照明控制器設計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 單片機原理及接口技術 課程設計（論文）題目： 照明控制器設計 院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間：201-2011.07.03課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：測控技術與儀器 學 號學生姓名專業(yè)班級測控082課程設計題目照明控制器設計課程設計（論文）任務設計任務設計公共場所照明設備控制器，具有以下功能：l 檢測室內光照度，檢測結果由顯示器顯示l 可按鍵輸入設定的室內光照度范圍（光照度下限上限）l 可根據光照情況自動開關照明設備，當光照小于設定的光照下限時，打開照明設備，當光照大于設定的光照下限時，關閉

2、照明設備技術參數1. 光照范圍 010000 LX；精 度 ±4%；2. 照明設備數量8設計要求1. 設計內容：光照檢測電路、A/D轉換電路、單片機最小系統(tǒng)、鍵盤顯示電路、照明設備控制電路等硬件電路及相應的軟件設計；2. 硬件電路圖應采用繪圖軟件繪制，所用器件型號、參數標注完整；3. 對各功能電路的設計說明應指出所選器件型號、本設計中引腳的連接方法、芯片（端口）地址、外圍器件參數，并說明工作過程；4. 軟件設計上應按照系統(tǒng)軟、硬件功能的劃分說明系統(tǒng)軟件的功能、主程序流程圖及工作過程說明、主要程序模塊流程圖等，要求程序結構完整，應有變量及端口地址定義，應編譯通過全部或部分程序模塊。進度

3、計劃1. 查閱資料，確定設計方案、繪制系統(tǒng)總體結構圖、劃分軟硬件功能（2天）2. 設計光照檢測電路、A/D轉換電路（1天）3. 設計單片機最小系統(tǒng)、鍵盤顯示電路（1天）4. 設計照明設備控制電路，完成系統(tǒng)硬件整體電路圖繪制（2天）5. 編寫、調試系統(tǒng)程序（3天）6. 修改設計說明書、準備答辯（1天）指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要本文介紹了基于AT89S52的照明控制系統(tǒng)及其原理。設計包括光敏電阻采集電路，LED顯示電路，鍵位控制和繼電器控制等電路。通過這些電路完成光照范圍

4、010000 LX，精 度 ±4%下的照明控制。單片機通過繼電器控制照明設備的打開或者關閉。單片機通過光照檢測電路對照明設備周邊亮度進行檢測，如果亮度滿足生活需要則保持照明設備的關閉狀態(tài)；如果亮度不夠則單片機立刻控制照明設備打開。照明設備打開時，如果某一時刻光度滿足則再次打開，以此工作。關鍵詞：光照檢測;單片機;照明控制;精度目 錄第1章 緒論11.1 系統(tǒng)設計意義11.2 國內研究（設計）現狀11.3 課設要求1第2章 課程設計的方案32.1 單片機的選擇32.2 系統(tǒng)組成總體結構32.3顯示電路42.4照明設備驅動電路42.5 系統(tǒng)總體方案4第3章 硬件設計53.1單片機最小系統(tǒng)

5、設計53.2光照檢測電路63.3 LED顯示電路63.4 鍵盤接口電路73.5 照明控制電路73.6 A/D轉換電路8第4章 系統(tǒng)軟件設計94.1系統(tǒng)軟件設計思想94.2模塊程序及其流程圖9第5章 課程設計總結10參考文獻11附錄I12第1章 緒論1.1 系統(tǒng)設計意義 近年來隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，人們對照明的要求也越來越高，傳統(tǒng)的手動照明控制系統(tǒng)技術受到了時代的強烈沖擊，“智能照明”技術隨之出現，并迅速地向前發(fā)展。一般來說，手動控制系統(tǒng)指的是個人通過按鈕的切換、旋轉、撳動或遙控器和其他途徑執(zhí)行操作的單一開關或一組開關和調光裝置構成的系統(tǒng)，小規(guī)模情況下，的確具有成本低廉的優(yōu)點，但隨著照明系

6、統(tǒng)規(guī)模的擴大，手動控制將失去其成本上的效益。此外，不需要照明時，是否關燈完全決定于人為因素，難免浪費電力增大能耗，照明范圍越大，問題尤其嚴重。相對智能照明控制系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)控制方式簡單、有效、直觀。但它過多依賴控制者的個人能力，控制相對分散和無法有效管理，其實時性和自動化程度太低。正因為此，照明的智能自動化研究有著極其有重要的意義。1.2 國內研究（設計）現狀目前，縱觀國內外研究開發(fā)的智能照明控制系統(tǒng)，按其通信介質主要有總線型、電力線載波型、無線網絡型等。按照網絡的拓撲結構可以分為集中式或分布式。集中式智能照明控制系統(tǒng)主要為星形拓撲，即以中央控制節(jié)點為中心，把若干外圍節(jié)點連接起來的輻射式互連結

7、構。各照明控制器、控制面板等設備均連接到中央控制器（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等末端執(zhí)行單元傳送數據包；分布式智能照明控制系統(tǒng)以中央監(jiān)控為中心，組建控制主干網和多個控制子網，各照明控制器，控制面板等設備均具有中央處理器CPU單元，每個控制器和面板都可以直接連接在子網上。1.3 課設要求 設計公共場所照明設備控制器，具有以下功能：l 檢測室內光照度，檢測結果由顯示器顯示 l 可按鍵輸入設定的室內光照度范圍（光照度下限上限）l 可根據光照情況自動開關照明設備，當光照小于設定的光照下限時，打開照明設備，當光照大于設定的光照下限時，關閉照明設備技術要求：l 光照范圍 010000 LX；精

8、度 ±4%；l 照明設備數量8第2章 課程設計的方案 2.1 單片機的選擇方案一、AT89S52單片機AT89S52單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數據存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結構模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。方案二、AVR 單片機1997年,由ATMEL公司挪威設計中心的A先生與V先生利用ATMEL公司的Flash新技術

9、, 共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。相對于出現較早也較為成熟的51系列單片機，AVR系列單片機片內資源更為豐富，接口也更為強大，同時由于其價格低等優(yōu)勢，在很多場合可以替代51系列單片機。由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外圍器件,如外擴RAM、ROM存儲器等,使硬件結構大大簡化,提高了系統(tǒng)的可靠性。方案三、PIC單片機 PIC 8位單片機產品共有三個系列，即基本級系列、中級系列和高級系列。上述的三層次(級)的PIC 8位單片機還具有很高的代碼兼容性，用戶很容易將代碼從某型號轉換到另一個型號中。其主要產品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機。該系列單片機特點如

10、下：方案分析：除了以上幾種單片機，市場上還有好的其它結構單片機。如果實現本系統(tǒng)，基本上上述三種類型的單片機都可以實現。本設計采用AT89S52來實現。2.2 系統(tǒng)組成總體結構 方案一、采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉換成相應的數字電平，然后直接接入單片機IO引腳。 方案二、采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉換成相應的電壓值（模擬值），然后通過運放后給單片機輸入一個標準的數字信號。由于光敏電阻屬于純阻性器件，引入后不會存在對其它器件造成干擾，而且電路也不復雜，所以采用此方案。2.3顯示電路為了實時顯示系統(tǒng)運行狀況及各個參數，本系統(tǒng)配備顯示外設。通常單片機可以配備LCD或LED做為顯示外設，各

11、個外設大多又分為穿行驅動和并行驅動兩種驅動方式。為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)采用4位LED做為顯示外設。2.4照明設備驅動電路 方案一、采用可控硅控制。可控硅又稱晶閘管，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件。其具有體積小、結構相對簡單、功能強等特點，是比較常用的半導體器件之一。方案二、采用繼電器控制。繼電器是一種當輸入量（電、磁、聲、光、熱）達到一定值時，輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件。其具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。根據結構不同，可以將其分為電磁繼電器、熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、磁簧繼電器、光繼電器等

12、型號。由于電磁繼電器簡單易用，開關狀態(tài)極其容易判斷，所以本設計采用電磁繼電器來控制。2.5系統(tǒng)總體方案A/D轉換光敏電阻 單片機LED顯示繼電器控制 鍵盤控制 圖2.1 總體方案圖第3章 硬件設計3.1單片機最小系統(tǒng)設計 AT89S52是片內有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統(tǒng)簡單可靠。其應用特點：(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。 (2)內部存儲器容量有限。 (3)應用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 時鐘電路 AT89S52雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。AT89S52單片機的時鐘產生方法有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用內部時鐘方式，利用芯

13、片內部的振蕩電路，在X1、X2引腳上外接定時元件，內部的振蕩電路便產生自激振蕩。本設計采用最常用的內部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CX1、CX2可在20pF到100pF之間取值。所以本設計中，振蕩晶體選擇12MHZ,電容選擇30pF。圖3.1時鐘電路復位電路AT89S52的復位是由外部的復位電路來實現的。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內部復位操作所

14、需要的信號。復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C1取22uF,R1取1K。圖3.2復位電路3.2光照檢測電路光敏電阻是利用半導體光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。本設計采用GL3516型號光敏電阻。其亮電阻為5-10K,暗電阻為0.6M。圖3.3 光敏電阻電路3.3 LED顯示電路本設計采用LED動態(tài)顯示方式顯示倒計時等數據。所謂動態(tài)顯示方式就

15、是要顯示的數字在LED數碼管上一個一個逐個顯示，通過位選端控制在哪個LED上顯示這個數字。由于“視覺暫留”原理，人眼看起來它們是同時顯示出來的。動態(tài)顯示方式所用的接口少，節(jié)省了單片機的管腳。由于端口的問題以及動態(tài)顯示方式的優(yōu)越性，在此設計的連接方式上采用共陰級接法。，首先說段選端，它由LED八個端口構成，通過對這八個端口輸入的不同的二進制數據使得它的顯示不同，因為本設計要求精度為±4%，所以本設計有兩位小數從左到右是由高到低位排列的。圖3.4 顯示電路3.4 鍵盤接口電路按鍵電路分為獨立式和矩陣式。相比較而言，獨立式按鍵需要的I/O口要比矩陣式的需要的I/O要多，獨立式按鍵一個按鍵需

16、一個I/O口，這樣在需要的按鍵比較多的時候單片機的I/O口會不夠用。而矩陣式按鍵則很好的解決了這一問題，矩陣式結構可以使其通過查詢鍵位置來判斷鍵值。 由于本設計中涉及到頻率的調節(jié)，所以必須用到按鍵電路，而本設計中涉及的調節(jié)不是很多，所以本設計中共設有四個按鍵。 圖3.5 按鍵電路3.5 照明控制電路繼電器是具有隔離功能的自動開關，在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動開關。圖3.6 控制電路3.6 A/D轉換電路A/D轉化電路。 亦稱“模擬數字轉換器”，簡稱“模數轉換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進行量化（離散化），轉換為相應的數

17、字量的電路。 A/D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。 抽樣是將模擬信號在時間上離散化的過程； 量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程； 編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。本設計采用8位A/D轉換器。 圖3.7 A/D轉換電路第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1系統(tǒng)軟件設計思想在進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數據處理、過程控制兩個基本類型。數據處理包括：數據的采集、數字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產。4.2模塊程序及其流程圖開始 初始化 光照檢測光照<設定值？ 熄滅延時 點亮 顯示 N Y 圖4.1 主程序流程圖 第5章 課程設計總結 通過本次畢業(yè)設計，我接觸到了一些以前沒有接觸過的知識，而且鞏固了一些舊知識，如電子電路基礎知識、單片機基礎知識等，同時進一步提高了我的邏輯思維能力和新知識接受能力等。這次設計基本達到預期的目的，但是在其中也遇到許多問題，經過查詢資料及老師的指導一一解決。通過這次實踐