楼道节能开关的设计与制作
【摘要】本文设计了一款楼道智能开关系统，选用了51单片机作为楼道智能开关控制系统的主控芯片，在51单片机外部配置了光敏传感器、声控传感器、红外遥控以及RTC等核心功能模块，通过软硬件的设计，实现了楼道智能开关系统的环境光线自动感应、人体信号检测以及定时启闭等功能。在系统硬件设计方面，通过51单片机最小系统作为核心部分，通过与各模块之间的连接以及驱动，构建了楼道智能开关系统的硬件结构，在软件设计方面通过Keil软件进行了C语言代码的编写以及编译，通过程序生成的目标代码实现了对硬件的控制。经过了大量的系统测试，本系统最终表现出了非常高的可行性以及稳定性，非常适合推向未来的智能楼道智能开关系统市场。
目 录
一、 引言 1
（一） 楼道智能开关控制发展背景介绍 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） 主控微处理器的比较与选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 3
（三） LCD1602点阵显示器简介 4
（四） 光敏传感器模块介绍 4
（五） 红外遥控发射与接收模块 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 楼道智能开关系统的系统结构框图设计 7
（二） 51单片机最小系统设计 7
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 8
（三） 点阵显示器电路设计 8
（四） 光敏传感器电路设计 9
（五） 红外遥控接收头电路设计 9
（六） 时间日期产生电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 楼道智能开关系统的软件工作流程设计 11
（二） 点阵显示工作流程设计 11
（三） 红外遥控信号接受工作流程设计 12
五、 实物制作 14
（一） 实物调试 14
（二） 问题总结 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23 引言
楼道智能开关控制发展背景介绍
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的楼道智能开关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，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，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，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。楼道智能开关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，楼道智能开关控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款楼道智能开关控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的楼道智能开关控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上楼道智能开关系统所无法比拟的，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楼道智能开关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楼道智能开关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。而现如今的楼道智能开关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，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用楼道智能开关控制控制系统。本次毕业设计就将以楼道智能开关控制控制系统来作为研究的核心对象，结合期间所学的单片机、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楼道智能开关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，如在楼道智能开关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，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文主要研究内容
本课题以楼道智能开关系统作为了研究对象，通过软硬件系统的分别设计，实现了如下各项功能和目标：
1）能实现STC89C51单片机电路的设计，结合晶振电路以及复位电路构建最小系统；
2）通过液晶屏实现对楼道智能开关系统工作过程中的一些重要参数进行显示；
3）具有自然光线检测功能，当系统检测到时间处于白天时，开关被打开后将经过30秒延时后被关闭；当开关在夜晚被打开后，待时间到第二天白天时，开关自动被关闭。
4）具有触摸启闭开关功能；
5）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
主控微处理器的比较与选择
考虑到当前单片机市场上单片机种类玲琅满目的现状，非常容易为本系统选出一款适用于本楼道智能开关系统的主控芯片，由于目前32位微处理器和单片机的生产成本得到了大大压缩，并且资料丰富度也得到了极大的提升，STM32单片机是一款不错的考虑对象。然而考虑到毕业设计周期的短暂，并且大学期间并没有对STM32型ARM处理器进行过接触和系统学习，如果采用这种类型的单片机作为楼道智能开关系统的主控芯片，那么其内部成百上千个功能各异的寄存器将使得我在设计过程中变得头昏脑胀。
而如果选择我比较熟悉的51类型单片机来作为楼道智能开关系统的主控芯片，那么将带来极大的便利，首先我对51单片机有过两年的学习经历和使用经验，能够游刃有余地调用其内部为数较少的寄存器，使得程序能够运行流畅；第二这款单片机性价比非常高，能够大大降低楼道智能开关系统的设计成本；第三是这款单片机的相关开发资料在网上已经得到了极大的普及。
目 录
一、 引言 1
（一） 楼道智能开关控制发展背景介绍 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） 主控微处理器的比较与选择 3
（二） STC89C51单片机介绍 3
（三） LCD1602点阵显示器简介 4
（四） 光敏传感器模块介绍 4
（五） 红外遥控发射与接收模块 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 楼道智能开关系统的系统结构框图设计 7
（二） 51单片机最小系统设计 7
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 8
（三） 点阵显示器电路设计 8
（四） 光敏传感器电路设计 9
（五） 红外遥控接收头电路设计 9
（六） 时间日期产生电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 楼道智能开关系统的软件工作流程设计 11
（二） 点阵显示工作流程设计 11
（三） 红外遥控信号接受工作流程设计 12
五、 实物制作 14
（一） 实物调试 14
（二） 问题总结 16
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23 引言
楼道智能开关控制发展背景介绍
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的楼道智能开关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，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，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，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。楼道智能开关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，楼道智能开关控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款楼道智能开关控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的楼道智能开关控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上楼道智能开关系统所无法比拟的，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楼道智能开关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楼道智能开关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。而现如今的楼道智能开关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，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用楼道智能开关控制控制系统。本次毕业设计就将以楼道智能开关控制控制系统来作为研究的核心对象，结合期间所学的单片机、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楼道智能开关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，如在楼道智能开关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，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文主要研究内容
本课题以楼道智能开关系统作为了研究对象，通过软硬件系统的分别设计，实现了如下各项功能和目标：
1）能实现STC89C51单片机电路的设计，结合晶振电路以及复位电路构建最小系统；
2）通过液晶屏实现对楼道智能开关系统工作过程中的一些重要参数进行显示；
3）具有自然光线检测功能，当系统检测到时间处于白天时，开关被打开后将经过30秒延时后被关闭；当开关在夜晚被打开后，待时间到第二天白天时，开关自动被关闭。
4）具有触摸启闭开关功能；
5）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
主控微处理器的比较与选择
考虑到当前单片机市场上单片机种类玲琅满目的现状，非常容易为本系统选出一款适用于本楼道智能开关系统的主控芯片，由于目前32位微处理器和单片机的生产成本得到了大大压缩，并且资料丰富度也得到了极大的提升，STM32单片机是一款不错的考虑对象。然而考虑到毕业设计周期的短暂，并且大学期间并没有对STM32型ARM处理器进行过接触和系统学习，如果采用这种类型的单片机作为楼道智能开关系统的主控芯片，那么其内部成百上千个功能各异的寄存器将使得我在设计过程中变得头昏脑胀。
而如果选择我比较熟悉的51类型单片机来作为楼道智能开关系统的主控芯片，那么将带来极大的便利，首先我对51单片机有过两年的学习经历和使用经验，能够游刃有余地调用其内部为数较少的寄存器，使得程序能够运行流畅；第二这款单片机性价比非常高，能够大大降低楼道智能开关系统的设计成本；第三是这款单片机的相关开发资料在网上已经得到了极大的普及。
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