1、基于单片机的照明控制系统摘 要：时代的进步促使科学技术的发展，其中基于单片机的控制系统也越来越多的应用到日常生活中。但人们对照明系统提出的要求也越来越多，其中如何节省电力能源成为亟待解决的问题。本文介绍了如何利用单片机来实现照明控制，从而达到节能的目的。 该系统主要由硬件和软件两大部分构成。硬件系统主要包括主控制器、分控制器和通信线路三部分，完成主控制器和分控制器交换信息。对于软件设计主要包括有照明启停控制、开关定时控制、键盘接口电路等程序设计。关键词：单片机；主控制器；分控制器；The Control System for Lighting Based on Signal-chip Micr
2、ocomputerAbstract:The progress of the times promotes the development of science and technology, of which the control system based on SCM is also more and more applied to daily life.However, there are more and more demands on the lighting system and how to save electric energy has become an urgent pr
3、oblem to be solved. This paper introduces the lighting control system and principle based on AT89C51, and puts forward the effective energy saving control method. The system design is divided into hardware design and software design of two parts. Hardware system mainly includes the main controller,
4、the sub-controller and communication lines, to exchange the information between them.The software design mainly includes lighting and stop control, switch timing control, keyboard interface circuit and other programming. Key words:Signal-chip Microcomputer;the main controller;the sub-controller; 目录引
5、言3第一章 概述31.1 课题研究背景31.2 课题研究目的与意义31.3 单片机的基本概念与结构31.4 单片机技术的特点及发展趋势41.5 串行通信的接口标准4第二章 单片机照明系统的实现42.1 单片机照明控制的意义42.2 系统设计概述52.3总体设计方案5图2-2 分控制器结构框图6第三章 硬件系统设计及实现63.1 主控制器系统设计63.2分控制器系统设计7图图3-3 脉冲波形图83.2.2 时钟芯片的接口设计9第四章 系统软件设计与实现94.1 照明启停控制程序设计9图4-1 全部启停控制主机程序流程图10图图4-2 全部启停控制从机程序流程图104.2 照明亮度控制12图图4-
6、5 全部亮度控制从机程序流程图134134.3 照明定时控制程序设计14图4-7 全部定时控制从机程序流程图15图4-8 单独定时控制从机控制程序流程图164.4 主机通信与从机通信设计16总结18参考文献18引言近些年来，城市建设的脚步在不断加快，技术人员也在不断地完善照明系统。但随着社会环境对照明系统的要求越来越多，普通的照明技术已无法满足节能这一需求。同时能源短缺也是当前社会发展所面临的新问题，在寻求新能源的同时，如何节约能源，提高能源使用效率是亟待解决的问题。传统的照明技术是手动控制灯的亮灭，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。而本文的研究目标是建立一个基于AT89C51的智能照明
7、控制系统，利用RS485有线通信方式实现主控制器和分控制器的信息交换。利用软件定义设备的功能，如LED显示，定时开关灯等。第一章 概述1.1 课题研究背景时代的发展和市场的需求，使得人们对照明系统提出了新的要求。从最初的手动控制亮灭到现在产生了多方面的需求：照明亮度要合适，光线柔和不刺眼；控制方式要灵活方便，能实现按需配置；节约能源并降低运营成本；安装快捷，维护起来省时省力；系统还要能提根据不同用户的需求切换到相应的工作模式。需求的变化导致控制方式的改进：从传统的手动操作演变为智能控制。另外，能源短缺是当前以及日后发展都会面临的问题。我们不仅要寻找新型能源，还要提高现有能源的使用效益。手动控制
8、在这个智能化时代显得不方便；声控开关有时也会出现不需要照明的时候灯光依然亮的失误现象。太阳能设备成本高，且受光照影响。因此市场急需一种操作简单，功能比较齐全且成本较低的照明控制系统。1.2 课题研究目的与意义随着科技的进步和经济的发展，人们对照明器具有了新的认识，节能成为了首要目的。而照明控制系统体现了节能与管理方面的优势，用户可以依据具体情况选择相应的工作模式，智能启停照明；同时，系统可以在太阳光的作用下，保证必要照明的同时，还减少能源浪费。 1.3 单片机的基本概念与结构单片机是一种特殊的计算机。它是在一块半导体芯片上集成了微型计算机的基本功能部件，包括CPU（中央处理单元），ROM（Re
9、ad-Only Memory，只读内存），RAM（Random-Access Memory，随机存取存储器）以及I/O接口电路等。随着微电子技术的发展和应用要求，定时器、计数器、串口控制器、通信控制器、PWM和外围接口等大量外围电路集成在单片机的微芯片中。虽然单片机型号各异，但其基本组成部分相似：一般包括CPU,随机存储器RAM，定时器，计数器，中断系统，时钟以及输入输出接口电路等，这些部件制作在一块半导体芯片上，通过内部总线相互连接起来，可以实现计算机的基本功能。迄今为止，单片机经历了由4位机到8位机再到16位机、32位机的发展过程,其发展过程大致分为4个阶段：单片机初级阶段，其形式与功能都
10、相对简单；低性能单片机阶段，片内集成了CPU、I/O接口，RAM、ROM等；高性能单片阶段，功能进一步完善；完善8位单片机以及16位、32 位单片机推出阶段。1.4 单片机技术的特点及发展趋势单片机技术的发展有以下特点及趋势： （1）使用寿命长：用单片机开发的产品其性能稳定，工作周期长。 （2） 8位、16位、32位单片机共同发展：在功能更加完善的新型单片机涌现的同时，不断改进位数少的单片机，促进共同发展。（3）单片机速度越来越快：在不断提高时钟频率的同时，修改单片机的内部时序，从而提高运算速度。（4）更高的集成度、功能更全面:许多单片机有相对先进的a / d转换模块、d/a转换模块、脉宽调制
11、器( PWM )、看门狗定时器和UART、can、SPI、I2c等多种通信接口，并且很多单片机也还在使用传统的功能单元，如CPU、存储器、I / O接口、定时器/计数器等等比较传统可靠的功能单元，因此，单片机可以说直接与一个片上系统( SOC )相对应了。（5）低电压、低功耗：几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电模式。工作电压的范围也在不断变化，使得功耗降低，从而满足更多仪器的使用。（6）价格更低：为满足市场发展的需求，单片机产品的生产成本也在不断降低。（7）使用更加方便：随着单片机的功能不断完善，其构成系统的电路结构也越来越简单，便于使用。1.5 串行通信的接口标准目前，串行通信有多
12、种接口标准，最常见的接口是RS - 232、RS - 422、RS - 485。RS232是一种速度最快的串行接口标准，广泛应用于短距离、低波特率的串行通信中。从那时起，RS - 422和RS 485便逐渐发展成为平衡传输的电气标准，电气指标比RS - 232非平衡传输方式有了明显的提高。但一般来说，RS - 232、RS - 422和RS - 485最初是由电子工业协会( EIA )建立和公布的。EIA后来有因为种种原因，于1983年在RS - 422的基础上建立了RS - 485标准，该标准相对于之前的RS-422来说，更增加了多点双向通信能力。这使得它可以在同一总线上连接多个变送器，同时
13、又对变送器的驱动能力增加了冲击保护功能进行了描述，后来便成为了现在我们熟知的TIA / EIA - 485 - A标准。RS - 232、RS - 422、RS - 485允许建立自己的上层通信协议，只指定接口的电气特性，而不考虑连接器、电缆或协议。EIA RS - 485采用长距离、多节点( 32 )、自定义协议和低传输线成本的特点，提高了工业应用中数据传输的优先级。第二章 单片机照明系统的实现2.1 单片机照明控制的意义（一）节能且节约经济开支 随着城市建设的脚步，高楼大厦、错综复杂的街道以及高校等地方，到了夜晚仍旧是灯火通明，尤其是进入深夜后车辆和行人明显减少，但灯火依旧，造成了电能的浪
14、费。采用基于单片机的照明控制系统后，可根据实时情况启停照明。该系统还在自然光的作用下，可适当减弱照明强度或者关闭灯具，可节约能源。（二） 改善工作环境许多地区都存在光照不足或浪费的现象，例如白天阳光充沛，但灯具依然在照明，除了造成不必要的能源与经济浪费外，还使得光线过强容易造成用眼疲劳。长期工作在强光照射的环境中，也容易伤害眼睛，造成工作效率的低下。采用单片机照明系统后，可在太阳光线足够时自动关闭照明灯具，在光线较弱时，开启照明并调节亮度，改善工作环境，营造良好的氛围，从而提高工作效率。(三) 良好的人性化管理在某些偏远郊区或出现紧急情况时，可通过编写或修改原有程序，重新对照明流程进行合理分配
15、，从而避免了人力资源的浪费，也易于管理。2.2 系统设计概述系统设计的构成主要有两部分，即硬件和软件部分，在设计阶段，依据控制系统特有的技术性能和工作原理，软件部分和硬件部分的设计方式各有不同。硬件设计主要包括在合理选择和放置元器件的基础上，完成原理图的绘制，然后对硬件进行仿真测试，在实验数据的基础上调整元件来符合设计要求。其中为了使得系统能够涉及的可靠稳定，最重要的就是选取合适的单片机，并且确定合适优质的外围芯片。在设计软件部分的时候，在最开始就要完善系统设计框架，已经系统各个模板的功能设计，然后再进行具体的设计，画出程序流程图，进行编程，最后是对代码进行调试，在修改和完善中达到系统设计要求。由于该系统软件设计是分模块进行的，先编写各模块子程序，然后进行组合与调整，并按照所给的设计要求不断进行调试，以达到最终目的。2.3总体设计方案根据系统功能和设计要点分析，系统电路设计框架大致如下：AT89C51电源看门狗通信接口电路键盘晶振数码显示电路 图2-1 主控制器结构框图
