基于單片機(jī)的社區(qū)照明控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)方案題 目 基于單片機(jī)的社區(qū)照明 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 通信1103 學(xué) 生 徐永芳 學(xué) 號(hào) 20111221321 指導(dǎo)教師 袁華 二一五 年 三 月 十 日- 11 - 濟(jì)南大學(xué)學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 通信工程 學(xué)生 徐永芳 學(xué)號(hào) 20111221321 設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的社區(qū)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一、選題背景與意義1. 選題的背景、目的、意義隨著社會(huì)的快速發(fā)展，能源消耗量逐年上升，照明用電水平也逐年提高，對(duì)日益增長(zhǎng)的用電負(fù)荷和電量的需求，如不采取照明節(jié)電措施，勢(shì)必會(huì)造成相當(dāng)大的用電缺口，因此，建筑照明節(jié)能勢(shì)在必

2、行。我們從最初只提供亮度的基本功能到現(xiàn)在產(chǎn)生了多方面的需求：除了提供適宜的環(huán)境亮度以外，還要營(yíng)造優(yōu)雅舒適的氛圍；用戶(hù)方要求控制方式靈活方便，能實(shí)現(xiàn)按需配置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低運(yùn)行費(fèi)用；施工方面要求安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；設(shè)計(jì)方要求系統(tǒng)能提供滿(mǎn)足用戶(hù)多樣性要求的各種技術(shù)手段。需求的變化導(dǎo)致控制方式的改進(jìn)；從傳統(tǒng)的機(jī)械式開(kāi)關(guān)演變?yōu)殡娮蛹夹g(shù)的智能照明系統(tǒng)。能源短缺一直都是我們所面臨的重大問(wèn)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方向。所以如何來(lái)節(jié)省電力能源也成為了一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。從節(jié)約資源、對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)。節(jié)省部門(mén)經(jīng)費(fèi)支出等多方面考慮，辦公室、高校等公共場(chǎng)所照明的節(jié)電問(wèn)題不得不

3、提到重要的議事日程上來(lái)。目前常用的節(jié)電方式為手工控制，聲控型，太陽(yáng)能燈等。手工方式操作起來(lái)不靈活，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。聲控型往往判斷不準(zhǔn)確，不需要的時(shí)候也會(huì)經(jīng)常亮。太陽(yáng)能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響。因此市場(chǎng)上迫切需要一種造作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。采用智能照明控制系統(tǒng)后，用戶(hù)可以根據(jù)不同場(chǎng)合、不同的人流量，對(duì)時(shí)間段和工作模式進(jìn)行劃分，把不必要的照明燈具關(guān)掉，在需要時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟；同時(shí)，系統(tǒng)還能充分利用自然光，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(kāi)支，也延長(zhǎng)了燈具的壽命。雖然智能照明系統(tǒng)最基本的功能是開(kāi)關(guān)作用，與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)似乎并無(wú)差異，但前者

4、以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔，在一般的情況下，不需要用戶(hù)的參與，照明系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能大大減少了人們的管理工作。智能照明控制系統(tǒng)減少了燈具使用時(shí)間，能有效節(jié)約能源，由于我國(guó)以前的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式已經(jīng)導(dǎo)致資源匱乏，這種一味的靠資源和犧牲環(huán)境來(lái)?yè)Q取GDP的增長(zhǎng)的外延擴(kuò)展方式已經(jīng)走到盡頭，所以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在照明行業(yè)推廣智能照明系統(tǒng)具有重要的意義。2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平及存在的問(wèn)題智能控制技術(shù)發(fā)展方向主要有基于人工智能技術(shù)的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向，在智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向上，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機(jī)結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來(lái)的

5、一個(gè)熱門(mén)課題。以下是幾種新型照明控制系統(tǒng)：（1）基于射頻技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)采用了分幾組網(wǎng)的方式，由有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信兩種網(wǎng)絡(luò)組成。整個(gè)系統(tǒng)由PC、Atmega8單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)射頻模塊RF905以及照明控制模塊組成。使用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)直接連接上位機(jī)與下位機(jī)。附近的下位機(jī)和分機(jī)則采用無(wú)線(xiàn)信道通信，這樣不但可以減少物理線(xiàn)路的連接，而且還可以增加通信的可靠性。（2）基于紅外技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)由AT89S51單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器檢測(cè)模塊、光電檢測(cè)模塊、執(zhí)行控制模塊（繼電器、手動(dòng)開(kāi)關(guān)）等組成。通過(guò)光電檢測(cè)模塊和熱釋電紅外傳感器檢測(cè)模塊采集室內(nèi)光照強(qiáng)度、人數(shù)分布等信息，并送至單片機(jī)，通過(guò)單

6、片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化。此系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際需要來(lái)控制照明燈的開(kāi)關(guān)，可大幅度降低電能的浪費(fèi)，而且成本低廉，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能的目的。（3）基于CAN總線(xiàn)的智能照明控制系統(tǒng)該系統(tǒng)的上位機(jī)采用了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要負(fù)責(zé)接管系統(tǒng)數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令、實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)工作過(guò)程等。下位機(jī)是各智能節(jié)點(diǎn)，微處理器AT89C52單片機(jī)，負(fù)責(zé)每個(gè)照明區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)和工作狀態(tài)控制等。CAN總線(xiàn)設(shè)計(jì)思路獨(dú)特、性能優(yōu)良、可靠性高。（4）基于ZigBee和模糊控制的新型室內(nèi)照明控制系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)包括ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、基站和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。利用傳感器來(lái)采集亮度、人員位置信息，并利用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)輸入到基站PC機(jī)。基站P

7、C機(jī)自動(dòng)分析處理相關(guān)信息，計(jì)算所需引入的自然光量以及補(bǔ)充的人工照明量，從而確定照明模式，并通過(guò)ZigBee輸出結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的自動(dòng)控制。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是利用單片機(jī)微型電腦的智能控制，通過(guò)多個(gè)電路模塊與單片機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的實(shí)時(shí)控制。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩大部分。在硬件模塊電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)該包括單片機(jī)控制部分、時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路、按鍵輸入模塊、顯示電路模塊等。軟件程序是該系統(tǒng)中對(duì)功能實(shí)現(xiàn)起著非常重要作用的部分。應(yīng)該包括每個(gè)功能模塊的子程序?qū)崿F(xiàn)，包括時(shí)鐘顯示程序，設(shè)定開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間程序，動(dòng)態(tài)掃描程序，調(diào)時(shí)程序等。 2.設(shè)計(jì)構(gòu)思該智能照明控

8、制系統(tǒng)由光照強(qiáng)度檢測(cè)組件、熱釋電紅外線(xiàn)傳感器、單片機(jī)控制電路及輸出控制部分組成。在信號(hào)輸入部分，利用光敏電阻感應(yīng)到得自然光的強(qiáng)度的信號(hào)，再利用熱釋電紅外線(xiàn)傳感器的熱釋電效應(yīng)，感應(yīng)是否有人體信號(hào)，在確定有人的情況下，再將這些信息經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳送到控制單片機(jī)中心，通過(guò)設(shè)定的控制程序，對(duì)照明線(xiàn)路的用電器進(jìn)行智能控制。 系統(tǒng)只有在光線(xiàn)暗，同時(shí)又有人體存在條件下才啟動(dòng)照明系統(tǒng)。 當(dāng)檢測(cè)到兩邊都無(wú)人活動(dòng)時(shí)或者自然光照強(qiáng)度大時(shí)，就切斷照明電路，到達(dá)節(jié)能的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理如圖 1 所示： 圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)原理3.預(yù)期研究結(jié)果（1）通過(guò)計(jì)時(shí)系統(tǒng)對(duì)時(shí)間進(jìn)行有效控制（2）單片機(jī)對(duì)路燈信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)控制（3）輸入

9、開(kāi)關(guān)按鈕，進(jìn)行時(shí)間控制（4）顯示采用數(shù)碼管和LED二極管（5）實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)置路燈的開(kāi)關(guān)，對(duì)小時(shí)和分鐘可以進(jìn)行調(diào)整（6）啟動(dòng)后進(jìn)入計(jì)時(shí)顯示，每天循環(huán)控制。三、設(shè)計(jì)方案本控制系統(tǒng)，利用熱釋電紅外線(xiàn)傳感器，當(dāng)檢測(cè)到有人，用熱釋電紅外線(xiàn)傳感器的信號(hào)處理器芯片，轉(zhuǎn)換傳至單片機(jī)； 同時(shí)， 觸發(fā)光敏傳感器檢測(cè)當(dāng)前室內(nèi)光照強(qiáng)度，通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換傳至單片機(jī)，判斷光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱，若光照強(qiáng)度低于初始設(shè)定值，此時(shí)使其單片機(jī)給照明控制電路發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)照明燈。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。根據(jù)我們需要實(shí)現(xiàn)的功能，合理選擇元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分，主要涉及到構(gòu)造原理圖，并對(duì)原理圖用keil軟件進(jìn)行仿真。然

10、后一旦仿真測(cè)試出我們想要的結(jié)果，就可以進(jìn)行下一步原理圖的繪制，利用prote99 se軟件進(jìn)行原理圖的繪制，對(duì)各個(gè)元器件進(jìn)行封裝，并根據(jù)原理圖畫(huà)PCB圖，進(jìn)行調(diào)整，最后制作實(shí)物電路板。軟件設(shè)計(jì)部分，應(yīng)該結(jié)合硬件電路所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要針對(duì)光電檢測(cè)電路和熱釋電傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)光強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)生信號(hào)并處理控制燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，科學(xué)管理燈光的亮與滅，達(dá)到節(jié)約用電的目的。三、設(shè)計(jì)方案1、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)AT89C51為核心外加多種接口電路組成，共有四個(gè)主要部分：環(huán)境亮度檢測(cè)電路、延時(shí)電路、熱釋電紅外傳感器及處理電路、輸出控制電路。如圖2所示：圖2 系統(tǒng)硬

11、件原理圖（1） 環(huán)境亮度傳感模塊光信號(hào)取樣電路圖如圖3所示，主要由光信號(hào)采集電路和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號(hào)經(jīng)過(guò)采集送入A/D轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈的判斷依據(jù)。 圖3 光信號(hào)取樣電路圖3 光信號(hào)取樣電路A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)根據(jù)信號(hào)的測(cè)量范圍和精度來(lái)選擇，使其有足夠的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，保證最大量化誤差在設(shè)計(jì)要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)信號(hào)的測(cè)量電壓范圍：0.00-9.99V，精度0.01V。在本次設(shè)計(jì)中擬采用了帶串行控制的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549，它是由德州儀器（Texas Instruments簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)I）公司生產(chǎn)的，它采用CMOS工藝

12、，具有自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到(±)1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。同時(shí)它采用了Microwire串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統(tǒng)的并行方式接口A/D轉(zhuǎn)換器（例ADC0809/0808）相比，其單片機(jī)的接口電路簡(jiǎn)單，占用I/O口資源少。（2）被動(dòng)式熱釋電傳感器模塊熱釋電紅外傳感器通過(guò)目標(biāo)與背景的溫差來(lái)探測(cè)目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即若有紅外線(xiàn)間歇的照射，其表面溫度上升T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下級(jí)之間產(chǎn)生U。實(shí)質(zhì)上熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器，在環(huán)

13、境溫度有T的變化時(shí)，由于有熱釋電效應(yīng)，在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=0，則傳感器無(wú)輸出。圖4 信號(hào)處理電路本設(shè)計(jì)采用BIS0001來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器信號(hào)的處理。BIS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路，它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。由BIS0001構(gòu)成的信號(hào)處理電路如圖4所示。（3）延時(shí)電路系統(tǒng)在AT89C51的P1中設(shè)置了延時(shí)選擇電路，其目的是在環(huán)境

14、光照較弱是，照明設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。電路通過(guò)P1.0P1.3設(shè)置4個(gè)延時(shí)時(shí)間，當(dāng)P1.0P1.3無(wú)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，系統(tǒng)按初始值進(jìn)行時(shí)延；當(dāng)P1.0P1.3有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，程序從P1.3P1.0進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)到某一端口為低電平時(shí)，則系統(tǒng)按當(dāng)前端口設(shè)置的值進(jìn)行時(shí)延。設(shè)置時(shí)間關(guān)系值如下表所示：表1 端口時(shí)間設(shè)置表端口 P1.0P1.1P1.2P1.3時(shí)間/min15202530（4）輸出控制電路輸出控制電路主要由繼電器、照明設(shè)備、時(shí)間顯示電路三部分組成。繼電器是一種根據(jù)電量（電壓、電流等）或者非電量（溫度、時(shí)間、轉(zhuǎn)速、壓力等）信號(hào)的變化帶動(dòng)觸點(diǎn)工作，來(lái)接通或者斷開(kāi)所控制的電路或者電器，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

15、控制和保護(hù)電路或者電器設(shè)備的電器。2軟件設(shè)計(jì)電路板要實(shí)現(xiàn)它的功能，還要必不可少的軟件程序?qū)λ刂啤＼浖O(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)、中斷程序設(shè)計(jì)三大塊。軟件時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件計(jì)算機(jī)就不能發(fā)揮其功能。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)程序包括：照明啟?？刂瞥绦?、照明亮度控制程序、照明定時(shí)控制程序等。首先，對(duì)各芯片初始化；其次，光敏元件采集光照參數(shù)與給定的數(shù)值比較：如果光照參數(shù)大于設(shè)定參數(shù)，則返回重新采集；如果小于則等待紅外檢測(cè)是否有人，有人則發(fā)出中斷，打開(kāi)社區(qū)燈和時(shí)間顯示窗口。系統(tǒng)控制過(guò)程程序流程圖如圖4所示。四、結(jié)語(yǔ)單片

16、機(jī)性能全面而且通用性強(qiáng)，可履蓋多種實(shí)際要求，應(yīng)用在非常廣泛的領(lǐng)域?；趩纹瑱C(jī)的路燈控制系統(tǒng)就是目前使用廣泛的智能控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)利用了單片機(jī)技術(shù)，具有數(shù)字化，功能強(qiáng)，成本低等特點(diǎn)。本課題正是利用單片機(jī)的這種易用性和通用性來(lái)實(shí)現(xiàn)路燈控制系統(tǒng)的功能，是單片機(jī)的多種具體應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)之一，有著很廣泛的社會(huì)市場(chǎng)和較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。圖4 程序流程圖四、參考文獻(xiàn)1馬淑華 王鳳文 張美金編著 單片機(jī)原理與接口技術(shù)M.北京.北京郵電大學(xué)出版社 20072賈正松 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J現(xiàn)代電子技術(shù) 2009 （17）:P1051073孫涵芳、徐愛(ài)卿.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.

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