基于單片機的照明控制系統(tǒng).doc

I基于單片機的照明控制系統(tǒng)摘要隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的基礎。本文闡述了照明的有線、無線控制方式設計原理與實現(xiàn)方法。以設計過程為主線，分別從硬件和軟件兩個方面描述設計過程，即從硬件電路的設計方法到實現(xiàn)所要求功能的軟件技術。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51與AT89C2051單片機為基礎，實現(xiàn)了有線通信、無線數(shù)傳、控制與顯示等功能。文中詳細地描述了控制電路的設計過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、無線數(shù)傳電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對于軟件設計主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設計與無線數(shù)字傳輸程序設計以及燈光控制、定時控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設計。有線通信程序的功能是：通過RS485主從通信方式，由主控制器發(fā)出命令對全部或單個分控制器所控制的照明燈實現(xiàn)開啟、關閉、燈光亮度調節(jié)、定時控制等功能。無線數(shù)傳程序設計的功能是：通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)照明燈的無線遙控，同樣實現(xiàn)有線方式控制的功能。關鍵詞：主控制器,分控制器,單片機,有線通信,無線數(shù)傳,燈光亮度控制,定時控制I目錄1緒論.11.1單片機的應用技術.11.2有線通信技術.21.3無線數(shù)傳技術.22基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設計框架與性能.32.1系統(tǒng)設計要點.32.2系統(tǒng)的結構.32.3系統(tǒng)性能指標及技術要求.53基于單片機的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設計.73.1主控制器的電路設計.73.1.1鍵盤的接口設計.73.1.2LED數(shù)碼顯示的接口設計.83.1.3看門狗監(jiān)控電路的設計.83.2分控制器的電路設計.83.2.1時鐘芯片的接口設計.93.2.2零點檢測與可控硅控制電路的設計.103.3RS485通信電路的設計.113.4無線數(shù)傳電路的設計.133.4.1無線數(shù)傳電路的連接.133.4.2SRWF-1模塊的特性.144基于單片機的照明控制系統(tǒng)的軟件設計.164.1人機交互程序設計.164.1.1鍵盤掃描程序設計.174.1.2LED數(shù)碼顯示程序設計.184.2照明啟?？刂瞥绦蛟O計.194.2.1全部啟?？刂瞥绦蛟O計.194.2.2單獨啟停控制程序設計.214.3照明亮度控制程序設計.234.3.1全部亮度控制程序設計.24II4.3.2單獨亮度控制程序設計.244.4照明定時控制程序設計.254.4.1全部定時控制程序設計.264.4.2單獨定時控制程序設計.274.5RS485通信程序設計.284.5.1主機部分通信程序設計.304.5.2從機部分通信程序設計.314.6無線數(shù)傳通信程序設計.325結論.34致謝.35參考文獻.36西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計(論文)11緒論近十幾年來，隨著我國城市建設的快速發(fā)展，樓宇照明也相應飛速發(fā)展。在樓宇的照明數(shù)量與質量兩個方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個性化、安全、節(jié)能等方面日見突出。樓宇中人工光環(huán)境對于滿足人們的生活、學習、娛樂以及工作方面有著重要的意義。照明控制系統(tǒng)傳統(tǒng)是以照明配電箱通過手動開關來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實現(xiàn)遠距離控制。而今出現(xiàn)的樓宇自控系統(tǒng)，是以電氣觸點來實現(xiàn)區(qū)域控制、定時通斷、中央監(jiān)控等功能。由于照明控制系統(tǒng)在樓宇自控系統(tǒng)中并非獨立，同時控制功能簡單，因此使用上有一定的局限性。故當樓宇自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，照明系統(tǒng)亦受到影響。隨著微電子技術與數(shù)字化技術的發(fā)展，開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的獨立系統(tǒng)，從而能節(jié)約能源、延長燈具壽命、提高照明質量。根據(jù)使用客戶的經(jīng)驗，不僅使照明管理與設備維修簡單及降低費用外，還對環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。本系統(tǒng)是以單片機為控制器的核心，其中上位機是以AT89C51為基礎，下位機是以AT89C2051為基礎，再連接外圍電路，通過現(xiàn)場總線RS485通信方式實現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過無線數(shù)傳模塊實現(xiàn)無線通信，從而達到照明燈具的智能控制。1.1單片機的應用技術電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，單片機（單片微型計算機）的應用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個部門和領域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片就構成了一臺計算機。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。單片機由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構成微機系統(tǒng)的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設備、輸出接口電路和輸出設備等組成。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計(論文)2理單元（CentralProcessingUnit），簡稱CPU，是微機的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲器、輸入/輸出（Input/Output，簡稱I/O）接口電路以及外部設備即構成單片機的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對微機進行控制并與微機系統(tǒng)進行信息交換，使微機按照人的意圖完成預定的任務。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構成完整的單片微型計算機系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。12有線通信技術在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。目前，有多種接口標準可用于串行通信，最常用的接口有RS-232、RS-422、RS-485。RS232是最早的串行接口標準，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應用。其后發(fā)展起來的RS-422、RS-485是平衡傳送的電氣標準，比起RS-232非平衡的傳送方式在電氣指標上有了大幅度的提高。但總的來說，RS-232、RS-422與RS-485最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的，EIA于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。正因為RS-485的遠距離、多節(jié)點（32個）、可以自行定義協(xié)議以及傳輸線成本低的特性，使得EIARS-485成為工業(yè)應用中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標準。1.3無線數(shù)傳技術有線傳輸?shù)姆绞诫m然使用非常廣泛且可靠性較高，但由于各方面的局限性，已經(jīng)在眾多方面被無線傳輸方式所取代。無線數(shù)字傳輸技術日益完善，其重要性也被人們所認識，相應的基于無線數(shù)字傳輸?shù)漠a(chǎn)品也隨處可見。無線數(shù)字傳輸系統(tǒng)安裝簡便、使用效率高，可應用于各個領域，例如，無線數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)采集、無線抄表、工業(yè)遙控、樓宇自動化、高檔玩具等等。無線數(shù)傳技術是通過單片機的串口與無線數(shù)傳模塊連接，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)由無線數(shù)傳模塊向空中發(fā)出，然后由另一個終端設備的無線數(shù)傳模塊從空中接收數(shù)據(jù)，這樣就實現(xiàn)了預期的任務。西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計(論文)32基于單片機的照明控制系統(tǒng)的設計框架與性能21系統(tǒng)設計要點統(tǒng)設計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術性能，將硬件和軟件分開設計。硬件設計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調試、測試，以達到設計要求。軟件設計部分，首先在總體設計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設計等；最后是對軟件進行調試、測試，達到所需功能要求。在系統(tǒng)設計中設計方法的選用是系統(tǒng)設計能否成功的關鍵。硬件電路是采用結構化系統(tǒng)設計方法，該方法保證設計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，使所設計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調試，發(fā)現(xiàn)設計不當及時修改，最終達到設計目的。軟件設計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機，因此使用KeilC語言進行開發(fā)。此編程工具相比匯編語言具有結構化、適用范圍大、可移植性好等特點。本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化系統(tǒng)設計方法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進行組合與調整，經(jīng)過調試后，達到設計功能要求。22系統(tǒng)的結構系統(tǒng)的結構主要由三部分組成：（1）上位機系統(tǒng)；（2）下位機系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器通過有線、無線通信方式與分控制器進行信息交換，達到控制照明燈具的目的。有線通信系統(tǒng)的結構框圖如圖2.1所示。該多機通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機，從機主要負責對分布的照明燈具進行控制，用中斷的方式接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應。西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計(論文)4圖2-1有線通信系統(tǒng)結構框圖無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結構框圖如圖2-2所示。主控制器是發(fā)送遙控指令、發(fā)送數(shù)據(jù)信息、接收應答信息等，分控制器接收數(shù)據(jù)