智能燈控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

..智能燈控系統(tǒng)設(shè)計(jì)王曦專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速開展，人們對(duì)于照明設(shè)備有了更多的認(rèn)識(shí)。本文就是針對(duì)室照明的能源浪費(fèi)和燈具壽命縮短問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的節(jié)能控制系統(tǒng)。本文介紹了這種新型室節(jié)能控制系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)方案，并且闡述了本系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)假設(shè)得到推廣使用可以實(shí)現(xiàn)各類室照明燈具的智能控制，到達(dá)節(jié)約能源，延長(zhǎng)燈具壽命的目的，使得該系統(tǒng)更具有環(huán)保、節(jié)能、管理靈活方便的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；紅外線傳感系統(tǒng)；節(jié)能控制系統(tǒng)；LCD顯示審核意見：1.通過(guò)查新該篇論文屬抄襲，完全剽竊他人的成果，沒(méi)有任何個(gè)人獨(dú)創(chuàng)或修改。2.結(jié)合自己的實(shí)際工作重寫一篇自己熟知的領(lǐng)域或與所學(xué)電氣工程專業(yè)有關(guān)的論文。3.在寫論文時(shí)一定要按論文要求，要包括8個(gè)要素和規(guī)定格式，字?jǐn)?shù)5000--1000字為宜。附錄：畢業(yè)論文應(yīng)包含以下要素：〔1〕題目；〔2〕作者〔××級(jí)××專業(yè)〕；〔3〕容摘要〔200字以〕；〔4〕關(guān)鍵詞〔3-5個(gè)〕；〔5〕正文；〔6〕注釋；〔7〕參考文獻(xiàn)；〔8〕作者聯(lián)系方式〔通訊地址、及〕。畢業(yè)論文版面要求：〔1〕A4版面〔210×297mm〕；〔2〕標(biāo)題字型字號(hào)：二號(hào)、黑體；〔3〕摘要、關(guān)鍵詞：小四號(hào)、仿宋體；〔4〕容字型字號(hào)：小四號(hào)、宋體、1.5倍行距；〔5〕頁(yè)碼：版面下方正中央。目錄TOC\o"1-3"\u摘要I1緒論11.1室照明控制系統(tǒng)的研究背景11.2課題研究的目的和意義11.2.1良好的節(jié)能效果可延長(zhǎng)燈具壽命11.2.2改善工作環(huán)境，提高工作效率11.2.3提高管理水平11.3課題研究的容22系統(tǒng)的組成原理22.1系統(tǒng)組成22.2系統(tǒng)工作原理22.3單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)32.3.1單片機(jī)的介紹32.3.2AT89C51的介紹32.3.3AT89C51的管腳功能32.3.4工作模式32.4人體熱釋紅外線傳感器32.4.1人體熱釋紅外線傳感器組成32.4.2被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器工作原理42.5光敏三極管52.6LCD液晶顯示52.7看門狗MAX813L 63系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1人體存在信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)73.2光敏三極管采光電路設(shè)計(jì)73.3看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)83.4LCD液晶顯示設(shè)計(jì)93.5電燈的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)103.6總電路圖114系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1功能要求和重點(diǎn)124.2軟件編程124.2.1手動(dòng)控制134.2.2自動(dòng)控制144.2.3顯示程序155系統(tǒng)仿真165.1仿真軟件—Proteus簡(jiǎn)介165.2系統(tǒng)電路功能仿真165.3手動(dòng)控制165.4自動(dòng)控制17參考文獻(xiàn)19總結(jié)20附錄1軟件程序21附錄2硬件電路圖26附錄3仿真電路圖27..1緒論1.1室照明控制系統(tǒng)的研究背景隨著人民生活水平的提高和光源的開展，人們對(duì)照明的要求越來(lái)越高，要求利用燈光營(yíng)造和諧的氣氛、舒適的環(huán)境，創(chuàng)造一種動(dòng)態(tài)的效果，以及操作上的簡(jiǎn)便，傳統(tǒng)的燈控系統(tǒng)一般是基于聲或光控制，存在不夠靈敏、精度不高、圍低等缺陷，經(jīng)常會(huì)有電能的浪費(fèi)。因而，依據(jù)節(jié)能、環(huán)保的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)出智能燈控系統(tǒng)，可以大大提高燈控系統(tǒng)的可靠性、探測(cè)能力，特別適用于高校教室、樓道等公共場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)燈控的智能化，從而節(jié)約電能、環(huán)保，方便管理，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2課題研究的目的和意義1.2.1良好的節(jié)能效果可延長(zhǎng)燈具壽命當(dāng)今社會(huì)人們更加注重節(jié)能環(huán)保，在照明這一領(lǐng)域，特別是在公共場(chǎng)所也發(fā)生了很大的變化。因而節(jié)能應(yīng)該說(shuō)是照明控制系統(tǒng)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)展時(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)室照度?？刂葡到y(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(zhǎng)了燈具的壽命。1.2.2改善工作環(huán)境，提高工作效率良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個(gè)必要條件。合理地選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。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。1.2.3提高管理水平智能照明控制系統(tǒng)是以自動(dòng)控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)和調(diào)光功能，使人的手解放出來(lái)，既大大減少了管理人員的數(shù)量，也排除了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時(shí)開關(guān)，影響學(xué)校的正常教學(xué)、生活秩序的情況。1.3課題研究的容該設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為控制器的核心，以人體熱釋紅外線傳感器和光敏三極管為信號(hào)采集單元，再配以外圍電路，通過(guò)單片機(jī)通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，可以有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)房間照明回路的智能控制，防止了照明用電的大量浪費(fèi)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用構(gòu)造化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇是用于控制的單片機(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，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，因此使用匯編語(yǔ)言進(jìn)展開發(fā)。2系統(tǒng)的組成原理2.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)的構(gòu)造主要由四局部組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)、LCD顯示系統(tǒng)和電燈電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，到達(dá)控制照明燈具的目的。系統(tǒng)組成圖如以下圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)組成圖外接的傳感器〔人體釋熱紅外線傳感器和光敏三極管〕將信號(hào)傳送給單片機(jī)后，由單片機(jī)控制燈的開關(guān)和顯示系統(tǒng)。軟件編程是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。2.2系統(tǒng)工作原理采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度，利用人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)進(jìn)展識(shí)別和智能判斷。2.3單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)2.3.1單片機(jī)的介紹單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片微型計(jì)算機(jī)有著集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在智能儀器儀表、工業(yè)檢測(cè)控制、機(jī)電一體化上，并已取得了令人矚目的成果，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響單片機(jī)〔單片微型計(jì)算機(jī)〕由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體與裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成[1]。其中運(yùn)算器和控制器一般做在一個(gè)集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元〔CentralProcessingUnit〕，簡(jiǎn)稱CPU，是微機(jī)的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入/輸出〔Input/Output，簡(jiǎn)稱I/O〕接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)[2]。軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過(guò)它對(duì)微機(jī)進(jìn)展控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)展信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。2.3.2單片機(jī)的工作模式AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來(lái)設(shè)置的,當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時(shí),CPU可根據(jù)工作情況適時(shí)地進(jìn)入睡眠狀態(tài),部RAM和所有特殊的存放器值將保持不變。這種狀態(tài)可被任何一個(gè)中斷所終止或通過(guò)硬件復(fù)位。掉電模式是VCC電壓低于電源下限,振蕩器停振,CPU停頓執(zhí)行指令。該芯片RAM和特殊功能存放器值保持不變,直到掉電模式被終止。只有VCC電壓恢復(fù)到正常工作圍而且在振蕩器穩(wěn)定振蕩后,通過(guò)硬件復(fù)位掉電模式可被終止。2.4人體熱釋紅外線傳感器2.4.1人體熱釋紅外線傳感器組成人體熱釋紅外線傳感器〔及紅外線熱釋電傳感器〕由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗三大局部組成。敏感單元的制造材料有所不同。如，SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3制成。這些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相對(duì)的兩面各引出一根電極，在電極兩端那么形成一個(gè)等效的小電容。因?yàn)檫@兩個(gè)小電容是做在同一硅晶片上的，而它們形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，極化的結(jié)果是，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負(fù)電荷。但這兩個(gè)電容的極性是相反串聯(lián)的。這正是傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)之處，因而使得它具有獨(dú)特的抗干擾性[3]。濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過(guò)，而最大限度地阻止、燈光等可見光中的紅外線的通過(guò)，以免引起干擾。傳感器只對(duì)移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的人體和溫度近似人體的物體起作用。2.4.2被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器工作原理在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡送。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：在自然界，任何高于絕對(duì)溫度〔零下273度〕時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的上下是相關(guān)的。人體都有恒定的體溫，一般是37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10微米左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進(jìn)展工作的。人體發(fā)射的10微米左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)[4]。最不敏感移動(dòng)方向最不敏感移動(dòng)方向傳感器傳感器最敏感移動(dòng)方向最敏感移動(dòng)方向圖2.3紅外線熱釋電傳感器工作區(qū)示意圖紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大，如圖2.3所示。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反響最不敏感,而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)那么最為敏感。在現(xiàn)場(chǎng)選擇適宜的安裝位置是防止紅外探頭誤報(bào)、求得最正確檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。2.5光敏三極管通過(guò)對(duì)光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管的比擬，發(fā)現(xiàn)光敏三極管的光譜響應(yīng)峰值比擬接近人的視覺(jué)敏感區(qū)555mm波長(zhǎng)，其次是當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，它的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)增加，這對(duì)光敏三極管在光照強(qiáng)度變化時(shí)，輸出狀態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定十分重要。因此，我們可以利用光敏三極管設(shè)計(jì)一個(gè)電路，使得日光燈無(wú)常啟動(dòng)或者被強(qiáng)制關(guān)閉從而到達(dá)節(jié)約能源的目的。2.6LCD液晶顯示LCD液晶顯示選用1602芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，1602的引腳圖如以下圖2.4所示：圖2.41602引腳圖第1腳：VSS接低電平第2腳：VDD接5V正電源第3腳：VEE為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地時(shí)比照度最高，比照度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生"鬼影〞，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度第4腳：RS為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)展讀操作，低電平時(shí)進(jìn)展寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。1602液晶模塊部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器〔CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否那么此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符1602的部顯示地址[5]。2.7看門狗MAX813L復(fù)位電路是單片機(jī)工作必不可少的局部。目前，在市場(chǎng)上有許多流行的專用復(fù)位芯片。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了Maxim公司生產(chǎn)的MAX813L。因?yàn)镸AX813L具有上電復(fù)位、Watchdog輸出、掉電電壓監(jiān)視、手動(dòng)復(fù)位四大功能。在復(fù)位電路的設(shè)計(jì)中被較多地使用。MAX813L有雙列直插和貼片兩種封裝形式，引腳功能如下：第(1)腳為手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效；第(2)、(3)腳分別為電源和地；第(4)腳為電源故障輸入；第(5)腳為電源故障輸出；第(6)腳為看門狗輸入，第(7)腳為復(fù)位輸出，第(8)腳為看門狗輸出。MAX813L的引腳圖如以下圖2.5所示：圖2.5MAX813L芯片的引腳圖MAX813L芯片具有以下主要性能特點(diǎn)：(1)復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第(7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復(fù)位門限的典型值為4.65V。(2)看門狗電路輸出。如果在1.6s沒(méi)有觸發(fā)該電路〔即第(6)腳無(wú)脈沖輸入〕，那么第(8)腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。(3)手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效，即第(1)腳輸入一個(gè)低電平，那么第(7)腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。(4)1.25V時(shí)，第(5)腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。MAX813L是一體積小、功耗低、性價(jià)比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；它使用簡(jiǎn)單、方便。它所提供的復(fù)位信號(hào)為高電平，因而是應(yīng)用于復(fù)位信號(hào)為高電平場(chǎng)合的單片機(jī)系統(tǒng)的理想芯片。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1人體存在信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的人體存在信號(hào)采集電路的傳感器是HP-208型號(hào)的熱釋電紅外人體存在傳感器。人體存在傳感器的1號(hào)引腳為電源信號(hào)端，3號(hào)引腳為接地信號(hào)端，2號(hào)引腳為采集信號(hào)輸出端。在電路設(shè)計(jì)中,為了使人體存在傳感器的工作更加可靠，介于人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與接地信號(hào)引腳3之間加了一個(gè)6800pF的電容，另外，人體存在傳感器的信號(hào)引腳2與單片機(jī)的P1.0引腳相連，P1.0引腳再接一個(gè)100KΩ的上拉電阻，增加人體存在傳感器輸出信號(hào)的可靠性，其電路原理圖，如圖3.1所示：圖3.1人體存在傳感器電路原理圖3.2光敏三極管采光電路設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管的比擬，考慮到靈敏度、可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面的因素，本設(shè)計(jì)采用光敏三極管作為采光元件，對(duì)教室里的自然光進(jìn)展采集，設(shè)計(jì)中采用3DU5C型號(hào)的光敏三極管。光敏傳感器采光電路如圖3.2所示，采用LM339電壓比擬芯片，組成一個(gè)三級(jí)電壓比擬電路。圖中，取R7=200K，40W白熾燈光照度為強(qiáng)，約340流明，產(chǎn)生光生電流為340×15/300=17μA產(chǎn)生電壓為3.4V，即為光照度強(qiáng)；25W白熾燈光照度為中，約250流明，產(chǎn)生光電流為250×15/300=12.5uA產(chǎn)生電壓為2.5V，即為光照度中；15W白熾燈光照度為弱，約150流明，產(chǎn)生光電流為7.5uA，產(chǎn)生電壓為1.5V，即為光照度暗。所以，圖中V2取3V，V1取1.5V，VIN>3V光照度為強(qiáng)，VIN<1.5V光照度為弱，1.5V<VIN<3V光照度為中。V1，V2通過(guò)200K電位器調(diào)節(jié)設(shè)定。圖中是4.7×1/3≈1.567V，4.7×2/3≈3.133V，與此不符故要使用電位器R7[6]。由于不同時(shí)間，不同季節(jié)光線的強(qiáng)弱不同，不同的天氣情況有較大的影響，光控裝置必須充分考慮到這些因素的影響。此外，也必須考慮到諸如閃電，車燈，浮云等一些干擾光源對(duì)探測(cè)器件的影響，特別是應(yīng)該防止日出，日落時(shí)，大氣層對(duì)光線的影響。對(duì)于一個(gè)全面綜合的設(shè)計(jì)的來(lái)說(shuō)，這些都是要考慮進(jìn)去的因素，但由于自身知識(shí)的有限和各方面條件的限制，使得采光方面的設(shè)計(jì)并沒(méi)有到達(dá)開場(chǎng)時(shí)預(yù)想的程度。圖3.2光敏三極管采光電路圖3.3看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)看門狗監(jiān)控電路采用MAX813L芯片，MAX813L與AT89C51的接口電路如圖3.3所示。MR與WDO經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連接起來(lái)，WDI接單片機(jī)的P2.7口，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)位按鈕接地[7]。圖3.3看門狗電路圖該監(jiān)控電路的主要功能如下：(1)系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過(guò)復(fù)位門限電壓4.65V，RESET端輸出200ms的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。(2)對(duì)+5V電源進(jìn)展監(jiān)視：當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng)+5V電源電壓降至+4.65V以下時(shí)，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)展復(fù)位。(3)看門狗定時(shí)器被清零，WDO維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)，CPU不能在1．6s給出"喂狗〞信號(hào)，WDO跳變?yōu)榈碗娖?，由于MR端有一個(gè)部250mA的上拉電流，D導(dǎo)通MR獲得有效低電平，RESET端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門狗定時(shí)器清零，WDO又恢復(fù)成高電平。(4)手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展有效的復(fù)位[8]。3.4LCD液晶顯示設(shè)計(jì)采用AT98C51驅(qū)動(dòng)一片1602液晶顯示器，使顯示器第一行顯示"OPEN：Χ〞;第二行顯示"CLOSE：Χ〞。其中LM016L與1602功能及用法根本一樣，只是LM016L上沒(méi)有控制背光燈的引腳[9]。圖3.4所示電路中，1602所在庫(kù)類別為"Optoelectronics〞,子類別"AlphanumericLCDs〞(字符型顯示器)。電路中使用了滑動(dòng)變阻器R5，其所在庫(kù)類別為"Resistors〞，子類別為"Variable〞(可變的)?；瑒?dòng)變阻器R5的阻值應(yīng)設(shè)為10kΩ。圖3.4LCD液晶顯示電路3.5電燈的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)主電路和控制電路之間，用來(lái)對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)展放大的中間電路〔即放大控制電路的信號(hào)使其能夠驅(qū)動(dòng)功率晶體管〕，稱為驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的根本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號(hào)。單片機(jī)發(fā)出信號(hào)通過(guò)同相驅(qū)動(dòng)器7407驅(qū)動(dòng)光電耦合器MOC3021，然后通過(guò)MOC3021來(lái)控制雙向晶閘管的接通與斷開,從而控制電燈的開關(guān)。光電耦合器能隔離單片機(jī)系統(tǒng)和輸出局部，使兩局部的電流信號(hào)獨(dú)立，抗外界干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。共有3盞燈，房間最前的一盞燈與P2.0口相連；房間中間一盞等與P2.1口相連，最后一盞燈與P2.2口相連。參見圖3.5所示。圖3.5電燈的驅(qū)動(dòng)電路原理圖光電耦合器的性能特點(diǎn)：光耦的根本構(gòu)造是將光發(fā)射器和光敏器的芯片封裝在同一外殼，并用透明樹脂灌封充填作光傳遞介質(zhì)，通常將光發(fā)射器的管腳作輸入端，光敏器的引腳作為輸出端，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，光發(fā)射器發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)透明樹脂光導(dǎo)介質(zhì)投射到光敏器后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電→光→電信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸，并在電氣上是完全隔離的。光耦的主要性能特點(diǎn)如下：(1)隔離性能好，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電隔離，其絕緣電阻RISO一般均能到達(dá)1010Ω以上，絕緣耐壓VISO在低壓時(shí)都可滿足使用要求，高耐壓一般能超過(guò)lkV,有的可達(dá)10kV以上[10]。(2)光信號(hào)單向傳輸，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)反響，可有效阻斷電路或系統(tǒng)之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號(hào)傳遞。(3)光信號(hào)不受電磁干擾，工作穩(wěn)定可靠。(4)抗共模干擾能力強(qiáng)，能很好地抑制干擾并消除噪音。(5)光發(fā)射和光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高。(6)易與邏輯電路連接。(7)無(wú)觸點(diǎn)。壽命大。體積校耐沖擊。(8)工作溫度圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標(biāo)準(zhǔn)。光電耦合器作用就是：阻斷信號(hào)源跟信號(hào)接收方的電氣連接，這樣可以有較的阻斷電氣干擾。3.6總電路圖整個(gè)控制系統(tǒng)由人體存在信號(hào)采集電路，光信號(hào)采集電路，看門狗電路，驅(qū)動(dòng)電路等模塊組成。通過(guò)硬件與軟件的共同作用，才能實(shí)現(xiàn)控制功能，總電路圖見附錄2。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂，沒(méi)有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而在計(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)備的功能是由軟件來(lái)定義的，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成局部。4.1功能要求和重點(diǎn)本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)環(huán)境光的強(qiáng)度；根據(jù)房間合理開燈的條件，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)人體的存在信號(hào)和環(huán)境光信號(hào)的識(shí)別和智能判斷，完成對(duì)房間照明回路的智能控制，防止了教室用電的大量浪費(fèi)。在特殊情況下可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)控制燈的開關(guān)。一號(hào)按鈕控制手動(dòng)與自動(dòng)，二號(hào)按鈕控制燈的開關(guān)盞數(shù)〔按0次沒(méi)燈開，按1次開1盞燈，按2次開2盞燈，按3次開3盞燈，按4次后返回到0〕。因?yàn)榉糯箅娐泛捅葦M電路中有滯環(huán)效果所以不必在程序中考慮設(shè)置滯環(huán)。在單片機(jī)接收每一信號(hào)時(shí)要延遲3ms與下一信號(hào)比擬以防突變。按鈕的情況也是如此。當(dāng)房間里沒(méi)人燈全關(guān)時(shí)要延遲30s關(guān)燈。LCD液晶顯示要及時(shí)無(wú)誤的顯示燈所開的盞數(shù)，程序見附錄2。4.2軟件編程如圖4.1為整個(gè)程序流程圖，首先給狗門電路喂狗防止出現(xiàn)死機(jī)的情況。由按鍵1被按次數(shù)R1判斷是自動(dòng)還是手動(dòng)〔按鍵按一次R1＝1時(shí)程序進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)，按鍵按零次R1＝0時(shí)程序那么進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)，假設(shè)按兩次就會(huì)返還到R1＝0的狀態(tài)〕。自動(dòng)時(shí)單片機(jī)由人體存在信號(hào)采集電路和光敏三極管采光電路的信號(hào)決定是否開燈，開幾盞燈。手動(dòng)時(shí)單片時(shí)機(jī)由按鍵2所按的次數(shù)R0決定開燈的盞數(shù)〔按0次全關(guān)，案1次開一盞，按2次開兩盞，按3次全開，按4次那么返還到按0次的狀態(tài)〕。最終通過(guò)LCD液晶顯示開燈的盞數(shù)和關(guān)燈的盞數(shù)。P2.0引腳接1號(hào)燈〔教室里最前面的燈〕，P2.1引腳接2號(hào)燈〔教室里中間的一盞燈〕，P2.2引腳接3號(hào)燈〔教室里最后一盞燈〕。全開時(shí)P2=00000111B,開兩盞燈時(shí)教室前后兩盞P2=00000101B,開一盞燈教室中間的一盞P2=00000010B,全關(guān)時(shí)P2=00000000B。圖4.1程序流程圖4.2.1手動(dòng)控制手動(dòng)控制程序流程圖如圖4.2所示，由P1.6引腳處的按鈕被按次決定手動(dòng)和自動(dòng)，R1=0時(shí)自動(dòng)，R1=1手動(dòng)控制，R1=2后返回到P1.6=0的情況。R1=1手動(dòng)時(shí)按鈕2被按的次數(shù)R0決定開燈的盞數(shù)〔R0=0全關(guān)，R0=1開一盞燈，R0=2開兩盞燈，R0=3全開，RO=4后返回到R0＝0的情況〕。單片機(jī)收到信號(hào)后將一些情況處理，再給P2賦值。圖4.2手動(dòng)控制程序流程圖4.2.2自動(dòng)控制自動(dòng)控制程序流程圖如圖4.3所示，P1.0連接人體存在信號(hào)采集電路〔有人時(shí)P1.0=1；沒(méi)人時(shí)P1.0=0〕；P1.1，P1.2接光敏三極管信號(hào)采集電路，P1.1接信號(hào)的高值；P1.2接信號(hào)低值。P1.0=0時(shí)程序直接跳到延遲30S程序后把燈全關(guān)了。P1.0=1時(shí)程序開場(chǎng)根據(jù)P1.1,P1.2的情況給P2口附值?！睵1.1,P1.2〕為〔0，0〕表示教室里光線很暗要把燈全翻開那么給P2口附00000111B的值；〔P1.1,P1.2〕為〔0，1〕中等強(qiáng)度的光開兩盞燈給P2口附00000101B的值；〔P1.1,P1.2〕為〔1，1〕關(guān)線強(qiáng)那么把所有的燈關(guān)了給P2口附00000000B的值。圖4.3自動(dòng)控制程序流程圖4.2.3顯示程序采用LCD液晶顯示，程序每次執(zhí)行給P2口附值后就給R3附值〔所要開的燈盞數(shù)〕。執(zhí)行完開關(guān)燈程序后調(diào)用顯示程序。顯示兩行，第一行顯示"OPEN:#R3〞,第二行顯示"CLOSE:#R4〞〔R4關(guān)閉燈的盞數(shù)〕。5.系統(tǒng)仿真5.1仿真軟件—Proteus簡(jiǎn)介Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。是世界上著名的EDA工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430、Cortex和DSP系列處理器[11]，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。5.2系統(tǒng)電路功能仿真利用Proteus繪制仿真圖。整個(gè)仿真圖的繪制過(guò)程主要有以下幾部組成：首先新建一個(gè)Proteus的工程，在元件庫(kù)里面搜索所需要的元器件，在元器件上單擊右鍵選中，再單擊左鍵對(duì)其進(jìn)展命名和賦值，接著在編輯器左邊的一欄中，找出繪制各種需要的線條和其他一些相關(guān)的線條和器件，進(jìn)展節(jié)點(diǎn)出是否連接好進(jìn)展檢查，為下一步的系統(tǒng)仿真做準(zhǔn)備。畫出的仿真電路圖。仿真電路總圖見附錄3所示。5.3手動(dòng)控制在特殊情況下可以通過(guò)手動(dòng)來(lái)控制燈的開關(guān)。一號(hào)按鈕控制手動(dòng)與自動(dòng)，二號(hào)按鈕控制燈的開關(guān)盞數(shù)〔按0次沒(méi)燈開，按1次開1盞燈，按2次開2盞燈，按3次開3盞燈，按4次后返回到0〕。仿真結(jié)果參見圖5.3所示。當(dāng)按鈕按0次沒(méi)燈開和按4次后返回到0時(shí)，此時(shí)3盞燈全暗，仿真結(jié)果參見圖5.3a。當(dāng)按鈕按1次開1盞燈，仿真結(jié)果參見圖5.3b。當(dāng)按鈕按2次開2盞燈，仿真結(jié)果參見圖5.3c。當(dāng)按鈕按3次開3盞燈，仿真結(jié)果參見圖5.3d。圖5.3a圖5.3b圖5.3c圖5.3d圖5.3手動(dòng)控制仿真圖5.4自動(dòng)控制通過(guò)滑動(dòng)變阻器改變電阻值的大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)強(qiáng)弱采集，再配以外圍電路，通過(guò)單片機(jī)通信方式實(shí)現(xiàn)控制燈的開關(guān)。信號(hào)弱那么燈不亮，隨著信號(hào)慢慢變強(qiáng)燈亮盞數(shù)變多。仿真結(jié)果參見圖5.4。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值最小時(shí)，信號(hào)最弱，那么燈亮盞數(shù)為0，仿真結(jié)果參見圖5.4a。隨著滑動(dòng)變阻器阻值的改變，即電阻值由小到大，那么信號(hào)慢慢變強(qiáng)，此時(shí)燈亮盞數(shù)由1盞變到3盞，仿真結(jié)果參見圖5.4b,5.4c,5.4d。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值到達(dá)最大時(shí)，此時(shí)信號(hào)最強(qiáng)，3盞燈全亮，仿真結(jié)果見圖5.4d。圖5.4a圖5.4b圖5.4c圖5.4d圖5.4自動(dòng)控制仿真圖參考文獻(xiàn)[1]何立民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．：航天航空大學(xué),2001.80～89[2]康華光，大欽.電子技術(shù)根底[M].高等教育,1998.97～99[3]吳金戎，慶陽(yáng)等.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[M].：清華大學(xué),2002.117～124[4]振昭，許錦標(biāo).樓宇智能化技術(shù)[M].:機(jī)械工業(yè),2003.32～32[5]涵芳，徐愛(ài)卿.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].：航空航天大學(xué),1996.25～30[6]玉安.人體熱釋電紅外傳感器介紹[J]．中國(guó)電子制作，2006.11～13[7]俞海珍，憲章，浩.熱釋電紅外傳感器及其應(yīng)用[J].電子照明技術(shù),2006.52～60[8]房小翠，王金鳳.單片機(jī)使用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].：國(guó)防工業(yè),1999.17～20[9]王幸之，鐘愛(ài)琴.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].：航空航天大學(xué),2005.97～135[10]自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試(第二版)[M].：華中科技大學(xué)，2000.[11]汪世明.基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].：電子工業(yè)，2009.6總結(jié)該系統(tǒng)中人數(shù)檢測(cè)采用了紅外傳感器，判斷人員的進(jìn)人與走出，從而獲得教室的人數(shù)信息。光線檢測(cè)采用光敏電阻，電阻變化時(shí)模塊的輸出電壓也變化，通過(guò)變換就可得到光線等級(jí)。顯示設(shè)備使用字符型液晶顯示屏，顯示容更豐富，操作更簡(jiǎn)單，界面更友好。本文研究了基于AT89C51單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法，包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求用Protel軟件繪制出原理圖，然后依據(jù)原理圖選擇元器件，在實(shí)驗(yàn)板上布置元器件并連接線路，對(duì)硬件電路進(jìn)展測(cè)試，檢查串行口是否選錯(cuò)，測(cè)量電源是否正常，復(fù)位電平是否正確，單片機(jī)是否正常工作等等。接著就要按照功能要求編程，這里采用匯編語(yǔ)言編程工具，需先根據(jù)要求劃分模塊，優(yōu)化構(gòu)造；再根據(jù)各模塊特點(diǎn)確定何為主程序，何為子程序，何為中斷效勞程序，相互間如何調(diào)用；再根據(jù)各模塊性質(zhì)和功能將各模塊細(xì)化，設(shè)計(jì)出程序流程圖；最后才根據(jù)各模塊流程圖編制具體程序。如果使用在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中必然存在干擾的問(wèn)題，所以抗干擾與可靠性設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。雖然系統(tǒng)已經(jīng)考慮了可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題，如看門狗技術(shù)、光電耦合等在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，但這也只是針對(duì)局部問(wèn)題做了解決，一些詳細(xì)的設(shè)計(jì)還有待于解決。該系統(tǒng)還只是理論上設(shè)計(jì)完成，離真正的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還有一定的距離。軟件局部的編制也是力求簡(jiǎn)單實(shí)用，即本著實(shí)用、有效、方便的原那么進(jìn)展編制。但一個(gè)較好的和較完善的應(yīng)用軟件不是在短時(shí)間就可以完成的，它需要不斷的完善和開展，需要我們做大量的工作和時(shí)間的檢驗(yàn)。現(xiàn)在的系統(tǒng)還沒(méi)有到達(dá)真正的智能化，還需要增加很多新的功能和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能到達(dá)真正意義上的智能化控制。附錄1軟件程序RSEQUp3.0；定義引腳變量RWEQUp3.1EEQUp3.2LCDEQUp0BFEQUp0.7COL1EQUp1.0 ；有沒(méi)有人COL2EQUp1.1 ；光照度COL3EQUp1.2COL7EQUp1.6 ；自動(dòng)/手動(dòng)？COL8EQUp1.7 ；手動(dòng)COL2.7EQUp2.7ORG0000HLJMPLOOP0LOOP0:MOVR1,#00HMOVR0,#00HMOVR2,#00HLOOP1:LCALLSTART2 ；調(diào)用顯示MOVCOL2.7,#1B ；喂狗 MOVB,COL7 ；判斷手動(dòng)/自動(dòng) JZEQ1 LCALLDELAY3MS ；調(diào)用延遲3ms程序 MOVB,COL7 JZEQ1 INCR1 ；r1=0自動(dòng)，r1=1手動(dòng)，r1=2返回r1=0 EQ1:MOVA,R1 CJNEA,#01H,STRAT1 ；自動(dòng)CJMPLOOP3 ；手動(dòng)LOOP2:MOVB,COL1 JNZSTART1 ；有人那么自動(dòng)D30S:MOVA,#2790H ；沒(méi)有人延遲30S關(guān)燈LCALLDELAY3MSMOVCOL2.7,#1B ；喂狗DECA JMPD30S LCALLCLOSE3 ；3盞燈全關(guān)DELAY3MS:MOVR6,#4H ；延遲3ms Y3:MOVR7,#0FFHY4:NOP DJNZR7,Y4 DJNZR6,Y3 RET START1:MOVR1,00H ；(COL2,COL3)(0,0)弱光(0，1)中光(1,1)強(qiáng)光 MOVB,COL2 JNZCLOSE3 ；3盞燈全關(guān) MOVB,COL3 JZCLOSE0 ；3盞燈全開 CJMPCLOSE1 ；開2盞燈LOOP3:MOVB,COL8 JZLLOOP1 ；按鈕循環(huán)LCALLDELAY3MS MOVB,COL8 JZLLOOP1 INCR0 CJNER0,#4H,LLOOP1 MOVR0,#00H ；R0到4后復(fù)原到0 LLOOP1:MOVA,R0SUBBA,#00H ；R0=O全關(guān) JZCLOSE0 MOVA,R0 SUBBA,#01H ；R0=1開1盞燈 JZCLOSE2 MOVA,R0 SUBBA,#02H ；R0=2開2盞燈 JZCLOSE1 MOVA,R0 SUBBA,#03H ；R0=3全開 JZCLOSE0 CLOSE0:MOVp2,#07H ；全開 MOVR3,#03H CJMPLOOP1 CLOSE1:MOVp2,#05H ；關(guān)中間1盞燈 MOVR3,