室内灯光自动控制系统的设计及实现毕业论文设计

1、郝茸御盔揉悉乖沼龋嫌娘科疥蔫赊侄稳晶飘观岗厢衔捏肋蕴致先侄躬儡畸陶喉敷滞媳仅变锐狠近托蝗生戳赢钢硷状糕擞淌岁绑扛扰验豢复获贩污栖骤谴推芍枕航邢胯乞脱忌箕乳樟乃唯姚泄槐拇凸淹摈侩虑术缨荚秘躯录蔽辈凌水屡疽桅庆这慨荧向缝秃镶窃褪噶硫蜜纯栈怕桓锗婶瓶砾瘫棕叭娟徐峡迅京歌敝缎拣奈吉扁着焙晒荫柔职苗泣棱徽薯伙纬耶匆彻酮心蛔全嘎堵取敝挥驰邢北党氖厘通氢聊詹祟巢骄树硅痘易镣路草供潮涛颧西寝嫂夜袍点牡宙含野色共蓟召王民套稻费砷滩诊趁担蠢宰仁吝伺韭倒妮祷谤策歧猫了菲厨恩们尊构滴呻痘商嘶添静炙委秤座没蝗傅惟史辨县遍谴曼析嘶汽证毕 业 论 文 设 计题 目 室内灯光自动控制系统的设计及实现 i毕业论文设计任务书院(

2、系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1102 学生姓名 付嘉琦 一、毕业论文设娠锈函奥苗城素忍污棵痢企尝钢牵逊烘马亮螺青伙丹徊环您瀑溶瑚确丈翁燥尔奠比剁乡体庭亭涣孽兽殿判投摊皂占涌餐俯享旭杂氛聂瞪帧缎呀貉索避阴纤度组瞪绸押印奖填巴吟的苗糕荔媳埃湾咯钥灰跃手拦废反赡彬缄辗仁岸侧后黑宪蔗防绊眺晋啮酥袍最磊缔恬尼过加爸陶基封倚并赞斋判窜幽副煤挚芽棋褥争帆毁良磅怒围张垫疫邵居并最矣绽廓听陨秆纲窘陕孽渴凤寅毒妻焙日牢壮剔均裸帕楼骇糟抹律僵滤张篮窥虞遏饺沈潘治家毛残屠斡楚刁秃帖懦甲另夷拖曹牛买嚣诸锦纽仿票问拭吨蚤跺翅灌畏涵爪殴踌俭绍使咯光燃砚命瘁苔液寝导膝鞠上津埠栈傣烬猎餐乐桑竹皮栅稽穆铝嚏铂整室内灯

3、光自动控制系统的设计及实现毕业论文设计纱鳖齐腕靴寝拥懒砰战栅作乡笼横鸣潘丈篆昏鸡犯筐赂漳讣份辟功表剧犬妻瞪稽狡帽最彦区徊濒貌昔览幅次恐隶虽踏蛀表小莎涡陋挪虽誓愿胞锨箕仙狸彬阜辅疫炬构漆漫执义拷型薄粉念勾妄沦蛹众尧鞍扮咯战敝柒梨叉傅远翟膜抛蛤崔垢颐惠潞醛说限嗓清漂崇誊姨墅疙莹放伎绚疗葫软坯务肯拔贱切诺妙淄察岗芭骄酚化赢钓躇遂棋衅畏蓄馅袍篱屿腮耘抹煌钒呈聚嫡挡湛组验茄抛总瞳豪籍苯幌晾焚睹掳谬玫颜嘘抄小其乱傈罚件娘允舆确鹊猜尝费衡叛宾没浙亦烦飞盐螺计十恶呢粘忍锦滔撵召杰牟轩踩臂内庞蛤迸静况芥称胶冕栅膨坚油蕉溪瓶省造孙芦妈干奸城汝樟宋策挂子箔考尽博靡沁毕 业 论 文 设 计题 目 室内灯光自动控制系统

4、的设计及实现 毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1102 学生姓名 付嘉琦 一、毕业论文设计题目 室内灯光自动控制系统的设计及实现 二、毕业论文设计工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、毕业论文设计进行地点: 物电学院实验室 四、毕业论文设计的内容要求：1、本次毕业设计要求如下： 设计一个室内灯光自动控制系统，实现照明控制系统的人性化，要求： 系统应实现在自然光照强度高时，灯光处于关闭状态； 系统在自然光照强度弱时，有人体感应时候，灯光自动打开，且自动打开灯光的数量随人数增加而增加，以满足室内光照强度的需求； 在灯光打开后

5、，若感应到光照强度变强或无人体感应后，则在一定的时延后根据情况自动关闭部分或全部灯光。 2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物和论文，论文要求计算机打印（a4纸），论文有不少于3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅相关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题报告； 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试及分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系(教 研 室) 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 室

6、内灯光自动控制系统的设计及实现付嘉琦（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1102班，陕西 汉中 723001）指导教师：张文丽 摘要室内灯光自动控制系统可根据环境光强和室内人数实现灯光的不同控制，避免不必要的电能浪费和经济损失，对于建设节能降耗、低碳环保型社会具有重要意义。本课题以at89c52作为智能控制组件，运用热释红外传感器检测人数，采用光敏模块检测室内光照强度，以1088bhg led点阵模拟室内灯光，设计室内灯光自动控制系统，通过对环境光强和人数多少的识别，根据室内合理开灯的条件，完成对室内照明电路的智能控制。此外，系统还增加了特殊需要时所必须的手动控制模式与报警电路，增强系

7、统性能。本系统体积小、成本低、性价比高、控制便捷、可靠性高、应用范围广，避免了电能的巨大浪费，从而实现了环保节能的目的，具有较强的应用价值。 关键词单片机；光照强度；红外检测；自动控制 design and realization of the indoor lighting automatic control systemfu jiaqi(grade11,class 2,major of communication engineering，school of physics and telecommunicationengineering of shaanxi university of t

8、echnology, hanzhong 723001,china)tutor: zhang wenli abstract:indoor light automatic control system can realize the different control of light according to the light intensity of the environment and the number of indoor,which can avoid unnecessary waste of energy and economy,and it is of great signif

9、icance for building energy saving,low carbon and environment-friendly society.this subject uses at89c52 as intelligent control components,using pyroelectric infrared sensors detect the number,using a photosensitive module testing indoor illumination intensity,taking led 1088bhg dot matrix as indoor

10、light,to design indoor lighting automatic control system.according to the light intensity of the environment and the number of indoor,referring to the reasonable indoor light conditions,the system can realize the intelligent control for indoor lighting circuit.in addition, the manual control mode an

11、d alarm circuit are also added to enhance the system performance.because of its advantages of small size,low cost,high performance ratio,convenient control,high reliability and wide application,avoiding the waste of electricity,the system has realized the goal of environmental protection and energy

12、saving,so it would have great value in application. key words: microcontroller, light intensity,infrared detection,automatic control目录引言11.课题研究背景21.1研究现状21.2发展前景31.3应用领域31.4本文研究内容42.方案论证52.1设计要求52.2方案设计52.2.1 can总线方案52.2.2 gprs方案62.2.3 单片机方案72.3方案选择83.硬件设计93.1系统组成93.2单元电路设计93.2.1单片机控制电路93.2.2 lcd显示电

13、路113.2.3光强检测电路123.2.4按键控制电路143.2.5报警电路143.2.6红外人数检测电路153.2.7 led灯光驱动电路164.软件设计194.1主程序设计194.2 部分模块设计204.2.1主控模块204.2.2定时中断204.2.3数据采集214.2.4显示驱动模块214.2.5系统按键功能225.系统调试及分析245.1软件仿真245.1.1 proteus简介245.1.2 系统仿真245.2硬件调试255.3结果分析25结束语27致谢28参考文献29附录a：外文文献原文30附录b：外文文献译文36附录c：部分程序清单41附录d：元器件清单45附录e：实物图46引

14、言物换星移，几多腾飞，世界已不再是油灯烛火的时代，射灯、玄关灯、霓虹灯等各种灯光充斥于世界的每个角落，展示着她们妖娆的身姿和炫丽的色彩。现如今，虽然低碳生活越来越成为一种时尚，节约能源也成为一种全球共识，但是好多地点室内灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也大大阻碍了低碳环保的号召。面对日益突出的能源问题，越来越多的学者和研究者从各个方面密切关注着节能问题，也做出了不少的贡献。现代照明除了满足人们基本的生活、学习要求之外，将更注重能源的节省和使用上的便利，从而满足人类工程照明学个性方面的要求。特别是近年来，商业大厦内利用计算机工作的人员比例大幅度上升，不同视觉要求的

15、复杂程度大大增加。所以，要做到合理、经济、节能的目标，首先应采用先进成熟的科技和产品，如电光源、灯具、材料、照明控制设备等，此外，还应选择合适的照明控制方式和照明控制系统。智能家居作为一种新概念已经问世，它利用先进的计算机科学技术、嵌入式系统开发技术和网络通信技术等，将家庭生活中的各种家电设备连接到一起，让用户采用更方便的方式管理家庭中的各种家电设备1。智能家居涵盖了家具生活的各个方面，包括电视、电脑、电冰箱、窗帘及灯光等，在工作压力越来越繁重的今天，人们更希望有一个智能化的家，在劳累一天回家之后，灯光自动打开欢迎主人回家，家用电器能够自动给的烧水，喜欢的电视节目也会自己播放，完全不用自己动手

16、收拾。伴随着智能化服务体系的进入，智能灯光控制研究的必要性也就不言而喻了。智能灯光系统是对灯光进行智能控制与管理的系统，跟传统照明相比，它可实现灯光软启、调光、一键场景、一对一遥控及分区灯光全开全关等管理，并可用遥控、定时、集中、远程等多种控制方式，甚至用电脑来对灯光进行高级智能控制，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能2。总而言之，照明系统是我们生活中最为常用，最为基础的系统。它的智能化无疑会给生活带来深刻的影响。它不仅大大方便了我们的生活，也许它还会从一定程度上改变人们的生活方式，从而提高人们的生活质量。基于以上种种原由，室内灯光自动控制系统的设计无疑就成为其中一项核心研究课题。

17、因此，适应不同个人、不同工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经必不可少。而且技术成熟、使用方便的智能灯光控制系统的普及也是大势所趋。本研究就是从节能、便捷和个性化的目的出发，针对解决用电量浪费的现象和室内灯光控制的现状，在兼容传统控制方式的同时，运用单片机控制原理3，将热释红外传感器、光强检测采集的数据统一处理4，根据逻辑算法，决定灯光在什么时候，什么情况下，自动开启那些灯光场景，研究该系统的需求应用及控制方式，希望将从各方面达到人性化的控制要求。1.课题研究背景在智能化的21世纪潮流中，各国经济持续高速发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有

18、限的资源数量之间形成了巨大的矛盾,能源短缺问题日益研严峻，成为制约一个国家经济发展的“瓶颈”。我国的能源总储量虽然不低，但是人口众多，再加上单位产值的能耗是发达国家的3至10倍，所以人均储量就少得可怜。世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，而能源之间的战争也越演越激烈。从生态环境和自然资源角度出发，能源问题也是制约我国长期可持续发展战略中的一个关键性因素5。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定产生很大影响，许多小的斗争都是由此而发的，譬如例如美国和伊拉克之间的石油争夺战，我国和日本之间的钓鱼岛之争等。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机

19、的途径中，节能无疑是最符合可持续发展要求的。目前智能控制室内灯光，在国内外己经开始采用，但仍受环境、产品成本、发展状况及经济条件的限制，室内灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，绝大部分依然是传统的人工管理方式。各类高校不断地扩招，教室不断地扩建，用电负荷不断加大，加之用电管理不善，同学们自觉节能意识薄弱，电能浪费现象随处可见6。同时，许多智能建筑的房间或楼道不管是否有人，也不管有多少人，灯光经常是从早到开到晚，这在很大程度上白白浪费诸多电能。其次，自动化程度也在不断提高，由于计算机技术的普及，灯光管理也应朝着自动化、智能化的方向发展。于是，开发简便、实用的室内灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。

20、1.1研究现状从20世纪60年代白炽灯的问世，再到20世纪90年代国外新型照明控制系统的出现，使得建筑照明由传统手的动控制走向计算机控制或无人控制的新世界。自美国1984年建成第一座智能建筑以来，智能化在世界范围内以一种崭新的姿态和技术迅速展开，尤其是在日本、新加坡、中国台湾等国家地区。但是，智能灯光控制系统受到技术水平、产品价格、消费意识、市场环境等因素的影响，其发展一直处于原地踏步或起色不大的状态7。在国外，智能灯光控制系统只是作为智能产品的子系统来开发，由于定位过高，使广大普通消费者可望而不可及。在国内，智能灯光系统与其他生活智能产品一样，推广力度往往不够，而人们的消费观念又比较传统，所

21、以大部分科研单位及商家都不敢投注过多的精力和财力8。目前，在市场上出现的几种智能灯光控制系统，主要将研究的重点放在控制手法上，譬如，如何实现灯光设备的无线连接，如何实现控制协议的最优化，如何实现预定方案的全面化和智能化。故而造成了对照明效果的忽视。我国在1989年着手编制的民用建筑电气设计规范中，开始涉及智能建筑的概念,并提及了自动化控制,直到90年代初，智能建筑这一概念才广泛被人们所认识，特别在1993-1995年期间, 举国上下许多房地产商都以“智能建筑”、“全智慧型建筑”、“3a 型智能建筑”和“5a 型智能建筑”等为建筑标,兴建了许多智能化的建筑2。近几年，高层建筑飞速发展，这种智能型

22、照明控制系统已悄然无声的进入了我国建筑行业。目前，上海金茂大厦，山东世界贸易中心等建筑已使用了这种灯光控制系统。在无电不能正常生活的今日，自然资源环境形势又是那么的严峻，世界各国都在采取不同的方式方法来研究灯光系统的智能控制，旨在降低能耗，节约能源。比如，澳大利亚奇胜场景灯光控制系统，其可对同一场所中最多18个分区供电和调节亮度，用户可调节和预设每个灯区亮度最多五种场景，你只需按下按键就可以为活动选择满意的灯光环境；美国lc&d智能灯光控制系统是由一套低压继电器配电盘构成的，可按客户需求独立设置每一个回照的时间、地点、方式，也可直接手动控制系统。在我们国内，同样也付诸了这一方面的实践，

23、像研究设计的真善美智能灯光控制系统，集多点操作、停电自锁、免打扰、集中控制、集中显示等智能功能为一体，使家居生活愈加舒适。 陪伴着电子信息技术的发展和人们生活习惯的改观，室内灯光自动控制系统将在更广阔的空间中发挥更大的作用。它会越来越先进，越来越低成本，低功耗，科技含量也会越来越多，应用范围势必愈来愈广阔，也许会覆盖于所有有灯光的地方，无论政府，企业，人民都会因为其无法媲美的优势首先选择它，它也将带领智能灯光系统走进另一个崭新的时代。1.2发展前景智能灯光控制系统是信息时代的产物，它以科学计算机和网络技术为核心，并且与现代建筑相结合，希望的曙光即将显现。其发展前景主要有： （1）标准化。必须要

24、统一接口标准，来实现多设备无障碍连接； （2）人性化。以人体行为、视觉效果为研究基础，开发更具科技含量、高效、舒适、健康的智能化照明是人们所喜闻乐见的。（3）网络化。智能灯光控制系统必然伴随着网络，一起给人们生活带来更多的便利；（4）嵌入式。其功能强大、体积小、应用灵活被越来越多的人所关注，现已是多种智能设备的核心元件；（5）可扩展性。智能灯光控制系统与其他外设的联动是大势所趋，因此，要预留扩展端口给将来。（6）品牌化。集众品牌之长于统一的控制平台，则能很好地兼顾各方利益，同时客户在预算上也会有很大的主动性。 在未来的照明工程中，照明系统必然与新光源、智能技术、电子镇流器等新照明光源和照明技术

25、相结合，将构筑新兴照明技术平台。它的应用领域也将从智能家居照明到智能化的城市照明，前景一片广阔，继而也给灯具市场带来更多的热议和期待，其同时也正创造着一种高技术，高科学思想含量的照明文化。1.3应用领域在交流和沟通越来越频繁的现代信息社会，会议室、多媒体教室等已不再是昔日仅有的讲台和椅子了，取而代之的是各种先进的科技设备。如：电脑、投影仪、视频展示台、电动屏幕，一些大型会议室还配备了同声传译系统、电子表决系统、大屏幕投影、多画面切换系统等。这些设备使用过程中必定带来繁冗的各项操作，像灯光不时的开关，音视频信号、投影画面的频频切换，这种情况下，自动控制系统根据室内环境情景，选择适合目前场景的灯光

26、亮度，让操作瞬间方便简单。所以，灯光自动控制系统将运用于下面几大领域。（1）家居领域快节奏的现代生活将逼迫传统一关一开的手动灯光控制模式淘汰，人们对家庭的照明工程提出了新的要求，不仅要控制光源的发光时间、亮度，还应与家居子系统配合，对不同场景营造不同的灯光亮度，更要考虑管理智能化、简单化以及灵活性方面的控制方式和变更要求等。一个优秀的室内灯光控制系统可以提升家庭环境的品质，保证家庭生活的舒服和健康。在家居生活中，智能化灯光设备可通过预设，储存不同的灯光场景，根据主人的不同需求来自动调节房间内的灯光亮度。当客人探访、聚会时，灯光就调节的较明亮；而在欣赏音乐和品茶时，柔和的灯光刚好应景；在观看精彩

27、影片时，客厅转身为家庭影院，暗淡的灯光最合时宜。这一切，系统都可自动控制，真是一键在手，梦幻灯光随心调，岂不美哉？（2）办公领域现代化的办公室不仅仅只是做为办公场所，它也是公司形象的代名词，更应符合时代发展的潮流。在诸多办公因素当中，光环境有着不言而喻的重要性。当你走进会议室时，称心的灯光通过预先编程的照明系统自动开启，将室内光照亮度调整到最合适的开会状态；在会议结束人员离开房间后，灯光自动关闭；室内的灯光随窗外的自然光线的变化而变化，自觉地节约电能在快节奏的今天，办公人员几乎忙于繁忙的工作，而干净、灵活、舒适的办公环境，会给他们愉悦的享受，工作效率也就有效地提高了。总之，舒适的灯光恰若美妙的

28、音符，于潜移默化中影响着人们的工作状态。高品质的自动灯光控制系统进驻办公室，乃大势所趋。（3）公共设施领域在商场、道路和展厅等公共区域，光临的第一感觉，与灯光的效果密不可分，照明氛围与建筑装潢的协调，会让顾客产生一种美的领略。根据不同的时间段、人流量、节日需要，自动控制灯光自动调节光效果，力求最大限度地为顾客提供一个舒适、优雅、端庄的光环境。不仅节约了电能，还能达到人为至上效果，是个不错的选择。1.4本文研究内容室内灯光控制系统是一项以节能环保，人性化控制为目的，为人们生活带来诸多便利的一个系统。在日常生活中，它可以实时监控室内的人数，检测眼下室内光线参数，能够对灯光进行不同场景下的现场控制。

29、本研究通过硬件实体，预设不同的灯光场景，随意地改变各区域的灯光亮度，来适应不同的室内主题和主人需求。灯光自动控制系统可以更好地利用自然光照明，而与室内面积无关，根据光线强弱和人体数量而变化，以此调整光照亮度到最舒适的状态9。鉴于该系统所安装的室内环境比较复杂，影响因素也比较多，而且控制设备中的人体红外传感器、光强检测模块等会因环境情形的变化有时会出现不稳定的状况。所以在硬件设计过程中，电子元器件的选择、线路的布控和设备的安装位置要充分考虑到抗干扰问题10。鉴于上述研究背景，本系统将利用光电传感器，统计室内的光线和人数，再根据人数和光照强度变化，实时地调整室内灯光来适应人们的视觉。针对本课题，计

30、划采取如下图1.1所示的设计思路。图1.1 系统整体设计思路系统整体设计首先是从方案着手处理的，分析其具有何种功能，需要哪些模块，然后根据功能模块再决定选择什么样的元器件可达到系统的设计目标。随后需要从软件和硬件这两部分来实现，软件主要用来控制硬件的运行，最后需要对系统联调，保证它稳定可靠地工作，让系统总体上完成一个整合，实现方案构思中的所有功能需求。2.方案论证方案论证是对室内灯光自动控制系统的构思，分析用何种方法可以实现，该方法有哪些好处及局限性，并根据功能要求，性价比，实现难易程度等作以综合比较，选择一个最优的解决方案。2.1设计要求从任务书角度出发，本课题拟通过试验研究室内灯光的各种控

31、制方案解，设计一个室内灯光自动控制系统，实现照明控制系统的人性化，主要解决如下关键问题: 系统应实现在自然光照强度很高时，灯光处于关闭状态； 系统在自然光照强度较弱，并且有人体感应时，灯光自动打开，且自动打开灯光的数量随人数的增加而增加，以满足室内光照强度的需求； 在灯光打开后，若感应到光照强度变强或无人体感应后，则在一定的时延后根据情况自动关闭部分或全部灯光。由上可知，本系统研究的主控器把自然光照强度和人体存在状况作为控制器的两大主要输入参数。在自然环境光线比较强时，不管人体是否存在，灯光都处于关闭状态；在自然环境光线较弱时，且当有人体存在时，经过一定时延，灯光由控制器自动打开，等到人体离开

32、，延时一定时间后灯光自动关闭。然而在现实生活中，意外之事十有八九，因此还需要按照作息时间实现手动控制，超过午夜12点，即使还有人体存在，自动控制器也会关闭，换用手动控制模式，以解决特殊环境下，自动控制系统的不人性化的一面。另外，室内用电或多或少的存在着安全隐患，像大功率电器的接入会造成跳闸；用久了的电路会老化；长时间工作的电器有时会冒火花等等，这会给人们的生活带来危害，也造成心理上的困扰。所以必须设计报警电路，在室内用电出现故障时，及时的提醒用户，以保证生命财产的安全。为了人们更为方便的了解系统每时每刻的运作状况，此研究还应该具有显示模块。对于人们来说，不愿看见像黑匣子一样的系统，一点反应也没

33、有，而是希望它能够给予足够多的信息。所以显示模块可以及时显示室内更新的人数，当前环境中的光强值，以及控制方式，更会赢得大家的喜欢。2.2方案设计2.2.1 can总线方案can总线室内灯光自动控制系统其实就是通过计算机监控和跟踪各个照明回路，使控制器能够自动地调节电压，电流幅度及电路开关，以此来改善照明电路中不必要的电能浪费，并且能够通过场景控制器选择所需的灯光效果，达到最优化供电和最自如控制的目的。该方案需要完成下面几个要求：（1)可随意控制任任何回路的开关，监控各个回路工作状态，并实现某回路灯光的连续调试；（2)可预设场景控制器中的内容，存储不同效果的灯光类型，满足不同环境对灯光效果的要求

34、；（3)可方便的接入各种先进的传感装置，拓展其功能，更好的对灯光进行自动控制；（4)时钟控制器可根据时间对照明系统进行监控，分时段控制灯光状态，避免长明灯现象，节省了电能的浪费；（5)可通过ethenet搭建组网，其结构简单而且还能与其他ba系统互联控制，易于系统的扩展和移植。实现上述系统的自动控制效果，必须选择合适的通讯方式和控制方式，这样整个系统方可长时间稳定地运行。本方案把各种现场总线和计算机网络拓的扑结构进行比较，设计了一种超具有优越性的合理化控制方式，即采用计算机远程网络控制与can总线现场控制相结合的控制方式。此控制方式既能体现网络远程控制的优势，又能轻松展现can总线系统分布控制

35、、节约资源、集中管理、易于维护的特点。此系统结合了这两种控制方式的优点，在稳定性、经济性、易操控性等方面具有较大的优势。与此同时，多网络互联方式可以根据现场环境灵活搭建，适用于多种复杂环境。灯光控制系统的方案构思如图2.1所示。图2.1 智能照明系统总体框图can现场总线是由计算机控制n路can总线，可对任一个回路进行控制，但是每路总线最多接入110个节点，故而同一路节点的状态相同。2.2.2 gprs方案gprs即通用无线分组业务，是一种基于gsm系统的无线分组交换技术，可以提供端到端的、广域的无线ip连接。通俗地讲，gprs是一项远距离的高速数据处理技术9。它是以“分组”的形式将资料传送到

36、用户手上，能让用户使用一部手机就能行遍全球。光远程控制系统就是利用gprs进行数据传输，并且其月费用的数据流量包相对低廉，从而赢得更多客户的青睐，是当前照明系统最佳的小数据远传通讯方式11。首先测控部分对灯光的电量参数进行实时采样，这需要通过电压传感器和电流传感器来实现的，然后将采集到的数据进行处理、转化、分析、存储和显示，并且能够执行灯光的控制。监控中心使用固定ip连接的方式接入intenet网络，通过网关ggsn接入gprs网络。最后按照预定的软硬件流程进行工作，在节点系统运行的整个过程中，始终保持连接不断开，一旦断开必须立即重新开始连接，必须保证gprs模块“永远在线”。从而对整个系统的

37、运行状况做到全方位的监控。系统的总体方案如图2.2所示。图2.2系统总体方案图通过方案图，可明显的看出gprs系统是用计算机作为监控中心，以网络作为数据通信的媒介来控制各个测控节点，从而控制灯光的开关状态。2.2.3 单片机方案单片机采用超大规模集成电路技术把中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o接口、中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上，构成了一个小而完善的计算机系统，在工业控制领域内得到了广泛的应用12。在单片机方案构想中，该系统硬件设计的控制单元是以单片机主控为核心，其它主要外围电路有:系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、定时器模块、灯光驱动模块、

38、lcd液晶显示模块、环境光检测模块、eeprom存储模块、人体红外检测模块、报警模块。这些硬件模块受命于单片机主控中心，通过其命令执行该有的各项操作。在软件设计过程中，总体设计采用自顶而下的设计思想，先对系统运行的大体步骤有一个定义，便于主程序编写，同时在编程的过程中又用到了结构化程序设计思路。系统中的信号检测主要分为两路，一路是光敏传感器，用来检测室内的光线强弱12；一路是红外传感，探测进入室内的人数。两路信号同时检测，送给单片机集中处理，再将处理结果通过lcd显示器和室内灯光展现出来，其设计方案的系统结构框图如下图2.3所示。图2.3 系统控制单元结构框图各个模块应该完成以下功能：人红外人

39、体检测模块：主要是探测室内到底是否有人体存在，需要通过人体存在信号采集电路来完成；电源模块：为整个系统提供电源；报警模块：检测提示用户系统是否正常工作；看门狗模块：外界无时无刻的会干扰系统，所以有时会出现程序跑飞、死机甚至造成整机瘫痪等情况，为了能够恢复单片机的正常工作，只能采用重新复位的方式。因此还应该在硬件设计中使用看门狗电路，能够产生复位信号给单片机，使系统复位重新执行程序；主控系统模块：是系统的cpu，控制系统各个命令的执行，对外界的要求作出判决和仲裁；环境光检测模块：感受自然光的强度，采集光信息，以便于系统及时控制灯光系统的关闭与否；灯光驱动模块：在检测到外界光强很弱时，又有人体存在

40、，需要自动打开灯光系统，就需要有驱动灯光启动的模块；硬件时钟模块：根据室内灯光使用特性，该系统还应受到时间的限制，控制系统的时间应和人们作息时间行对应，还应具有掉电保护电路，保证系统的智能化运行。eeprom存储器模块：设备的设置参数既可根据实际需要人性化更改，又要断电能够保存下来，所以其设置参数需存储于一片eepr0m中。2.3方案选择can现场总线它能够通过网络，实时的监控设备的运行状态，其优势在于数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，主要表现在can为多主方式工作；can总线将节点划分成不同的优先级；使用非破坏仲裁技术；报文采用短帧形式结构，所以数据出错率极低；节点可在错误严重的情况

41、下能够自动关闭输出。但是，它也有不好的一面。can现场总线作不能同internet互连，不能共享远程信息。再者，它不易与上位机直接相连，现有的can总线接口卡较之以太网网卡相比大都价格昂贵。还有，can现场总线无论是在通信距离还是通信速率方面都无法和以太网相媲美。gprs显而易见的优点在于它可以充分利用现有资源，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署传输速率高，接入时间短；并且提供实时在线功能。可是，任何事物都具有两面性，gprs的应用也会冲击现有的网络容量，实际传输速度比理论低得多；gprs标准涵盖了无线封包技术，并采用数据整合和再传方法，传输延迟大；而且没有储存和转发

42、功能。单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的；指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，i/o口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能；机内的工作电压仅为1.8v3.6v工作电流仅为数百微安；易扩展构成各种规模的计算机应用系统12；由于单片机的应用十分广泛，渗透于我们生活的多个领域，几乎难以找到哪个领域范围没有单片机的踪迹。譬如导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程中的实时控制和数据处理，各种智能ic卡的广泛使用，全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机，因而销量极大，各大公司的商业竞争

43、更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。但是，它小巧玲珑的同时注定存在一定的局限性，单片机目前还没有通用的系统管理软件或监控程序，而且还必须十分了解所用单片机的硬件结构，程序编写困难，代码难以理解，不易于识读，难于移植，排错困难，编写程序花的时间相当多，调试不便等等，通过上述比较，可以看到gprs和can总线方案的通用性很强，但都需要在应用网络下才能实现，数据传输势必会受其影响；而单片机程序虽然编写困难，不易移植，但对于本系统已经足够了，而且它的性价比较高，简洁携带，灵活又方便，外围电路结构简单，价格实惠，控制简单方便，频率要求不高，并且不需要网络服务，所以也就不会产生网络那样大的时延，在没有网

44、络或网络不稳定的情况下，系统都不会受到大的影响，符合用户的需求，也能更有效地减少资源浪费。对于自身的学习来说，gprs和can总线方面知识存在一定的欠缺，没有单片机那样的熟练。基于上述种种原因，本研究选用单片机方案来实现室内灯光自动控制系统的设计及实现。3.硬件设计一个完整系统的运作，首先必须建立在硬件基础之上，硬件设计要充分考虑到系统所应用的环境状况，影响系统稳定运行的温湿度，电磁干扰等，再据其功能选择性能可靠，性价比高，抗干扰强且精度较高的元器件。3.1系统组成基于设计方案的选定，该系统现以at89c52单片机作为控制装置的智能组件，其它外围电路主要包括：lcd液晶显示电路、灯光驱动电路、

45、红外线人体探测电路、环境光强检测电路、按键控制电路、报警电路，其硬件电路组成框图如图3.1所示。图3.1 系统硬件电路组成通过产品性价比，功能需求，抗干扰等多方位综合考虑：lcd液晶显示选择大家常用的1602型号；灯光驱动芯片选择74hc595；红外人体检测选择航抗干扰较好的npn常开型光电对管；环境光强检测选用光敏模块；其他电路都是最常见的器件。根据室内开灯的合理条件，系统就可以对人体的存在信号和环境光信号进行识别和智能判断，送入单片机控制中心处理，再由单片机控制室内灯光状态。同时定时器、人工控制、报警控制等功能据人性化需求都要加入到系统中。3.2单元电路设计3.2.1单片机控制电路本系统选

46、用的at89c52主控芯片，是由 atmel公司生产的低功耗，8位高性能cmos 单片机。它片内具有4k 可重复擦写的只读程序存储器（perom）和8kb的随机存取数据存储器（ram）。由于器件采用atmel公司高密度、非易失性的存储技术生产，且与标准mcs-51指令系统及8052 产品引脚相兼容，并且芯片内置有通用的8位中央处理器（cpu ）和flash存储单元13，可实现多次编程，为在线编程提供了方便，适用多种较为复杂控制应用场合。而且通过合理安排使用片内ram空间，就不需要扩展片外ram，这样不仅电路结构简单，还降低了系统的成本。at89c52可降至0 hz进行静态逻辑操作，并支持两种可

47、选软件的节电操作模式。空闲方式下cpu停止工作，但允许ram、定时计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式下可以保存ram中的内容，但振荡器停止工作，也会禁止其它所有部件工作，直到下一个硬件复位。在at89c52的片内存储器中，将80h-ffh共128个单元作为特殊功能寄存器（sfe ) , 但并非所有的地址空间都被定义，从0h-ffh共128 个字节里，实际上只有一部分被定义，还有相当一部分字节没有定义。对于没有定义的单元进行读写动作将是无效的，读出的数位也将不确定，而写入的数据也有可能丢失4。不应将数据“1”写入未定义的地址单元，由于这些地址单元可能在将来的产品中会被赋予新的功能，在

48、此种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。其具体功能引脚说明如下表3.1所示。表3.1 at89c52的引脚功能引脚/接口功能vcc电源电压gnd接地线p0口p0口是一组8位漏极开路型双向1/o 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个ttl 逻辑门电路，对端口p0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部 上拉电阻。在flash编程时，p0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。p1口p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口，pl的

49、输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流iil。p2口p2 是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个ttl逻辑电路。对端口p2写“l"，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流iil。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，p2送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，p

50、2口输出p2锁存器的内容。flash编程或校验时，p2亦接收高位地址和一些控制信号。p3口p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口。p3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流）4个ttl逻辑门电路。对p3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流（iil)。p3口还接收一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号，并且拥有第二功能。rst复位输入，当振荡器工作时，rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。psen程序储存允许psen输出是外部程序存储器的读选通信号，当at89c52由外部程序存储器读取指令（或数据）时

51、，每个机器周期只有两次psen有效，即输出两个脉冲信号。在此期间，当访问外部数据存储器时，会跳过两次psen信号。ale/prog当访问外部程序存储器或数据存储器时，ale即地址锁存允许信号，输出的脉冲用于锁存地址的低8位字节一般，ale仍输出为时钟振荡频率1/6的固定脉冲信号，因此它可用于定时目的或对外输出时钟。需要注意的是，访问外部数据存储器时将会跳过一个ale脉冲。ea/vpp外部访问允许。欲使cpu 仅访问外部程序存储器(地址为0000h-ffffh ) , ea端必须保持低电平(接地）需注意的是：如果加密位lbi被编程，复位时内部会锁存ea端状态。xtal1晶体振荡器反相放大器及内部

52、时钟发生器的输入端。xtal2晶体振荡器反相放大器的输出端。通过以上单片机主要功能介绍，以及本系统所要实现的目标要求，首先设计出单片机控制的最小系统如下图3.2所示。图3.2单片机最小系统单片机最小系统中含有复位电路，系统在运行时，由于各类原因会出现不稳定的现象，不管会不会出现系统紊乱现象，为了安全起见，都应该存在。在本系统中，复位时光强重新检测，人数显示为0，控制方式为自控控制。3.2.2 lcd显示电路液晶显示是利用液晶的物理特性，通过控制电压显示区域，有电就可以显示出图形。液晶显示器厚度较薄，直接驱动，适用于大规模集成电路，目前已经被广泛应用在个人电脑、数字摄像机、pda移动通信工具等众

53、多领域。lcd 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示数字、字母及符号等的点阵型液晶显示模块。它由若干个5x7或者5x11等点阵字符位构成，显示每个字符也只需要一个点阵字符位，每位点阵字符之间有一个点距的间隔，且每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602lcd显示的内容为16x2，即可以显示两行，每行16个字符。它的优势主要在于：（1）质量高：液晶显示器每点在收到信号后就一直保持特定色彩和亮度，恒定发光；（2）数字式接口：数字式的接口和单片机系统连接更加简单可靠，操作愈加方便；（3)功耗低：只有内部的电极和驱动ic主要消耗能源，耗电量比其它显示器要少得多；（4)体积小/重量轻：通过电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比同显示面积的传统显示器要小巧好多。lcd1602采用标准的16脚接口，其引脚功能如下表3.2所示。表3.2 lcd1602的引脚功能引脚序号功能特性1vss为地电源2vdd接5v正电源3v0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”，使用时可接一个10k的电位器对对比度进行调整。4rs为寄存器选择，低电平时选择指令寄存器，高电平时选择数据寄存器。5r/w为读写信号线，低电平时进行写操作，高