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1、毕毕 业业 设设 计计教室用电智能控制系统设计教室用电智能控制系统设计学学 院院 大学新华学院大学新华学院 专专 业业 电子信息工程电子信息工程 年年 级级 级级 学生学号学生学号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 xx大学新华学院本科学位论文1摘摘 要要本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。该系统以AT89C51单片机和AT89C2051联机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构
2、成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词关键词: :AT89C51；光敏电阻；传感器；自动控制；热释电Abstractxx大学新华学院本科学位论文2Currently light i
3、ntelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system.This classroom light intelligent cont
4、rol system put forward methods often the basis of AT89C51sbit ADOUT=P11;sbit ADCS=P12;/*-*/Void AetAD()uchar i=1,w,PickCount;uint vol;for(w=1;w=PickCount;w+)ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=0;/开启控制电路，使能DATA OUT和I/O CLOCKfor(i=1;i=10;i+)/采集10位串行数据/给一个脉冲ADCLK=1;vol=1;if(ADOUT)vol|=0x01;ADCLK=0;ADCS=1;delay(21
5、);/两次转换间隔大于21usP0=0xff;/P0口置初始输入状态3.4.3 人体信号采集电路设计人体信号采集电路设计人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。1. 人体红外检测探头人体红外检测探头由菲涅尔透镜、热释红外传感器P2288组成。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。xx大学新华学院本科学位论文20热释电红外传感器和热电偶都是基与热电效应原理的热电型红外传感器。热释电红外传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和
6、滤光窗等三大部分组成。图 16-1）为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，图 16-2）为底视图，图 16-3）为侧视图， P1、P2为两个敏感单元，面积约21mm2，间距1mm。2. 比较电路比较电路如图 3-15所示，由两个运算放大器组成，输入信号来自于红外人体探头输出。比较电路中的基准电压分别由两个独立的分压电路得到，供电路比较所用。即运算放大器D1的6脚和D2的1脚电压分别为0.45V和2.0V。图 3-15 人体信号比较电路通过比较电路将相应的电压比较结果以数字信号输出。当被动红外探头在有效范围内感应到人体信号后，运算放大器的“2脚”或“5脚”的电压降为3.0V；当被动红外探头
7、在有效范围内没有感应人体红外信号时，“2脚”或“5脚”的电压降为1.0V。探头故障断路时图 3-14-1）传感器图 3-14-2）传感器底图 3-14-3） 传感器侧R4 4k7R5 4k712J2R6 4k7C1 1nFR74k7R84k7U3U4P3.2P3.3+5+5+5P3.2-BP3.3-B0.45V1.0V2.0Vxx大学新华学院本科学位论文21DS12887DS17R/W15AD711AD610AD59AD37AD48AD26AD15GND12MOT1AS14VCC24IRQ19SQW23RESET18CS13AD04P1.7-B P1.6-B P1.5-B P1.4-B P1.
8、3-B P1.2-B P1.1-B P1.0-BP3.6-AP3.7-AALE-A+5+5C247uFR9 10K，则“2脚”或“5脚”的电压降为0V。3.5 DS12887时钟芯片接口电路设计时钟芯片接口电路设计本次系统设计中，灯光设计有以时间作为基准信号，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，而且它与目前应用广泛的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并
9、具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗，外围接口简单，精度高，工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。图 3-16 显示了DS12887管脚排列图：DS12887接口设计原理图如图 3-17：图3-17 DS12887接口设计原理图图3-16 DS12887芯片管脚图xx大学新华学院本科学位论文223.6输出驱动电路设计输出驱动电路设计单片机输出控制信号电路如图3-18所示，由P2.0和P2.1口输出的控制信号来实现室内灯光的控制功能图3-18 输出控制电路当P2.0口输出的是“0”电平时，则由Q1、Q2两个三极管组成的信号放大电路就被截止，则继电器回路中无电
10、流，所以，继电器线圈无法工作，使得继电器开关触点断开，电灯回路不通，电灯不亮。当P2.1口输出的是“0“电平时，三极管Q3截止，发光LED管电路不导通，发光LED管不亮，反之，发光LED管则亮。该发光LED管作为系统的故障提示灯来使用。该P2.1口有四种信号状态并对应不同的用户提示信息，即常“1”（正常）：开启室内照明电器。常“0”（正常）：关闭室内照明电器。R10 4k7R113KQ1Q2 NPNQ3 NPND4D5RL1R12680R13 100L112VP2.1-AP2.0-A C7 1nFxx大学新华学院本科学位论文23第四章第四章 系统的软件设计系统的软件设计本灯光控制系统的软件设计
11、包括照明启停控制程序、照明亮度控制程序、照明定时控制程序、人机交互程序以及串行通行等。人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。 4.1 键盘显示电路键盘显示电路4.1.1 键盘扫描程序设计键盘扫描程序设计键盘扫描程序的流程图如图 4-1所示：图4-1 键盘扫描程序的流程图开 始初始化将第一根列线置高依次扫描行线有信号吗延时一次有信号吗再延时一次有信号吗将上一根列线置低 将下一根列线置高依次扫描行线有信号吗延时一次有信号吗再延时一次有信号吗是第四根列线吗将第四根列线置低返回对应键值返回对应键值返回一个值YYYNNNYYYNNNYN
12、xx大学新华学院本科学位论文24本系统的键盘采用的是44矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。4.1.2 LED数码显示程序设计数码显示程序设计LED数码显示程序的流程图如图4-2所示：图4-2 LED数码显示程序的流程图子程序入口初始化返回YN查表取段码段码送驱动显示位码送译码器选通低位 数码管数字是否显示完显示缓冲区左移关显示xx大学新华学院本科学位论文254.2照明启停控制程序设计照明启停控制程序设计照明的启停控制主要是由主控制器发出指令，通过RS485通信方式或无线数传方式控制全部或部分分控制器所控制照明灯具的启停，因此照明启停控制程序由两部分组成，即全部
13、启停控制与单独启停控制两部分。4.2.1 全部启停控制程序设计全部启停控制程序设计全部照明启停控制系统是利用主控制器上的开、关按键来控制全部照明灯的启停，控制命令是通过串口通信方式传达到分控制器，分控制器再依据命令向P3.7口输出高低电平，来达到控制灯泡亮和灭的目的。系统的主机和从机的控制程序流程图如图4-3和图4-4所示：开始初始化调用键盘扫描子程序取键值有键按下吗发送数据给从机返回YN图 4-3 全部启停控制主机程序流程图xx大学新华学院本科学位论文26图4-4 全部启停控制从机程序流程图4.2.2单独启停控制程序设计单独启停控制程序设计单独照明启停控制系统是通过主机发送给指定的从机命令信
14、息，来实现照明灯的启停控制。主机首先发送从机地址，被叫到的从机向主机发送本机地址，然后主机向从机传送数据，从机根据接收的数据信息执行相应的命令。该系统的主机和从机控制程序流程图分别如图 4-5与图 4-6所示：中断程序入口初始化接收主机发送的地址地址是00H吗接收主机发送的数据是打开命令吗向P3.7口输出高电平返回是关闭命令吗向P3.7口输出低电平NYYNYNxx大学新华学院本科学位论文27图4-5 单独启停控制主机程序流程图开始初始化调用键盘扫描子程序取键值有键按下吗发送地址给从机返回YN接收从机返回的地址两个地址相符吗发送数据给从机送显错误信息“0E”YNxx大学新华学院本科学位论文28图
15、 4-6 单独启停控制从机程序流程图4.3照明控制程序设计照明控制程序设计照明控制系统是利用从机即单片机AT89c51和时钟芯片DS12887进行数据通信，读取和写入实时数据，主机采用串口通信方式对从机进行定时时间的设置，从机然后根据设定的时间进行照明灯的启停控制。中断程序入口初始化接收主机发送的地址与本机地址相符吗接收主机发送的数据是打开命令吗向P3.7口输出高电平返回是关闭命令吗向P3.7口输出低电平NYYNYN向主机发送本机地址xx大学新华学院本科学位论文294.3.1全部定时控制程序设计全部定时控制程序设计在全部定时控制系统中是通过主控制器向所有的分控制器发送广播地址，分控制器在收到广播地址后，使自己处于接收数据状态，然后主控制器向网络中发送时间数据信息，分控制器在收到时间数据后写入DS12887芯片，等到设定时间到达后，单片机发出命令关闭照明灯。该系统的主机控制流程图同图4-1所示，从机的控制流程图如图4-7所示。图4-7 全部定时控制从机程序流程图中断程序入口初始化接收主机发送的地址地址是00H吗接收主机发送的数据返回NYY时间到了吗N将数据写入DS12887芯片读出DS12887芯片的数据关闭照明灯xx大学新华学院本科学位论文304.3.2单独定时控制程序设计单独定时控制程序设计单独定时控制的主机程序流程图同图4-5所示，从机程序流程图如图 4-8所
