智能燈系統(tǒng)的設計

1、題 目： 走廊燈光控制系統(tǒng) 系 別： 電子信息與電氣工程系 目錄中文摘要:3一、目標51.1、應用背景51.2、要求51.2.1實現(xiàn)指標51.2.2設計實現(xiàn)功能5二、總體設計分析52.1、總體設計52.2、數(shù)理分析62.3、人員分工7三、具體設計73、1模塊選擇及分析73.1.1、檢測單元73.1.2、中央處理器單元的選擇83.1.3、控制方案的選擇83.2硬件設計93.2.1電源供電模塊93.2.2單片機93.2.3光電開關模塊93.2.4 繼電器模塊103.2.5光敏傳感器模塊10四、系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)114.1 仿真環(huán)境介紹114.1.1 Keil介紹114.1.2 Proteus介紹1

2、1五、系統(tǒng)調試125.1硬件錯誤更正125.2軟件錯誤更正125.3聯(lián)調錯誤更正12六、 系統(tǒng)測試13七、總結14八、參考文獻15九、 附錄15附錄一、程序清單15附錄二、硬件電路圖161、 電源162、 單片機173、 光電開關174、 四路繼電器175、 光敏傳感器18附錄三、工作過程圖18附錄四、作品實物圖18基于89C51單片機的智能燈系統(tǒng)的設計中文摘要:本次設計根據(jù)自動化綜合實訓的相關要求，提出了基于89C52單片機的智能燈系統(tǒng)的設計方案，并闡述了所選單片機的功能和指令系統(tǒng)特點以及所選外圍硬件的功能和應用方法。通過設計的電路圖，設計出程序流程圖并通過開發(fā)軟件：Keil 編程實現(xiàn)89C

3、52單片機對人體紅外感應模塊的控制并實現(xiàn)所選題目要求的相關功能。關鍵字：89C51單片機；電源模塊；4路繼電器模塊；光敏傳感器模塊、光電開關模塊The Design Based On 89C51 Single Chip of the Human Body Infrared Induction Lamp SystemABSTRACTAccording to related requirements of integrated automation training, this design proposed some design proposals based on 89C51 single

4、chip of the human body infrared induction lamp system and elaborated the functions of the single chip and the characteristics of command systems. Besides, it elaborated the functions and application methods of peripheral hardware we selected. Through the schematic we designed, we can design program

5、flow chart and through the development of software: Keil programming 89C51 single chip control of human infrared sensor module and related functions to achieve the requirements of the selected topic.Key Words: 89C52 singlechips; Human infrared sensor module; 4 relay module; Light sensors module一、目標1

6、.1、應用背景 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規(guī)模也隨著受教育者的數(shù)量增加而不斷擴大。但由于學校開放型的管理模式，高校的教室及走廊在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使走廊無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟照明，長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。學校的電力支出約占全校經(jīng)費支出的20%，這種有形和無形的浪費，給校方的電力支出帶來了沉重的負擔。能源短缺是21世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節(jié)省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對社會貢獻，照明的節(jié)電問題不

7、得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節(jié)電方式為手工控制，光控型，聲控型等。手工方式操作起來不靈活，費時費力。聲控型往往判斷不準確，不需要的時候也也會經(jīng)常亮。因此市場上迫切需要一種操作方便、價格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。1.2、要求1.2.1實現(xiàn)指標（1）、當太陽光照充足時，燈光控制系統(tǒng)不工作，燈光不打開。（2）、當太陽光照不足時，系統(tǒng)工作，并實現(xiàn)以下功能（以三個燈為例）。 當人走到距離第一個燈一定距離時，第一個燈亮并持續(xù)一段時間； 當人走到第一個燈與第二個燈中間處，燈同時亮并持續(xù)一段時間； 當人走到第二個燈與第三個燈中間處，第二、三個燈亮并持續(xù)； 當人走過第三個燈時，第二個燈滅；

8、當人走遠時，第三個燈滅；1.2.2設計實現(xiàn)功能當光照充足智能系統(tǒng)不啟動，光照不足智能系統(tǒng)啟動，從而實現(xiàn)智能照明。二、總體設計分析2.1、總體設計以KT板搭建設計框架，模擬簡易走廊模型。以白熾燈模擬走廊燈，光電開關和光敏電阻模塊為核心，利用單片機處理信號。設計三個白熾燈，通過人體紅外感應模塊人的到來，同時通過利用光電開關模塊，具體流程圖如下：開始光敏電阻模塊光照強度是否足夠夠？是否智能系統(tǒng)啟動智能系統(tǒng)不啟動，燈不亮光電開關模塊光電否是否是有人結束燈亮是燈不亮2.2、數(shù)理分析該系統(tǒng)以光敏電阻模塊與光電感應模塊為核心，通過對光的強弱進行判斷是否達到啟動智能系統(tǒng)的條件，有選擇性的啟動智能燈亮滅問題。最

9、初對單片機的I/O口進行高電平初始化，同時對給定的光電IO口輸出的電平進行判斷。對于光敏電阻模塊，讀取P2.0口的電平并賦給光敏電阻：當光敏電阻檢測到足夠強度的光照時，反饋給CPU，CPU將高電平賦給光敏電阻，此時光敏電阻不工作，從而整個系統(tǒng)不工作；當光敏電阻檢測到光照不足時，CPU將低電平賦給光敏電阻，光敏電阻低電平觸發(fā)，整個系統(tǒng)正常工作，同時對光敏電阻進行了延時控制，是為了避免暫時性光源的干擾。定義光電開關為P1口(P1.0P1.3)，用這兩個模塊判斷是否有人以及人的位置，當檢測到人體紅外時，CPU給紅外感應模塊和光電開關低電平，使其觸發(fā)，從而控制燈泡亮。2.3、人員分工張 銳：軟件設計、

10、拍照片梁福才：硬件設計、撰寫總結報告榮華橋：硬件設計、PPT制作三、具體設計3、1模塊選擇及分析3.1.1、檢測單元選擇方案一、光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。光電開關是由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成。光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。方

11、案二、光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。因為是通過光的發(fā)射和接收來實現(xiàn)信號的通斷,因為光又是無處不在的,除紅外光,還有紫外,可見光等,因此光電傳感器易受光的影響.綜上所述，在考慮實用性及經(jīng)濟等方面問題，本實驗采用方案一即選用光電開關。3.1.2、中央處理器單元的選擇方案一、單片機：單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。軟件編程簡單、外圍電路簡單、自由度大。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：C

12、PU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。單片機開發(fā)成本低，一個單片機十幾塊到幾十塊，上百不等。方案二、PLC:PLC就是可編程邏輯控制器，PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，廣泛應用于工業(yè)控制。它采用可以編制程序的存儲器,用來存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等一系列操作的指令，而且還能以數(shù)字或模擬的方式輸入和輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程。PLC 的價格幾百，幾千，幾萬價格昂貴。綜上兩種

13、方案分析，考慮成本及知識的局限性等，本系統(tǒng)采用89c52作為主控制電路，不僅可以提高系統(tǒng)的性能指標，還可以簡化電路，而且成本低，故我們選擇方案一。3.1.3、控制方案的選擇方案一、采用光敏電阻控制：光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線。光敏電阻模塊對環(huán)境光線最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的光線的亮度，觸發(fā)單片機或繼電器模塊等；模塊在環(huán)境光線亮度達不到設定閾值時，DO端輸出高電平，當外界環(huán)境光線亮度超過設定閾值時，DO端輸出低電平；DO輸出端可以與單片機直接相連，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變；DO輸出端可以直接驅動本店繼電器模塊，由此可以組

14、成一個光控開關。方案二、采用定時器控制：用STC89C51RC單片機為核心，設計具備按鍵功能和數(shù)碼顯示功能的外圍硬件電路，以便控制器能夠在設定的開關時刻控制輸出繼電器的動作，進而控制負載電源的啟閉。能夠節(jié)省空間，但其不能夠靈活控制，例如：當大霧及陰天時其實用性將大大折扣。綜上兩種方案分析，光敏電阻只受光照強度，靈活性及準確性較大，而定時器控制在陰天、及大霧等光照強度不足時實用性不足，故本系統(tǒng)采用方案一。3.2硬件設計3.2.1電源供電模塊本系統(tǒng)中,先利用變壓器將220V交流電轉換為雙9V輸出，接到先行穩(wěn)壓電源上，輸出10V。小功率穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個部分組成，

15、為保證穩(wěn)定的5V電源輸出，我們加入了一個5V穩(wěn)壓芯片。電源詳細工作原理圖及實現(xiàn)控制功能方式可參見附錄二“電源設計圖”。電源流程圖3.2.2單片機單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。本任務我們采用了89C51單片機。詳細工作原理圖及實現(xiàn)控制功能方式可參見附件二“單片機最小系統(tǒng)”。單片機封裝圖3.2.3光電開關模塊光電開關是通過光電轉換進行

16、電氣控制的開關，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。由于光電開關可以實現(xiàn)人與物體或物體與物體的無接觸，可以有效降低磨損，并具有快速特點。在本系統(tǒng)中，利用光電開關模塊與人體紅外感應模塊相結合，當兩者都檢測到人時，才能使單片機工作，進而控制燈泡的亮滅。這么做的目的是避免一些小動物進來時，燈泡也亮，而引起資源的浪費。詳細工作原理圖及實現(xiàn)控制功能方式可參見附件“光電開關”。光電開關封裝原理圖3.2.4 繼電器模塊繼電器模塊是把電氣控制柜中的多組繼電器集成化、系列

17、化、模塊化設計，為設備節(jié)省空間，減少了中間接線環(huán)節(jié)，提高了效率及產(chǎn)品的性能。本系統(tǒng)的燈泡接在其常開觸點上，當光電開關模塊與人體紅外感應模塊感應到有人的時候，利用單片機IO驅動，使其常開觸點閉合，從而控制燈亮。詳細工作原理圖及實現(xiàn)控制功能方式可參見附件圖。4路繼電器封裝原理圖3.2.5光敏傳感器模塊光敏電阻模塊對環(huán)境光線最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境的光線的亮度，觸發(fā)單片機，模塊在環(huán)境光線亮度達不到設定閾值時，DO端輸出高電平，當外界環(huán)境光線亮度超過設定閾值時，DO端輸出低電平。本系統(tǒng)將光敏電阻的輸出端與單片機直接相連，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變。當光線很強時，本系統(tǒng)就

18、不工作。只有當光線弱的時候，當光線很強時，本系統(tǒng)就不工作。只有當光線弱的時候，例如晚上或者陰天時，系統(tǒng)正常工作例如晚上或者陰天當光線弱的時候，晚上或者陰天時，系統(tǒng)正常工作。光敏電阻封裝原理圖四、系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)4.1 仿真環(huán)境介紹4.1.1 Keil介紹隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。該軟件是美國Keil Software公司出品的軟件開發(fā)系統(tǒng)，其允許用戶使用匯編或者C語言來開發(fā)MCS-51單片機（或與MSC-51指令兼容的其它單片機）的應用軟件。功能上，Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，包

19、括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（u Vision）將這些部份組合在一起。外觀上采用全Windows界面，容易上手。性能上，即便是使用高級語言開發(fā)應用程序，其生成的目標代碼效率也非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊。4.1.2 Proteus介紹Proteus是一款集單片機仿真與SPICE分析于一身的EDA仿真軟件，于1989年由英國Lab-center Electronic Ltd研發(fā)成功，經(jīng)過多年的發(fā)屏，現(xiàn)已成為當前EDA性價比最高、性能最強的一款軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它E

20、DA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其最大的特點是Proteus VSM(Virtual System Model-ling)實現(xiàn)了混合模式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級圖表仿真、微處理器軟仿真器、第三方的編譯器和調試器等有機結合起來，在世界范圍內第一次實現(xiàn)了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在計算機上完成原理圖設計、電路分析與仿真、處理器代碼調試及實時仿真、系統(tǒng)測試，以及功能驗證。五、系統(tǒng)調試5.1硬件錯誤更正本次任務的硬件錯誤主要出錯在電源模塊部分，由于電源模塊焊接的時間比較早，導致驗證時沒有達到預期的效果。經(jīng)過用萬用表進行檢查后發(fā)現(xiàn)電源模塊部分出現(xiàn)了虛

21、焊的情況。5.2軟件錯誤更正錯誤提示1：main.c(12): error:  #1113:Inline assembler not permitted when generating Thumb code原因：這是將匯編代碼錯誤嵌入C語言中造成的。解決方法：參看Keil Vision集成環(huán)境 中菜單“Help | Vision help”啟動打開的幫助文檔。具體條目是“RealView Compiler User Guide | Inline assembler syntax”。錯誤提示2：(創(chuàng)建純匯編程序) error 65: access violation at 0x0000

22、0000 : no 'execute/read' permission“ 這個錯誤提示不是在編譯環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，而是在調試的時候提示的。解決方法：重新建立工程，Device選擇ARM 7 BigEnd，其余的什么都不要設置，然后將你的xxx.s匯編文件Add to project中，最后進行便已連接即可5.3聯(lián)調錯誤更正聯(lián)調共有3中方法： 1、用仿真軟件本身proteus編寫程序，可以單步仿真聯(lián)調。2、 將單片機目標文件生成.COF格式在加載proteus單片機中就可以聯(lián)調的，單步仿真。3、 3、proteus6.0版本合一和keilc51安裝聯(lián)調驅動文件.EXE才可以的，并且只能

23、仿真51.6、 系統(tǒng)測試光照情況是否有人靠近工作情況充足是否不充足 是否七、總結通過為期數(shù)周的努力，我組成員成功地完成了對走廊燈光控制系統(tǒng)的設計，達到了預期的效果。在本次的設計中，我們收獲了很多，明白了分析問題的重要性。例如，總方案的設計，外圍硬件的選擇，電路的選擇等等，這些都關系到我們的設計簡易程度與經(jīng)濟成本等。經(jīng)過不斷地查找資料以及請教老師同學，終于完成了設計。同時，通過這次設計我也學會了很多知識，對電腦的操作水平也得到了一定程度的提升.最初知道我們要做自動化綜合實訓時，心里還是有很大壓力的，畢竟以前從沒做過類似的實訓。但是隨著時間的推移，我們明白了這是一定要完成的任務，于是在老師同學的幫

24、助以及期末考試的壓力下，我們一步步地堅持下來。設計開始，肯定會存有很多疑惑和困難，但是我們一定不能慌張，要一步步的來，要靜下心來認真思考，不會的地方可以去請教他人。我們出現(xiàn)錯誤的主要原因即是做事不夠仔細，不把綜合實訓當回事。最終，我們還是成功地設計出了走廊燈光控制系統(tǒng)。通過這次經(jīng)歷，我們學習了很多知道的和更多不知道的事物。例如，為了更快地焊接出電源模塊，我們焊接的技術得到了很大的提升，并成功地焊接出了電源模塊的電路板。焊接電路遇到了很多電相關的知識，這對我們電路的復習又有一定的幫助。調試的過程中，也出現(xiàn)了許多問題，通過萬用表的檢查，電腦測試將問題一一檢驗出來。雖然問題很多，也比較麻煩，但是只要

25、相信自己，不斷努力，相信問題終會得到解決的。最后，感謝這次綜合實訓。由于我們的設計能力有限，設計過程中出現(xiàn)了許多錯誤，感謝老師的指導，組員的努力，同學的幫助。希望我們可以在以后的設計過程中學到更多的知識。八、參考文獻1 林玉池，等.現(xiàn)代傳感技術與系統(tǒng)M,機械工業(yè)出版社，2009.2 張毅剛，等.單片機原理及應用M,高等教育出版社,2004.3 邱關源，羅先覺.電路M,高等教育出版社,2006.4 夏路易, 等.單片機技術基礎教程與實踐M,電子工業(yè)出版社，20085 張友德著.單片微型計算機原理、應用與實驗.復旦大學出版社6 徐煜明、韓雁著.單片機原理及接口技術.電子工業(yè)出版社7 何立民著.單片

26、微型計算機原理及應用.航空航天大學出版社8 王文升.智能照明控制與節(jié)能J.智能建筑與城市信息.20059 陳濤,毛信偉.智能照明控制系統(tǒng)的工程應用J.智能電氣,200410 陳桂友.單片微型計算機原理及接口技術.高等教育出版社11可靠紅外線傳感器控制開關J陳勇儀表技術與傳感器 200412傳感器應用電路詳解M羅四維人民郵電社1993.9、 附錄附錄一、程序清單#include"main.h"/調用main.h頭文件 #include"delay.h"/#define guangd P1/定義光電為P1口#define guangm P2 #define hongwai P2/=main=/ void main()/main函數(shù)char gm;char n;char hw;P0=0xff;/IO口高電平初始化while(1)/進入死循環(huán) gm=guangm&0x01;/讀取P2.0口的電平并賦給GM if(gm)/