基于单片机的智能照明系统控制的设计
基于单片机的智能照明系统控制的设计[20191215142944]
摘 要
随着社会发展，电力的浪费也越来越严重,而新型的智能照明系统在一定程度上能减少这样的浪费。而基于单片机的控制系统的发展也越来越成熟，为智能照明控制系统的研究和普及奠定了基础。
本文介绍了基于STC89C52的智能照明控制系统的设计及其原理说明，提出相对传统照明系统更为节能的控制系统。该系统利用了现在发展较为普遍的传感技术和软件技术，更加稳定的实现系统功能。
系统设计包括硬件部分和软件部分。该照明控制系统是结合热释电传感器，光线感应器，以及控制输出，实现了环境信息的采集、人体感应、信息综合处理、以及电路稳定输出的功能。
在使用时，系统通过感知光照强度，是否有人经过，以及判断是否在工作时间来控制输出电路是否开启照明设备。使照明设备的工作方式更加智能，为节约电力浪费提供了有效的解决方案。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机智能照明bis000节能
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 II
第1章 绪论 1
1.1 课题的提出及研究意义 1
1.1.1 课题提出 1
1.1.2 课题研究意义 1
1.2 智能照明系统发展现状 1
1.2.1 智能照明系统现状 1
1.2.2 智能照明国内外发展情况 2
1.2.3 部分智能照明控制系统分析 2
1.3 研究的目的与意义 2
第2章 系统设计方案 3
2.1 单片机系统的选择 3
2.2 光敏模块的选择 4
2.3 红外感应模块的选择 5
2.4 延时电路方案 6
2.5 照明电路控制器方案 6
2.6 系统作息时间方案 7
第3章 硬件电路与软件程序设计 8
3.1硬件系统综述 8
3.2 系统主要控制电路 8
3.3 红外感应模块 9
3.3.1 红外传感器RE200B 9
3.3.2 菲涅尔透镜 10
3.3.3 处理芯片BIS0001 10
3.3.4 红外感应电路设计与实现 13
3.4 光线感应模块 14
3.4.1 光敏电阻 14
3.4.2 LM393 15
3.4.3 光敏电路 16
3.5 输出控制电路 16
3.6时钟电路 17
3.7电子时钟电路 17
3.8 系统软件的设计仿真与系统调试 17
3.8.1 系统软件流程图 17
3.9 仿真环境介绍 18
3.9.1 Keil介绍 18
3.9.2 Proteus介绍 19
第4章 系统可靠性分析与调试 20
4.1 系统可靠性分析 20
4.1.1干扰产生的后果 20
4.1.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 20
4.1.3 软件抗干扰技术 21
4.2 系统调试 21
第五章 总结与展望 23
5.1总结 23
5.2不足与展望 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
第1章 绪论
1.1 课题的提出及研究意义
随着社会不断发展，城市建设节奏加快，与此同时，对于电力的浪费也不可避免地增加起来。一般来说，社会经济发展到一定程度后，对于用电的情况应该趋于平稳化，但是实际情况并没有随着电力工业的发展有所缓和。究其原因，主要是归结于我们对电力浪费的忽视，不注重节约使用，单位电力消费强度居高不下。电力紧张的程度与日俱增，节约用电重要性不言而喻。
1.1.1 课题提出
在城市发展的历程中，越来越多的办公楼、住宅兴建起来，随之而来对于电力资源的需求也在不断增长，在这一系列电力的浪费中，就包括楼宇中公共区域传统照明开关长时间开启造成的浪费。人们还不完全具备对于节约公共场所的电力使用的意识，所以我们需要从照明系统方面做改善，使之成为可以智能控制照明开关的装置，已达到高效节能的目的。
而在现代社会，随着人们节能的意识越来越强，智能照明设备也越来越多的被应用到相应的场合，更好的节约了用电单位的成本支出。特别是在学校的各类场合中，大功率耗电设备远不如照明一类设备消耗多，使用智能照明设备更能对整体的电力浪费有很好的控制作用。
1.1.2 课题研究意义
传统智能照明基本都是以声控灯为主，此类智能照明控制容易受到外界声音干扰，容易出现错误开启照明设备的情况，不适用于嘈杂的场合使用，有一定的局限性。本课题讨论的是基于人体的热释电红外感应与光线感应共同控制照明设备的智能照明控制系统，相比于上述的声控照明不易被无关因素干扰，更容易达到节能省电的目的。通过研究更好的控制系统对周围环境变化产生相应变化，更加智能的控制照明设备工作。
1.2 智能照明系统发展现状
1.2.1 智能照明系统现状
现在智能照明系统已不再是单独的模块存在，而是更多的融合至其他智能家居控制系统中，客户可以更自由的通过定时设置，远程设置以及特定场景的设置来控制各项设备运行，照明设备作为其中的模块，也可以通过上述的各项设置来达到智能控制的目的。
相比较传统的简单智能照明设计，现在的智能照明系统改变了单一的运行控制模式，更加人性化，给用户更丰富的选择控制，对智能照明的研究也越来越深入，满足不同需求的人群，做到差异化的定制。
1.2.2 智能照明国内外发展情况
现在智能设备相比以前更加多的定制化功能。飞利浦与邦奇电子强强联手，为了打造出在中国的调光控制领域的领先品牌。更有施耐德，美莱恩，路创等等国内外品牌紧随其后，为智能照明控制系统的多样化发展提供有力的基础。
1.2.3 部分智能照明控制系统分析
在众多的智能照明系统中，澳大利亚的邦奇电子在其技术支持下研究的总线型智能照明控制系统，可以最多控制18个照明区域的照明的供电和亮度调节，用户可以根据需要分别调节各个照明区域的亮度以适应最多5种场景。
奇胜公司的智能照明系统是一个分布式、二线制、弱电控制的总线型控制系统。所有通信模块都连通控制网络并挂载在两根总线(UTP5双绞线)上,可以通过相关软件对每个单元进行编程控制。
以及现在出现新型的基于Zigbee的无线控制照明系统。
1.3 研究的目的与意义
本论文研究此课题的意义在于，现在的学校，工作单位的走廊过道虽然也安装了新型的智能照明控制系统。但是大多数还是有缺陷及局限性，比如说现在学校部分地方安装的是声控灯，而另一些地方则是安装简单的人体感应照明，在一些时候完全不需要开启照明设备，但是因为有小动物经过时，会点亮照明设备，造成电力的浪费。
本文研究的意义在改进现在的照明设备，使其更加智能化，实现不同时段的照明控制，通过定制化的设计，使照明设备在需要的时候工作，而在人们休息的时间，走廊过道的照明设备完全不点亮，避免误触发导致的电力浪费。
第2章 系统设计方案
2.1 单片机系统的选择
方案一：MCS51单片机
MCS51中的AT89C52型号单片机，单片机内含有8K bytes的可反复擦写的Flash和256 bytes的随机存储RAM，器件采用ATMEL公司 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统 ，片内置通用8位中央处理器 和Flash存储单元 。[1]32个双向I/O口，3个16位可编程定时/计数器中断，2个串行中断，可编程UART 串行通道，2个外部中断源。
此单片机拥有高性能低功耗的处理器。能够为不同的智能控制系统的应用提供良好的运行环境以及解决方案的支持。出现掉电的情况之后，单片机中随机存储内容将会被保存，直到产生下个中断或通过外界将单片机复位，否则单片机不会进行任何操作。
缺点是抗干扰能力一般。
方案二：AVR单片机,
此类单片机具有以下特点：同样是低功耗的8位微处理器。 有133条指令，且大多数指令可以在一个时钟周期内完成；53个可编程I/O口线；128K字节的系统内可编程Flash；4K字节的EEPROM；优化的外部存储器空间多达64K字节；两个带有独立预分频器和比较器的8位定时器。[2]
上面所说的内嵌的EEPROM具有寿命长的特点，可有效保护数据，避免掉电丢失的情况，所有I/O口都带有可设置的上拉电阻，具有省电休眠模式，且可宽电压运行，抗干扰能力强，可减少一般8位机在运行中软件抗干扰所产生设计上的工作量。[3]
缺点相对于另一个芯片价格过高。
从对两个芯片的对比来看，虽然AVR单片机作为新型单片机有着抗干扰等各类优势，但是在抗干扰方面MCS51的不足，由于编程难度预设不算太大，所以在软件方面及其后续的输出控制电路可有效使单片机抗干扰，而在成本控制方面来说，AVR单片机的单价大概是MCS51单片机的3-4倍，如果考虑要大批量生产的情况下，MCS51单片机更适合来做为设计的使用芯片。
2.2 光敏模块的选择
方案一：AD0809芯片
选择用光敏电阻与AD0809数模转换相结合，将光敏电阻上采集所得来的电压值进行分析，通过对周围环境光强度的信息进行反馈，使得灯泡根据周围环境发出不同强度的光。
AD0809是一块8位芯片，采用的原理是逐次逼近，量化误差在正负1/2LSB到正负1LSB之间。此款AD转换芯片的优点是通过8路模拟开关与地址锁存器与译码器，通过ALE和3条地址线可以控制选定8路中的一路进行信号转换还会将输入的模拟信号分成一段段的数字信号送入单片机做处理。对于信号的输入处理能力强，转换速度快。特别适合对于多个信号转换的多任务处理。[4]
方案二：LM393芯片
使用光敏电阻连接比较器芯片，通过万用表测量一个环境光强度由亮变暗的临界值所对应的光敏电阻的阻值，通过计算得出比机器方向端的电压，将光环境的输出变成一个开关量信号。
比较芯片的优势是：比较器的芯片设计简单易用，工作稳定，通过比较同相端电压与反相端电压的大小输出端将输出一个电压值给单片机系统做下一步综合判断处理。而LM393是专业的电压比较器，切换速度快，相对于一般比较器来说延迟更小，很适合用在经常发生变换的比较环境中。
通过分析系统设计要求，我认为我们考虑的环境是对于走道等地方的智能照明控制，而方案一则更偏向将采集的光照信息做量化处理，由此产生的设计应该更偏向与调节光照亮度的智能照明，对于本论文中所讨论的智能照明略显多余，并不能发挥这个方案的优势，相反，在对于光环境的处理中更需要的稳定的识别，将照明区域的光照信息分成可以通过自然光照明而不需使用照明设备和光线过暗而需使用照明设备。因为只有两种状态，使用AD0809转换还要在软件编程时加入转换的部分，可能会增多系统运行的干扰，相反，使用LM393比较器所组成的光照电路更能简单，通过电路比较，就能准确的将光照信息以开关量信号反馈给单片机处理
摘 要
随着社会发展，电力的浪费也越来越严重,而新型的智能照明系统在一定程度上能减少这样的浪费。而基于单片机的控制系统的发展也越来越成熟，为智能照明控制系统的研究和普及奠定了基础。
本文介绍了基于STC89C52的智能照明控制系统的设计及其原理说明，提出相对传统照明系统更为节能的控制系统。该系统利用了现在发展较为普遍的传感技术和软件技术，更加稳定的实现系统功能。
系统设计包括硬件部分和软件部分。该照明控制系统是结合热释电传感器，光线感应器，以及控制输出，实现了环境信息的采集、人体感应、信息综合处理、以及电路稳定输出的功能。
在使用时，系统通过感知光照强度，是否有人经过，以及判断是否在工作时间来控制输出电路是否开启照明设备。使照明设备的工作方式更加智能，为节约电力浪费提供了有效的解决方案。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机智能照明bis000节能
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 II
第1章 绪论 1
1.1 课题的提出及研究意义 1
1.1.1 课题提出 1
1.1.2 课题研究意义 1
1.2 智能照明系统发展现状 1
1.2.1 智能照明系统现状 1
1.2.2 智能照明国内外发展情况 2
1.2.3 部分智能照明控制系统分析 2
1.3 研究的目的与意义 2
第2章 系统设计方案 3
2.1 单片机系统的选择 3
2.2 光敏模块的选择 4
2.3 红外感应模块的选择 5
2.4 延时电路方案 6
2.5 照明电路控制器方案 6
2.6 系统作息时间方案 7
第3章 硬件电路与软件程序设计 8
3.1硬件系统综述 8
3.2 系统主要控制电路 8
3.3 红外感应模块 9
3.3.1 红外传感器RE200B 9
3.3.2 菲涅尔透镜 10
3.3.3 处理芯片BIS0001 10
3.3.4 红外感应电路设计与实现 13
3.4 光线感应模块 14
3.4.1 光敏电阻 14
3.4.2 LM393 15
3.4.3 光敏电路 16
3.5 输出控制电路 16
3.6时钟电路 17
3.7电子时钟电路 17
3.8 系统软件的设计仿真与系统调试 17
3.8.1 系统软件流程图 17
3.9 仿真环境介绍 18
3.9.1 Keil介绍 18
3.9.2 Proteus介绍 19
第4章 系统可靠性分析与调试 20
4.1 系统可靠性分析 20
4.1.1干扰产生的后果 20
4.1.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 20
4.1.3 软件抗干扰技术 21
4.2 系统调试 21
第五章 总结与展望 23
5.1总结 23
5.2不足与展望 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
第1章 绪论
1.1 课题的提出及研究意义
随着社会不断发展，城市建设节奏加快，与此同时，对于电力的浪费也不可避免地增加起来。一般来说，社会经济发展到一定程度后，对于用电的情况应该趋于平稳化，但是实际情况并没有随着电力工业的发展有所缓和。究其原因，主要是归结于我们对电力浪费的忽视，不注重节约使用，单位电力消费强度居高不下。电力紧张的程度与日俱增，节约用电重要性不言而喻。
1.1.1 课题提出
在城市发展的历程中，越来越多的办公楼、住宅兴建起来，随之而来对于电力资源的需求也在不断增长，在这一系列电力的浪费中，就包括楼宇中公共区域传统照明开关长时间开启造成的浪费。人们还不完全具备对于节约公共场所的电力使用的意识，所以我们需要从照明系统方面做改善，使之成为可以智能控制照明开关的装置，已达到高效节能的目的。
而在现代社会，随着人们节能的意识越来越强，智能照明设备也越来越多的被应用到相应的场合，更好的节约了用电单位的成本支出。特别是在学校的各类场合中，大功率耗电设备远不如照明一类设备消耗多，使用智能照明设备更能对整体的电力浪费有很好的控制作用。
1.1.2 课题研究意义
传统智能照明基本都是以声控灯为主，此类智能照明控制容易受到外界声音干扰，容易出现错误开启照明设备的情况，不适用于嘈杂的场合使用，有一定的局限性。本课题讨论的是基于人体的热释电红外感应与光线感应共同控制照明设备的智能照明控制系统，相比于上述的声控照明不易被无关因素干扰，更容易达到节能省电的目的。通过研究更好的控制系统对周围环境变化产生相应变化，更加智能的控制照明设备工作。
1.2 智能照明系统发展现状
1.2.1 智能照明系统现状
现在智能照明系统已不再是单独的模块存在，而是更多的融合至其他智能家居控制系统中，客户可以更自由的通过定时设置，远程设置以及特定场景的设置来控制各项设备运行，照明设备作为其中的模块，也可以通过上述的各项设置来达到智能控制的目的。
相比较传统的简单智能照明设计，现在的智能照明系统改变了单一的运行控制模式，更加人性化，给用户更丰富的选择控制，对智能照明的研究也越来越深入，满足不同需求的人群，做到差异化的定制。
1.2.2 智能照明国内外发展情况
现在智能设备相比以前更加多的定制化功能。飞利浦与邦奇电子强强联手，为了打造出在中国的调光控制领域的领先品牌。更有施耐德，美莱恩，路创等等国内外品牌紧随其后，为智能照明控制系统的多样化发展提供有力的基础。
1.2.3 部分智能照明控制系统分析
在众多的智能照明系统中，澳大利亚的邦奇电子在其技术支持下研究的总线型智能照明控制系统，可以最多控制18个照明区域的照明的供电和亮度调节，用户可以根据需要分别调节各个照明区域的亮度以适应最多5种场景。
奇胜公司的智能照明系统是一个分布式、二线制、弱电控制的总线型控制系统。所有通信模块都连通控制网络并挂载在两根总线(UTP5双绞线)上,可以通过相关软件对每个单元进行编程控制。
以及现在出现新型的基于Zigbee的无线控制照明系统。
1.3 研究的目的与意义
本论文研究此课题的意义在于，现在的学校，工作单位的走廊过道虽然也安装了新型的智能照明控制系统。但是大多数还是有缺陷及局限性，比如说现在学校部分地方安装的是声控灯，而另一些地方则是安装简单的人体感应照明，在一些时候完全不需要开启照明设备，但是因为有小动物经过时，会点亮照明设备，造成电力的浪费。
本文研究的意义在改进现在的照明设备，使其更加智能化，实现不同时段的照明控制，通过定制化的设计，使照明设备在需要的时候工作，而在人们休息的时间，走廊过道的照明设备完全不点亮，避免误触发导致的电力浪费。
第2章 系统设计方案
2.1 单片机系统的选择
方案一：MCS51单片机
MCS51中的AT89C52型号单片机，单片机内含有8K bytes的可反复擦写的Flash和256 bytes的随机存储RAM
此单片机拥有高性能低功耗的处理器。能够为不同的智能控制系统的应用提供良好的运行环境以及解决方案的支持。出现掉电的情况之后，单片机中随机存储内容将会被保存，直到产生下个中断或通过外界将单片机复位，否则单片机不会进行任何操作。
缺点是抗干扰能力一般。
方案二：AVR单片机,
此类单片机具有以下特点：同样是低功耗的8位微处理器。 有133条指令，且大多数指令可以在一个时钟周期内完成；53个可编程I/O口线；128K字节的系统内可编程Flash；4K字节的EEPROM；优化的外部存储器空间多达64K字节；两个带有独立预分频器和比较器的8位定时器。[2]
上面所说的内嵌的EEPROM具有寿命长的特点，可有效保护数据，避免掉电丢失的情况，所有I/O口都带有可设置的上拉电阻，具有省电休眠模式，且可宽电压运行，抗干扰能力强，可减少一般8位机在运行中软件抗干扰所产生设计上的工作量。[3]
缺点相对于另一个芯片价格过高。
从对两个芯片的对比来看，虽然AVR单片机作为新型单片机有着抗干扰等各类优势，但是在抗干扰方面MCS51的不足，由于编程难度预设不算太大，所以在软件方面及其后续的输出控制电路可有效使单片机抗干扰，而在成本控制方面来说，AVR单片机的单价大概是MCS51单片机的3-4倍，如果考虑要大批量生产的情况下，MCS51单片机更适合来做为设计的使用芯片。
2.2 光敏模块的选择
方案一：AD0809芯片
选择用光敏电阻与AD0809数模转换相结合，将光敏电阻上采集所得来的电压值进行分析，通过对周围环境光强度的信息进行反馈，使得灯泡根据周围环境发出不同强度的光。
AD0809是一块8位芯片，采用的原理是逐次逼近，量化误差在正负1/2LSB到正负1LSB之间。此款AD转换芯片的优点是通过8路模拟开关与地址锁存器与译码器，通过ALE和3条地址线可以控制选定8路中的一路进行信号转换还会将输入的模拟信号分成一段段的数字信号送入单片机做处理。对于信号的输入处理能力强，转换速度快。特别适合对于多个信号转换的多任务处理。[4]
方案二：LM393芯片
使用光敏电阻连接比较器芯片，通过万用表测量一个环境光强度由亮变暗的临界值所对应的光敏电阻的阻值，通过计算得出比机器方向端的电压，将光环境的输出变成一个开关量信号。
比较芯片的优势是：比较器的芯片设计简单易用，工作稳定，通过比较同相端电压与反相端电压的大小输出端将输出一个电压值给单片机系统做下一步综合判断处理。而LM393是专业的电压比较器，切换速度快，相对于一般比较器来说延迟更小，很适合用在经常发生变换的比较环境中。
通过分析系统设计要求，我认为我们考虑的环境是对于走道等地方的智能照明控制，而方案一则更偏向将采集的光照信息做量化处理，由此产生的设计应该更偏向与调节光照亮度的智能照明，对于本论文中所讨论的智能照明略显多余，并不能发挥这个方案的优势，相反，在对于光环境的处理中更需要的稳定的识别，将照明区域的光照信息分成可以通过自然光照明而不需使用照明设备和光线过暗而需使用照明设备。因为只有两种状态，使用AD0809转换还要在软件编程时加入转换的部分，可能会增多系统运行的干扰，相反，使用LM393比较器所组成的光照电路更能简单，通过电路比较，就能准确的将光照信息以开关量信号反馈给单片机处理
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