单片机的门控自控照明系统设计
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 智能照明研究发展趋势 2
1.3 系统功能需求分析 2
1.4 设计的研究内容 2
1.5 本章小结 3
第二章 系统的整体设计 4
2.1 系统的总体设计 4
2.2 系统设计的要求 6
2.3 本章小结 6
第三章 系统硬件部分的设计 7
3.1 传感器原理概述 7
3.2 传感器的选型 9
3.2.1 光照强度传感器 9
3.2.2 人体感应传感器 11
3.3 测量电路 13
3.3.1 光照强度测量电路 13
3.3.2 人体感应检测电路 14
3.4 单片机最小系统 17
3.5 显示电路的设计 18
3.6 本章小结 19
第四章 系统软件设计 21
4.1 单片机软件编程 21
4.2 KeilC51软件简介 21
4.3 软件部分的设计要求及程序主流程 22
4.4 光照强度检测模块软件设计 24
4.5 人体感应模块软件的设计 26
4.6 显示部分程序的设计 27
4.7 本章小结 27
第五章 系统调试 28
5.1 硬件部分调试 28
5.2 软件部分调试 29
5.3 调试中出现的问题及解决方案 31
5.4 本章小结 32
总结 33
致谢 34
参考文献 35
附录1 原理图 36
附录2 系统接线图 37
附录3 程序 38
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，随着我国经济的迅猛发展，能源消耗巨大、资源供应紧张的问题日益突出。这种以资源和环境为代价的经济增长方式与可持续性发展要求背道而驰。
传统的照明系统采取手动开关模式，利用照明灯具电气回路中配置的恒亮
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开关元件和可调光开关元件，实现照明灯具的开关和光照度控制。这种控制方式简便、有效，是目前最常用的灯光控制方式。但是该方式过于依赖人的行为，控制分散且不能有效管理。它带11随着技术的发展，研究人员开发了多种利用传感器和智能控制器件组成的照明节能系统，减少了对人的依赖。在节能降耗上取得了显著的效果。但是不难发现，这些节能照明系统仍存在着以下缺点：
（1）基础设施建设成本高。系统中每一盏灯具都需要配备相应的传感器，一套智能灯具需要的成本是非智能灯具的很多倍，且自身能量消耗较高。
（2）系统孤立。现在很多智能控制灯具采取的都是一盏灯具配置一套传感器，灯具之间相互独立，自成体系。
（3）控制模块及传输网络重复建设。由于照明系统自成体系，布线复杂，无法与其他区域内智能化控制系统实现网络融合，造成了更大的资源浪费。
智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、计算机智能化信息处理以及节能型电器控制等技术组成的分布式控制系统来实现对照明设备智能化控制。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能；并达到安全、节能、舒适、高效的特点。
1.2 智能照明研究发展趋势
智能照明控制系统是信息时代的产物，其以计算机和网络技术为核心，并且与照明区域环境相结合，因此具备安全、舒适、高效的特点，其发展趋势主要有：
1、标准的统一。系统必须具备一个统一的接口标准，以实现系统中各种设备的无缝实时连接，不同厂家生产的设备能够很好地实现兼容互接。
2、以人为本。以人的需求为系统设计首要目标，系统功能更加人性化。如人们能按照自己的想法和需求控制灯光的色彩、亮度、灯具动作等属性，从而提高人们生活品位，打造一个优越的生活环境。
4、嵌入式系统的应用。利用嵌入式系统功能强大、体积小、应用灵活、高度集成化的特点，将嵌入式系统应用于灯具的智能控制中，可实现照明区域灯具的高度智能化控制，提高系统能源使用效率。
1.3 系统功能需求分析
在整个照明系统中，系统主要需要实现两个方面的功能。一是当环境的光照强度足够时，照明光源处于关闭状态，此时不论环境中有没有人员进入，光源都不会被打开；当系统所处环境的光照强度不够时，此时若无人员进入环境中，系统光源不会被打开并且系统时刻对环境的光照强度进行检测，若光照强度不够并且系统检测到人员的进入时，系统自动打开光源开关，并一直维持电源的开通状态直至人员离开环境，此时照明系统控制光源关闭。
1.4 设计的研究内容
本文针对目前门控照明系统中存在的问题，利用传感器技术与微控制器技术来实现门控照明系统的智能控制。
本文研究的主要内容主要包括以下几个方面。
（1）从门控照明系统的功能需求出发，选择需要检测的物理量，通过选择合适的传感器来实现系统物理量的检测；
（2）对传感器输出信号进行调理，使得其能够被微控制器处理，实现真正意义上的数字化测量；
（3）将不同物理量的检测整合到同一个测量系统中，从而实现系统的几种控制。
1.5 本章小结
本章简要阐述了门控照明系统在日常生活以及工业现场中的重要地位，同时对门控照明系统的发展做了简要的介绍，分析了其在工作过程中需要检测的物理量并对其进行测量，在章节的最后还对课题的设计工作做了简要的介绍。
第二章 系统的整体设计
2.1 系统的总体设计
基于单片机门控智能照明系统的设计大致可分为以下几个部分：电源电路、检测电路、数据调理模块、单片机最小系统以及显示电路。其工作原理大致如下：系统上电工作之后，光照检测系统与人体感应系统同时工作，光照检测系统用来对环境的光照强度进行检测，人体感应系统则检测是否有人员进入环境当中。当光照强度足够时，此时不管系统中是否有人员进入，都保持光源的关闭；当环境的光照强度不足并且有人员进入环境当中有照明需求时，系统自动打开电源开关以便实现照明，在此情况下系统对光照强度与人员进行不断的检测，直到人员离开环境或者光照强度满足需求时关闭光源，自动进入待机状态，如图2.1 系统组成框图所示：
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 智能照明研究发展趋势 2
1.3 系统功能需求分析 2
1.4 设计的研究内容 2
1.5 本章小结 3
第二章 系统的整体设计 4
2.1 系统的总体设计 4
2.2 系统设计的要求 6
2.3 本章小结 6
第三章 系统硬件部分的设计 7
3.1 传感器原理概述 7
3.2 传感器的选型 9
3.2.1 光照强度传感器 9
3.2.2 人体感应传感器 11
3.3 测量电路 13
3.3.1 光照强度测量电路 13
3.3.2 人体感应检测电路 14
3.4 单片机最小系统 17
3.5 显示电路的设计 18
3.6 本章小结 19
第四章 系统软件设计 21
4.1 单片机软件编程 21
4.2 KeilC51软件简介 21
4.3 软件部分的设计要求及程序主流程 22
4.4 光照强度检测模块软件设计 24
4.5 人体感应模块软件的设计 26
4.6 显示部分程序的设计 27
4.7 本章小结 27
第五章 系统调试 28
5.1 硬件部分调试 28
5.2 软件部分调试 29
5.3 调试中出现的问题及解决方案 31
5.4 本章小结 32
总结 33
致谢 34
参考文献 35
附录1 原理图 36
附录2 系统接线图 37
附录3 程序 38
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，随着我国经济的迅猛发展，能源消耗巨大、资源供应紧张的问题日益突出。这种以资源和环境为代价的经济增长方式与可持续性发展要求背道而驰。
传统的照明系统采取手动开关模式，利用照明灯具电气回路中配置的恒亮
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
开关元件和可调光开关元件，实现照明灯具的开关和光照度控制。这种控制方式简便、有效，是目前最常用的灯光控制方式。但是该方式过于依赖人的行为，控制分散且不能有效管理。它带11随着技术的发展，研究人员开发了多种利用传感器和智能控制器件组成的照明节能系统，减少了对人的依赖。在节能降耗上取得了显著的效果。但是不难发现，这些节能照明系统仍存在着以下缺点：
（1）基础设施建设成本高。系统中每一盏灯具都需要配备相应的传感器，一套智能灯具需要的成本是非智能灯具的很多倍，且自身能量消耗较高。
（2）系统孤立。现在很多智能控制灯具采取的都是一盏灯具配置一套传感器，灯具之间相互独立，自成体系。
（3）控制模块及传输网络重复建设。由于照明系统自成体系，布线复杂，无法与其他区域内智能化控制系统实现网络融合，造成了更大的资源浪费。
智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、计算机智能化信息处理以及节能型电器控制等技术组成的分布式控制系统来实现对照明设备智能化控制。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能；并达到安全、节能、舒适、高效的特点。
1.2 智能照明研究发展趋势
智能照明控制系统是信息时代的产物，其以计算机和网络技术为核心，并且与照明区域环境相结合，因此具备安全、舒适、高效的特点，其发展趋势主要有：
1、标准的统一。系统必须具备一个统一的接口标准，以实现系统中各种设备的无缝实时连接，不同厂家生产的设备能够很好地实现兼容互接。
2、以人为本。以人的需求为系统设计首要目标，系统功能更加人性化。如人们能按照自己的想法和需求控制灯光的色彩、亮度、灯具动作等属性，从而提高人们生活品位，打造一个优越的生活环境。
4、嵌入式系统的应用。利用嵌入式系统功能强大、体积小、应用灵活、高度集成化的特点，将嵌入式系统应用于灯具的智能控制中，可实现照明区域灯具的高度智能化控制，提高系统能源使用效率。
1.3 系统功能需求分析
在整个照明系统中，系统主要需要实现两个方面的功能。一是当环境的光照强度足够时，照明光源处于关闭状态，此时不论环境中有没有人员进入，光源都不会被打开；当系统所处环境的光照强度不够时，此时若无人员进入环境中，系统光源不会被打开并且系统时刻对环境的光照强度进行检测，若光照强度不够并且系统检测到人员的进入时，系统自动打开光源开关，并一直维持电源的开通状态直至人员离开环境，此时照明系统控制光源关闭。
1.4 设计的研究内容
本文针对目前门控照明系统中存在的问题，利用传感器技术与微控制器技术来实现门控照明系统的智能控制。
本文研究的主要内容主要包括以下几个方面。
（1）从门控照明系统的功能需求出发，选择需要检测的物理量，通过选择合适的传感器来实现系统物理量的检测；
（2）对传感器输出信号进行调理，使得其能够被微控制器处理，实现真正意义上的数字化测量；
（3）将不同物理量的检测整合到同一个测量系统中，从而实现系统的几种控制。
1.5 本章小结
本章简要阐述了门控照明系统在日常生活以及工业现场中的重要地位，同时对门控照明系统的发展做了简要的介绍，分析了其在工作过程中需要检测的物理量并对其进行测量，在章节的最后还对课题的设计工作做了简要的介绍。
第二章 系统的整体设计
2.1 系统的总体设计
基于单片机门控智能照明系统的设计大致可分为以下几个部分：电源电路、检测电路、数据调理模块、单片机最小系统以及显示电路。其工作原理大致如下：系统上电工作之后，光照检测系统与人体感应系统同时工作，光照检测系统用来对环境的光照强度进行检测，人体感应系统则检测是否有人员进入环境当中。当光照强度足够时，此时不管系统中是否有人员进入，都保持光源的关闭；当环境的光照强度不足并且有人员进入环境当中有照明需求时，系统自动打开电源开关以便实现照明，在此情况下系统对光照强度与人员进行不断的检测，直到人员离开环境或者光照强度满足需求时关闭光源，自动进入待机状态，如图2.1 系统组成框图所示：
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