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基于单片机的房间自动照明控制系统设计-毕业设计论文.doc

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基于单片机的房间自动照明控制系统设计-毕业设计论文.doc

嵇江坤基于单片机的房间自动照明控制系统设计I毕业设计说明书基于单片机的房间自动照明控制系统设计学生姓名班级学号智能041院、系、部电力工程学院专业自动化(智能建筑电气)指导教师讲师合作指导教师2008年06月电力工程学院毕业设计(论文)II摘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。同时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。本文阐述了照明的控制方式设计原理与实现方法。以设计过程为主线,分别从硬件和软件两个方面描述设计过程,即从硬件电路的设计方法到实现所要求功能的软件技术。该照明控制系统的控制器分别是以AT89C51单片机为基础,实现了控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括与LCD显示电路,照明灯控制电路以及看门狗电路等。对于软件设计主要有控制器、程序设计与灯光控制、键盘扫描与LCD显示等程序设计。该功能是通过人体释热红外线传感器,光敏三极管和AT89C51单片机控制的照明灯实现开启、关闭、调节房间亮度功能。关键词单片机,手动控制,自动控制,人体释热红外线传感器,光敏三极管嵇江坤基于单片机的房间自动照明控制系统设计IIIABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFELECTRONICTECHNOLOGY,THESYSTEMOFCONTROLBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERISWIDELYAPPLIEDININDUSTRY,AGRICULTURE,ELECTRICPOWER,ELECTRON,INTELLIGENTBUILDINGANDSOONMICROCOMPUTER,ASTHESUBJECTANDCOREOFTHEEMBEDDEDSYSTEMOFCONTROL,REPLACESTHETRADITIONALSYSTEMELECTRONICCIRCUITATTHESAMETIME,THEDEVELOPMENTANDMATURATIONOFTHEINTELLIGENTBUILDINGHAVEESTABLISHEDTHESUBSTANTIALFOUNDATIONFORTHEPOPULARIZATIONANDAPPLICATIONOFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERTHEPAPEREXPATIATESONTHEDESIGNINGTHEORIESANDIMPLEMENTATIONMETHODOFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGTAKINGTHEDESIGNINGPROCESSASMAINLINE,ITDESCRIBESTHEPROCESSOFDESIGNINGFROMTWORESPECTSHARDWAREANDSOFTWAREINANOTHERWORD,THEPAPERDESCRIBESTHEPROCESSFROMTHEMETHODOFCIRCUITDESIGNINGTOTHESOFTWARETECHNOLOGYOFREALIZINGTHEDEMANDEDFUNCTIONSTHECONTROLLEROFTHECONTROLSYSTEMFORLIGHTINGISBASEDONAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTERTHESYSTEMCANDOMANYJOBS,SUCHASCONTROLLINGANDDISPLAYTHEPAPERDESCRIBESTHEDESIGNINGPROCESSOFTHECIRCUITATLENGTH,INCLUDINGKEYBOARDANDLCDDISPLAYCIRCUIT,CONTROLCIRCUITOFLIGHTING,WATCHDOGCIRCUIT,ETCTHEDESIGNINGOFSOFTWAREMAINLYINCLUDESTHESEVERALPROGRAMMING,SUCHASLAMPLIGHTCONTROLLING,KEYBOARDSCANNINGANDLCDDISPLAYINGTHEFUNCTIONISTHATTHROUGHHUMANRELEASETHERMALINFRARED,PHOTOTRANSISTORANDAT89C51SINGLECHIPMICROCOMPUTERSENDSORDERSTOTURNONLIGHTING,TURNOFFLIGHTING,REGULATEBRIGHTNESSOFROOM,ETCKEYWORDSSCM,MANUALCONTROL,AUTOMATICCONTROL,HUMANRELEASETHERMALINFRARED,PHOTOTRANSISTOR电力工程学院毕业设计(论文)IV目录摘要IIABSTRACTIII第一章绪论111系统设计要点112系统的结构213系统性能指标及技术要求314本章小结3第二章硬件设备的应用421单片机的应用技术422人体释热红外线传感器423光敏三极管724LCD液晶显示825看门狗MAX813L1126本章小结13第三章基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计1431控制器的电路设计1432LCD液晶显示设计1533看门狗监控电路的设计1534光敏三极管采光电路设计1635人体存在信号采集电路设计1836电灯的驱动电路设计1937本章小结19第四章基于单片机的照明控制系统的软件设计2041功能要求和重点2042软件编程(程序)2043本章小结22第五章总结23致谢24参考文献25附录26嵇江坤基于单片机的房间自动照明控制系统设计V1软件程序262硬件电路图313外文资料翻译32嵇江坤基于单片机的房间自动照明控制系统设计1第一章绪论近十几年来,随着我国城市建设的快速发展,楼宇照明也相应飞速发展。在楼宇的照明数量与质量两个方面均有显著的变化与提高,特别是随着人民生活水平进入小康水平,楼宇照明水平提高很快,追求人工照明光环境的舒适性、个性化、安全、节能等方面日见突出。楼宇中人工光环境对于满足人们的生活、学习、娱乐以及工作方面有着重要的意义。照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断,或通过回路中串入接触器,实现远距离控制。而今出现的楼宇自控系统,是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。由于照明控制系统在楼宇自控系统中并非独立,同时控制功能简单,因此使用上有一定的局限性。故当楼宇自控系统出现故障时,照明系统亦受到影响。随着微电子技术与数字化技术的发展,开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统,从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。根据使用客户的经验,不仅使照明管理与设备维修简单及降低费用外,还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。本系统是以单片机为控制器的核心,其是以AT89C51为基础,以人体释热红外线传感器和光敏三极管为信号采集单元,再连接外围电路,通过单片机通信方式实现照明灯具的智能控制。11系统设计要点照明作为智能楼宇的子系统之一,它对智能楼宇的舒适性、经济性、方便性具有重要的意义。利用人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断,可以有效的对房间照明回路的智能控制,避免了照明用电的大量浪费。本设计以AT89C51单片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人体的存在(没人时教室里灯全关,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智能控制,避免了教室用电的大量浪费9。在特殊情况下(如多媒体教学和电影文学欣赏)可以通过手动来控制灯的开电力工程学院毕业设计(论文)2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10。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,因此使用汇编语言进行开发。12系统的结构系统的结构主要由三部分组成(1)单片机控制系统(2)信号采集处理系统(3)LCD显示系统(4)电灯电源驱动系统,达到控制照明灯具的目的。人体存在信号采集电路光敏三极管采光电路AT89C51单片机LCD显示电灯驱动电路狗门图11结构示意图外接的传感器(人体释热红外线传感器和光敏三极管)将信号传送给单片机后,由单片机控制灯的开关和显示系统。系统在单片机的控制之下完成数据的处理、显示,同时能够控制照明灯具,嵇江坤基于单片机的房间自动照明控制系统设计3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。13系统性能指标及技术要求首先单片机通过按钮1判定是自动还是手动,若是自动则人体存在信号采集电路和光敏三极管采光电路先后工作判定室内是否有人,和室内关照度,单片机再决定是否开灯,开几盏灯。最后通过LCD显示开了几盏灯和关闭了几盏灯。手动/自动(1)自动A全关B开2盏灯C开3盏灯(2)手动A全关B开1盏灯C开2盏灯D开3盏灯14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。电力工程学院毕业设计(论文)4第二章硬件设备的应用21单片机的应用技术电子技术和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)的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域,它起到了越来越重要的作用。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。单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置,通常由运算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成1。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上,统称中央处理单元(CENTRALPROCESSINGUNIT)2,简称CPU,是微机的核心部件。CPU配上存放程序和数据的存储器2、输入/输出(INPUT/OUTPUT,简称I/O)2接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称,人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换,使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统,两者相辅相成,缺一不可。22人体释热红外线传感器人体释热红外线传感器(及红外线热释电传感器)由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成7。敏感单元的制造材料有所不同。如,SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成;P2288由LITAO3制成。这些材料再做成很薄的薄片,每一片薄片相对的两面各引出一根电极,在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅

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