基于单片机的照明控制

毕业论文中图分类号：TP273浅谈基于单片机的照明控制专业名称: 电气自动化技术学生姓名: 导师姓名: . 职 称：讲 师大学机电工程系2010年 12 月中图分类：TP273 密级：无UDC： 单位代码：11522浅谈基于单片机的照明控制Of Lighting Control Based On Single Chip姓 名学制3年专 业电气自动化技术研究方向自动化技术导 师职称讲师论文提交日期2010.12.29论文答辩日期2011.01.04大学机电工程系焦作大学机电工程学院毕业论文 摘要摘要近年来，电子技术行业日新月异，同时工程技术的电子化、集成化和系统化更促进了电子工程技术的飞速发展，在这个推陈出新的时代，基于单片机的控制系统已经应用于许多领域如工业、农业、电力、一些智能化产业等，作为电子技术与计算机技术的结晶，单片机技术现已成为集成电路大家族中的重要成员。随着人们对照明系统的要求越来越高，普通的开关照明技术已经不能满足人们的要求，同时能源短缺是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、节省日常经费支出和人们的健康等多方面考虑，照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。于是智能照明技术就凸显了出来，由于具备满足人们多样化需要的技术，已经越来越受到人们的欢迎，而基于单片机的智能照明系统由于成本低，操作简单，功能全面，成为智能照明技术的主流。关键词：智能照明，照明控制，主控制器，分控制器，节能II焦作大学机电工程学院毕业论文 AbstractAbstractIn recent years, ever-changing electronics industry, electronic engineering technology at the same time, more integrated and systematic promotion of the rapid development of electronic engineering technology, in this era of innovation, microcontroller-based control system has been applied in many fields such as industry, agriculture , electric power, some intelligence industries as electronics and computer technology, crystalline, single chip integrated circuit technology has become an important member of a large family. As people become increasingly demanding lighting, general lighting technology, the switch can not meet peoples requirements, while energy shortages facing the 21st century, the new international issues, in addition to finding new energy sources, energy conservation, improve efficiency has become the subject of our study, so how to save electric energy has become an urgent problem to be solved. To save resources and contribution to society, the daily expenditure and savings of peoples health, and many other considerations, energy-saving lighting problems have to mention an important agenda. So smart lighting technology to highlight out, as have the technology to meet the diverse needs of the people have more and more popular，and intelligent lighting systems based on single chip because of low cost, simple, comprehensive, intelligent lighting technology to become mainstream. Key words: intelligent lighting, lighting control, the main controller, sub-controller, energy savingII焦作大学机电工程学院毕业论文 目录目录摘要IAbstractII1 概述11.1 单片机技术的现状11.2 单片机照明控制的发展前景及趋势22 单片机照明控制的实现32.1 单片机照明控制的意义32.2 单片机照明控制应实现的功能42.3 单片机照明控制系统的应用领域43 单片机的照明控制系统的设计53.1 系统设计要点53.2 硬件部分总述53.3 软件部分总述84 结束语9参考文献10致谢11III焦作大学机电工程学院毕业论文 1 概述1 概述随着时代的进步，国民经济飞速发展，电能这一清洁能源得到了全国人民的普遍使用。自从电能问世以后，通过使用电能而工作的电器相继产生，其中最大的创举是电灯泡的发明，于是照明技术随之推广而来。1974年，美国的Fairchild公司研制出第一台单片机F8，电器生产技术飞速革新，基于单片机的照明控制技术应运而生。单片机照明控制技术正随着科技的进步在不断地推陈出新。从最初的仅仅控制照明设备的开关与定时，到现在的可以通过无线通信技术来控制照明设备的启停、亮度、声控、红外线控制、以及应急等技术，可见，单片机技术的发展，已经越来越受到人们的重视。1.1单片机的技术现状单片机是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，如CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、基本输入/输出（I/O）接口电路、定时器/计数器等都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机，可以实现微型计算机的基本功能。自从1974年美国Fairchild公司研制出第一台单片机F8以后，迄今为止，单片机经历了由4位机到8位机再到16位机、32位机的发展过程。单片机的发展过程大致分为4个阶段： 第一阶段（197476年）：单片机初级阶段。因为受工艺限制，单片机采用单片的形式而且功能比较简单。例如美国仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8位CPU，64个字节的RAM和2个并行接口 第二阶段（197678年）：低性能单片机阶段。以Intel公司生产的MCS48系列单片机为代表，该系列单片机片内集成有8位CPU，8位定时器/计数器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺点就是无串行接口，中断处理比较简单而且片内RAM和ROM容量较小，且寻址范围不大与4KB。第三阶段（197883）高性能单片阶段这个阶段推出的单片机普遍带有串行接口。多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。第四阶段（1983年至今）8位单片机巩固发展以及16位单片机，32 位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是：一方面发展16位单片机，32位单片机及专2用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，增加片内器件，以满足不同的客户要求。1.2单片机照明控制的应用前景及趋势目前，单片机照明控制的应用前景还不容乐观，由于单片机照明控制具有大范围控制的特点，所以一般应用于大型的场合，普遍用于集中控制，因而可以节省大量的时间和人力资源，但是对于小型的普通用户，则不大实用，因为小型用户并不能充分使用照明控制系统，对于操作照明控制系统也是一个难题，另一个原因是小型用户本身就便于管理，就算使用普通的开关也不会占用人们多少时间，因此小型用户宁可使用普通开关，也不愿使用单片机照明控制。单片机照明控制应向小型化，易操作化的方向发展，根据小型用户的需求，制造出能满足不同程度小型用户需要的单片机照明控制系统，进而扩大市场，满足广大用户的需要。3焦作大学机电工程学院毕业论文 2 单片机照明控制的实现2 单片机照明控制的实现 科技产品都有其实际的意义，单片机的照明控制也不例外，一件事物是否具有现实意义，应该进行全方面考虑，无论是对人类本身，还是对社会，还是对自然，都应该具有积极的意义，顺应自然，完成自然赋予人类独特的光荣使命。2.1单片机照明控制的意义(一) 节能且节约经济开支以上海地区为参照点，仅从节电和省灯这两项做过一个估算，得出这样一个结论：用三至五年的时间，业主就可基本收回智能照明控制系统所增加的全部费用。而智能照明控制系统可改减少维修和管理费用等，也为业主节省一笔可观的费用。节能是智能照明控制系统的最大优势。传统的楼宇公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。 (二) 改善工作环境与提高工作效率许多地区都存在光照的不足与浪费的现象，随着许多人们的视力的下降，合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，成为人们目前最好的选择。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度，为企业员工建造一个良好的工作环境，使员工们能更好的为企业创造价值。(三) 良好的人性化管理智能照明控制系统一般是无人操作的，在特殊情况下人们也可以通过一键操作来达到应急的效果，如果在某一地区出现照明的不合理现象，可以通过编写程序，重新对该地区照明流程进行合理分配，直到满意为止，同时，4焦作大学机电工程学院毕业论文 2 单片机照明控制的实现也大大减少了管理人员的数量，排除了由于人为因素而出现的不定时开关，影响社会或企业的正常管理、生活秩序的情况。 2.2单片机照明控制系统应实现的功能目前主要有以下几项：（1）时钟控制：通过主控制器的时钟管理，对单元调光控制器进行控制。（2）照度自动调节控制：通过主控制器对对灯光的亮度进行调节。（3）应急照明的控制：当发生紧急情况时，打开所有灯，亮度为100%，可与防盗系统联动。（4）主控制器的查询显示功能：个单元的信息，都可以在主控制器上查询并显示出来。2.3单片机照明控制系统应用领域由于单片机照明控制，具有大范围集中控制的特点，所以其应用领域一般为大型场所，而不适合小型用户。单片机照明控制主要应用于大型活动场所，如超市、大型体育场、大型工厂或企业等，因为场地较大，普通的单个式开关照明需要较大的操作量，使用单片机照明控制，不但可以节省人力，也有利于公共化的管理。6焦作大学机电工程学院毕业论文 3 单片机照明控制系统3 单片机照明控制系统 电子电器产品问世的背后，总是埋藏着巨大的艰辛，其中包含着多少人的智慧结晶，也正是因为人们不断地思考着，人类社会才会不断地进步，科技才会发展。万事万物变化繁复，但在这变化的背后，都有其不变的道理。人们发明东西总是先做好设计，找好方向，有明确的目标，才能达成自己的目的。3.1单片机照明控制系统要点系统主要包括硬件和软件两大部分。硬件是一个系统能够正常工作的物质基础，也决定了这个系统工作性质的方向与指标，能够将硬件系统完成，那整个系统的设计便完成了一大半。硬件电路的设计最重要是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。软件部分是整个系统的灵魂，系统要实现什么样的功能，都是靠编写的软件来完成的，也只有灵活地对软件进行编写，才能满足人们各种各样对照明的需要。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，较常用的是采用51系列单片机。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。3.2硬件部分总述硬件系统主要由主控制器，分控制器和通信线路三部分组成，这三部分共同完成了主控制器与分控制器交换信息的过程，进而达到随意控制照明灯具的目的，在准确性与灵活性方面有很大的优势。如图3.1为照明控制系统总框图主控制器 通信线路 分控制器n分控制器2分控制器1图3.1 照明控制系统总框图1主控制器主控制器是照明控制的操作对象，通过对主控制器进行操作，主控制器产生通讯信号，经由通信线路，将通讯信号传送给分控制器，同时，分控制器的工作状态也可以在主控制器中显示出来。其硬件结构框图如图3.2所示电源单片机数码显示及驱动电路键盘通信接口电路晶振看门狗3.2 主控制器硬件结构框图2分控制器分控制器是照明控制的分控制点，通过对主控制器的信号接收，达到控制照明灯具的目的，同时，分控制器对照明设备的工作状态进行检测，将信息传送给主控制器。其硬件结构框图如图3.3所示7焦作大学机电工程学院毕业论文 3 单片机照明控制系统电源时钟电路看门狗单片机零点检测电路晶振可控硅控制电路3.3 分控制器硬件结构框图3通讯线路 通信线路是连接主控制器与分控制器之间的桥梁，使他们之间的信息交换准确并快速，通讯线路分为有线通信和无线通信两种有线通信如RS-485半双工主从式通信系统，主控制器可以发送数据或命令到分控制器，分控制器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控制器发来的命令或数据并做出回应。无线通信是由无线数传模块完成的，数据传输是由主控制器和分控制器两部分组成，系统结构框图如图3.4所示。主控制器是发送遥控指令、发送数据信息、接收应答信息等，分控制器接收数据与遥控指令，完成对照明灯具的控制。 信号发送无线数传模块无线数传模块无线数传模块主控制器分控制器分控制器信号接收 3.4 无线通信框图8焦作大学机电工程学院毕业论文 3 单片机照明控制系统3.3软件部分总述软件是单片机系统的灵魂，没有软件单片机不能充分发挥其功能，这是软件在单片机中的地位。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，通过有线或无线串行通信程序来完成控制功能，通过软件定义键盘功能，通过编程完成LED数码显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。一般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、人机交互程序以及串行通信与无线数传通信程序等。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