系统设计基于单片机的智能照明控制系统设计 论文作者姓名：论文作者姓名： XXXXXX 申请学位专业：申请学位专业：光信息科学与技术光信息科学与技术 申请学位类别：申请学位类别：理学学士理学学士 指指导导教教师师姓姓名名（职职称称） ： XXXXXX（高级实验师）（高级实验师） 论文提交日期：论文提交日期： 20122012 年年 0606 月月 0101 日日 基于单片机的智能照明控制系统设计基于单片机的智能照明控制系统设计 摘摘 要要 随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农 业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与 核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。楼宇智能化的发展与成熟，也 为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。 本文介绍了基于单片机 AT89C51 的室内灯光控制系统及其原理，提出了有 效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术， 利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。 系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时,光信号取样电路采集光 照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信 号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从 而实现照明控制,以达到节能的目的。 关键词关键词：单片机；光信号；微型计算机；节能 The Control System for Intelligent Lighting Based on Singlechip Microcomputer Abstract With the rapid development of electronic technology, the system of control based on Single-chip Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional systemelectronic circuit. At the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。 In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some effective and energy saving control strategys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system includes hardware and software design in two parts. When work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoor collecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,MCUcontrol circuiti based on these information through the switching operation of lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy. Key words: Single-chip microcomputer; Optical signal; microcomputer; Energy conservation 目目 录录 论文总页数：20 页 1 引言1 1.1研究背景1 1.2 智能照明控制系统的发展概况 .1 1.2.1 国内外智能照明发展概况1 1.2.2 智能照明控制系统的优点1 2 设计部分2 2.1 设计要求 .2 2.2 系统设计 .2 2.3 逻辑控制 .2 2.4 硬件设计 .3 2.4.1 系统硬件总述3 2.4.2 AT89C51 单片机介绍.4 2.4.3 光照检测电路5 2.4.4 人体信号采集电路5 2.4.5 比较电路8 2.4.6 延迟时间选择电路9 2.4.7 输出控制电路10 3 系统软件设计及实现11 结 论13 参考文献13 致 谢14 声 明15 附 录16 1程序代码16 2电路总图17 3PCB 图.18 第 1 页 共 18 页 1 引言引言 1.1 研究背景研究背景 随着经济的发展和国家对教育的重视，校园规模也逐渐随着人数规模的壮 大而扩大。但是普遍学校都是开放型的管理模式，高校的教室在白天室内照度 很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使是很少的时候也是整个教室的灯 全亮着。甚至教室无人的时候灯仍然亮着。这些现象普遍存在于各大高校，浪 费了电力资源。 目前通常使用的节电方式有实行手工控制，声控型，太阳能灯等。但是它 们都存在一定的弊端。手工控制方式操作不便，费时费力，而且需要人工控制。 声控型则容易存在判断不准确，当不是人为需要的时候，其它噪声也可能会让 灯亮。太阳能设备投资比较大，且容易受光照强度的影响，不适合用在教室设 施场所。因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新 型节能方案。 1.2 智能照明控制系统的发展概况智能照明控制系统的发展概况 1.2.1 国内外智能照明发展概况国内外智能照明发展概况 “智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使建筑物内 的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、 远程通信和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。 人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。 正如英国的 Glasgow 市报指出：“Glasgow 正在成为一个研究和发展太空 时代智能建筑的国际组织的神经中枢。在智能建筑中的智能照明、供热、空调、 通讯及办公设备将全部由电子计算机进行控制与管理。” 面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计。 正如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件 和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开 发的 Dynalie 智能照明控制系统，美国的智能照明建筑，特别是现代化办公室 的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。 1.2.2 智能照明控制系统的优点智能照明控制系统的优点 智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力照明实行 智能控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用。 智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛， 改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方 便等。 第 2 页 共 18 页 2 设计部分设计部分 2.1 设计要求设计要求 控制器的主要目的是对灯的开关状态进行控制。工作时根据时间和人工及 光照等因素综合控制灯的开关状态。当光照检测电路和热释电红外线传感器采 集光照强弱、室内是否有人等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制 电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。 2.2 系统设计系统设计 系统设计可分为硬件设计和软件设计两部分。根据我们需要实现的功能， 合理选择元器件进行设计。为了制作出想要的电路板，硬件设计主要涉及到构 造原理图，并对原理图用 keil 软件进行仿真，这一步最为重要，它关系到实验 成功与否的关键。 然后一旦仿真测试出我们想要的结果后，就可进行下一步原理图的绘制， 利用 protel99 se 软件进行原理图的绘制，对个各个元器件进行封装后，并根据 原理图画 PCB 图，并进行步线调整等，最后一步为电路板实物的制作。 软件设计部分，应该结合硬件电路所要实现的功能进行设计。主要针对光 电检测电路和热释电传感器输出信号进行处理。当光强的时候，系统对光照进 行检测，产生信号并处理控制灯的开关状态，科学管理灯光的亮与灭，达到节 约用电的目的。 2.3 逻辑控制逻辑控制 教室内灯光控制系统根据天气、时间、等因素自动控制教室内灯光。当教 室或者其它照明场所里面有人时，或者需要进行作业时，如果光线较暗则开灯， 光线很亮时则关灯，没有人时，或者不需要进行作业时，则关灯。光线亮时则 关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功 能表，如表 1-1 所示。 关系如果假设：室内光线强度为 A：光线强时 A=1，光线弱时 A=0；人体 信号为 B：有人时 B=1，无人时 B=0；作息时间为 C：上课时 C=1，休息时 C=0；电灯开关状态为 D：合时 D=1，断开时 D=0。则表 1-1 可以转化为表 1- 2。 由真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=ABC 如下表所示 第 3 页 共 18 页 表 1-1 系统逻辑 表 1-2 逻辑系统真值表 信号室内光信号人体信号时钟信号 参数自然光信号人体作息时间 电灯的开光状况 符号 ABCD 1000 1010 1100 1110 0000 0010 0100 逻 辑 状 态 0111 2.4 硬件设计硬件设计 2.4.1 系统硬件总述系统硬件总述 系统以单片微型计算机 AT89C51 为核心外加多种接口电路组成，共有四 个主要部分：光照检测电路、延时电路、热释电红外线传感及处理电路、输 出控制电路。 如图 2-1 所示 信号室内光信号人体信号时钟信号 参数自然光照度人体作息时间 电灯的开关状态 强无休息断 强无上课断 强有休息断 强有上课断 弱无休息断 弱无上课断 弱有休息断 逻 辑 状 态 弱有上课合 第 4 页 共 18 页 图 2-1 系统硬件原理及总述结构框图 外围接光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、输出控制电路。两 个开关实现人工控制。 2.4.2 AT89C51 单片机介绍单片机介绍 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。AT89C2051 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 MCS-51 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， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 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。外形及引脚排列如图所示 。 A 1 V O 2 RR1 3 RC1 4 RC2 5 RR2 6 V SS 7 V RF 8 V C 9 IB 10 V DD 11 2O UT 12 2IN 13 1IN + 14 1IN - 15 1O UT 16 JP? BISS0001 1 2 3 J? CON 3 C? CAP C? 103 C? CAP C? CAP C? CAP C? 47U F C?103 R? 47K R? 1M V CC R? RES4 R? RES2 R? 10K R? 1M R? 2M R? 47K R? RES2 R? RES2 R? RES2 Q ? N PN 02 1 3 4 Q ? JD Q RST 9 P30 10 P31 11 P32 12 P33 13 P34 14 P35 15 P36 16 P37 17 X 1 18 X 2 19 G ND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 A LE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 V CC 40 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 Q ? V CC V CC Y ? C? C? S? S? R? C? V CC D S? LAM P RES RES 220V D ? D IO DE V CC AT89C51 光信号采集电路 晶振 延时电路 人体信号采集电路 输出控制电路 第 5 页 共 18 页 2.4.3 光照检测电路光照检测电路 光信号取样电路如图 2-2 所示，图中主要由光信号采集电路和 A/D 模数 转换电路组成，其中模数转换是电路的核心。信号 经过采集送入 A/D 转换电 路，通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。 A/D 转换器的位数应根据信号的测量范围和精度来选择，使其有足够的数 据长度，保证最大量化误差在设计要求的精度范围内。本系统中，信号的测量 范围的电压：0.009.99V，精度 0.01V。 在本次设计中选用了带串行控制的 10 位模数转换器 TLC1549，它是由 德州仪器（Texas Instruments 简写为 TI）公司生产的，它采用 CMOS 工艺， 具有自动采样和保持，采用差分基准电压高阻抗输入，抗干扰性能好，可按比 例量程校准转换范围，总不可调整误差达到 ()1LSB Max，芯片体积小等特点。 同时它采用了 Micro wire 串行接口方式，故引脚少，接口方便灵活。与传统 的并行方式接口 A/D 转换器（例 ADC0809/0808）相比，其单片机的接口电 路简单，占用 I/O 接口资源少。 a 1 b 2 d 4 c 3 e 5 f 6 g 7 GND 8 LT 9 RBO 10 RBI 11 D 12 C 13 B 14 A 15 VCC 16 a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED C1 30pF C2 30PF SW-PB SW-PBSW-PB SW-PB SW-PBSW-PB SW-PBSW-PB SW-PBSW-PBSW-PB SW-PB SW-PBSW-PBSW-PBSW-PB XTAL1 MR 1 VCC 2 WDI 3 GND 4 RESET 5 WDO 6MAX831L+5 SW-PB Y0 5 Y1 4 Y2 3 Y3 2 VCC 1 G2B 6 G2A 7 C 8 B 9 A 10 74LS138 Q1Q2Q3Q4 R1 4K7 R2 4K7 R3 4K7 R4 4K7 +5 +5 R5 0.1K R6 1K R7 0.1K R8 0.1K R9 0.1K R10 0.1K R11 0.1K +5 R13 10K 1M 10uF SW-PB +5 2 14 3 TLP4 DS1 LAMP DS2 LAMP D DIODE R 1K PNP +12 220V R13 图 2-2 光信号取样电路 2.4.4 人体信号采集电路人体信号采集电路 1) 热释电效应原理简述 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用 热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色 膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产 生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。常用的热释电红 外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘 肽及钛铅酸铅等。 第 6 页 共 18 页 实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体 元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有 T 的变化时，由于有热 释电效应，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压 V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热 释电效应所产生的电荷Q 会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳 定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境 温度有差别，产生 T，则有T 输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有 变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验 证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于 2m，而加上光 学透镜后，其检测距离可增加到 10m 左右。 2) 人体红外探头介绍 热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为 电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵 敏度高、可流动安装等特点。实际使用时,在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜,这 样可大大提高接收灵敏度,增加检测距离及范围。实验证明,热释电红外传感器 若不加菲涅尔透镜,则其检测距离仅为 2m 左右;而配上菲涅尔透镜后,其检测距 离可增加到 10 m 以上。 3) 热释电红外传感器介绍 热释电红外传感器 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 1020m 范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化 的“盲区”和“高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前 走过时，人体发出的红外线就不断地交替从 “盲区”进入“高灵敏区” ，这 样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为 910 um，而探测元件的波长灵敏度在 0.220 um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的 窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710 um，正好适合于人体红外 第 7 页 共 18 页 辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种 专门用作探测人体辐射的 红外线传感器 。 4) 菲涅尔透镜介绍 菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表 面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及 扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求设计的，透镜的要求很高。菲涅尔透镜 在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果好。多用于精度要求不是很 高的场合。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测前方产生一个交替变化的 “盲区”和“高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从镜前走过时， 人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区” ，这样就使接收到 红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强化能量幅度。 菲涅尔透镜有两个作用：一是聚集作用，即将热释红外信号折射（反射） 在 PIR 上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区 域的移动物体能以温度变化的形式在 PIR 上产生变化热释红外信号。 由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小(小于 1 mV) ,不能直接作 为照明系统的控制信号,因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电 路,使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。根 据以上要求,人体热释电检测电路组成框图如图 2-3 所示。 2-3 热释电检测电路组成框图 1) 热释电传感器处理电路 本设计采用 BIS0001 来完成对热释电传感器输出信号的处理。BIS0001 是 一款具有较高性能的热释电传感器信号处理集成电路,它主要由运算放大器、电 压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。 图 2-4 中,热释电传感器 S 极输出信号送入 BIS0001 的 14 脚,经内部第一 级运算放大器放大后,由 C3 耦合从 12 脚输入至内部第二级运算放大器放大, 再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最 后从 12 脚输出信号 Vo 送入单片机进行照明控制。实验所得,当传感器检测室 内有人时,Vo 为 4 V ;无人时 Vo 为 0.4 V。 BIS0001 的 1 脚接高电平,使芯片处于可重复触发工作方式。输出 Vo 的延 迟时间 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小调整;触发封锁时间 Ti 由外部 R9 和 C6 的 检测对象热释电红外传感器菲涅尔透镜信号处理电路 0 V 第 8 页 共 18 页 大小调整。 BIS0001 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 2MR4 0.01uFC2 10KR5 R6 C4 10uF C3 D S G PIR 1M R2 47K R7 47uF C5 1K R3 47K R1 0.01uF C1 1MR8 200KR9 1KR10 0.47nF C6 47nF C7 Vo +5V 图 2-4 热释电传感器信号处理电路图 2.4.5 比较电路比较电路 比较电路如图 2-5 所示，由两个运算放大器组成，输入信号来自于红外 人体探头输出。比较电路中的基准电压分别由两个独立的分压电路得到，供电 路比较所用。即运算放大器 D1 的 6 脚和 D2 的 1 脚电压分别为 0.45V 和 2.0V。 - 6 + 5 7 - 2 + 1 3 C 5 30KR 263KR 9 1 2 JP4 Header 2 V+12 300 R 34 VC C P2.5 P2.6 R 20 R 23 VC C 图 2-5 人体信号比较电路 第 9 页 共 18 页 通过比较电路将相应的电压比较结果以数字信号输出。当被动红外探头在 有效范围内感应到人体信号后，运算放大器的 “2 脚”或“5 脚”的电压降为 3.0V；当被动红外探头在有效范围内没有感应人体红外信号时，“2 脚”或 “5 脚”的电压降为 1.0V。探头故障断路时，则“2 脚”或“5 脚”的电压降 为 0V。 1) 红外探头工作正常 “1 脚”的电压恒定为 2.0V， “2 脚”的电压有 1V 或是 3.0V 两种状态， “6 脚”的电压恒定为 0.45V， “5 脚”的电压与“2 脚”的电压保持一致。 探头将会根据有无人体信号在 “2 脚”产生 1.0V 或 3.0V 两种电压信号。 2) 红外探头不正常工作 “1 脚”的电压恒定为 2.0V， “2 脚”的电压为 0V， “6 脚”的电压恒定为 0.45V， “5 脚”的电压为 0V。 探头将只会产生一种电压信号 0V。 具体的比较结果如下表 1-3 所示。 表 1-3 探头采集信号输出状态表 探头工作状态 “1 脚” 电压 “2 脚”或 “5 脚”电压 “6 脚” 电压 P2.6P2.5 无人状态 2.0V1.0V0.45V11 正常 工作有人状态 2.0V3.0V0.45V01 断路或故障 2.0V0V0.45V10 通过比较电路，不仅解决了不同工作状态时被动红外探头的对外界人体红 外信号的采集，而且也实现了仅通过被动红外探头的两根电源线同时也传输了 所采集的周围环境的红外信号，一举两得。 2.4.6 延迟时间选择电路延迟时间选择电路 系统在 AT89C51 的 P1 中设置了延时时间选择电路 ,其目的是在环境光 照较弱时,照明设备延时一段时间后自动熄灭。电路通过 P1.0 P1.3 设置 4 个延时时间,当 P1.0 P3.0 无开关闭合时,系统按初始值进行延时；当 P1. 0P1.3 有开关闭合时,程序从 P1.3P1.0 进行检测,若检测到某一端口为低 电平时,则系统按当前端口设置的值进行延时。设置时间关系值如表 1-4 所示。 第 10 页 共 18 页 表 1-4 端口时间设置表 端口P1.0P1.1P1.2P1.3 时间/min15202530 2.4.7 输出控制电路输出控制电路 1) 继电器 继电器是一种根据电量（电压、电流等）或者根据非电量（温度、时间、 转速、压力）等信号的变化带动触点动作，来接通或者断开所控制的电路或者 电器，以实现自动控制和保护电路或者电器设备的电器。 继电器一般由感测机构、中间机构和执行机构三个基本部分组成。可分为 电磁式继电器和非电磁式继电器两大类。 电磁式继电器是在输入至电磁线圈中的电流的作用下，由其机械部件的相 对运动而产生预定响应动作的一种电器。 主要有：交流电磁继电器、直流电磁继电器、磁保持继电器、舌簧继电器 等。 (1) 交流电磁继电器：输入电路中的控制电流为交流的电磁继电器。 (2) 直流电磁继电器：输入电路中的控制电流为直流的电磁继电器。 (3) 磁保持继电器：利用永久磁铁或具有很高剩磁特性的铁芯，使电磁继 电器的铁芯，使电磁继电器的衔铁在其线圈断电后仍能保持在线圈通电的 位置上的继电器。磁保持继电器具有两个稳定状态。 (4) 舌簧继电器：利用密封在管形外壳内并具有触点簧片和衔铁磁路双重 作用的舌簧的动作来开、闭或转换线路的继电器。 工作原理： (1) 电磁式电压继电器 电磁式电压继电器是根据两端电压大小而接通或断开控制电路的继电器。 这种继电线圈的导线细、匝数多、阻抗大，并联在电路中。 (2) 电磁式电流继电器 电磁式电流继电器串接在电路中以反映电路中的变化。为了不影响电路的 正常工作。电流继电器线圈匝数少、导线粗、线圈阻抗小。除了有用于一般控 制的电流继电器外，还有作为保护用的过电流继电器和欠电流继电器。 2) 输出控制电路 单片机输出控制信号电路如图 2-8 所示，由 P2.0、P2.3 和 P2.7 口输出的 控制信号来实现室内灯光的控制功能。 用 P2.0 和 P2.3 两个输出来实现手动开关控制，用 P2.7 口来实现智能控 第 11 页 共 18 页 制，输出的是“0”电平时，则由 Q1 三极管组成的信号放大电路就被截止， 则继电器回路中无电流，所以，继电器线圈无法工作，使得继电器开关触点断 开，电灯回路不通，电灯不亮，反之，当 P2.7 口输出的是“0”信号时，则 由 Q1 三极管组成的信号放大电路就导通了，则继电器线圈工作 ，使得继电器 触点闭合，电灯回路导通，电灯亮 。 A 1 VO 2 RR1 3 RC1 4 RC2 5 RR2 6 VSS 7 VRF 8 VC 9 IB 10 VDD 11 2OUT 12 2IN 13 1IN+ 14 1IN- 15 1OUT 16 JP? BISS0001 CAP C? 103 C? CAP C? CAP C? CAP C? 47UF C?103 R? 47K R? 1M VCC R? RES4 R? RES2 R? 10K R? 1M R? 2M R? 47K R? RES2 R? RES2 R RES2 Q? NPN 02 1 3 4 Q JDQ RST 9 P30 10 P31 11 P32 12 P33 13 P34 14 P35 15 P36 16 P37 17 X1 18 X2 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 VCC 40 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 Q? VCC VCC Y? C? C? S S R? C? VCC DS? LAMP RES RES 220V D DIODE VCC 图 2-8 输出控制电路 3 系统软件设计及实现系统软件设计及实现 电路板要实现它的功能，还要必不可以的软件程序对它进行控制。 软件 设计分主程序设计、子程序设计、中断程序设计三大块。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，通过编程完成 对输 出电路的控制等等，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31所示。 第 12 页 共 18 页 取键值 初始化 调用键盘扫描程序 有键按下吗 返回 开始 Y N 图 31 照明控制系统软件程序总体结构图 当电源接通后，开始初始化，程序调用键盘，扫描程序。判断有无热键按下， 如果有，则为人手工控制：如果没有，则根据外界条件控制。当有人时，如果 光线很强，系统认为是白天，或者不需要开灯。当光线弱时，系统判断是晚上， 则控制灯亮。当没有人时，系统判断室内无人，则使输出电路控制灯不会亮。 第 13 页 共 18 页 结结 论论 根据本次设计要求，我首先了解了国内外的智能照明控制系统的背景，便 于后面设计。系统阅读了相关大量书籍、资料，学习了 51 系列单片机的工作原 理及使用方法，并仔细分析了课题设计要求，在实际设计过程中，条件艰苦， 由于能力有限及考虑到实际情况，部分功能未能实现，就省略掉了。本设计过 程中去掉了时间显示电路，只是能延时一段时间然后灯灭。 本文使用 AT89C51 单片机实现主控制，完成相关电路的设计，最终实现了 几个简单功能。能够对输出电路的控制，实验小灯泡能够对光和人的检测并能 做出相应反应，开或者关。基本上达到了智能照明的控制。 通过本次毕业设计，我受益匪浅，学到了很多知识，大大增强了自己的动 手能力。还使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，并学会了使用 keil 软 件进行仿真调试，使用 Protel se99 软件画原理图，画 PCB 板等。实验中使我们 认识到理论知识与实践中的巨大差别，懂得理论知识，并不代表能够很顺利地 做出实际想要的效果的电路板。 总之，在这次课题设计过程中，丰富了理论知识，增强了自己的实际动手 能力，增强了自己解决问题的能力。 参考文献参考文献 1 李全利. 单片机原理及接口技术.北京M. 高等教育出版社,2008,8(6): 8-13 2 王丽敏. 电路仿真与实验M. 哈尔滨工程大学出版社, 2000(5): 3-15 3 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M. 清华大学出版社, 1996(3): 11-14 4 刘志名. 电路分析. 西安电子科技大学出版社M. 2004(8): 4-9 5 万文略. 单片机原理与应用. 重庆大学出版社M. 2004(6): 6-12 第 14 页 共 18 页 致致 谢谢 本设计是在 XXX 和 XXX 老师指导下完成的。在课程设计中，我深深感受 到了两位老师那种诲人不倦、教书育人的崇高精神。非常感谢在工作之余能够 抽出他们宝贵的时间为我的设计细心指导。由于经验匮乏、知识面窄，在设计 过程中遇到了很多疑虑。感谢老师给我提供相关的信息，理清思路，交提供解 决问题的方法。这为我的设计中解决了很多问题，并少花了很多时间，最终让 我的疑虑都一一解开，最终完成了设计。在此，向在课程毕业设计当中给我提 供帮助的 XXX 和 XXX 老师说一声“老师您们辛苦了！” 。并真诚地祝福老师 在今后的工作及生活中。 还要感谢这四年来给我们授过课的老师们，是你们教会了我们许多专业知 识，有了这些专业理论知识，才能顺利完成毕业设计。 同时还要感谢身边的同学们。这些时间，在遇到不懂的问题上，大家一起 探讨，努力奋斗，共同解决问题。这样才使我顺利完成设计。 另外还要感谢 XXXXXX，学校为我们提供了良好的学习环境、实验设备等。 最后再一次所有帮助过我的人，谢谢大家！ 作者简介 姓 名：XXXX 性别：男 出生年月：XXXX 民族：汉 E-mail:XXXX 第 15 页 共 18 页 声声 明明 本论文的工作是 2012 年 2 月至 2012 年 6月在 XXXXXXXXXXXXXX 学院完成的。 文中除了特别加以标注地方外，不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获 XXXXXX 或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。 关于学位论文使用权和研究成果知识产权的说明： 本人完全了解成都 XXXXXX 有关保管使用学位论文的规定，其中包括： （1）学校有权保管并向有关部门递交学位论文的原件与复印件。 （2）学校可以采用影印、缩印或其他复制方式保存学位论文。 （3）学校可以学术交流为目的复制、赠送和交换学位论文。 （4）学校可允许学位论文被查阅或借阅。 （5）学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵 守此规定） 。 除非另有科研合同和其他法律文书的制约，本论文的科研成果属于 XXXXXX。 特此声明！ 作者签名： 年 月 日 第 16 页 共 18 页 附附 录录 1 1程序代码程序代码 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit kai=P20;/手动开灯 sbit hy=P17;/红外信号输入 sbit guan=P24;/手动关灯 sbit sc=P26;/继电器输出 uint num; void delay(uint ms) uint x,y; for(x=ms;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void main() delay(10000);/上电延时，让红外芯片初始化完成 TMOD=0 x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/50ms EA=1; ET0=1; while(1) if(hy=1) sc=0; TR0=1; if(kai=0) delay(10); if(kai=0) sc=0; while(!kai); if(guan=0) 第 17 页 共 18 页 delay(10); if(guan=0) sc=1; while(!guan); void T0_time() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/50ms num+; if(num=400)/20s 定时 num=0; TR0=0; sc=1; 2 2电路总图电路总图 第 18 页 共 18 页 3 3PCB 图图