毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的智能开关的设计.doc

学号: 4107032026 泰山医学院毕业设计（论文） 题目： 智能开关的设计 院（部）系信息工程学院所 学 专 业电子信息科学与技术年级、班级2007级本科一班完成人姓名指导教师姓名专业技术职称 2011年 6 月 10 日论文原创性保证书我保证所提交的论文都是自己独立完成，如有抄袭、剽窃、雷同等现象，愿承担相应后果，接受学校的处理。专业： 电子信息科学与技术 班级： 2007级本科一班 签名： 年 月 日 泰山医学院本科毕业设计（论文） 摘 要智能开关在我国引起越来越多的关注，随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，这给智能开关的发展提供了很大的市场空间。目前市场所使用的智能开关不外乎使用电力载波、无线、有线等几种技术，各种开关都有其优缺点，所以它们还未在广阔的领域内得到推广。本课题意为设计出一种稳定性好、传输速度快、抗干扰能力强、价格低廉、简单实用、能在各种领域内推广使用的智能总线开关，由此来弥补现有开关的缺点。在参阅前人关于智能开关技术的大量研究资料下，本次课题采用AT89C51实现的红外遥控和智能总线式开关来设计一个家居智能总线式开关控制系统，用遥控器代替机械式开关,来控制家庭内部照明，实现用遥控器控制任何房间的用电设备，并能指示任何房间的灯的状态。整个系统采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。采用主从式结构，一个主机，多个分机，如有特殊需要，还可扩展。关键字：智能；AT89C51；总线AbstractIntelligent switch in China caused more and more attention, as peoples living standards improve, people living intelligence, comfort and other requirements will be increasingly high, to the development of intelligent switches provide a great market space . Currently used by the smart switch market is nothing more than to use power line carrier, wireless, cable and other types of technology, a variety of switches has its advantages and disadvantages, so they have not been in the broad field of promotion. This topic is intended to design a good stability, transmission speed, anti-interference ability, low cost, simple and practical, in a variety of areas to promote the use of smart bus switch, thus to compensate for the shortcomings of existing switches. Predecessors in the see a lot of intelligent switching technology research data, the realization of this project using AT89C51 infrared remote control and intelligent design a bus switch to switch control bus smart home system with a remote control instead of mechanical switches, to control the family interior lighting, to achieve any room with the remote control of electrical equipment and lights to indicate the status of any room. The system uses the bus connection, bus, in the form of four buses, two signal lines, a power cord, a ground wire. Master-slave structure, host, multiple extensions, if any special needs, can be expanded.Keywords: Intelligence；AT89C51；C-BUS 目 录第一章 课题描述1 1. 课题简介1 2. 系统功能要求1 第二章 系统设计2 1. 方案论证与选择2 第三章硬件电路设计3 1. 控制开关电路3 2. 电源电路设计3 3. 红外接收器54. 红外线发射器5 5. 继电器驱动电路5 6. AT89C51芯片简介6 第四章 软件系统的设计7 1. 软件组的结构7 2. 程序流程73. 红外遥控开关程序8第五章 结论14参考文献15 致 谢16 第一章 课题描述 第一章 课题描述1. 课题简介智能家居的主体在于家庭自动化，将来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控制家庭内部照明或者家电，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备。家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。从智能家居所包含的内容来看，智能总线式开关就适应了这一需求。本次设计以采用AT89C51实现的红外遥控和智能总线式开关来制作一个家居智能总线式开关控制系统，用遥控器代替机械式开关,来控制家庭内部照明，实现任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并能指示任何房间的灯的状态。整个系统采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。采用主从式结构，一个主机，多个分机，如有特殊需要，还可扩展。 2. 系统功能要求为实现开关的智能化，家庭内部照明或者其他家电的开关，需要集中或者分布式控制，有时还需要通过网络或者电话远程控制。从市场需求出介绍的智能总线式开关具有如下功能和特点：任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并用发光二极管能指示任何房间的灯的状态。发光二极管亮代表此房间灯亮，发光二极管灭代表此房间灯灭。整个系统必须采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。采用主从式结构，一个主机，多个分机，如有特殊需要，还可扩展。系统是集中提供电源，抗干扰性强。- 1 - 第二章 系统设计 第2章 系统设计1. 方案论证与选择其中市场所使用的智能开关不外乎电力载波、无线、有线等几种技术。首先电路载波开关是采用电力线来传输信号的，开关需要设置编码器，会受电力线杂波干扰，使工作十分不稳定，经常导致开关失控，而且价格很高，附加设备较多（如阻波器、滤波器等）；其次无线开关是采用射频方式来传输信号的，开关经常受无线电波干扰，使其频率稳定而容易失去控制，而且操作十分繁琐，价格也很高；最后总线开关是采用信号线来传输信号，稳定性和抗干扰能力比较强，采用普通开关的布线方式安装，普通电工就能安装，但是现有的总线智能开关价格高，售后服务不好。综上所述，本系统采用单片机AT89C51作为本设计的核心元件。智能总线式开关是通过AT89C51实现对系统控制的。尽管无线遥控和PT2262/PT2272实现的红外遥控都比较方便使用，但是采用AT89C51实现的红外遥控更容易实现与智能总线式开关的连接。采用AT89C51实现的红外遥控就是在通用的红外遥控系统的基础上加以改进实现的，其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。所以设计出的智能开关具有稳定性好、传输速度快、抗干扰能力强、价格低廉的优点。、图 2-1 系统结构图对于家用的电器设备，选用总线式网络拓扑结构最为适合。为解决总线冲突的问题，可采用主从式结构，系统结构如下图所硬件电路设计- 2 - 第三章 硬件电路设计 第三章 硬件电路设计1. 控制开关电路 1.1 控制开关的电路原理与分析 控制开关电路主要由单片机AT89C51，和固态继电器SSR组成，如下图所示 图3-1 控制开关电路单片机AT89C51负责读取按键、控制LED指示灯和驱动固态继电器SSR动作。电源电路是开关稳压电路，将220V的交流电压变成5V。RST是单片机的复位电路。INT0为红外线接口。2. 电源电路设计电源电路是本系统中不可或缺的重要组成部分，必须选用高性能，低成本，大电流，低功耗的稳压器。所以采用降压型开关稳压电源。开关稳压电源的突出优点是效率高，可达70%以上。本系统的电源电路如图所示 图3-2 电源电路如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C3的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。3. 红外接收器我们选择煜星电子的YX0038M红外线接收头，特点是：小型设计、内置专用IC、抗干扰能力强、低压工作。4. 红外线发射器即是传统的遥控器5. 继电器驱动电路图3-3 红外线接收器 图3-5 继电器驱动电路图3-4 红外线发射器6. AT89C51芯片简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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。 - 13 - 第四章 软件系统的设计 第四章 软件系统的设计1. 软件组的结构软件是单片机控制系统的关键，一个单片机控制系统的功能实现和可靠性在很大程度上决定于软件。该系统的软件系统主要是由单片机主程序控制。2. 程序流程控制开关的主要功能是检测按键，控制指示灯，收发数据和控制固态继电器动作。图4-1所示为程序流程图。N Y 开始是否接受到信号传送80C51处理控制相应的继电器动作打开相应LED灯结束系统初始化图4-1 程序流程图3. 红外遥控开关程序#include#include sfr isp_data=0xe2;sfr isp_addrh=0xe3;sfr isp_addrl=0xe4;sfr isp_cmd=0xe5;sfr isp_trig=0xe6;sfr isp_contr=0xe7;unsigned int addres=0x2000;unsigned char eeprom_read(unsigned int addres);void eeprom_write(unsigned int address,unsigned char wdata);void eeprom_write(unsigned int addres,unsigned char write_data)/写数据。 unsigned char i; isp_data=write_data; /要写入的数据。 isp_addrl=addres; /低位地址 isp_addrh=addres8; /高位地址 isp_contr=0x01; isp_contr=isp_contr|0x80; /设时间与充ISP操作。 isp_cmd=0x03; /扇区命命令 isp_trig=0x46; /触发 isp_trig=0xb9; /触发启动。 isp_cmd=0x02; /写命令 isp_trig=0x46; /触发 isp_trig=0xb9; /触发启动。 for(i=0;i8; /高位地址 isp_contr=0x01; isp_contr=isp_contr|0x80; /设时间与充ISP操作。 isp_cmd=0x01; /写命令 isp_trig=0x46; /触发 isp_trig=0xb9; /触发启动。 for(i=0;i45&cTime16&intnum0&cTime6&cTime0;i-) for(j=100;j0;j-); 第五章 结论 第五章 结论本课题设计的智能开关系统以单片机作为中央控制单元，主机在预先编制好指令（即软件程序）的驱动下，控制整个硬件电路工作，完成系统的各项功能。利用51单片机的优越性，和采用现场总线结构使得设计出的智能开关具有稳定性好、传输速度快、抗干扰能力强、价格低廉的优点。本课题设计出的智能开关相对于当前市面上的机械开关，已有的智能开关有稳定性好、传输速度快、抗干扰能力强、价格低廉的优点，但由于该研究正处于理论研究阶段并未得到相关的认证，所以距离该产品问世还有一定的时间，由于知识水平有限还有很多没有完善的地方，但是实验证明该设计方案是科学可行的。- 14 - 泰山医学院本科毕业设计（论文） 参考文献1 李珍.单片机原理与控制技术M.北京：清华大学出版社，2002.2 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用M .清华大学出版社，2002.3 李双科，吴记群.一种基于AT89C52单片机控制的汽车倒车雷达系统的设计与实现.兰州石化职业技术学院学报J .2005,12 (5)：28-30.4肖俊锋，郑小琴.一种红外线自动门单片机控制系统J .2008,12（30）：52-76.5 刘迎春.MCS-51单片机原理及应用教程M .清华大学出版社，2005.6 李光飞.单片机课程设