基于單片機(jī)的照明控制

1、畢業(yè)論文中圖分類號(hào)：TP273淺談基于單片機(jī)的照明控制專業(yè)名稱: 電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué)生姓名: 導(dǎo)師姓名: . 職 稱：講 師大學(xué)機(jī)電工程系2010年 12 月推薦精選中圖分類：TP273 密級(jí)：無UDC： 單位代碼：11522淺談基于單片機(jī)的照明控制Of Lighting Control Based On Single Chip姓 名學(xué)制3年專 業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)研究方向自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo) 師職稱講師論文提交日期2010.12.29論文答辯日期2011.01.04大學(xué)機(jī)電工程系推薦精選摘要近年來，電子技術(shù)行業(yè)日新月異，同時(shí)工程技術(shù)的電子化、集成化和系統(tǒng)化更促進(jìn)了電子工程技術(shù)的飛速發(fā)展，在這個(gè)推陳出新的時(shí)

2、代，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、一些智能化產(chǎn)業(yè)等，作為電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)晶，單片機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成為集成電路大家族中的重要成員。隨著人們對(duì)照明系統(tǒng)的要求越來越高，普通的開關(guān)照明技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的要求，同時(shí)能源短缺是21世紀(jì)國際面臨的新課題，在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題，所以如何來節(jié)省電力能源也成為了一個(gè)迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)、節(jié)省日常經(jīng)費(fèi)支出和人們的健康等多方面考慮，照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。于是智能照明技術(shù)就凸顯了出來，由于具備滿足人們多樣化需要的技術(shù)，已經(jīng)越來越受到人們的歡迎，而基于單

3、片機(jī)的智能照明系統(tǒng)由于成本低，操作簡(jiǎn)單，功能全面，成為智能照明技術(shù)的主流。關(guān)鍵詞：智能照明，照明控制，主控制器，分控制器，節(jié)能推薦精選推薦精選AbstractIn recent years, ever-changing electronics industry, electronic engineering technology at the same time, more integrated and systematic promotion of the rapid development of electronic engineering technology, in this era

4、of innovation, microcontroller-based control system has been applied in many fields such as industry, agriculture , electric power, some intelligence industries as electronics and computer technology, crystalline, single chip integrated circuit technology has become an important member of a large fa

5、mily. As people become increasingly demanding lighting, general lighting technology, the switch can not meet peoples requirements, while energy shortages facing the 21st century, the new international issues, in addition to finding new energy sources, energy conservation, improve efficiency has beco

6、me the subject of our study, so how to save electric energy has become an urgent problem to be solved. To save resources and contribution to society, the daily expenditure and savings of peoples health, and many other considerations, energy-saving lighting problems have to mention an important agend

7、a. So smart lighting technology to highlight out, as have the technology to meet the diverse needs of the people have more and more popular，and intelligent lighting systems based on single chip because of low cost, simple, comprehensive, intelligent lighting technology to become mainstream. Key word

8、s: intelligent lighting, lighting control, the main controller, sub-controller, energy saving推薦精選推薦精選推薦精選目錄摘要IAbstractII1 概述11.1 單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀11.2 單片機(jī)照明控制的發(fā)展前景及趨勢(shì)22 單片機(jī)照明控制的實(shí)現(xiàn)32.1 單片機(jī)照明控制的意義32.2 單片機(jī)照明控制應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能42.3 單片機(jī)照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域43 單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)推薦精選53.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)53.2 硬件部分總述53.3 軟件部分總述84 結(jié)束語9參考文獻(xiàn)10致謝11推薦精選1 概述

9、隨著時(shí)代的進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，電能這一清潔能源得到了全國人民的普遍使用。自從電能問世以后，通過使用電能而工作的電器相繼產(chǎn)生，其中最大的創(chuàng)舉是電燈泡的發(fā)明，于是照明技術(shù)隨之推廣而來。1974年，美國的Fairchild公司研制出第一臺(tái)單片機(jī)F8，電器生產(chǎn)技術(shù)飛速革新，基于單片機(jī)的照明控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。單片機(jī)照明控制技術(shù)正隨著科技的進(jìn)步在不斷地推陳出新。從最初的僅僅控制照明設(shè)備的開關(guān)與定時(shí)，到現(xiàn)在的可以通過無線通信技術(shù)來控制照明設(shè)備的啟停、亮度、聲控、紅外線控制、以及應(yīng)急等技術(shù)，可見，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)越來越受到人們的重視。1.1單片機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀單片機(jī)是指集成在一個(gè)芯片上的微型計(jì)算機(jī)，它的

10、各種功能部件，如CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、基本輸入/輸出（I/O）接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。自從1974年美國Fairchild公司研制出第一臺(tái)單片機(jī)F8以后，迄今為止，單片機(jī)經(jīng)歷了由4位機(jī)到8位機(jī)再到16位機(jī)、32位機(jī)的發(fā)展過程。單片機(jī)的發(fā)展過程大致分為4個(gè)階段： 第一階段（197476年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。因?yàn)槭芄に囅拗?，單片機(jī)采用單片的形式而且功能比較簡(jiǎn)單。例如美國仙童公司生產(chǎn)的F8單片機(jī)，實(shí)際上只包括了8位CPU，64個(gè)字節(jié)的RAM和2個(gè)并行接口 第二階段（197678年）：低性能單片機(jī)階

11、段。以Intel公司生產(chǎn)的MCS48系列單片機(jī)為代表，該系列單片機(jī)片內(nèi)集成有8位CPU，8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并行I/O接口，RAM和ROM等，但是最大的缺點(diǎn)就是無串行接口，中斷處理比較簡(jiǎn)單而且片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大與4KB。第三階段（197883）高性能單片階段這個(gè)階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行接口。多級(jí)中斷系統(tǒng)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM，RAM容量加大，且尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。第四階段（1983年至今）8位單片機(jī)鞏固發(fā)展以及16位單片機(jī)，32 位單片機(jī)推出階段。此階段的主要特征是：一方面發(fā)展16位單片機(jī)，32位單片機(jī)及專推薦精選用型單片機(jī)

12、；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，增加片內(nèi)器件，以滿足不同的客戶要求。1.2單片機(jī)照明控制的應(yīng)用前景及趨勢(shì)目前，單片機(jī)照明控制的應(yīng)用前景還不容樂觀，由于單片機(jī)照明控制具有大范圍控制的特點(diǎn)，所以一般應(yīng)用于大型的場(chǎng)合，普遍用于集中控制，因而可以節(jié)省大量的時(shí)間和人力資源，但是對(duì)于小型的普通用戶，則不大實(shí)用，因?yàn)樾⌒陀脩舨⒉荒艹浞质褂谜彰骺刂葡到y(tǒng)，對(duì)于操作照明控制系統(tǒng)也是一個(gè)難題，另一個(gè)原因是小型用戶本身就便于管理，就算使用普通的開關(guān)也不會(huì)占用人們多少時(shí)間，因此小型用戶寧可使用普通開關(guān)，也不愿使用單片機(jī)照明控制。單片機(jī)照明控制應(yīng)向小型化，易操作化的方向發(fā)展，根據(jù)小型用戶的需求，制造出能滿足

13、不同程度小型用戶需要的單片機(jī)照明控制系統(tǒng)，進(jìn)而擴(kuò)大市場(chǎng)，滿足廣大用戶的需要。推薦精選2 單片機(jī)照明控制的實(shí)現(xiàn) 科技產(chǎn)品都有其實(shí)際的意義，單片機(jī)的照明控制也不例外，一件事物是否具有現(xiàn)實(shí)意義，應(yīng)該進(jìn)行全方面考慮，無論是對(duì)人類本身，還是對(duì)社會(huì)，還是對(duì)自然，都應(yīng)該具有積極的意義，順應(yīng)自然，完成自然賦予人類獨(dú)特的光榮使命。2.1單片機(jī)照明控制的意義(一) 節(jié)能且節(jié)約經(jīng)濟(jì)開支以上海地區(qū)為參照點(diǎn)，僅從節(jié)電和省燈這兩項(xiàng)做過一個(gè)估算，得出這樣一個(gè)結(jié)論：用三至五年的時(shí)間，業(yè)主就可基本收回智能照明控制系統(tǒng)所增加的全部費(fèi)用。而智能照明控制系統(tǒng)可改減少維修和管理費(fèi)用等，也為業(yè)主節(jié)省一筆可觀的費(fèi)用。節(jié)能是智能照明控制系統(tǒng)

14、的最大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的樓宇公共區(qū)域照明工作模式，只能是白天關(guān)燈，晚上開燈。而采用了智能照明控制系統(tǒng)后，可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同的人流量，進(jìn)行時(shí)間段、工作模式的細(xì)分，把不必要的照明關(guān)掉，在需要時(shí)自動(dòng)開啟。同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)照度。控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同工作場(chǎng)合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時(shí)，有效減少了燈具的工作時(shí)間，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。 (二) 改善工作環(huán)境與提高工作效率許多地區(qū)都存在光照的不足與浪費(fèi)的現(xiàn)象，隨著許多人們的視力的下降，合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，成為人們目前最好的選擇。智能照明控制系統(tǒng)具有開關(guān)和調(diào)光兩種控制方法，可以

15、有效地控制各種照明場(chǎng)所的平均照度值，從而提高照度均勻性。同時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)不同的時(shí)間段，人們的不同需要，自動(dòng)調(diào)節(jié)照度，為企業(yè)員工建造一個(gè)良好的工作環(huán)境，使員工們能更好的為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。(三) 良好的人性化管理智能照明控制系統(tǒng)一般是無人操作的，在特殊情況下人們也可以通過一鍵操作來達(dá)到應(yīng)急的效果，如果在某一地區(qū)出現(xiàn)照明的不合理現(xiàn)象，可以通過編寫程序，重新對(duì)該地區(qū)照明流程進(jìn)行合理分配，直到滿意為止，同時(shí)，推薦精選推薦精選也大大減少了管理人員的數(shù)量，排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時(shí)開關(guān)，影響社會(huì)或企業(yè)的正常管理、生活秩序的情況。 2.2單片機(jī)照明控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能目前主要有以下幾項(xiàng)：（1）時(shí)鐘控制：通

16、過主控制器的時(shí)鐘管理，對(duì)單元調(diào)光控制器進(jìn)行控制。（2）照度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制：通過主控制器對(duì)對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）應(yīng)急照明的控制：當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，打開所有燈，亮度為100%，可與防盜系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。（4）主控制器的查詢顯示功能：個(gè)單元的信息，都可以在主控制器上查詢并顯示出來。2.3單片機(jī)照明控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域由于單片機(jī)照明控制，具有大范圍集中控制的特點(diǎn)，所以其應(yīng)用領(lǐng)域一般為大型場(chǎng)所，而不適合小型用戶。單片機(jī)照明控制主要應(yīng)用于大型活動(dòng)場(chǎng)所，如超市、大型體育場(chǎng)、大型工廠或企業(yè)等，因?yàn)閳?chǎng)地較大，普通的單個(gè)式開關(guān)照明需要較大的操作量，使用單片機(jī)照明控制，不但可以節(jié)省人力，也有利于公共化的管理。推薦精選推薦精

17、選3 單片機(jī)照明控制系統(tǒng) 電子電器產(chǎn)品問世的背后，總是埋藏著巨大的艱辛，其中包含著多少人的智慧結(jié)晶，也正是因?yàn)槿藗儾粩嗟厮伎贾?，人類社?huì)才會(huì)不斷地進(jìn)步，科技才會(huì)發(fā)展。萬事萬物變化繁復(fù)，但在這變化的背后，都有其不變的道理。人們發(fā)明東西總是先做好設(shè)計(jì)，找好方向，有明確的目標(biāo)，才能達(dá)成自己的目的。3.1單片機(jī)照明控制系統(tǒng)要點(diǎn)系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件是一個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，也決定了這個(gè)系統(tǒng)工作性質(zhì)的方向與指標(biāo)，能夠?qū)⒂布到y(tǒng)完成，那整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)便完成了一大半。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要是選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。軟件部分是整個(gè)系統(tǒng)的

18、靈魂，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能，都是靠編寫的軟件來完成的，也只有靈活地對(duì)軟件進(jìn)行編寫，才能滿足人們各種各樣對(duì)照明的需要。軟件設(shè)計(jì)的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，較常用的是采用51系列單片機(jī)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。3.2硬件部分總述硬件系統(tǒng)主要由主控制器，分控制器和通信線路三部分組成，這三部分共同完成了主控制器與分控制器交換信息的過程，進(jìn)而達(dá)到隨意控制照明燈具的目的，在準(zhǔn)確性與靈活性方面有很大的優(yōu)勢(shì)。如圖3.1為照明控制系統(tǒng)總框圖主控制器 通信線路 分控制器n分控制器2分控制器1圖3.1 照明控制系統(tǒng)總

19、框圖推薦精選1主控制器主控制器是照明控制的操作對(duì)象，通過對(duì)主控制器進(jìn)行操作，主控制器產(chǎn)生通訊信號(hào)，經(jīng)由通信線路，將通訊信號(hào)傳送給分控制器，同時(shí)，分控制器的工作狀態(tài)也可以在主控制器中顯示出來。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示電源單片機(jī)數(shù)碼顯示及驅(qū)動(dòng)電路鍵盤通信接口電路晶振看門狗3.2 主控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖2分控制器分控制器是照明控制的分控制點(diǎn)，通過對(duì)主控制器的信號(hào)接收，達(dá)到控制照明燈具的目的，同時(shí)，分控制器對(duì)照明設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將信息傳送給主控制器。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示推薦精選電源時(shí)鐘電路看門狗單片機(jī)零點(diǎn)檢測(cè)電路晶振可控硅控制電路3.3 分控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖3通訊線路 通信線路是連接

20、主控制器與分控制器之間的橋梁，使他們之間的信息交換準(zhǔn)確并快速，通訊線路分為有線通信和無線通信兩種有線通信如RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主控制器可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到分控制器，分控制器主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主控制器發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。無線通信是由無線數(shù)傳模塊完成的，數(shù)據(jù)傳輸是由主控制器和分控制器兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示。主控制器是發(fā)送遙控指令、發(fā)送數(shù)據(jù)信息、接收應(yīng)答信息等，分控制器接收數(shù)據(jù)與遙控指令，完成對(duì)照明燈具的控制。 信號(hào)發(fā)送無線數(shù)傳模塊無線數(shù)傳模塊無線數(shù)傳模塊主控制器分控制器分控制器信號(hào)接收 3.4 無線通信框圖推薦精選3.3軟件部分總述軟件是單片機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件單片機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在單片機(jī)中的地位。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是由軟件來定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過有線或無線串行通信程序來完成控制功能，通過軟件定義鍵盤功能，通過編程完成LED數(shù)碼顯示等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。一般照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟?？刂瞥绦颉⒄彰髁炼瓤刂瞥绦?、照明定時(shí)控制程序、人機(jī)交互程序以及串行通信與無線數(shù)傳通信程序等。本著軟件設(shè)計(jì)的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計(jì)方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法來完成的。結(jié)構(gòu)化程