一种家用照明智能控制系统设计

成都理工大学工程技术学院学士毕业论文家用照明智能控制系统的设计作者姓名： 专业名称： 自动化指导老师： 王 洋 工程师 家用照明智能控制系统的设计I摘要“智能”照明技术随着智能建筑的兴起而迅速发展，成为照明技术发展的又一个重要方向。针对现有智能照明控制系统的优、缺点，根据人们的行为模式和住宅的光环境决定照明的控制规律，研制住宅智能照明控制系统对智能建筑的发展、提高人们的生活质量具有重要的意义。论文简要阐述了人类的一般视觉特性，从照明的目的、住宅照度标准、照明方式的确定、光源的选择、灯具的选用等方面研究了住宅照明设计的常用方法。并提出在进行任何的照明设计时，必须首先分析所进行活动需要的视觉信息，使得照明系统实现视觉需求的光环境，同时节约能源，实现绿色照明。论文分析了现有常用的几种智能照明控制方式的控制原理，优、缺点，使用场合，以及在使用中应注意的事项；并提出小康住宅智能照明控制系统的系统功能，研究了该系统的软、硬件设计方法，采用 AT89C51 微处理器作为控制器，用汇编语言编程，并采取有效的抗干扰措施以确保其运行可靠性。经过调试和试运行，该系统完全能够实现设计的系统功能。 住宅智能照明控制系统随着人们生活水平的提高将会有广阔的应用前景。关键词：节能 单片机 照明控制 智能控制 Abstract“Intelligent” lighting technique has developed rapidly, and has become one important development direction of lighting technique as intelligent architecture rises. Aiming at the advantages and disadvantages of existing lighting control systems, it is very essential to develop a residence lighting smart control system for intelligent architectures development and peoples life quality improvement according to the control law determined by peoples behavior pattern and residence luminous environment. The paper expatiates common human visual characteristics briefly, investigates common methods of easy home lighting design from the objective of lighting、residence illumination standard、the choice of light sources the choice of luminaires etc aspects. When approaching any lighting design, the needs of visual information of the activities that will take place should be analyzed first so as to lighting system can provide a visual needed luminous environment simultaneously saving energy to realize green lighting.The paper analyses the control principle of general several intelligent lighting control methods, analyses their advantages disadvantages, applications, and the proceedings should be paid attention to in the applications; and brings forward to the system function of easy home lighting intelligent control system, studies design ways of its software and hardware. The system uses AT89C51 micro-controller, programs with assembler language, uses effective anti-jamming measures to ensure it operates reliably. Through debugging and test running, the system can realize system function designed completely.As the peoples living level rises, the home lighting intelligent control system will have a widely application future.Keywords： energy-saving, SCM, illumination control, intelligent 目录摘要I关键词：节能 单片机 照明控制 智能控制 AbstractI目录III1 绪论51.1 智能控制技术的研究概况51.2 国内外智能照明发展概况51.2.1 智能照明控制系统的优点21.2.2 智能照明控制系统的组成21.2.3 现有智能照明控制系统的分析31.3 本文研究的主要内容31.4 小结42 系统的总体设计方案及硬件选型52.1 系统的总体设计方案52.1.1 定时控制62.1.2 手动遥控器控制72.1.3 照度检测控制82.1.4 活动区域探测92.1.5 照明与窗帘的联动控制92.2 系统的硬件选型102.2.1 控制器的选择102.2.2 显示器件的选择102.2.3 光敏三极管142.2.4 看门狗MAX813L152.3 小结163 子系统的工作原理及电路实现173.1 控制电路173.2 显示电路203.3 驱动电路203.4 看门狗监控电路213.5 人体存在信号采集电路223.6 小结234 主要程序分析244.1 主要程序的功能244.2 软件的设计254.2.1 主程序254.2.2 场景按键处理子程序274.2.3 按键扫描子程序274.3 小结32总结与展望33致谢34参考文献35V家用照明智能控制系统的设计351 绪论1.1 智能控制技术的研究概况智能控制是常规控制的一个延伸和发展，在过去几十年中，常规控制特别是基于状态空间方法的现代理论，在理论上取得了辉煌的进展，并且已经在航空控制等领域得到了成功的应用。但是，由于严重依赖于控制对对象模拟型的精确性，使得现代控制理论在处理难以建立精确数学模型的一些复杂工业过程和系统时，显示出了严重的不适应性和局限性。为了解决这类实际控制问题，一方面需要不断地完善现代控制理论，推动鲁棒控制、变结构控制和自适应控制等理论和方法的研究，另一方面需要开辟新的控制思想和控制途径，促使智能控制作为控制领域的一个新的分支不断发展。现在，随着智能控制在众多工程领域里的成功应用，它已经成为控制理论和技术领域中最富于魅力和最具有应用性的分支之一，受到了控制工程师们的广泛关注。1.2 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。随着智能建筑，特别是智能办公大厦的出现，使建筑要求与设计方法跟传统的办公楼比，大为不同。照明作为建筑不可缺少的部分，随着国际上“智能建筑”的大量出现，与之配套的智能照明技术也迅速地发展，并成为二十一世纪照明技术发展的一个重要方向。预计21世纪，人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势将会进一步扩大。正如英国的Glasgow市报指出：“Glasgow正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，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。此外计算机子照明设计和测试方面也得到广泛的应用。澳大利亚邦奇开发的Dynalie智能照明控制系统，日本的智能照明建筑，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。1.2.1 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他手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其他使用费用。智能照明控制系统与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。1.2.2 智能照明控制系统的组成智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。输入装置可以不断检测周围环境的照度水平，可以探测到某个区域是否有人移动，以及输入人们的控制指令，并把相应的信号传送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。处理器接受输入装置信号，经过信息处理，判断、分析，输出控制信号。 执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平，包括手动开关。1.2.3 现有智能照明控制系统的分析澳大利亚邦奇开发的Dynalite分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制，通常可以由调光模块、场景切换控制面板、液晶显示触摸屏、智能探头、编程插口、时钟管理器、手持式编程器和PC监控器等部件组成，将上述各种部件具备独立功能的模块用一条双绞数据通信总线（BR485）将它们连接起来组成一个Dynet控制网络。Dynalite分布式智能照明控制系统将控制功能分散给系统中每一个模块（如：调光模块、场景切换控制面板、智能探头），各功能模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高。澳大利亚奇胜场景照明控制系统，可以对同一个场所中最多18个灯区（照明回路）供电和调节亮度。用户可以调节和预设每个灯区的亮度以适应最多5种场景，只需按一下按键就可以为你的活动选择满意的照明环境。美国LC&D智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成，按照客户对室内外照明的具体要求，设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的回路，也有手动开关直接控制。国内外生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒适。1.3 本文研究的主要内容第1章介绍了智能控制技术的发展概况、智能照明发展概况、研究意义、主要研究内容。第2章研究了系统总体方案设计及硬件选型，并分析它们的控制原理，优、缺点、使用的场合，以及在使用中的注意事项。第3章主要探讨了系统内的工作原理及其电路，分析其工作状态。第4章主程序的设计及相关程序的编写，还有相关程序流程图的制作过程。第6章则为小结，总结论文与展望其论文的发展。1.4 小结本章首先简要阐述了智能控制控制技术的研究概况和国内外智能照明发展概况，就课题来源作了必要说明，最后对本文主要研究内容作了简要概括。 2 系统的总体设计方案及硬件选型在过去的 20 年，计算机深刻地影响着人类生活大多数领域的发展。建筑物也不例外，尤其是智能建筑，处处体现着使用计算机所带来的先进性、舒适性、节能性。智能微处理器的使用，结合现代自动控制技术，使得建筑设备具有自动运行控制、故障诊断、自适应等功能。智能照明控制器的使用提供了更大的灵活性，可以对灯光进行更有效的管理。它们使得创造一个美学意义上令人愉悦的光学环境成为可能，同时又节省能源2。2.1 系统的总体设计方案系统的结构主要由四部分组成：（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。其结构图如下：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。系统在单片机下通过时钟定时控制、手动遥控控制、无线电源控制、区域场景控制、照度检测控制、活动区域探测、照明与窗帘的联动控制，从而实现家用照明系统的智能控制。2.1.1 定时控制定时控制是一种常用的控制方式，分为计时器和实时时钟两种。计时器由手动操作，一旦被驱动，打开灯光并保持一段时间，时间的长短是预设的。计数时间到就关闭灯光，如要打开灯光需重新驱动定时器。一般的计时器可定时 5 分钟到两个小时。人离开后可自动关闭灯光，可节约能源，但如人停留的时间超过定时时间，需再次驱动，可能会造成灯光频繁的开关。计时器大多用在人只作短暂停留的场合或者正常工作时间以外偶尔有人逗留的区域。实时时钟控制是根据预先的时间设定来进行控制，根据时间打开、关闭灯光或调节灯光到某一设定的水平。有机械实时时钟和电子可编程实时时钟两类。机械实时时钟简单易用，价格相对便宜，但只可设定一个时间。电子可编程实时时钟则可设定很多不同的灯光区域和时间。采用实时时钟管理灯光方便，可节约能源，但较为刻板，有时需设手动开关。2.1.2 手动遥控器控制通过遥控器，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的手动控制和区域场景控制。 1) 红外遥控开关，由红外编码发射及红外接收译码控制两部分组成。电路有一对红外发射及接收头、编码及译码专用集成电路和控制电路三部分。当按下遥控键后，编码器工作，TX 选出串行编码信号通过红外发射头发出红外信号，经目标反射后，经红外接收头接收，送入译码器输入端。当译码与编码一致时，译码器输出端输出相应的高低电平信号去驱动控制电路工作，产生使光源开关的开或闭的动作。 2) 无线电远控开关 由无线电编码发射部分及无线电接收译码控制两部分组成。电路有振荡发射电路、接收电路、编码及译码专用集成电路和控制电路四部分。当按下遥控键后，编码器工作，TX 送出串行编码信号控制振荡电路工作，产生调制射频信号，由天线辐射出去。信号经目标反射后，经接收电路接收，送入译码器输入端。当译码与编码一致时，译码器输出端输出相应的高低电平信号去驱动控制电路工作，产生使光源开关的开或闭的动作。 无线遥控开关能够全方向探测，不受墙壁、门窗等障碍物的影响，有效控制半径 30m，其灵敏度受发射及接收电路的影响。 就目前现有技术而言，遥控开关大多采用可控硅或继电器作为开关器件。可控硅的抗干扰和抗过载能力很差，不适宜控制感性和容性负载，可靠性差，长时间工作容易损坏。而继电器工作时线圈有一定功耗，易发热不适宜长时间工作，继电器的触点也不能长期工作在过载状态。同时这些采用可控硅或继电器的电子开关，一旦出现故障将使受控电器不再受控，电器处于长期通电或断电状态很不安全。安全性、可靠性、稳定性这些问题成为各种电子化开关成为各厂家努力寻找解决的目标。大约 80%的家庭拥有三个以上遥控器，过多的遥控器使人产生不方便感，而多种功能合一的遥控开关集多种遥控功能于一身。首先它是无线遥控开关，可以控制家中的照明，窗帘，空调等系统；同时它也是红外遥控开关，内置了许多品牌的电视，音响，VCD 等红外控制指令集。还可以学习两种红外线遥控器的控制功能，用于起居室或高级家庭影院。将计算机、电话、视听设备、安全监控设备、厨房设备、电灯、窗帘等受控设备的红外遥控码进行学习和对所有设备模拟控制，然后集中在一个无线液晶屏上，通过液晶屏上的中文菜单选择点击，只要拿着这只全能摇控器，可以遥控家里的任何一个角落的设备。2.1.3 照度检测控制为了充分利用日光，节约能源，通过照度检测器检测窗户外边的自然光照度，根据日光系数计算出室内某一点的水平照度，由计算得出的水平照度开启相应的灯光并调节到相应的亮度，使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，始终维持在照度预设值左右。这种控制方式主要使用在办公室照明场合，因为办公时间主要在白天，天空亮度很高，近窗处的日光照度就可能符合视觉作业的要求。这种照度平衡型昼间人工照明的控制方式有利于节约电能，能够保证该区域内的照度均匀一致。Rubinstein7等研究表明，在旧金山的电气公司大楼使用光电控制系统，在有日光照明的区域中照明电消耗减少了 2535%。但是利用昼间照明存在两个方面的问题：1) 建筑设计者需要确定一年中哪些时期日光在室内产生的照度超过日常工作所需的照度；2) 工程师安装由日光控制的人工照明系统时需要有一个准确的控制参数以保证有一个舒适的视觉环境。照明工程师需要每时每刻的局部室内日光水平，建筑设计师需要知道工作时间内局部日光水平的利用率。至今没有一个天空亮度模式预测室内照度的精确度在 20%以内，为了达到这个目标，对天空亮度模式的研究现在和将来都仍然是最基本的4。2.1.4 活动区域探测活动区域探测器安装在房间中，它能检测出某个房间或区域内是否有人走动，并把这个信息反馈到控制器，从而控制相应灯光的打开或熄灭。控制器可以计算出探测到没有人走动的时间。每次探测到有人走动，计算重新开始。一旦探测到有一段时间没有人走动，房间或区域内的灯光将关闭或调暗到节约能源的水平。如果更长一段时间没有人走动，灯光将完全关闭。使用活动区域探测器可以节约能源，但必须注意探测器的安装位置，如果安装不当，探测到窗帘或空调风扇的运动信号也会触发探测器，造成不当的开灯、关灯。活动区域探测器有红外线、紫外线、微波和声音等活动区域探测器，它们常用于图书馆书库、仓库、办公室、会议室、储藏室和盥洗室等处。住宅的门厅前设置活动区域探测器，主人深夜归来可自动打开门厅灯光，待主人进屋后自动关闭。2.1.5 照明与窗帘的联动控制电动窗帘控制系统是整个居室照明系统的一个重要功能部分，它把家中的窗帘系统纳入整个智能照明中。电动窗帘控制系统的核心就是窗帘电机控制器，通过它，就可以用系统中的某些控制手段对窗帘进行控制。窗帘的开闭可由光线探测器来控制，白天当它感测到足够的亮度，可以自动打开窗帘；当夜幕降临，又可以将窗帘自动关闭。除此之外，还可以根据喜好自行设计窗帘开关程序，比如开 1/2、关 1/2；打开1/3位置等。由于季节不同，同一时间的日光水平不同，控制窗帘开闭的亮度在不同的季节应设置在不同的水平。窗帘的联动控制可用于智能化小区、居民住宅、写字楼、别墅、宾馆、医院、体育馆、教学楼、实验室、科研场所等处。2.2 系统的硬件选型2.2.1 控制器的选择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（Central Processing Unit）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。2.2.2 显示器件的选择1602采用标准的16脚接口，其中: 第1脚：VSS为低电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第1516脚：空脚1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”6。 它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置指令2：光标复位，光标返回到地址00H指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符指令7：字符发生器RAM地址设置指令8：DDRAM地址设置指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据指令11：读数据DM-162液晶显示模块可以和单片机AT89C51直接接口，电路如图2.2所示。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符1602的内部显示地址6。比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是：01000000B（40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。 以下是在液晶模块的第二行第一个字符的位置显示字母“A”的程序： ORG 0000H RS EQU P3.7； 确定具体硬件的连接方式 图2.2 DM-1629（及162）与AT89C51的连接图RW EQU P3.6 ； 确定具体硬件的连接方式 E EQU P3.5 ； 确定具体硬件的连接方式 MOV P1，#00000001B ；清屏并光标复位 ACALL ENABLE； 调用写入命令子程序 MOV P1，#00111000B ；设置显示模式：8位2行5x7点阵 ACALL ENABLE ； 调用写入命令子程序 MOV P1，#00001111B ；显示器开、光标开、光标允许闪烁 ACALL ENABLE ； 调用写入命令子程序 MOV P1，#00000110B ；文字不动，光标自动右移 ACALL ENABLE ； 调用写入命令子程序 MOV P1，#0C0H ； 写入显示起始地址（第二行第一个位置） ACALL ENABLE ； 调用写入命令子程序 MOV P1，01000001B 字母A的代码 SETB RS ；RS=1 CLR RW ；RW=0 ; 准备写入数据 CLR E ；E=0 ; 执行显示命令 ACALL DELAY ； 判断液晶模块是否忙? SETB E ；E=1 ； 显示完成,程序停车 AJMP $ ENABLE： CLR RS ； 写入控制命令的子程序 CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB E RET DELAY： MOV P1，#0FFH ； 判断液晶显示器是否忙的子程序 CLR RS SETB RW CLR E NOP SETB E JB P1.7，DELAY ； 如果P1.7为高电平表示忙就循环等待 RET END程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY，然后输入显示位置的地址0C0H，最后输入要显示的字符A的代码41H。2.2.3 光敏三极管通过对半导体二极管和三极管的学习，我了解了晶体管的基本结构和工作原理，晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射极，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶体管就是一种重要的衍生物。视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛。 光敏三极管用于测量亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。2.2.4 看门狗MAX813L几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本要求是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EEPROM中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器（有些单片机无看门狗定时器）外，还需外加个看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM公司推出的MAX813L刚好能满足这些要求，下面具体介绍该芯片的性能特点及使用方法。 MAX813L有双列直插和贴片两种封装形式，引脚功能如下：第(1)脚为手动复位输入，低电平有效；第(2)、(3)脚分别为电源和地；第(4)脚为电源故障输入；第(5)脚为电源故障输出；第(6)脚为看门狗输入，第(7)脚为复位输出，第(8)脚为看门狗输出。(如图2.3 所示MAX813L)图2.3 MAX813L的引脚图MAX813L芯片具有以下主要性能特点： （1）复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第(7)脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，高电平有效，复位门限的典型值为4.65V。 （2）看门狗电路输出。如果在1.6s内没有触发该电路（即第(6)步无脉冲输入），则第(8)脚输出一个低电平信号。 （3）手动复位输入，低电平有效，即第(1)脚输入一个低电平，则第(7)脚产生复位输出。 （4）1.25V时，第(5)脚输出一个低电平信号。 MAX813L是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。2.3 小结本章首先探讨了智能照明控制器常用的控制方式，并分别分析了它们的控制原理，优、缺点，使用的场合，以及在使用中应注意的事项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据传输技术。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。3 子系统的工作原理及电路实现一个完美的系统都需要一套完整的电路来实现，根据系统的功能，本文通过控制电路、显示电路、驱动电路、看门狗的监控电路、人体信号采集和光敏三极管的采集电路来完成。3.1 控制电路主控制器采用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3。 图一 单片机与看门狗组成的控制电路 图二 7805封装3.2 显示电路采用AT98C51驱动一片1602液晶显示器，使显示器第一行显示“OPEN：”;第二行显示“CLOSE：”。其中LM016L与1602功能及用法基本相同，只是LM016L上没有控制背光灯的引脚5。图3.2所示电路中，1602所在库类别为“Optoelectronics”,子类别“Alphanumeric LCDs” (字符型显示器)。电路中使用了滑动变阻器R5，其所在库类别为“Resistors”，子类别为“Variable”(可变的)。滑动变阻器R5的阻值应设为10k 。 图3.2 为显示电路3.3 驱动电路单片机发出信号通过7404来给光电耦合器MOC3021来控制续电器接通与断开,从而控制电灯的开关。光电耦合器能将强弱电隔离，抗外界干扰。 图四 电灯的驱动电路原理图3.4 看门狗监控电路本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗，与AT89C51的接口电路如图六所示。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16。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16s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。 图六 看门狗电路图 3.5 人体存在信号采集电路本课题采用的人体存在信号采集电路的传感器是HP-208型号的热释电红外人体存在传感器。HP-208是深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下：（1）感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平（高3.3V），人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平(低0.3V)，其高低电平利于采集；（2）采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时8秒-15秒后将高电平变为低电平；（3）人体存在传感器的工作电压宽为DC3V-DC24V；（4）人体存在传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140度锥角，感应距离为7米以内；（5）其静态电流小于50微安，功耗低；（6）工作温度介于-15摄氏度和+70摄氏度之间，适应性强；（7）灵敏度高，可靠性强。人体存在传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为接地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中,为了使人体存在传感器的工作更加可靠，介于人体存在传感器的信号引脚2与接地信号引脚3之间加了一个6800pF的电容，另外，人体存在传感器的信号引脚2与单片机的P3.3引脚相连，P3.3引脚再接一个100K的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性，其电路原理图，如图3.5所示： 图3.5 人体存在传感器电路原理图 3.6 小结本章详细地阐述了系统硬件部分的设计过程，控制电路和其外围的一些硬件设施电路，其中包括：看门够电路；LCD显示电路；人体存在信号采集；光敏三极管采光电路设计；电灯驱动电路。这些电路能完成房间自动照明功能。4 主要程序分析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，通过单片机内部程序来完成控制功能，通过软件定义按钮功能，通过编程完成LCD液晶显示显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。4.1 主要程序的功能本设计以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。4.2 软件的设计4.2.1 主程序图4.1 主程序流程图 图4.2 场景按键子程序流程图图 4.1 为主程序流程图。主程序主要完成以下工作：1) 初始化。设置暂存单元、设置栈区、开中断、设定可编程芯片 8255 的工作方式等。2) 循环中不断地调用各子程序。时间的计数采用中断的方式，在主程序中只表现为提供中断服务程序入口地址。各按键处理子程序主要有时间按键子程序、场景按键子程序、季节转换子程序、休假模式子程序。主程序： ORG 0000H SJMP START ORG 001BH LJMP TIME1START: MOV R7, #78H ; 主程序开始 MOV R0, #07H CLR A CR: INC R0 MOV R0, A DJNA R7,CR ; 清空暂存单元 MOV DPTR, #0E4H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0E5H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0E7H MOVX DPTR, A MOV DPTR, #0E8H ; 分别置 DAC0832 初始 MOVX DPTR,A ; 输出值为 0 MOV SP,#4AH ; 设置堆栈指针 CLR EA ; 关总中断 MOV TMOD,#00010001B ; 令 T0、T1 为定时器方1 MOV TH1, #TIH ; 装入定时初值 MOV TL1, #TI1 MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H4.2.2 场景按键处理子程序场景按键处理程序包括识别处于哪种季节，识别第几次按下同一个按钮，场景指示以及显示组数。图 4.2 为场景按键处理子程序流程图。4.2.3 按键扫描子程序采用 CPU 对按键扫描的方式，对所有的按键进行监视，一旦发现有键按下，CPU 通过程序识别，并转入相应键的处理程序，实现该键功能11。CPU检测到有键按下时，先延时 20ms 去抖动，再次对按键进行扫描，如果仍然检测到有键按下，则进入按键识别程序。按键识别出来后，进入按键的处理子程序。图 4.3 为按键扫描子程序流程图。图4.3 按键扫描子程序流程图程序如下：KEY_1: MOV R4,#00H ; MOV P1,#0FH ; 准备 P1.4P1.7 输入 MOV A,P1 ; 读取 P1 口数据 ANL A,#0FH ; 取出行值送 A CJNE A,#0FH,PD1 ; 若有键按下，则 PD1 MOV KEY_POWER,#00H ; 若无键按下，则键值为 0KEY_1_END:RET ; 返回PD1: ACALL D1 ; 延时 20ms，去抖动 LCALL LED ; 调用显示子程序 MOV A,P1 ; 读取 P1 口数据 ANL A,#0FH ; 取出行值送 A CJNE A,#0FH,PD2 ; 若有键按下，则 PD2 RET ; 返回PD2: MOV R2,#03H ; 列数送 R2 MOV R3,#10H ; 列值送 R3KPD: MOV A,R3 ; 列值送 A CPL A ; 使第一列为低电平 MOV P1,A MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,FIND ; 若被按按键在本列，则 FIND MOV A,R3 ; 若被按按键不在本列,则列值A RL A ; 左移一位 MOV R3,A ; 送回 R3 DJNZ R2,KPD ; 若未扫描完一遍，则 KPD RET ; 若扫描完一遍，则返回 FIND: CPL A ; 得到行值 ADD A,R3 ; 低4 位为行值，高4位为列值 MOV R4,A MOV B,A ; 把键值送 B MOV DPTR,#KTAB ; 键值表地址送 DPTR MOV R0,#00H ; 键值计数器 R0 清零 CLA A ;A 清零REPE: MOVC A,A+DPTR ; 查键值表 CJNE A,B,NEXT2 ; 若未查到，则 NEXT2 SJMP RESE ; 若查到，则 RESE NEXT2: INC R0 ; 键值计数器加 1 MOV A,R0 ; 送入 A SJMP REPE ; 继续查表 . 图4.4 中断服务子程序流程4 中断服务子程