单片机的高校教室节能灯控制系统设计
摘 要本课题选用了“基于STC89C51单片机的高校教室节能灯控制系统”作为研究方向，采用了ATMEL公司推出的STC89C51单片机作为主要部件，设计了一个能够完成环境光线自动感应、人体信号检测以及定时启闭等功能的高校教室节能灯控制系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各类形式的电平信号来对液晶屏、LED灯、热释电传感器、红外遥控以及时钟芯片等模块进行控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对高校教室节能灯控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的使用方法对整个控制系统的设计理念以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向高校教室节能灯系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 高校教室节能灯系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） STC89C51处理器简介 4
（三） LCD1602液晶屏简介 5
（四） 热释电红外传感器简介 6
（五） 红外遥控发射与接收模块 6
（六） DS1302实时时钟芯片 7
三、 系统硬件设计 9
（一） 高校教室节能灯控制系统原理框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 10
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 10
（三） 液晶屏电路设计 11
（四） 热释电红外传感器电路设计 11
（五） 红外遥控接收头电路设计 12
（六） DS1302实时时钟芯片电路的设计 12
四、 系统软件设计 14
（一） 高校教室节能灯控制系统软件工作流程设计 14
（二） 液晶屏显示流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 16
（四） 红外遥控信号接受工作流程设计 16
（五）
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25 引言
高校教室节能灯系统的发展背景
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的高校教室节能灯控制控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的问世在某种程度上极大的便利了人们的生产生活方式，不但满足了现代人对于高质量生活的需求，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统更加生活化和普遍化。高校教室节能灯控制控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，高校教室节能灯控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要有助于人们对于单片机等一些微处理器的不断改善和性能提升，在此之前，为实现一款高校教室节能灯控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的高校教室节能灯控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上高校教室节能灯控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个高校教室节能灯控制控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给高校教室节能灯控制控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的高校教室节能灯控制控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，经过繁杂的接口协议，高清晰显示效果可以让用户能够更好的使用高校教室节能灯控制控制系统。本次毕业设计就将以高校教室节能灯控制控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的高校教室节能灯控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在高校教室节能灯控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师对LED的驱动进行了改进，把电源的频率由五十赫兹提升到几十千赫兹，这样大大提高了光源的闪动频率，避免了对眼睛的伤害。
本文主要研究内容
本文在高校教室节能灯发展背景的基础上选择了高校教室节能灯作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的高校教室节能灯系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发。
2、采用+5V直流电压进行系统供电。
3、能实现51单片机电路的设计，联系晶振电路以及复位电路构建最小系统。
4、通过液晶屏实现对高校教室节能灯控制系统工作过程中的一些重要参数进行显示。
5、拥有自然光线检测功能，当光照强度较为强烈时能够自动将灯光关闭，当光线较弱时才可开启灯光。
6、能实现系统对人体信号，当检测到环境周围有人经过时，自动将灯光打开。
7、通过红外遥控实现对系统参数的设定。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的STC89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
目录
一、 引言 1
（一） 高校教室节能灯系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） STC89C51处理器简介 4
（三） LCD1602液晶屏简介 5
（四） 热释电红外传感器简介 6
（五） 红外遥控发射与接收模块 6
（六） DS1302实时时钟芯片 7
三、 系统硬件设计 9
（一） 高校教室节能灯控制系统原理框图设计 9
（二） 51单片机最小系统 10
1. 时钟电路 10
2. 复位电路 10
（三） 液晶屏电路设计 11
（四） 热释电红外传感器电路设计 11
（五） 红外遥控接收头电路设计 12
（六） DS1302实时时钟芯片电路的设计 12
四、 系统软件设计 14
（一） 高校教室节能灯控制系统软件工作流程设计 14
（二） 液晶屏显示流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 16
（四） 红外遥控信号接受工作流程设计 16
（五）
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
DS1302实时时钟芯片的驱动流程设计 17
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25 引言
高校教室节能灯系统的发展背景
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的高校教室节能灯控制控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的问世在某种程度上极大的便利了人们的生产生活方式，不但满足了现代人对于高质量生活的需求，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统更加生活化和普遍化。高校教室节能灯控制控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，高校教室节能灯控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要有助于人们对于单片机等一些微处理器的不断改善和性能提升，在此之前，为实现一款高校教室节能灯控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的高校教室节能灯控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上高校教室节能灯控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个高校教室节能灯控制控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给高校教室节能灯控制控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的高校教室节能灯控制控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，经过繁杂的接口协议，高清晰显示效果可以让用户能够更好的使用高校教室节能灯控制控制系统。本次毕业设计就将以高校教室节能灯控制控制系统来作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的高校教室节能灯控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在高校教室节能灯控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师对LED的驱动进行了改进，把电源的频率由五十赫兹提升到几十千赫兹，这样大大提高了光源的闪动频率，避免了对眼睛的伤害。
本文主要研究内容
本文在高校教室节能灯发展背景的基础上选择了高校教室节能灯作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的高校教室节能灯系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发。
2、采用+5V直流电压进行系统供电。
3、能实现51单片机电路的设计，联系晶振电路以及复位电路构建最小系统。
4、通过液晶屏实现对高校教室节能灯控制系统工作过程中的一些重要参数进行显示。
5、拥有自然光线检测功能，当光照强度较为强烈时能够自动将灯光关闭，当光线较弱时才可开启灯光。
6、能实现系统对人体信号，当检测到环境周围有人经过时，自动将灯光打开。
7、通过红外遥控实现对系统参数的设定。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的STC89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
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