51单片机的教室灯光控制系统设计
目录
一、引言 1
二、教室灯光控制系统简介和方案分析 1
（一）、方案的选择 1
（二）、教室灯光控制系统简介 2
三、硬件设计 3
（一）、系统控制模块的硬件构成及简介 3
（二）、AT89C51单片机简介 3
（三）、热释电红外传感器及光线感应器模块 6
（四）、按键模块 7
（五）、应急开关模块 8
（六）、指示灯模块 9
（七）、大功率LED模块 10
（八）、振荡电路模块 10
（九）、复位电路 11
四、软件设计 12
（一）、Keil软件简介 12
（二）、主程序 12
（三）、定时器中断子程序 13
（四）、外部中断0中断子程序 13
（五）、外部中断1中断子程序 14
五、实物制作 14
（一）、元器件选择 14
（二）、电路焊接 14
（三）实物调试 14
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件清单 24
附录四 程序 25
一、引言
随着现代科技的飞速发展，能源短缺的问题在国家经济发展中日益趋显，面对如此难题，越来越多的措施也相继被提出。其中节约能源的措施已得到全球的共识并广泛被采取，而作为即将毕业的我们，更应该利用学到的专业知识来为节约能源出谋献策。其中有一种现象极为常见，在一个空无一人的教室里，灯火却十分通明，这种现象是对电能的一种严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
浪费，并且在一定程度上也是对高校形象的破坏。所以本文提出了的可以大幅度的在电能方面减少资源浪费的教室灯光控制系统的设计。
本设计采用ATMEL公司研发的AT89C51单片机作为主控芯片，在片外配合了热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块等部分来实现教师灯光控制系统的全部预期功能。本设计主要通过人体红外感应模块来感应教室内是否有人员存在，并且通过光敏电阻和热释电红外传感器二者相互配合，来监测教室内的光线的强调，当光线充足时会进行禁止开灯的操作。本系统还设置了灯光亮度调节按键，能够自由的设置灯光的亮度。同时，为应急情况着想，还配置了应急开关，当在紧急情况时打开应急开关，教室内灯将持续被打开。
二、教室灯光控制系统简介和方案分析
（一）、方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块等部分而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案所用成本较低廉，模块分明并且稳定性很强。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，DSP处理器顾名思义就是处理数字信号的处理器，它主要是将信号从模拟域变换到数字域后，通过一系列的算法将信号进行处理，DA模块会将处理过后的信号由数字信号变换回到模拟信号，这就是DSP处理器工作的基本流程。TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
通过上文对三种方案的阐述，在FPGA、DSP和单片机中，我们选择51单片机作为本次设计的主控芯片。
（二）、教室灯光控制系统简介
当有人员进入教室时，通过系统的人体红外感应模块的检测作用“告知”单片机将灯光打开。过一个固定时间，再次感应，若教室内有人，则继续保持开灯；若无人，单片机则将灯关灭。同时该系统在白天教室内光线明亮时，除应急情况，否则灯不能被打开。图1为本教室灯光控制系统的结构框图：
图1系统结构图
三、硬件设计
（一）、系统控制模块的硬件构成及简介
本教师灯光控制系统选用ATMEL公司出产的AT89C51单片机为控制核心，外部配合以热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块来完成整体功能，下文将对各模块作介绍。图2为系统原理图：
图2系统原理图
（二）、AT89C51单片机简介
单片机（single-chip microcomputer）是一种单芯片的微型计算机，它把计算机主要的部分都集成在一块芯片上，图3是它的主要构造。因为单片机是被高度地集成在一个面积很小的片上，极大地减少了信号传送的距离，使得结构的配置得到了优化并且系统的稳定性得到了极大的保障。单片机有适合工控的指令系统，这个特点使得单片机在工业中被广泛应用。
图3 单片机结构图
1、单片机的应用系统
人机模块的使用，使得人们可以直观的了解单片机系统的进程和工作状态。和其他CPU相比，单片机的功能虽然强，然而由于引脚数目和芯片结构的限制，片内无法集成很多I/O口、ROM和RAM等结构，所以在使用时，需要自己扩展，用来适应大项目的要求。
单片机的最小系统结构简单、成本低廉，常见于大多数的工控系统，比如控制开关的输入输出、时序的控制等。大多数的单片机内部都集成了ROM/EPROM，所以在最小系统中，只要在单片机外部配置电源、振荡电路和复位电路即可使用。
2、AT89C51简介
AT89C51芯片的内部含有一个4K字节容量的Flash?闪速存储器，为了防止代码被非法的复制，AT89C51内部集成有两级或者三级的程序储存器保密系统。在AT89C51的程序修改时，不用使用紫外线擦，这使得编程效率极大地得到了提高。
AT89C51是由ATMEL公司出产的，是一种带4K字节FLASH存储器 的单片机，能在低电压场合工作，是具有高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。AT89C51单片机的封装引脚图如图4所示：
一、引言 1
二、教室灯光控制系统简介和方案分析 1
（一）、方案的选择 1
（二）、教室灯光控制系统简介 2
三、硬件设计 3
（一）、系统控制模块的硬件构成及简介 3
（二）、AT89C51单片机简介 3
（三）、热释电红外传感器及光线感应器模块 6
（四）、按键模块 7
（五）、应急开关模块 8
（六）、指示灯模块 9
（七）、大功率LED模块 10
（八）、振荡电路模块 10
（九）、复位电路 11
四、软件设计 12
（一）、Keil软件简介 12
（二）、主程序 12
（三）、定时器中断子程序 13
（四）、外部中断0中断子程序 13
（五）、外部中断1中断子程序 14
五、实物制作 14
（一）、元器件选择 14
（二）、电路焊接 14
（三）实物调试 14
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB 23
附录三 元件清单 24
附录四 程序 25
一、引言
随着现代科技的飞速发展，能源短缺的问题在国家经济发展中日益趋显，面对如此难题，越来越多的措施也相继被提出。其中节约能源的措施已得到全球的共识并广泛被采取，而作为即将毕业的我们，更应该利用学到的专业知识来为节约能源出谋献策。其中有一种现象极为常见，在一个空无一人的教室里，灯火却十分通明，这种现象是对电能的一种严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
浪费，并且在一定程度上也是对高校形象的破坏。所以本文提出了的可以大幅度的在电能方面减少资源浪费的教室灯光控制系统的设计。
本设计采用ATMEL公司研发的AT89C51单片机作为主控芯片，在片外配合了热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块等部分来实现教师灯光控制系统的全部预期功能。本设计主要通过人体红外感应模块来感应教室内是否有人员存在，并且通过光敏电阻和热释电红外传感器二者相互配合，来监测教室内的光线的强调，当光线充足时会进行禁止开灯的操作。本系统还设置了灯光亮度调节按键，能够自由的设置灯光的亮度。同时，为应急情况着想，还配置了应急开关，当在紧急情况时打开应急开关，教室内灯将持续被打开。
二、教室灯光控制系统简介和方案分析
（一）、方案的选择
方案一：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块等部分而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案所用成本较低廉，模块分明并且稳定性很强。
方案二：采用DSP芯片作为控制核心，DSP处理器顾名思义就是处理数字信号的处理器，它主要是将信号从模拟域变换到数字域后，通过一系列的算法将信号进行处理，DA模块会将处理过后的信号由数字信号变换回到模拟信号，这就是DSP处理器工作的基本流程。TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案三：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的自动窗帘启闭系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
通过上文对三种方案的阐述，在FPGA、DSP和单片机中，我们选择51单片机作为本次设计的主控芯片。
（二）、教室灯光控制系统简介
当有人员进入教室时，通过系统的人体红外感应模块的检测作用“告知”单片机将灯光打开。过一个固定时间，再次感应，若教室内有人，则继续保持开灯；若无人，单片机则将灯关灭。同时该系统在白天教室内光线明亮时，除应急情况，否则灯不能被打开。图1为本教室灯光控制系统的结构框图：
图1系统结构图
三、硬件设计
（一）、系统控制模块的硬件构成及简介
本教师灯光控制系统选用ATMEL公司出产的AT89C51单片机为控制核心，外部配合以热释电红外传感器模块、光线感应器模块、按键模块、时钟模块以及LED灯模块来完成整体功能，下文将对各模块作介绍。图2为系统原理图：
图2系统原理图
（二）、AT89C51单片机简介
单片机（single-chip microcomputer）是一种单芯片的微型计算机，它把计算机主要的部分都集成在一块芯片上，图3是它的主要构造。因为单片机是被高度地集成在一个面积很小的片上，极大地减少了信号传送的距离，使得结构的配置得到了优化并且系统的稳定性得到了极大的保障。单片机有适合工控的指令系统，这个特点使得单片机在工业中被广泛应用。
图3 单片机结构图
1、单片机的应用系统
人机模块的使用，使得人们可以直观的了解单片机系统的进程和工作状态。和其他CPU相比，单片机的功能虽然强，然而由于引脚数目和芯片结构的限制，片内无法集成很多I/O口、ROM和RAM等结构，所以在使用时，需要自己扩展，用来适应大项目的要求。
单片机的最小系统结构简单、成本低廉，常见于大多数的工控系统，比如控制开关的输入输出、时序的控制等。大多数的单片机内部都集成了ROM/EPROM，所以在最小系统中，只要在单片机外部配置电源、振荡电路和复位电路即可使用。
2、AT89C51简介
AT89C51芯片的内部含有一个4K字节容量的Flash?闪速存储器
AT89C51是由ATMEL公司出产的，是一种带4K字节
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/2203.html
