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1、基于单片机实现智能照明控制系统的设计摘要随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，为方便生活人们越来越多 的在各个场所引入照明设备，照明在能耗中所占的比例日益增加。为了达到方便 生活的目的，这些照明设备有时会彻夜开着，从而造成了大量电力能源的浪费。 据统计，在楼宇能量消耗中，仅照明就占33%，因此照明节能日显重要。现在国 内外普及使用的节能开关基本有声控型、触摸型、感光型等。这几种开关各有自 己的弊端，如声控型不适合环境嘈杂场所、触摸型虽然能自动关闭但不能自动打 开、感光型开关在无人期间不能自动关闭由此研究设计一种既智能又节能的 控制系统来替代现有的产品是一件极其有意义的工作。本设计通过AT
2、89C51单片 机结合LED显示技术、红外传感技术、光感技术、延时技术、按键采集与处理等 技术来实现对照明设备的智能控制。其原理为：1、单片机通过继电器控制照明 设备的打开或者关闭。2、单片机通过光照检测电路对照明设备周边亮度进行检 测，如果亮度满足生活需要则保持照明设备的关闭状态；如果亮度不够则由单片 机同时检测BIS0001芯片是否采集到了人体热释电传感信号。3、如果芯片 BIS0001检测到人体信号，单片机立刻控制照明设备打开；如果该芯片没有检测 到人体信号，单片机控制照明设备继续保持关闭状态。4、照明设备打开时，如 果某一时刻单片机检测不到人体信号则延时一段时间后关闭，延时期间如果又检
3、 测到人体信号则结束延时。5、根据应用场所及使用人群的不同可以通过设置单 片机P1.0P1.4引脚的状态来设置不同的延时时间值。本设计的程序采用C语言来编写，并且通过单片机仿真软件Proteus对程序 进行仿真，大大提高了设计时间和设计的可靠性。关键词 单片机 传感器 BIS0001 照明控制 节能目录1 绪论11.1 系统研制意义1.2 国内外研究（设计）现状2 系统设计方案22.1 单片机的选择 22.2 光照检测方式 22.3 人体感应方式 32.4 显示电路 42.5 延时参数设置电路 52.6 照明设备驱动电路 53 系统原理图及电路63.1 单片机最小系统 73.2 光敏电阻电路
4、83.3 BIS0001 外围电路 93.4 LED 驱动电路103.5 键盘接口123.6 继电器控制电路134 流程图 145 毕业设计总结 156 参考文献 16 附录 176.1 总原理图186.2 C 语言程序19一、绪论1.1 系统研制意义 近年来随着经济的发展和科技的进步，人们对照明的要求也越来越高， 传统的手动照明控制系统技术受到了时代的强烈冲击， “智能照明”技术随 之出现，并迅速地向前发展。一般来说，手动控制系统指的是个人通过按钮 的切换、旋转、揿动或遥控器和其他途径执行操作的单一开关或一组开关和 调光装置构成的系统，小规模情况下，的确具有成本低廉的优点，但随着照 明系统规
5、模的扩大，手动控制将失去其成本上的效益。此外，不需要照明时， 是否关灯完全决定于人为因素，难免浪费电力增大能耗，照明范围越大，问 题尤其严重。相对智能照明控制系统而言，传统控制方式简单、有效、直观。 但它过多依赖控制者的个人能力，控制相对分散和无法有效管理，其实时性 和自动化程度太低。正因为此，照明的智能自动化研究有着极其有重要的意 义。1.2 国内外研究（设计）现状 目前，纵观国内外研究开发的智能照明控制系统，按其通信介质主要有 总线型、电力线载波型、无线网络型等。按照网络的拓扑结构可以分为集中 式或分布式。集中式智能照明控制系统主要为星形拓扑，即以中央控制节点 为中心，把若干外围节点连接起
6、来的辐射式互连结构。各照明控制器、控制 面板等设备均连接到中央控制器（CPU）上，由中央控制器向照明控制器等 末端执行单元传送数据包；分布式智能照明控制系统以中央监控为中心，组 建控制主干网和多个控制子网，各照明控制器，控制面板等设备均具有中央 处理器 CPU 单元，每个控制器和面板都可以直接连接在子网上。二、系统设计方案2.1 单片机的选择方案一、MCS-51单片机AT89C5 1是 MSC-51 单片机中应用最广泛的型号， 现在以其为代表介绍其 参数。AT89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个 尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处
7、 理器、数据存储器、程序存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断 系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧 是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功 能寄存器的集中控制方式。其内部结构主要有以下几部分：微处理器 该单片机中有一个 8 位的微处理器，与通用的微处理器基本相 同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理 功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。数据存储器 片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储 程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志 位等，
8、所以称为数据存储器。 程序存储器 由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多 可外扩至 64k 字节。 中断系统 具有 5 个中断源， 2 级中断优先权。 定时器/计数器 片内有2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 串行口 1 个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯， 扩展并行 I/O 口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机 的功能更强且应用更广。 4 个并行 8 位 I/O 口 分别为 P1 口、P2 口、P3 口、P4 口 特殊功能寄存器 共有 21 个，用于对片内的个功能的部件进
9、行管理、控 制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功 能的 RAM 区。方案二、 AVR 单片机1997年，由ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公 司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。 相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为 丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代 51 系列单片机。由于采用了高性能的MCU,省掉了大量的外围器件,如外扩RAM、 ROM存储器等,使硬件结构大大简化，提高了系统的可靠性。它与其它结构类型单片机相比，AVR具有以下一系列的
10、优点：在相同的系统时钟下AVR运行速度最快； 芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大； 所有型号的 Flash、 EEPROM 都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写 (ISP)； 多种频率的内部 RC 振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能 零外围电路也可以工作；每个IO 口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强； 内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C 通信口、丰富的中断源等。方案三、 PIC 单片机PIC 8 位单片机产品共有三个系列，即基本级系列、中级系列和高级系列。上述的三层次(级)的PIC8位单片机还具有很高
11、的代码兼容性，用户很容易将代码从某型号转换到另一个型号中。其主要产品是 PIC 16C 系列和 17C 系列8位单片机。该系列单片机特点如下： CPU采用RISC结构 采用Harvard双总线结构 运行速度快 低工作电压、低功耗 较大的输入输出直接驱动能力 一次性编程、小体积等。方案分析：除了以上几种单片机，市场上还有好的其它结构单片机。如果实现本系统，基本上上述三种类型的单片机都可以实现。考虑到MCS-51单片机具有 较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用AT89C51来实现。2.2 光照检测方式方案一、采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应 的数字电平，然后直接接
12、入单片机IO引脚。方案二、采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值（模拟值），然后 通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。由于光敏电阻属于纯阻性器 件，引入后不会存在对其它器件造成干扰，而且电路也不复杂，所以采用此2.3 人体感应方式方案一、采用红外对管进行检测。红外发送管和红外接收管分别安装在 通道两侧。当某一时刻红外接收管如果接收不到信号表示两者之间有遮挡物 通过，可以视为有人体进入。方案二、采用集成电路BIS0001，该芯片是一款具有较高性能的传感信 号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动 式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类
13、 白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置， 特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用 于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。由于方案一要求红外发送管和接收管必须相对才行，而且两者距离有限， 实现起来较为不便，所以本设计采用方案二。2.4 显示电路为了实时显示系统运行状况及各个参数，本系统配备显示外设。通常单 片机可以配备LCD或LED做为显示外设，各个外设大多又分为穿行驱动和 并行驱动两种驱动方式。为了节约成本，本系统采用LED做为显示外设。2.5 延时参数设置电路方案一、 采用 NE555 做延时定时器，单片机以脉冲方式触发该定时器。方案二
14、、 采用单片机内部定时器定时。通过读取外部参数，单片机实现 不同时间的定时。由于此方案简单可靠且节约成本，本系统采用这种方案。2.6 照明设备驱动电路方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管，是一种具有三个 PN 结 的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等 特点，是比较常用的半导体器件之一。方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入量(电、磁、声、光、热) 达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、 工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运 动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、 热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。由于电磁继 电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。三、系统原理图及电路3.1 单片机最小系统AT89C51 是片内
