智能灯光控制系统设计

本科生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 （设计） 致谢 毕 业 设 计 （2012届） 题 目:智能灯光控制系统设计 学 院 物理电气信息学院 专 业 通信工程 年 级 0 8级通信（2）班 学生学号 12008243955 学生姓名 胡 鑫 指导教师 赵国荣 智能灯光控制系统设计 摘 要 本研究针对教室灯光的控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。 该系统以AT89C51单片机和AT89C2051联机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，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，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。 该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。 关键词:AT89C51；光敏电阻；传感器；自动控制；热释电 DESIGN OF INTELLIGENT LIGHTING CONTROL SYSTEM ABSTRACT Currently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system. This classroom light intelligent control system put forward methods often the basis of AT89C51&AT89C2051 is developed, which machine of AT89C51&AT89C2051 is a major part, and the environment of development is better than before. This system can satisfy the following functions, such as controlling the circuit of illumination, testing and processing daylight signal, testing and processing the signal of human body that illuminates the back track exists, reporting to the warning devices,ect.In order to satisfy these functions, the system adopted the homologous methods respectively, and to the gearing of the system, analyzing how to install,test and run the system. The microcontroller software was developed based on assemble language. Assemble language is one kind of structured program languages, it has more advantages than other high-level languages. Assemble language adopts building block design. Its commonality is very good and easy to improve and expand. It could be used to develop larger-scale system with more perfect performance. At the same time, the anti-jamming technologies, such as watchdog, are necessary when developing hardware and software. This system had many advantages. For example, the physical volume was small，the system was conveniently controlled, the credibility was high, the appropriation was strong, and its price proportion was ideal,ect. The experiment proved that the system can satisfy the control command of the classroom' s light device, so it could largely reduce the consuming of energy resources. Key words: AT89C51, photoresistor, sensor, automatic control，heat to release the electricity. 目 录 1第一章 引言 2第二章 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 22.1 硬件方案设计 22.1.1 微处理器 22.1.2 传感器的选择 22.1.3 显示器的选择 32.1.4 通信方式的选择 32.1.5 串行总线接口的选择 32.2 系统总体设计 32.2.1 系统的设计思路 52.1.2 系统的硬件设计图 52.3 系统逻辑算法的设计 7第三章 系统单元电路的设计 73.1 主控制机电路设计 83.1.1 键盘的接口设计 83.1.2 LED数码显示接口设计 93.1.3 看门狗监控电路的设计 103.2 分控制器电路的设计 113.3 RS485通信电路设计 133.4 信号采集电路设计 133.4.1 光信号取样电路设计 133.4.2 TLC1549的接口设计 153.4.3 人体信号采集电路设计 163.5 DS12887时钟芯片接口电路设计 173.6 输出驱动电路设计 19第四章 系统的软件设计 194.1 键盘显示电路 194.1.1 键盘扫描程序设计 204.1.2 LED数码显示程序设计 214.2 照明启停控制程序设计 214.2.1 全部启停控制程序设计 224.2.2 单独启停控制程序设计 244.3 照明控制程序设计 254.3.1 全部定时控制程序设计 264.3.2 单独定时控制程序设计 274.4 RS485通信程序设计 274.4.1 主机部分通信程序设计 274.4.2 从机部分通信程序设计 29第五章 总结 30参考文献 31致 谢 32附录：系统硬件总原理图 第一章 引言 随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着受教育者的数量增加而不断扩大，教室的数量也大幅度增加。为使师生有舒适的教学和学习的环境，无论是教室的面积、设施和照度，校方在力所能及的范围内，都付出了十分的努力。但由于学校开放型的管理模式，以及全员的节能意识的淡薄，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；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。这种有形和无形的浪费，给校方的水电支出带来了沉重的负担。学校的水电支出约占全校经费支出的1／4—1／5，电费支出占据较重比例。其中主要能耗浪费较大的是：教室照明和空调的使用。而教室照明的浪费源自于长明灯、白天亮灯、不合理使用照明以及旧灯管的不及时更换。 能源短缺是21世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的课题。所以学校如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献、节省高校经费支出和学生的健康等多方面考虑，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。 单片机的出现至今已经有40多年的历史了。微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到广泛渗透到社会经济、军事、交通、通信等相关行业，而且也深入到家电、娱乐、艺术、社会文化等各个领域，并掀起了一场数字化技术革命。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。 本篇论文介绍了就是基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统的研究和开发。本系统是以单片机为控制器的核心，其中上位机和下位机都是以AT89C51为基础，再连接外围电路，通过现场总线RS485通信方式实现照明灯具的智能控制。系统通过人体信号采集电路对人体信号采集和光信号采集电路对光信号采集以及相应的处理并输入给单片机，单片机对输入信号判断并输出信号来控制学校教室内灯光的开关和亮度。 第二章 总体方案设计 2.1 硬件方案设计 2.1.1 微处理器 设计方案中核心部件——智能芯片我们选择ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS 8位微处理器，带有4k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），15个I／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。根据本设计的要求，AT89C51芯片完全能够满足灯光控制系统所需要的处理器的性能和内存。体积小，应用方便，因此选择AT89C51芯片 2.1.2 传感器的选择 根据本设计的要求，该控制系统需要两种传感器：一种是人体信号采集传感器，另一种是光信号强度采集传感器： 一、热释电红外传感器： 热释电红外传感器是一种基于热电效应原理的热电型红外传感器，热释电红外传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成，利用它可检测出人体发出的红外线，检测人体存在。人体有恒定体温为37度上下，所以会发出特定波长10μM左右的红外线，而这10μM左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生由人体存在的信号。 二、光敏电阻式传感器： 光敏电阻会感应光照强度的变化，自己电阻随着光强度的增加而减小，进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步将要执行的动作。光敏电阻是一种非常常用的光电元件。它可以十分快捷的反正出光照的变化，应用电路也十分的简单、实用。 2.1.3 显示器的选择 在LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码。采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。利用显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每一位显示足够短，则人看到的就是无为数码管同时显示。在动态显示方式下电路设计较为简单，故采用此方式。 2.1.4 通信方式的选择 串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。串行通信的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只一需根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通信的传送距离可以从几米到几千米。由于串行通信方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用，因此本设计采用串行通信。 2.1.5 串行总线接口的选择 串行通信采用一个标准接口，才能使不同的设备可以方便地连接起来进行通信。当前比较常见的接口为RS-485。 RS-485总线，通信距离为几十米到上千米时，因此长距离要求时被广泛采用。RS-485总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。其采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互联时十分方便，可以省掉许多信号线。应用RS一485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。故本系统采用RS-485接口。 2.2 系统总体设计 2.2.1 系统的设计思路 本系统主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。系统的结构框图如下图2-1。 图2-1 系统的结构框图 上位机系统：系统的主控制器通过RS-485总线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2-2所示。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。 图2-2 主控制器硬件电路结构 下位机系统：分控制器硬件电路结构如图2-3所示。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。 图 2-3分控制器硬件电路结构 通信系统：该多机通信系统采用RS-485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。 2.1.2 系统的硬件设计图 图2-4 系统硬件设计图 2.3 系统逻辑算法的设计 影响教室的灯光的开关的条件因素有作息时间、天气、学生等因素。通过该灯光控制系统由以上因素来判断教室灯具的开和关。其他因素影响较小暂不考虑，主要控制条件为是否人、是否为休息时间、光线的强弱，由此决定电灯开关与否。如此一来可以避免绝大多数的无人亮灯现象、光线充足亮灯现象以及休息时间亮灯现象。由此可以列出如下系统逻辑功能表，如表2-1所示： 信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开关状态 参数 自然光照度 人体 作息时间 逻 辑 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 弱 有 上课 合 表2-1 如果假设：室内光线强度为A：光线弱时A=1，光线强时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2-1可以转化为表2-2： 信号 室内光信号 人体信号 时钟信号 电灯的开光状况 参数 自然光信号 人体 作息时间 符号 A B C D 逻 辑 状 态 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 表2-2 由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=A·B·C 第三章 系统单元电路的设计 本系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、输出控制电路、定时监视器电路，如图 3-1所示。 3.1 主控制机电路设计 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MCS-51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3-1所示： 图3-1 主控制器系统的硬件电路原理图 3.1.1 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。本系统采用的是4×4矩阵式键盘，第一行从左到右为1、2、3、4，第二行为5、6、7、8，第三行为9、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P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连。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。如图3-2： 图3-2 键盘的硬件电路原理图 3.1.2 LED数码显示接口设计 主要技术参数： 显示容量： 16×2个字符 芯片工作电压： 4.5~5.5V 工作电流： 20mA(5.0V) 模块最佳工作电压： 5.0V 字符尺寸： 2.×4.35(WXH)mm 表3-1LM016L 主要技术参数 接口信号说明： 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电压地 9 D2 Data I/O 2 VDD 电源正极 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 Data I/O 4 RS 数据/命令选择端(H/L) 12 D5 Data I/O 5 R/W 读/写选择端(H/L) 13 D6 Data I/O 6 E 使能信号 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正极 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源负极 表3-2 如图3-3： 图3-3数码显示与驱动电路原理图 3.1.3 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的接口电路附录所示。MR与WDO经过一个二极管连接起来，WDI接单片机的P2.7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4.65V，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+4.65V以下时，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。如图3-5 图3-5看门狗电路原理图 3.2 分控制器电路的设计 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MCS-51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。 分控制器系统的硬件电路如下： 图3-6分控制器系统的硬件电路 AT89C2051单片机共有二十个引脚。P1口8个引角，准双向端口。P3口7个引角，准双向端口，并且每个端口都可复用，P3.0 、P3.1的串行通迅功能，P3.2、P3.3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。根据各引角功能及本设计要求，将其接口电路设计如下： 图3-7 89C2051引脚 3.3 RS485通信电路设计 在各种分布式集散控制系统中，往往采用一台单片机作为主机，多个单片机作为从机，主机控制整个系统的运行；从机采集信号，实现现场控制；主机和从机之间通过总线相连，如图10）所示。主机通过TXD向各个从机（点到点）或多个从机（广播）发送信息，而各个从机也可以向主机发送信息，但从机之间不能自由通信，其必须通过主机进行信息传递。 图3-8 多机通信时，单片机的串行口只能工作在方式2、3。此时单片机发送或接收的一帧信息都是11位，1位起始位、9位数据位、1位停止位，其中第9位数据发送或接收是通过TB8或RB8实现的。当主机发送地址信息时，使TB8=1，所有SM2=1的从机都将产生中断，接收此地址信息进行比较，其中被主机呼叫的从机的SM2位被清“0”；主机发送数据信息时，使TB8=0，仅有SM2=0的从机才将产生中断，接收主机发来的命令或数据信息，其余从机不予理睬。 本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信。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 3-9与图 3-10所示。 图 3-9 主机通信电路图 图 3-10 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RS 485通信的低功率收发器件，采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 μA，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。 3.4 信号采集电路设计 信号采集电路设计包括光信号取样电路的设计和人体信号采集电路的设计。 3.4.1 光信号取样电路设计 光信号取样电路如图 13）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。 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Microwire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口资源少。 图 3-11光信号取样电路 3.4.2 TLC1549的接口设计 TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口如图 14）所示，在芯片选择（CS）无效情况下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供给I/O CLOCK并从DATA OUT接收前次转换结果。I/O CLOCK从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O 时钟提供采样模拟输入的控制时序。 图 3-12 TLC1549引脚及A/D接口电路 图3-13 TLC1549 方式 1 时序图 在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATA OUT端。10位数据通过DATA OUT 被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果I/O CLOCK 传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS被拉至低电平。时序图如图 15）。 TLC1549的数据采集程序设计 /*--------------- AetAD()TLC1549数据采集--------------------------*/ sbit ADCLK=P1^0; sbit ADOUT=P1^1; sbit ADCS=P1^2; /*-----------------------------------------------------------------*/ Void AetAD() { uchar i=1,w,PickCount; uint vol; for(w=1;w<=PickCount;w++) { ADCLK=ADOUT=0; vol=0; ADCS=0;//开启控制电路，使能DATA OUT和I/O CLOCK for(i=1;i<=10;i++)//采集10位串行数据 { //给一个脉冲 ADCLK=1; vol<<=1; if(ADOUT)vol|=0x01; ADCLK=0; } ADCS=1; delay(21);//两次转换间隔大于21us P0=0xff;//P0口置初始输入状态 } } 3.4.3 人体信号采集电路设计 人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。 1. 人体红外检测探头 人体红外检测探头由菲涅尔透镜、热释红外传感器P2288组成。 菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，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。 热释电红外传感器和热电偶都是基与热电效应原理的热电型红外传感器。热释电红外传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。图 16-1）为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，图 16-2）为底视图，图 16-3）为侧视图， P1、P2为两个敏感单元，面积约2×1mm2，间距1mm。 2. 比较电路 比较电路如图 3-15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。 图 3-15人体信号比较电路 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。 3.5 DS12887时钟芯片接口电路设计 本次系统设计中，灯光设计有以时间作为基准信号，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，而且它与目前应用广泛的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。 图 3-16 显示了DS12887管脚排列图： DS12887接口设计原理图如图 3-17： 图3-17 DS12887接口设计原理图 3.6 输出驱动电路设计 单片机输出控制信号电路如图3-18所示，由P2.0和P2.1口输出的控制信号来实现室内灯光的控制功能。 图3-18 输出控制电路 当P2.0口输出的是“0”电平时，则由Q1、Q2两个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。当P2.1口输出的是“0“电平时，三极管Q3截止，发光LED管电路不导通，发光LED管不亮，反之，发光LED管则亮。该发光LED管作为系统的故障提示灯来使用。该P2.1口有四种信号状态并对应不同的用户提示信息，即常“1”（正常）：开启室内照明电器。常“0”（正常）：关闭室内照明电器。 第四章 系统的软件设计 本灯光控制系统的软件设计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、人机交互程序以及串行通行等。 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。 4.1 键盘显示电路 4.1.1 键盘扫描程序设计 键盘扫描程序的流程图如图 4-1所示： 图4-1 键盘扫描程序的流程图 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，按键位于行、列线的交叉点上。 4.1.2 LED数码显示程序设计 LED数码显示程序的流程图如图4-2所示： 图4-2 LED数码显示程序的流程图 4.2 照明启停控制程序设计 照明的启停控制主要是由主控制器发出指令，通过RS485通信方式或无线数传方式控制全部或部分分控制器所控制照明灯具的启停，因此照明启停控制程序由两部分组成，即全部启停控制与单独启停控制两部分。 4.2.1 全部启停控制程序设计 全部照明启停控制系统是利用主控制器上的开、关按键来控制全部照明灯的启停，控制命令是通过串口通信方式传达到分控制器，分控制器再依据命令向P3.7口输出高低电平，来达到控制灯泡亮和灭的目的。 系统的主机和从机的控制程序流程图如图4-3和图4-4所示： 图4-4全部启停控制从机程序流程图 4.2.2 单独启停控制程序设计 单独照明启停控制系统是通过主机发送给指定的从机命令信息，来实现照明灯的启停控制。主机首先发送从机地址，被叫到的从机向主机发送本机地址，然后主机向从机传送数据，从机根据接收的数据信息执行相应的命令。 该系统的主机和从机控制程序流程图分别如图 4-5与图 4-6所示： 图4-5 单独启停控制主机程序流程图 图 4-6 单独启停控制从机程序流程图 4.3 照明控制程序设计 照明控制系统是利用从机即单片机AT89c51和时钟芯片DS12887进行数据通信，读取和写入实时数据，主机采用串口通信方式对从机进行定时时间的设置，从机然后根据设定的时间进行照明灯的启停控制。 4.3.1 全部定时控制程序设计 在全部定时控制系统中是通过主控制器向所有的分控制器发送广播地址，分控制器在收到广播地址后，使自己处于接收数据状态，然后主控制器向网络中发送时间数据信息，分控制器在收到时间数据后写入DS12887芯片，等到设定时间到达后，单片机发出命令关闭照明灯。该系统的主机控制流程图同图4-1所示，从机的控制流程图如图4-7所示。 图4-7全部定时控制从机程序流程图 4.3.2 单独定时控制程序设计 单独定时控制的主机程序流程图同图4-5所示，从机程序流程图如图 4-8所示。 图4-8 单独定时控制从机控制程序流程 4.4 RS485通信程序设计 RS485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对从机的查询方式通信。 4.4.1 主机部分通信程序设计 系统中的主机通信程序分为4个部分，分别为预定义及全局变量部分、程序初始化部分、数据通信流程和发送数据部分。 主机的数据通信的基本流程如下： 该部分程序对应的流程图如图4-9所示。 图 4-9主机数据通信流程图 4.4.2 从机部分通信程序设计 从机通信程序也被分为预定义及全局变量部分、程序初始化部分、数据通信流程和接收数据部分4个部分。流程图如下： 图 4-10从机数据通信流程图 第五章 总结 本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。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 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ；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。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。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。 参考文献 [1] 靳达．单片机应用系统开发实例导航 [M] ．北京：人民邮电出版社，2003．93—97． [2] 孟立凡、蓝金辉． 传感器原理及应用 [M] ．电子工业出版社, 2007年 [3] 华成英、童诗白．模拟电子技术基础 [M] ．高等教育出版社 2001年． [4] 谭浩强． C程序设计 [M] ．北京：清华大学出版社，1999．12． [5] 潘新民，王燕芳．微型计算机控制技术 [M] ．北京：电子工业出版社，2002． [6] 张达敏．教室照明智能控制器 [J] ．贵州工业大学学报（自然科学版），2003．32（1）：75—78． [7] 李念强、魏长智．数据采集技术与系统设计 [M] ．北京：机械出版社，2009．2． [8] 李朝青．单片机原理及接口技术 [M] ．北京：北京航空航天大学出版社，2003． [9] 周毛学．新编C语言程序设计教程 [M] ．西安：西安电子科技大学出版社．2000． [10] 李瀚荪．电路分析基础．（第三版）[M] ．北京：高等教育出版社．1999． [11] 梁宗善．电子技术基础 [M] ．武汉：华中理工大学出版社，1995． [12] 彭介华．电子技术课程设指导 [M] ．北京：高等教育出版社，1997． [13] 马建明、周长城．数据采集与处理技术 [M] ．西安：西安交通大学出版社，2009．2． [14] H.M.Deitel等著邱仲潘等译．C++大学教程 [M] ．北京：电子工业出版社，2009．2． [15] 邓焱，王磊等．测试技术与仪器应用 [M]．北京：机械工业出版社，2004．7． 致 谢 在毕业设计期间，我得到了许多热心的教师、同学的帮助，在此表示深深的谢意。 首先，我衷心地感谢我的导师赵国荣老师。他耐心的教诲和严谨的态度使我受益匪浅，正是他在各方面的精心指导才使我最终完成了课题。 同时，我也要感谢徐少辉、周春孚同学。在整个毕业设计期间，正是我们积极的讨论及他们的全力协助，才使我的课题以较快的速度完成。 最后，我不能不对在百忙之中抽出宝贵时间来参加参加论文评阅的各位教师表示由衷的谢意，他的的指导不但能修正论文中的错误，而且也使我得以真知。 由于本人学识有限，文中必有不妥之处，敬请各位教师批评指正。 附录：系统硬件总原理图 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� C 2 0 5 1 主机 RXD TXD RXD TXD 从机1 RXD TXD 从机2 RXD TXD 从机n …… 图 3-14-1）传感器 图 3-14-2）传感器底 图 3-14-3） 传感器侧 图3-16 DS12887芯片管脚图 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� 图 4-3 全部启停控制主机程序流程图 � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� � EMBED \* MERGEFORMAT ��� 1 _1234567893.vsd � � 子程序入口 初始化 查表取段码 数字是否显示完� 显示缓冲区左移 返回� 位码送译码器选通低位数码管 关显示 Y N 段码送驱动显示 _1234567895.vsd � � 中断程序入口� 初始化 接收主机发送的地址 地址是00H吗� 接收主机发送的数据 是打开命令吗 向P3.7口输出高电平 返回� 是关闭命令吗 向P3.7口输出低电平 N Y Y N Y N _1234567897.vsd � � 中断程序入口� 初始化 接收主机发送的地址 与本机地址相符吗� 接收主机发送的数据 是打开命令吗 向P3.7口输出高电平 返回� 是关闭命令吗 向P3.7口输出低电平 向主机发送本机地址 N Y Y N Y N _1234567899.vsd � � 中断程序入口� 初始化 接收主机发送的地址 与本机地址相符吗 接收主机发送的数据 数据写入DS12887芯片 读出DS12887芯片的数据 返回� 有人否 时间到了 N Y N Y 光线强 打开照明灯 Y N 向主机发送本机地址 N _1234567900.vsd � � 开始� 发送地址帧 等待从机应答 应答信息与发送的 地址相符吗� 调用发送函数发送数据 等待从机应答 发送成功吗� 结束 是广播地址吗 Y N N Y N Y _1234567898.vsd � � 中断程序入口� 初始化 接收主机发送的地址 地址是00H吗� 接收主机发送的数据 将数据写入DS12887芯片 读出DS12887芯片的数据 返回� 时间到了吗 N Y Y 关闭照明灯 N _1234567896.vsd � � 开始� 初始化 调用键盘扫描子程序 取键值 有键按下吗� 发送地址给从机 返回� 接收从机返回的地址 Y N 两个地址相符吗� 发送数据给从机 送显错误信息“0E” Y N _1234567894.vsd � � 开始� 初始化 调用键盘扫描子程序 取键值 有键按下吗� 发送数据给从机 返回� Y N _1234567891.vsd 89C51 晶振 键盘 看门狗 数码显示及驱动电路 通信接口电路 电源 _1234567892.vsd � � 开 始� 初始化 将第一根列线置高 依次扫描行线 有信号吗� 延时一次 有信号吗� 再延时一次 有信号吗� 返回对应键值� 将上一根列线置低将下一根列线置高 依次扫描行线 有信号吗� 延时一次 有信号吗� 再延时一次 有信号吗� 返回对应键值� 是第四根列线吗 将第四根列线置低 返回一个值� Y Y Y N N N Y Y Y N N N Y N _1234567890.vsd 主控制器 RS485接口 分控制器 RS485接口 分控制器 RS485接口 分控制器 RS485接口 RS485总线