基于單片機(jī)的樓宇智能智能照明控制系統(tǒng)

學(xué)校代碼：10904 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：學(xué) 院：學(xué)院專 業(yè)：完成日期：年月日 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：學(xué) 院：學(xué)院專 業(yè)：完成日期：年月日摘 要隨著電子科技和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)在控制領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)大量的用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、航天等行業(yè)，單片機(jī)作為一種微型的計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐步成為嵌入式控制系統(tǒng)的主題與核心。并且成功的替代了傳統(tǒng)的電子線路控制系統(tǒng)。此外，伴隨著樓宇智能化的要求，基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)得到了普及和發(fā)展。本文重點(diǎn)進(jìn)行了AT89C51單片機(jī)在校園樓宇照明系統(tǒng)上的應(yīng)用，研究了室內(nèi)燈光的控制系統(tǒng)和控制原理，并且根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了節(jié)能控制的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)利用了較為成熟穩(wěn)定的紅外傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)進(jìn)行校園樓宇室內(nèi)照明系統(tǒng)的控制。本系統(tǒng)包括兩部分：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。照明控制系統(tǒng)主要包括主控制器、分控器。這二者均是以AT89C51單片機(jī)作為基礎(chǔ)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了通信、控制和顯示等功能。本文重點(diǎn)描述了控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，例如：顯示器、RS485通信模塊、電子狗以及照明控制模塊。軟件部分主要實(shí)現(xiàn)了主控器與分控器有線通信程序的設(shè)計(jì)以及燈光控制、定時(shí)控制和顯示程序設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】照明控制；AT89C51；單片機(jī)；控制電路AbstractWith the rapid development of electronic technology and information technology, SCM has been widely used in the field of control. The control system based on single chip computer is used in industry, agriculture, electric power, electronics, aerospace and so on. As a kind of micro computer, MCU has become the theme and core of embedded control system. And it successfully replaced the traditional electronic circuit control system. In addition, along with the requirements of intelligent building, lighting control system based on MCU has been popularized and developed.This paper focuses on the application of AT89C51 single chip microcomputer in the building lighting system, and studies the control system and control principle of indoor lighting. The system makes use of the more mature and stable infrared sensor technology and computer control, and uses the multi parameters to control the indoor lighting system. The system consists of two parts: hardware design and software design. The lighting control system mainly includes the main controller and the controller. These are based on the AT89C51 microcontroller as the basis for the design, and ultimately realize the communication, control and display functions. This paper describes the design and implementation of the control circuit, such as display, RS485 communication module, electronic dog and lighting control module. The software part mainly realizes the design of the program of the main controller and the controller, and the lighting control, timing control and display program design.Key Words: lighting control system; AT89C51; Single-chip microcomputer; acquisition of signal目 錄第1章 緒論11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 研究的目的與意義21.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)31.4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想3第2章 硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52.1 系統(tǒng)概述52.2 AT89C51單片機(jī)性能52.3 主控制電路的設(shè)計(jì)52.3.1 按鍵接口設(shè)計(jì)62.3.2 LED顯示設(shè)計(jì)62.3.3 監(jiān)控電路設(shè)計(jì)72.4 分控電路設(shè)計(jì)72.5 RS485通信模塊設(shè)計(jì)72.6 光信號取樣電路的設(shè)計(jì)92.7 熱釋紅外信號采集電路92.8 輸出驅(qū)動電路設(shè)計(jì)10第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)143.1 人機(jī)交互程序的設(shè)計(jì)143.1.1 按鍵掃描程序的設(shè)計(jì)143.1.2 數(shù)碼顯示程序的設(shè)計(jì)153.2 照明系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)163.2.1 全部啟停程序的設(shè)計(jì)163.2.2 部分啟停程序的設(shè)計(jì)183.2.3 全部定時(shí)控制程序的設(shè)計(jì)203.2.4 單獨(dú)定時(shí)控制程序的設(shè)計(jì)213.3 RS485通信程序的設(shè)計(jì)223.3.1 主機(jī)通信程序的設(shè)計(jì)233.3.2 從機(jī)部分通信程序的設(shè)計(jì)23第4章 結(jié)論25附錄26參考文獻(xiàn)27致 謝29第1章 緒論1.1 研究背景伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)、通信及控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和建筑業(yè)的不斷進(jìn)步，綠色節(jié)能的智能化建筑層出不窮，但是目前國內(nèi)大多數(shù)的智能建筑存在能源使用效率低、能耗高的現(xiàn)象。針對智能建筑的照明系統(tǒng)來看，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當(dāng)自然光照度很好時(shí)，燈不能及時(shí)關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時(shí)，又不能及時(shí)打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費(fèi)，而且不能滿足人對照明的基本需求，同時(shí)也給人的視力造成了很大的影響?，F(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，將更注重能量的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學(xué)的個(gè)性方面的要求。特別是近年來大廈內(nèi)利用計(jì)算機(jī)工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復(fù)雜程度大大增加。所以要做到合理、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，如電光源、燈具、照明控制系統(tǒng)。因此，適應(yīng)不同個(gè)人和工作需要，結(jié)合自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少了。而在大學(xué)校園的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也意識到了智能照明的重要性。相對商業(yè)樓宇而言，大學(xué)校園里的大功率動力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關(guān)鍵。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平，而且還能節(jié)省開支。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)前，國內(nèi)許多廠商也開始了新型照明控制系統(tǒng)的研究開發(fā)。參照國際趨勢，國內(nèi)廠商的關(guān)注重點(diǎn)主要是根據(jù)市場導(dǎo)向，分析消費(fèi)者對智能家居照明系統(tǒng)的需求，這既包含照明設(shè)備功能完善需求，也包含消費(fèi)者對其他諸如藝術(shù)性等方面的需求。然后依據(jù)市場需求分析結(jié)果，調(diào)整企業(yè)自身的經(jīng)營方法、設(shè)計(jì)理念，從而使得自身產(chǎn)品既在功能上更加符合國際慣例，滿足電氣安全標(biāo)準(zhǔn)，又在其他方面滿足消費(fèi)群體對非電器參數(shù)的功能需求13。但是，整體來說，國內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)研發(fā)存在諸多問題：1.國內(nèi)智能照明控制研究目前仍然停留在照度控制這個(gè)參數(shù)上，基本尚未引入非定量參數(shù)指標(biāo)的研究。2.國內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)目前僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)特定區(qū)域的集中顯示與控制，還沒有辦法實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的場景控制、亮度調(diào)節(jié)、照明效果調(diào)節(jié)。3.雖然國內(nèi)企業(yè)照明產(chǎn)品在穩(wěn)定性、功能定位等方面已經(jīng)取得了長足進(jìn)步，且新型產(chǎn)品也在不斷的開發(fā)、研制、推廣，但是，無論是照明設(shè)備行業(yè)，還是智能家居領(lǐng)域，整體基礎(chǔ)較為薄弱46。當(dāng)前，國外智能照明控制系統(tǒng)的研究主要集中于以節(jié)能為前提、以照度為參數(shù)指標(biāo)的辦公室照明，而且，隨著更高要求的提出，當(dāng)前加入了諸如舒適性、藝術(shù)性等非定量參數(shù)指標(biāo)對照明系統(tǒng)的需求研究7。國外的許多知名企業(yè)，諸如西門子、施耐德、飛利浦和歐司朗等，在 20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開展了智能家居照明系統(tǒng)的研制。施耐德采用澳大利亞奇勝電器公司在1994年初開發(fā)的C-Bus系統(tǒng)作為智能照明的核心系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)流程、產(chǎn)品工藝滿足歐洲電氣安全和電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。C-Bus目前在世界各國都有廣泛的應(yīng)用8。西門子、飛利浦等知名企業(yè)更多的則是選擇關(guān)注、開發(fā)新型照明光源，比如LED燈。還有一些企業(yè)則是關(guān)注、開發(fā)采用電氣安裝總線（EIB）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的 EIB智能照明系統(tǒng)9。此外，澳大利亞邦奇開發(fā)了基于模塊化結(jié)構(gòu)與分布式控制功能的Dynalite 分布式智能照明控制系統(tǒng)，此類系統(tǒng)既能夠?qū)崿F(xiàn)模塊相互之間的總線互聯(lián)，又在故障狀態(tài)下具備很高的運(yùn)行可靠性。美國 LC&D智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)用戶需求，兼具手動控制與自動控制兩個(gè)功能。其中，自動控制系統(tǒng)則是采用微處理器控制低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樓宇照明設(shè)備在既定時(shí)間、既定空間、既定方式下的室內(nèi)、外照明的色度、亮度、節(jié)能等方面的要求。1.3 研究的目的與意義研究的教室燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有教室照明系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)對照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率;實(shí)現(xiàn)自動、手動燈光控制相兼容，以降低成本;通過反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn)，最終達(dá)到可靠性、實(shí)用性、推廣性較好的目標(biāo)。1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩大重要模塊：硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)單片機(jī)控制電路的原理和相關(guān)元器件的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件電路先繪制電路原理圖、選擇合適的電器元件、并繪制PCB布線圖，最后進(jìn)行調(diào)試、測試，以求滿足設(shè)計(jì)要求。硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)思路的清晰和標(biāo)準(zhǔn)化，這樣及經(jīng)濟(jì)有保證了性能，測試中故障排除也容易，并且還可以通過Keil和Protus平臺進(jìn)行仿真。軟件設(shè)計(jì)主要是根據(jù)主系統(tǒng)流程圖和各模塊功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且擬定好計(jì)劃；最后進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，選擇合適的編程語言進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)。最后利用各平臺進(jìn)行仿真調(diào)試，解決系統(tǒng)的Bug。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，逐個(gè)編寫各個(gè)功能模塊子程序，最后進(jìn)行堆砌調(diào)試。1.4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為三部分：上位機(jī)、下位機(jī)以及通信系統(tǒng)。也就是主控制模塊、分控制模塊以及RS485通信模塊，這三部通過有線連接的方式實(shí)現(xiàn)信息交換實(shí)現(xiàn)控制燈光照明的目的。1）通信系統(tǒng)本系統(tǒng)采用RS-485通信，上位機(jī)可以發(fā)指令或者數(shù)據(jù)給下位機(jī)，下位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)照明燈具的控制，通過電流的啟停實(shí)現(xiàn)指令和做出回應(yīng)，具體見圖1-1。圖1-1 上位機(jī)下位機(jī)通信結(jié)構(gòu)框圖2）上位機(jī)系統(tǒng)上位機(jī)主要是指AT89C51單片機(jī)，主要是將指令發(fā)送給下位機(jī)控制器，或者將信息傳送給數(shù)碼顯示裝置，并且利用監(jiān)控程序進(jìn)行有效監(jiān)視，具體結(jié)構(gòu)見圖1-2。圖1-2 下位機(jī)硬件電路框圖3）下位機(jī)系統(tǒng)下位機(jī)控制電路圖1-3所示，在協(xié)助上位機(jī)系統(tǒng)完成通信、顯示后，同時(shí)控制照明器具，該硬件電路系統(tǒng)是上位機(jī)的實(shí)施工具，大部分工作由軟件實(shí)現(xiàn)，使系統(tǒng)保證功能和完整性的重要組件。圖1-3 下位機(jī)電路框圖第2章 硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 系統(tǒng)概述以單片機(jī)作為核心的控制電路外加各種接口電路實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括六個(gè)部分：AT89C51單片機(jī)、光信號采集電路、熱釋紅外信號采集電路、時(shí)鐘電路、看門狗和輸出控制電路，見圖2-1。圖2-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.2 AT89C51單片機(jī)性能本系統(tǒng)采用了ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS 8位微處理器，帶有4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)IO口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口。2.3 主控制電路的設(shè)計(jì)主控制電路采用AT89C51作為微處理器，外圍接口電路主要包括鍵盤、數(shù)碼顯示、監(jiān)控、時(shí)鐘、輸出控制以及晶振電路組成，主控制電路及接口電路圖見2-1所示。圖2-1 主控制電路圖2.3.1 按鍵接口設(shè)計(jì)鍵盤結(jié)構(gòu)主要有獨(dú)立式和矩陣式兩種，本系統(tǒng)則采用后一種也就是4x4矩陣式。第一行從左到右1、2、3、4；第二行5、6、7、8，第三行9、0、ON、OFF，第四行增、減、定時(shí)、確認(rèn)。系統(tǒng)采用逐行掃描方式識別按鍵，鍵盤列線分別從左至右與P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7連接，行線分別上下與相連，通過掃描方式識別按鍵行列。2.3.2 LED顯示設(shè)計(jì)數(shù)碼驅(qū)動電路包括74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段譯碼器、數(shù)碼管以及A1015三極管組成。微處理器AT89C51 P0.0P0.3口輸出的四位BCD碼，7447后，譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。AT89C51微處理器P0.4、P0.5口輸出的信號經(jīng)74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號加在A1015三極管的基極，控制三極管的導(dǎo)通，進(jìn)行數(shù)碼管的宣統(tǒng)。其中四個(gè)7段數(shù)碼管采用共陽極連接方式。2.3.3 監(jiān)控電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路采用MAX813L搭建硬件狗，通過單片機(jī)的接口連接形成圖3-2所連接的帶你路，其中引腳MR與WDO利用二極管連接，WDI接單片機(jī)的P2.7引腳，將RESET接口接入單片機(jī)RESET接口，MR通過接地進(jìn)行復(fù)位，監(jiān)控電路最終可實(shí)現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)復(fù)位上電；對高電平電位監(jiān)控；定時(shí)器清零；手動復(fù)位。2.4 分控電路設(shè)計(jì)分控制電路采用的微處理器與主控器不一樣，采用的是較為低檔次的AT89C2051，但是該單片機(jī)具有25KB的FLASH只讀程序存儲器和128B的RAM能夠兼容MCS-51指令系統(tǒng)，15線I/O，高性價(jià)比足以滿足本系統(tǒng)的需要，分控制電路原理圖見圖2-3圖2-3 分控制電路原理圖2.5 RS485通信模塊設(shè)計(jì)RS485通信電路以單片機(jī)作為主機(jī)，多個(gè)單片機(jī)作為從機(jī)，上位機(jī)通過TXD向下位機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)傳遞或者向多個(gè)從機(jī)傳遞信息，但是下位機(jī)之間不能自由通信，必須通過主機(jī)實(shí)現(xiàn)。多機(jī)通信時(shí)候，為保證可靠性采用尋址技術(shù)，但是單片機(jī)只能通過串口通信的模式2和3，單片機(jī)收發(fā)信息均是11Bit，其中1位起始位、9位數(shù)據(jù)位、1位停止位，第9位通過TB8或者RB8實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送地址信息時(shí)，使TB8=1，所有SM2=1的從機(jī)都將產(chǎn)生中斷，接收此地址信息進(jìn)行比較，其中被主機(jī)呼叫的從機(jī)的SM2位被清“0”；主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息時(shí)，使TB8=0，僅有SM2=0的從機(jī)才將產(chǎn)生中斷，接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)信息，其余從機(jī)不予理睬。主機(jī)通信電路見圖2-4，從機(jī)通信電路見圖2-5。圖2-4 主機(jī)通信電路圖2-5 從機(jī)通信電路2.6 光信號取樣電路的設(shè)計(jì)光信號取樣電路原理見圖2-6所示。該模塊將采集到的電信號通過A/D轉(zhuǎn)換器，并通過單片機(jī)處理后最后作為判斷信號進(jìn)入下位機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器位數(shù)是根據(jù)測量范圍和精度來選擇，要有足夠的數(shù)據(jù)長度才能保證設(shè)計(jì)誤差，本系統(tǒng)的測量精度為0.01V。并選用德州儀器生產(chǎn)的10位TLC1549模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因?yàn)槠浣涌陔娐泛唵?，占用的I/O口少，方便靈活。圖2-6 光信號取樣電路2.7 熱釋紅外信號采集電路熱釋紅外信號是由紅外探頭和比較電路組成，紅外探頭則是由菲涅爾透鏡和紅外傳感器P2228組成。比較電路則是由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號來自于紅外傳感器的輸出，比較電路中的基準(zhǔn)電壓由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路獲得，具體見圖2-7，運(yùn)算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓分別為0.45V和2.0V。圖2-7 熱釋紅外信號采集電路1）探頭工作正常 “1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓有1V或是3.0V兩種狀態(tài)，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。探頭將會根據(jù)有無人體信號在“2腳”產(chǎn)生1.0V或3.0V兩種電壓信號。2）探頭工作不正常（由于故障或沒有安裝探頭）“1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓為0V，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓為0V。探頭將只會產(chǎn)生一種電壓信號0V。2.8 輸出驅(qū)動電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用具有4個(gè)控制寄存器的時(shí)鐘DS12887，可以在任何時(shí)間進(jìn)行訪問，即便是更新周期也不例外，具體參數(shù)可見說明書，其中時(shí)鐘電路見圖2-8。圖2-8 時(shí)鐘電路圖初始程序如下：#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include #include #include #include #include #include #include #define P XBYTE0x4000#define P XBYTE0x4001#define P XBYTE0x4002#define P XBYTE0x4003#define P XBYTE0x4004#define P XBYTE0x4005#define P XBYTE0x4006#define P XBYTE0x4007#define P XBYTE0x4008#define P XBYTE0x4009#define P12887a XBYTE0x400a#define P12887b XBYTE0x400b#define P12887c XBYTE0x400c#define P12887d XBYTE0x400d#define P12887e XBYTE0x400e#define P12887f XBYTE0x400fvoid setup12887(uchar *p);void read12887(uchar *p);void start12887(void);void setup12887(uchar *p) /設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間uchar i;i=P12887d;P12887a=0x70; P12887b=0xa2; P=*p+; P=0xff; P=*p+;P=0xff; P=*p+; P=0xff; P=*p+; P=*p+;P=*p+; P=*p+; P12887b=0x22; P12887a=0x20;i=P12887c;void read12887(uchar *p) /讀取系統(tǒng)時(shí)間uchar a;do a=P12887a; while(a&0x80)=0x80);*p+=P; *p+=P; *p+=P; *p+=P;*p+=P; *p+=P; *p+=P;void start12887(void) /啟動時(shí)鐘uchar i;i=P12887d;P12887a=0x70; P12887b=0xa2; P=0xff; P=0xff; P=0xff;P12887b=0x22; P12887a=0x20;i=P12887c;void Stop_calendar(void)REG_A=0x70;而系統(tǒng)的輸出接口電路如圖2-9所示。圖2-9 驅(qū)動電路圖該驅(qū)動電路即可實(shí)現(xiàn)教室燈光的控制。當(dāng)P2.0口輸出的是“0”電平時(shí)，信號放大電路截止，繼電器斷開，點(diǎn)燈回路不同，燈不亮；反之當(dāng)P2.0口輸出的是“1”信號時(shí)，燈亮。當(dāng)P2.1口輸出的是“0“電平時(shí)，LED亮，“1時(shí)”教室燈亮，“0”時(shí)關(guān)閉。間隙1秒“0”、“1”信號交替（故障）：系統(tǒng)密碼不對，重新輸入密碼。間隙2秒“0”、“1”信號交替（故障）：控制器硬件有故障，請更換控制器。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括三部分：主程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)以及中斷程序設(shè)計(jì)，軟件是上位機(jī)的靈魂；在智能照明系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是由軟件進(jìn)行定義的，主要通過控制分布的照明燈具與串行通信程序來完成控制功能，最終定義按鍵功能，通過編程實(shí)現(xiàn)LED顯示等等。照明系統(tǒng)采取的是“自頂向下、自動求取”的基本原則，總體程序結(jié)構(gòu)見圖3-1。圖3-1 總程序結(jié)構(gòu)示意圖3.1 人機(jī)交互程序的設(shè)計(jì)3.1.1 按鍵掃描程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用4x4矩陣按鍵，主要由行線和列線組成，按鍵位于交叉點(diǎn)少，矩陣式鍵盤能夠較獨(dú)立式鍵盤節(jié)省很多I/O口。行線和列線分別接到按鍵開關(guān)的兩端，掃描時(shí)列線的第一根線置高，再一次檢查是否在行線中存在高電平，若有則證明改線與第一根列線相交處按下，其他一次類推。由于按鍵掃描塊，人按鍵時(shí)間有持續(xù)，因此單片機(jī)會存在等待，另外人在按鍵時(shí)候會有抖動，因此需要進(jìn)行消抖處理。根據(jù)硬件電路所定義的基本數(shù)字和其他六個(gè)按鍵功能，控制的功能如下：（1） 通過數(shù)字鍵、確認(rèn)鍵輸入分控制器的地址以及定時(shí)功能的時(shí)間設(shè)置。（2） 利用開、關(guān)鍵控制照明燈具的啟停。（3） 利用增值、減值鍵控制照明燈具的亮度。（4） 通過定時(shí)鍵來對照明燈具進(jìn)行定時(shí)控制的設(shè)置。具體按鍵掃描程序見圖3-2。圖3-2 按鍵掃描流程圖3.1.2 數(shù)碼顯示程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了4只共陽極數(shù)碼管，每個(gè)由8個(gè)數(shù)碼發(fā)光二極管連接成的，陽極為高電平。某一段輸出口為低電平時(shí)，該二極管導(dǎo)通，最終可組合形成不同的數(shù)字，7447芯片是從BCD碼到SEG7段碼的轉(zhuǎn)換器，而74LS138是一個(gè)地址譯碼器，通過74LS138選通某個(gè)數(shù)碼管，然后根據(jù)7447傳送過來的SEG7段碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。數(shù)碼管顯示程序如下：圖3-3 數(shù)碼管顯示程序3.2 照明系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)3.2.1 全部啟停程序的設(shè)計(jì)全部啟停系統(tǒng)利用的是主控制器的啟停開關(guān)來控制所有燈具電源的通斷，操作指令通過串口通信傳到分控制器，最后向P3.7口輸出高低電平控制主電路通斷。該系統(tǒng)采用的主從通信方式。系統(tǒng)是廣播式命令，主機(jī)為AT89C51，叢機(jī)則是AT89C2051，串口通信，定時(shí)器T1為波特發(fā)生器，數(shù)據(jù)傳送格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位可編程位（TB8）。工作方式：定時(shí)器T1設(shè)置為方式2，串口設(shè)置為工作方式3。系統(tǒng)通信時(shí)：從機(jī)全部置1高電平，隨時(shí)監(jiān)聽線路狀態(tài)，手法主機(jī)信號，廣播地址為00H，從機(jī)接收后清除SM2高電平，隨后向P3.7口輸出高電平，也就點(diǎn)亮了燈泡，關(guān)閉時(shí)也是一樣。該系統(tǒng)主機(jī)和從機(jī)的控制流程圖見3-3和3-4。圖3-3 主控制流程圖圖3-4 從機(jī)控制流程圖3.2.2 部分啟停程序的設(shè)計(jì)單獨(dú)照明啟?？刂葡到y(tǒng)是通過上位機(jī)發(fā)送給指定的下位機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)照明燈的啟?？刂?。具體的工作如下：所有的下位機(jī)通信之前將SM2位置1，處于偵聽狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送從機(jī)的地址信息時(shí)，每幀數(shù)據(jù)的第9位都為1，所有從機(jī)都接收到地址信息，然后判斷主機(jī)是否呼叫本機(jī)。如果呼叫本機(jī)則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，清除SM2，并把本機(jī)地址號發(fā)送給主機(jī)作為應(yīng)答，然后才開始接收主機(jī)發(fā)送來的信息。而其它從機(jī)由于地址號不符，他們的SM2位仍然為1，仍處于偵聽狀態(tài)，無法接收主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息。主機(jī)收到從機(jī)發(fā)送來的回應(yīng)信息后，比較主機(jī)已發(fā)送的地址號與剛接收的地址號是否相符，如果不符，則發(fā)出錯(cuò)誤信息；如果相符，則正式發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這時(shí)發(fā)送的每幀的第9位都為0。只有SM2=0的從機(jī)才能接收到主機(jī)發(fā)送的信息。從機(jī)根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的動作，如果為打開命令，則輸出高電平驅(qū)動可控硅動作，開啟照明燈；如果為關(guān)閉命令，則輸出低電平使可控硅截止，停掉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)控制程序流程圖分別如圖3-5與3-6所示。圖3-5 主機(jī)部分啟停流程圖圖3-6 叢機(jī)部分啟停系統(tǒng)流程圖3.2.3 全部定時(shí)控制程序的設(shè)計(jì)全部定時(shí)控制系統(tǒng)是通過上位機(jī)向所有的下位機(jī)發(fā)送廣播地址，分控制器在收到廣播地址后，使自己處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，然后主控制器向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)信息，分控制器在收到時(shí)間數(shù)據(jù)后寫入DS12887芯片，等到設(shè)定時(shí)間到達(dá)后，單片機(jī)發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。流程見圖3-7。圖3-7 全部定時(shí)控制流程3.2.4 單獨(dú)定時(shí)控制程序的設(shè)計(jì)上位機(jī)利用矩陣式按鍵輸入進(jìn)行分控器的地址尋找，并利用網(wǎng)絡(luò)向分控制器傳送，最后通過呼叫地址和本機(jī)地址對比，判斷是否緩交自己，是則將本機(jī)地址傳送給上位機(jī)，到達(dá)設(shè)定時(shí)間則關(guān)閉照明命令，具體流程見圖3-8。圖3-8 單獨(dú)定時(shí)從機(jī)控制流程3.3 RS485通信程序的設(shè)計(jì)技術(shù)資料顯示：RS485是異步半雙工通信總線，在任意時(shí)刻只能呈現(xiàn)一種狀態(tài)。適用于主機(jī)對于從動機(jī)的查閱。主從機(jī)之間的通信必須對個(gè)從機(jī)識別，然后利用串口通信寄存器SM2位識別實(shí)現(xiàn)。主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，按表3-X進(jìn)行在程序中，第9位發(fā)送數(shù)據(jù)位SCON中的TB8位，第9位接收數(shù)據(jù)位為SCON的RB8位，因此，發(fā)送數(shù)據(jù)前，可以通過對TB8位置1或0來確定要發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。而接收數(shù)據(jù)時(shí)，對地址幀的判斷則是通過讀取RB8位來獲得的，RB8=1，當(dāng)前幀為地址幀，RB8=0，當(dāng)前幀為數(shù)據(jù)幀。3.3.1 主機(jī)通信程序的設(shè)計(jì)智能照明控制系統(tǒng)主機(jī)通信程序主要有四大模塊：預(yù)定義、全局變量部分、初始化部分已經(jīng)數(shù)據(jù)通信和發(fā)送數(shù)據(jù)部分，基本通信流程如下：圖3-9 主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程3.3.2 從機(jī)部分通信程序的設(shè)計(jì)從機(jī)通信也分為四大模塊：預(yù)定義、全局變量部分、初始化部分已經(jīng)數(shù)據(jù)通信和發(fā)送數(shù)據(jù)部分。但是叢機(jī)通信受到主機(jī)通信的控制，基本流程見3-10。圖3-10 叢機(jī)數(shù)據(jù)通信流程第4章 結(jié)論本文研究了基于單片機(jī)AT89C51的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要進(jìn)行了系統(tǒng)電路的硬件設(shè)計(jì)以及驅(qū)動軟件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求并利用Protus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)模塊的繪制，并且選擇了合適的電器元件。本文重點(diǎn)研究了主控機(jī)與從控制機(jī)的通信、熱釋紅外信號采集與控制、總定時(shí)控制與部分定時(shí)控制以及總啟停與部分啟?？刂啤２⑶覍χ鄳?yīng)的電路控制模塊進(jìn)行了軟件的設(shè)計(jì)。采用Keil編程工具進(jìn)行了模塊化分，并設(shè)計(jì)了相關(guān)流程圖和細(xì)化了功能模塊，最后根據(jù)各模塊流程圖進(jìn)行具體的程序設(shè)計(jì)。最后，利用Keil平臺進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)最基本的功能，比如定時(shí)功能和分部控制定時(shí)功能等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了主程序的堆砌，最終實(shí)現(xiàn)各模塊的聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)調(diào)節(jié)以及全部功能的調(diào)試。本設(shè)計(jì)能夠比較好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)樓各教室的照明設(shè)備的智能化控制，但是仍然存在有不少需要改進(jìn)的地方，例如熱釋紅外功能和報(bào)警功能的聯(lián)合使用及控制，另外還有一個(gè)重要的進(jìn)步空間是，增加無線控制模塊，借以實(shí)現(xiàn)對于任意一個(gè)傳感器模塊的無線手動控制。附錄照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖：參考文獻(xiàn)1 李長命. 基于 Zig Bee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)研究J. 信息安全與技術(shù), 2012,(06): 76-78.2 RAN PENG, SUN MAO-HENG, ZOU YOU-Min. Zig Bee routing selection strategy based on data services and enery-balanced Zig Bee Services Computing. Washington DC:IEEE Computer Society,2006:400-404.3 朱建華. Zig Bee 2006協(xié)議棧的研究與應(yīng)用D. 華東師范大學(xué),2008.4 張?jiān)儡? 智能照明系統(tǒng)的研究與開發(fā)D. 杭州: 浙江大學(xué), 2006.5 何賽. 基于 Zig Bee的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的研制D. 蘇州大學(xué),2012.6 Jin-Shyan Lee .A Comparative Study of Wireless Protocols: Bluetooth, UWB, Zig Bee, and Wi-FiJ. Industrial Electronics Society, 2007. IECON 2007. 33rd Annual Conference of the IEEE, 2007,11:46-51.7 劉新, 吳秋峰. 無線個(gè)域網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)協(xié)議J. 計(jì)算機(jī)工程, 2006,32(22): 102-103.8 Song Guang-ming, Ding Fei, Zhang Wei-juan. A Wireless Power Outlet System for Smart Homes J. IEEE TRANSACTIONS ON CONSUMER ELECTRONICS, 2008, 54,(4):1688-1691.9 Egan D. The emergence of Zig Bee in building automation and industrial controls J. Computing and Control Engineering, 2005,16(2):14-19.10 LI J, HU Y. Design of Zig Bee network based on CC2530 J. Electronic Design Engineering, 2011,16:039.11 孔維成，李悅，劉璞，舒德泉基于單片機(jī)的交流LED 智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)J電子設(shè)計(jì)工程, 2012,20(10):129-13112 劉超基于Zigbee 和ARM 技術(shù)的樓宇智能照明系統(tǒng)D北京：北京郵電大學(xué)，201313 張?jiān)儡娭悄苷彰飨到y(tǒng)的研究與開發(fā)D浙江：浙江大學(xué)，200614 Huiling T，Hanrui L，Shenghua H Design of Intelligent Lighti