基于单片机的照明控制系统

1、精选优质文档-倾情为你奉上1 题目及功能需求分析 题目：基于单片机的照明控制系统在现实生活中，存在大量的电力能源在照明应用中的无故消耗，为此创建了一个简易的基于单片机的照明控制系统，该系统主要有以下功能：第一，系统设计人体红外检测电路，有进入探测范围时输出信号。第二，系统设计自然光检测电路，对照明现场的亮度进行自动检测。虽然现场有人，但如果现场的亮度如果能够满足设定要求时，系统同样关闭照明设备。第三，设计按键电路，按键按下时强制关灯，比如说夜间看电视或是其他不需要灯光的时刻。当按键弹起时，仍为自动监控，控制灯泡的开关。该系统的设计理念是：第一，以人为本，人使用灯。第二，节能环保。该系统可用于普

2、通的家庭照明控制，也可用于公共场所的照明系统控制，既能满足人们对照明的需求，又能在很大程度上节约能源，特别适用于夜间少有人经过的街道，可很大程度上节约电力能源。2 方案设计2.1系统总体框图照明电路继电器执行电路LED指示电路人体红外检测电路 AT89C51 最小系统按 键 电 路自然光检测电路晶振电路复位电路图1系统总体框图2.2 硬件电路设计 根据系统总体框图可知该系统有复位电路，晶振电路，人体红外检测电路，可见光检测电路，按键电路，LED指示电路，继电器执行电路以及照明电路。各个模块间协调工作才能使系统得以稳定运行。硬件详细电路图见附录一图5。2.2.1 复位电路 当系统发生异常状况时，

3、可通过按下复位键来使系统重新开始正常运行。2.2.2 人体红外检测电路人体红外信号检测电路用来监控照明控制单元里是否有人进入。通过检测是否有人体红外信号来实现这一功能。人体辐射的红外线中心波长为910m测元件的波长灵敏度在0.220m范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710m，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。PIR信号处理电路热释电红外传感器PIR菲涅尔透镜图2 人体红外检测电路框图如图2所示，该模块由三部分组成，包括：菲涅尔透镜，热释电红外传感器以

4、及相应的传感器信号处理电路。人体热释红外信号通过菲涅尔透镜聚焦，传给热释电红外传感器PIR，然后PIR将物理信号转换为微弱电信号，接着PIR信号处理电路将微弱电信号进行处理，生产单片机可识别的数字信号。最终有人时，PIR输出为高电平；无人时PIR输出为低电平。这就是该电路模块要实现的功能。由于在proteus里无法进行人体红外检测，不便进行仿真，但检测结果均是输出一个对应检测状态的高电平或低电平。因此用一个按键电路来代替人体检测模块进行仿真。当按键按下时给相应的I/O口输入一个高电平，表示检测到有人进入监区域，执行相应操作；当按键弹起时表示没有人进入监测区域，不论光照强度如何变化，是否满足条件

5、，均不开启灯光，保持关闭。虽然不能具体仿真红外检测电路，但其输出结果是一样的，对仿真结果并无影响。2.2.3 晶振电路AT89C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHz到12MHz之间选择。电容值无严格要求，根据经验，本设计中，振荡晶体选择12MHz,电容选择65pf。2.2.4 可见光检测电路光敏二极管使用时

6、要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。光敏二极管在反向工作电压下工作：无光照时向电阻很大，通过管子的电流较小，约为0.1微安；有光照时反向电阻显著减小，反向电流显著增加，光电流的大小与光的强度，波长有关。电压比较器LM339：该器件包含一个同相输入端与一个反相输入端，当同相输入端电压高时输出高电平信号，反之，反相输入端电压高时输出低电平信号。在本系统中，LM339同相输入端接光敏电阻LDR所分电压，反相输入端接滑动变阻器所调节好的参考电压。因此，可以通过调节滑动变阻器的分压大小来设立需要点亮灯泡时的光照强度，做到灯光开启条件的可调，这也是系统的一个亮点。但是LM339输出的信号太

7、弱，不足以引起响应，因此在输出端后面加一个PNP三极管进行信号放大，满足单片机工作的电平要求。2.2.5 LED指示模块任何仪器设备，如果有实时的信号指示，不仅能够帮助人们分析该系统是否在正常工作。而且具有一种心理暗示，能够让人觉得踏实愉悦。该照明系统设置了两个LED灯作指示灯，黄色LED亮时，表示系统监测区域有人；红色色LED灯亮时，表示系统控制的灯泡处于点亮状态，同时，该LED也作为继电器电路的一个保护二极管，起续流作用，不能忽略。2.2.6 继电器执行照明电路电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁

8、就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。继电器驱动接口电路如图3所示，这里继电器由相应的PNP型号的三极管来驱动，继电器吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。设计中负载没有接，当继

9、电器吸合时，灯泡也会得电，达到指示的作用。图3 继电器驱动电路2.3 软件设计在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理的连接起来，构成总的程序。本章的软件设计根据所要实现的功能，以系统的硬件设计为基础，采用模块化的程序设计思想，确保完成系统功能的同时，实现系统的可靠运行。软件设计的目的就是让单片机加载程序并运行，对时间、光照强度进行测量，根据测量结果控制继电器的输出。系统的软件总流程图如图4所示。按照流程图编写出正确的代码，并进行编译，代码内容详见附录二。3 系统仿真与调试本次设计是在Keil C环境下开

10、发的，Keil C软件支持C语言的编程及调试，运用方便，是做C语言毕业设计者的首选。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简单的学习和了解Keil C后，在编译完Keil C后，要产生和输出一个.hex文件，这是单片机能够识别的二进制码的文件。打开proteus，双击AT89C51芯片，将产生的.hex文件烧录到芯片中，点击确定，开始仿真。调节光敏电阻的滑动触头，可以调节其对应的电阻分压的大小。当光敏电阻所分电压小于滑动变阻器RV1的电压时，电压比较器输出低电平，即进入弱光时期，再进行人体及按键判断即可执行相应的操作。反之，当光敏电阻所分电压大于滑动变阻器RV1的电压时，电压比较器输出高电

11、平，即进入强光时期，再进行人体及按键判断即可执行相应的灯泡控制操作。在按键电路中，当将按键按下时，表示此时不需要开灯，强制关灯，当按键弹起时，自动监测。开始系统初始化系统初始化是否检测到人体光线是否过弱延时5秒是否检测到人体系统初始化NYY NN Y图4系统软件总流程图4. 总结 本系统实现了功能需求分析里的所有功能，包括人体红外检测、可见光强度检测以及按键控制功能。系统功能虽然不太多，但是体现了单片机控制照明的理念，以后可以进行相应的扩展。比如说，可以加入声控开关来进行更综合的控制等。2014年的诺贝尔物理奖发给了发明蓝光LED的三名工程师，再加上早已发明的红光和绿光LED，就可以实现用LE

12、D实现白光照明。如果再运用上PWM技术对照明亮度进行控制，就可以实现一种更节能，更多样化的照明。可以结合适合人的各个状态需要光照所对应的光谱来自动调节LED照明系统的光照 ，实现更加复杂，更加人性化的照明控制，让人们的生活更加美好！专心-专注-专业附录一 图5 照明系统仿真电路附录二#include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>/头文件sbit QK = P00;/人为控制按键sbit GM = P10;/光敏电阻信号输出sbit RT = P15;/人体红外，按键按下为高，表示有人sbit KZ

13、 = P35;/继电器控制灯#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/宏定义void init(); /初始化函数void delay(uint x); /延时函数void work(); /灯泡控制函数/*主函数*/void main()init();/系统初始化while(1)/主循环work();/调用工作函数 void init()/系统初始化GM=0;/光敏输出置低RT=0;/人体红外输出置低/*工作函数*/void work()if(QK=1)/按键弹起,自动监测if(GM=1)/光敏判断是否为黑天delay(20);/延时20msif(GM=1)/确定是否为黑天 /如果为黑天if(RT=1)/检测人体 /如果检测到人体KZ = 0;/继电器吸合elseif(RT=0)/如果没有感应到人体KZ = 1;/继电器断开else/否则KZ = 0;/继电器吸合delay(5000);/延时5秒else/如果光敏检测的为白天delay(20);/延时20msif(GM=0)/确定是否为白天 /如果为白天KZ = 1;/继电器断开elseKZ = 1;/按键按下，强制关闭灯泡/*延时函数*/void delay(uint x)uint i;uchar j;for(i=0;i<x;