基于單片機(jī)的照明系統(tǒng)控制

1、課 程 設(shè) 計(jì)課 程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 院 系 電氣信息工程學(xué)院測(cè)控系 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2012年 7 月 8日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng) 專業(yè) 姓名 學(xué)號(hào) 一、任務(wù)設(shè)計(jì)一款基于AT89C51單片機(jī)室內(nèi)照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)八盞等一次點(diǎn)亮，即每按下一次開關(guān)就點(diǎn)亮一盞燈，八盞燈全亮后，重復(fù)操作。先用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)八盞LED燈點(diǎn)亮，再通過繼電器驅(qū)動(dòng)大功率的照明燈點(diǎn)亮。二、設(shè)計(jì)要求1 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)八盞LED燈開關(guān)控制點(diǎn)亮。2 用繼電器將小功率控制轉(zhuǎn)化為大功率控制，驅(qū)動(dòng)照明燈按開關(guān)控制點(diǎn)亮。3 寫出詳細(xì)

2、的設(shè)計(jì)報(bào)告。4 給出全部電路和源程序。三、參考資料1 吳金戎,沈慶陽(yáng). 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社,2002.2 朱清慧. Proteus教程電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真M. 北京：清華大學(xué)出版社; 2008.3 孫涵芳,徐愛卿. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：航空航天大學(xué)出版社,1996.4 胡耀斌,蔣彥,朱慧玲. 室內(nèi)大面積照明的節(jié)能控制研究 J . 電測(cè)與儀表,2007( 11) : 32- 35. 5 張慶雙. 經(jīng)典實(shí)用電路大全M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.完成期限 2012.6.29 至 2012.7.8 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2012年 6月 29 日基于

3、單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)目 錄第1章 緒論11.1 LED燈介紹11.2 單片機(jī)的應(yīng)用11.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)2第2 章 總體方案論證與設(shè)計(jì)32.1 LED顯示電路32.2 繼電器控制電路32.3 總體硬件組成框圖3第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1 LED燈電路硬件設(shè)計(jì)53.2 照明電路設(shè)計(jì)6第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)84.1 程序設(shè)計(jì)8第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析95.1 使用的儀器儀表95.2 系統(tǒng)調(diào)試95.3 測(cè)試結(jié)果9結(jié) 論11參考文獻(xiàn)12附錄1 程序13附錄2 仿真效果圖13第1章 緒論隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以單片機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通，樓宇等領(lǐng)域，微型計(jì)算機(jī)作為控制系

4、統(tǒng)的主體和核心已經(jīng)逐步代替了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的常規(guī)電路。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1.1 LED燈介紹LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)

5、，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。本次課程設(shè)計(jì)使用的是小功率的發(fā)光二級(jí)管。1.2 單片機(jī)的應(yīng)用由于單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，小到居民生活大到國(guó)家生產(chǎn)幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都是利用開單片機(jī)電路進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的。本次課程設(shè)計(jì)只用單片

6、機(jī)驅(qū)動(dòng)照明電路。1.2.1 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮LED燈通過上述對(duì)LED等的介紹，LED燈屬于小功率的器件，所以其用的驅(qū)動(dòng)電壓小、功率低，故能用單片機(jī)接小電壓直接驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。因此這里沒有復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路。1.2.2 驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮照明電路作為照明燈，必須使用功率較大的器件，才能達(dá)到照明的目的，但單片機(jī)出的功率小故不能直接驅(qū)動(dòng)電路照明燈泡，所以必須加繼電器作為開關(guān)、12V交流電源以及三極管放大電流。用單片機(jī)將三極管導(dǎo)通，三極管產(chǎn)生的大電流用來驅(qū)動(dòng)繼電器，繼電器工作使照明電路導(dǎo)通，從而達(dá)到點(diǎn)亮燈泡的作用。1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)為實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制八盞LED等依次點(diǎn)亮，進(jìn)而控制八盞照明燈依次點(diǎn)亮。次任務(wù)雖然簡(jiǎn)單明了

7、、操作方便、以實(shí)現(xiàn)，但其不失為居家照明用燈的一種照明電路。當(dāng)然現(xiàn)行市場(chǎng)節(jié)能環(huán)保，功能全面的照明電路舉不勝舉，但簡(jiǎn)單的小電路照明系統(tǒng)任占有它的一席之地。不及如此，通過此次對(duì)任務(wù)的設(shè)計(jì)，不僅從中學(xué)到了一些知識(shí)，也充分把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，做到學(xué)以致用。本研究即以AT89C51單片機(jī)為核心，采用單片機(jī)直接控制小功率的LED燈，用繼電器作為開關(guān)控制大功率的照明燈泡。第2 章 總體方案論證與設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51為照明電路控制中心，系統(tǒng)主要包括LED顯示電路、繼電器控制電路、按鍵電路等。下面對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)逐一進(jìn)行論證比較。2.1 LED顯示電路由于二極管只能從正向?qū)ǎ钥梢圆捎脝纹瑱C(jī)輸出

8、高電平點(diǎn)或單片機(jī)輸出低電平點(diǎn)亮。方案一：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出高電平點(diǎn)亮，將每一個(gè)LED發(fā)光管的正端接至單片機(jī)的一個(gè)I/O口，另一端通過電阻接地。這種方法可以直接驅(qū)動(dòng)LED，原理簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，LED的亮度也可以通過限流電阻調(diào)節(jié)，非常方便，雖然此種方法太浪費(fèi)單片機(jī)的I/O口，但在本設(shè)計(jì)可以使用。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)輸出低電平點(diǎn)亮，將每一個(gè)LED發(fā)光管的正端通過電阻接一個(gè)5V的電源，LED發(fā)光管的另一腳接I/O口，當(dāng)I/O口為低電平時(shí)，點(diǎn)亮LED燈。該方法占用單片機(jī)的資源與方案一相同。比較以上兩種方案，由于單片機(jī)上電后各個(gè)口都處于高電平，這樣不利于單片機(jī)輸出高電平點(diǎn)亮，故選取方案二。2.2 繼電器控制電路繼電器

9、控制照明電路與LED燈的點(diǎn)亮方式相同，故采用與LED現(xiàn)實(shí)電路相同的控制方式，這里不再論述。2.3 總體硬件組成框圖LED燈控制電路AT89C51開關(guān)控制電路照明電路繼電器控制電路圖2-1 總體硬件組成框圖 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)主要由三大模塊組成即LED燈控制電路、繼電器控制照明電路、開關(guān)控制電路。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為使該模塊化LED顯示屏控制系統(tǒng)具有更加方便和靈活性，我們對(duì)系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計(jì)。硬件電路包括LED燈電路、照明電路、開關(guān)控制電路等三大模塊。3.1 LED燈電路硬件設(shè)計(jì)LED燈電路模塊是實(shí)現(xiàn)照明電路的基礎(chǔ)部分，LED燈的工作方式直接關(guān)系到照明電路的工作方式、功能實(shí)現(xiàn)程度

10、等。本次設(shè)計(jì)中LED的驅(qū)動(dòng)是采用單片機(jī)直接設(shè)置各個(gè)口的高低電平來控制LED燈的亮滅。3.1.1 各口輸出電平方式開關(guān)前九次依次按下后輸出電平結(jié)果，其真值表如表3-1所示。表3-1 LED燈驅(qū)動(dòng)電平開關(guān)按下次數(shù)電平輸出方式P2.7P2.0亮燈個(gè)數(shù)11 1 1 1 1 1 1 0121 1 1 1 1 1 0 0231 1 1 1 1 0 0 0341 1 1 1 0 0 0 0451 1 1 0 0 0 0 0561 1 0 0 0 0 0 0671 0 0 0 0 0 0 0780 0 0 0 0 0 0 0891 1 1 1 1 1 1 013.1.2 LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)LED燈接小電壓采

11、用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，原理圖如圖3-1所示。圖3-1 LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖3-1 8盞LED依次接到單片機(jī)89C51的P2口上，正向端通過1K電阻接到5V電壓上。通過P2口輸出的高低電平，使LED發(fā)光。3.2照明電路設(shè)計(jì)單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)功率較大的照明電路，這里必須采用繼電器控制電路來實(shí)現(xiàn)小電路向大電流的轉(zhuǎn)換。3.2.1 繼電器工作原理繼電器是一種電控制器件。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。其電路圖和Proteus中的圖

12、如圖3-2所示。 圖3-2 繼電器電路圖3.2.2照明電路工作電路圖照明燈泡使用繼電器作為開關(guān)驅(qū)動(dòng)照明電路。三極管為使繼電器工作股接在繼電器的控制端。由于單片機(jī)輸出的是低電平信號(hào)有效股選用PNP型三極管，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平是三極管導(dǎo)通，電流流入繼電器，使繼電器工作，從而控制照明電路的亮滅，其電路連接圖如圖3-3所示：圖3-3 照明電路連接圖第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件是該照明電路控制系統(tǒng)按要求工作的重要組成部分，故程序的正確度直接決定功能的可實(shí)現(xiàn)性。這里用Keilc遍寫C程序，運(yùn)行后生產(chǎn)hex文件，將hex文件拷入模擬單片機(jī)中，使單片機(jī)工作。4.1 程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中單片機(jī)89C51的主要功能就是

13、實(shí)現(xiàn)八盞LED燈和照明燈的按鍵點(diǎn)亮控制功能。程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)同時(shí)點(diǎn)亮LED燈和照明燈，將猜用P0口和P2口同步執(zhí)行相同的程序，再加以判斷開關(guān)程序，即先判斷開關(guān)是否閉合，若閉合執(zhí)行5ms延時(shí)后再判斷，若任處于閉合這說明開關(guān)閉合。其主程序流程如圖4-1所示。開始系統(tǒng)初始化否判斷開關(guān)是否閉合？點(diǎn)亮LED燈（照明燈）是圖4-1 主程序流程圖結(jié)束第5章 系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試結(jié)果分析5.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表DT9203單片機(jī)仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100微機(jī) 聯(lián)想Y4505.2 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在驅(qū)動(dòng)LED

14、燈和照明燈兩種電路，所以分別對(duì)兩種電路逐級(jí)測(cè)試：LED驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮的調(diào)試，照明電路的驅(qū)動(dòng)調(diào)試，最后將這兩個(gè)模塊組合后進(jìn)行整體測(cè)試。5.2.1硬件調(diào)試對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試各模塊能否實(shí)現(xiàn)指定的功能。5.2.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試采用keil c軟件及微機(jī)，將編好的程序進(jìn)行調(diào)試，主要是檢查語法錯(cuò)誤和生產(chǎn)hex文件。5.2.3硬件軟件聯(lián)調(diào)將調(diào)試好的硬件和軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，把生成的hex文件拷入硬件電路的單片機(jī)中，主要調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。5.3 測(cè)試結(jié)果此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果較好，八盞LED燈和照明燈能實(shí)現(xiàn)根據(jù)開關(guān)按鍵每按一下依次亮一盞的預(yù)期功能。LDE燈和照明燈由于采用相同的程序，故其也能達(dá)到同步電路

15、的目的。因此基本實(shí)現(xiàn)了要求的功能。結(jié) 論針對(duì)傳統(tǒng)照明電路一個(gè)開關(guān)控制一盞燈的模式，本設(shè)計(jì)用單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)對(duì)多盞燈的控制，即實(shí)現(xiàn)了資源的充分利用，也一改傳統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了照明電路的靈活控制。系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為核心，采用串口直接驅(qū)動(dòng)LED燈，用繼電器作模擬開關(guān)間接驅(qū)動(dòng)照明電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了八盞燈的開關(guān)控制連續(xù)點(diǎn)亮。通過對(duì)課題的研究與操作，不僅實(shí)現(xiàn)了課題任務(wù)要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能，更重要的是在完成設(shè)計(jì)時(shí)，我們充分利用了proteus軟件和keil c軟件，使我們對(duì)這兩款軟件有了初步的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)，也使我們大體了解了模擬電路的設(shè)計(jì)流程，這將會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)大有幫助。通過軟硬件的仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)

16、了本次設(shè)計(jì)的基本功能：八盞照明燈和LED燈都由開關(guān)控制，每按一下開關(guān)便亮一盞燈，當(dāng)八盞等全亮后繼續(xù)重復(fù)點(diǎn)亮。當(dāng)然如果將系統(tǒng)電路及軟件稍加修改，其功能不僅如此，那將會(huì)實(shí)現(xiàn)更多的功能，在實(shí)際中也將會(huì)更加有利用價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 吳金戎,沈慶陽(yáng). 8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社,2002.2 朱清慧. Proteus教程電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真M. 北京：清華大學(xué)出版社,2008.3 孫涵芳,徐愛卿. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：航空航天大學(xué)出版社,1996.4 胡耀斌,蔣彥,朱慧玲. 室內(nèi)大面積照明的節(jié)能控制研究 J . 電測(cè)與儀表,2007( 11) : 32- 35. 5 張

17、慶雙. 經(jīng)典實(shí)用電路大全M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008. 6 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M. 北京：高等教育出版社,2003:160-190. 7 馬忠梅.單片機(jī)的C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008.附錄1 程序13#include<reg51.h>#define uchar unsigned charsbit key=P10;uchar flag;void delay(uchar dly) uchar i,j;for(i=255;i>0;i-);for(j=dly;j>0;j-);void main()while(1)if(key=0)

18、delay(5);if(key=0)while(!key);flag+;if(flag=0) P2=0xff;P3=0xff;if(flag=1) P2=0xfe;P3=0xfe;if(flag=2) P2=0xfc;P3=0xfc;if(flag=3) P2=0xf8;P3=0xf8;if(flag=4) P2=0xf0;P3=0xf0;if(flag=5) P2=0xe0;P3=0xe0;if(flag=6) P2=0xc0;P3=0xc0;if(flag=7) P2=0x80;P3=0x80;if(flag=8) P2=0x00;P3=0x00;if(flag=9) P2=0xfe;P3=0xfe;flag=1;基于單片機(jī)的