单片机的室内照明控制系统设计
单片机的室内照明控制系统设计[20200131184655]
摘 要
本文主要完成了室内照明控制系统的设计，大致分为硬件与软件两方面设计。硬件设计了单片机AT89C51主控电路，LCD显示电路、看门狗电路、采光电路、信号采集电路、以及电灯驱动电路；软件设计了主控制程序的设计，键盘扫描程序，以及LCD显示等程序设计。采用了模块化结构设计，便于改进和扩充。该系统体积小，控制方便，可靠性强，能够满足各种情况下的室内照明要求，很大程度上达到了节能的要求。
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关键字:照明控制、单片机、AT89C51、节能
一、引言 5
二、设计方案 5
（一）系统结构 5
（二）硬件介绍 6
（三）软件介绍 6
三、硬件设计 7
（一）主控制电路 7
（二）LCD显示电路 7
（三）采光电路 8
（四）信号采集电路 9
（五）电灯驱动电路 10
（六）总电路 10
四、软件设计 12
（一）系统主流程程序的设计 12
（二）显示控制流程 12
五、总结 13
参考文献 14
致 谢 15
附录 16
一、引言
二十一世纪科技的飞速发展，让人们对能源的需求与日俱增，导致能源短缺的问题越发明显。世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，在资源稀缺与环境承载能力有限的情况下，传统的高投入、高消耗、高排放、低效率的增长方式已经不在适应现在的科技发展。为了科技更好的发展节能是我们大家的义务、是全社会的责任。
现在室内采用的大多是比较传统的照明系统，这样的做法无疑与节能是不相符的。室内照明系统应该朝着人性化智能化发展，本文设计的系统以单片机为核心，以热释红外传感器和光敏三极管以及外部的光线的强弱外围的电路，以此来照明系统的智能控制。本系统采用了模块化结构设计，便于改进和扩充。该系统体积小，控制方便，可靠性强，能够满足各种情况下的室内照明要求，很大程度上达到了节能的要求。
二、设计方案
本文的设计是在传统的室内照明系统的基础上以AT89C51单片机作为主的智能部件，根据室内的光线强度合理的控制开灯的盏数，从而达到节能的作用。
（一）系统结构
本系统的主要是三部分组成的：
1、AT89C51单片机控制系统
2、信号采集与处理系统
3、传统照明系统
根据上述的三个部分可以实现室内照明系统的控制，如图1所示。
图1设计框图
（二）硬件介绍
1、人体释热电红外线传感器
通过对人体释热电红外线传感器我了解到热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
2、光敏三极管
通过对光敏三极管的学习了解了半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶体管就是一种重要的衍生物。视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛。 光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。
3、LCD液晶显示
液晶产品其实早存在于我们的生活之中。如电子表、计算器、掌上游戏机等。按照分子结构排列的不同可分为三种：类似粘土状的Smestic液晶、类似棉花棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Choleseic液晶，这三种液晶的物理特性不尽相同，用于液晶显示器的是第二种液晶。
4、看门狗
在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称“看门狗”。
（三）软件介绍
软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户，为了使计算机系统具有较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须全局考虑软件与硬件的结合，以及用户的要求和软件的要求。本系统是单片机为主的所以采用了汇编语言进行开发。
三、硬件设计
（一）主控制电路
主控制电路是以AT89C51单片机作微处理器的，将AT89C51单片机与看门狗电路相连。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
将AT89C51的VCC与GND端口分别接上+5V电压与接地，将MAX813L的WDI、RESET端分别接到AT89C51的P2.7与RESET端口。本电路看门狗电路采用的是MAX813L ，此芯片可用于计算机、控制器、自动化设备、智能设备及微处理器监控中。它们有以下四方面的功能：
（1） 上电、掉电状态下的复位功能；
（2） MAX813 L 还有 WATCHDOG 输出功能；
（3） 内有一个 1.25V掉电告警门限检测器；
（4） 手动复位输入。
如图2所示。
图2 主控制电路
（二）LCD显示电路
本电路采用的是AT89C51驱动中的1602液晶显示器，使第一行显示：OPEN；第二行显示CLOSE。把1602显示器的RS、RW端口分别接在AT89C51的P3.0/RSD、Ｐ３.1/TXD接口上。其中R5的阻值应调到10KΩ档。如图3所示。
图3 LCD显示电路
（三）采光电路
光敏二极管和光敏三极管简介及应用 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件， 与光敏电阻器相比具有灵敏度高、 高 频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。不同波长的光（兰光、红光、红外光） 在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。 被表面 P 型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流 子（电子），一旦漂移到耗尽层界面， 就会在结电场作用下，被拉向 N 区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过 P 型层在 耗尽层激发出电子一空穴对， 这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下， 分别到达 N 区和 P 区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过 P 型层和耗尽层，直接被 N 区吸收。 在 N 区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下 被拉向 P 区，形成光电流。因此，光照射时，流过 PN 结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的 PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和 集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。具体电路如图4所示。
图4光敏三极管电路
（四）信号采集电路
本电路中采用的是HP-208型号的检测人体存在情况。本芯片有两种触发方式1、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平； 2、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直 保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延 一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点） 。具体电路如图5所示。
摘 要
本文主要完成了室内照明控制系统的设计，大致分为硬件与软件两方面设计。硬件设计了单片机AT89C51主控电路，LCD显示电路、看门狗电路、采光电路、信号采集电路、以及电灯驱动电路；软件设计了主控制程序的设计，键盘扫描程序，以及LCD显示等程序设计。采用了模块化结构设计，便于改进和扩充。该系统体积小，控制方便，可靠性强，能够满足各种情况下的室内照明要求，很大程度上达到了节能的要求。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:照明控制、单片机、AT89C51、节能
一、引言 5
二、设计方案 5
（一）系统结构 5
（二）硬件介绍 6
（三）软件介绍 6
三、硬件设计 7
（一）主控制电路 7
（二）LCD显示电路 7
（三）采光电路 8
（四）信号采集电路 9
（五）电灯驱动电路 10
（六）总电路 10
四、软件设计 12
（一）系统主流程程序的设计 12
（二）显示控制流程 12
五、总结 13
参考文献 14
致 谢 15
附录 16
一、引言
二十一世纪科技的飞速发展，让人们对能源的需求与日俱增，导致能源短缺的问题越发明显。世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，在资源稀缺与环境承载能力有限的情况下，传统的高投入、高消耗、高排放、低效率的增长方式已经不在适应现在的科技发展。为了科技更好的发展节能是我们大家的义务、是全社会的责任。
现在室内采用的大多是比较传统的照明系统，这样的做法无疑与节能是不相符的。室内照明系统应该朝着人性化智能化发展，本文设计的系统以单片机为核心，以热释红外传感器和光敏三极管以及外部的光线的强弱外围的电路，以此来照明系统的智能控制。本系统采用了模块化结构设计，便于改进和扩充。该系统体积小，控制方便，可靠性强，能够满足各种情况下的室内照明要求，很大程度上达到了节能的要求。
二、设计方案
本文的设计是在传统的室内照明系统的基础上以AT89C51单片机作为主的智能部件，根据室内的光线强度合理的控制开灯的盏数，从而达到节能的作用。
（一）系统结构
本系统的主要是三部分组成的：
1、AT89C51单片机控制系统
2、信号采集与处理系统
3、传统照明系统
根据上述的三个部分可以实现室内照明系统的控制，如图1所示。
图1设计框图
（二）硬件介绍
1、人体释热电红外线传感器
通过对人体释热电红外线传感器我了解到热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
2、光敏三极管
通过对光敏三极管的学习了解了半导体通过添加一部分微量元素会使其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶体管就是一种重要的衍生物。视觉是人体最重要的感觉，因此，我觉得通过光来控制电路真是太精妙了，而光敏的二极管三极管恰好就完成这个任务。因为光敏三极管由于还具有放大作用，因此应用比二极管更加广泛。 光敏三极管用于测量光亮度，经常与发光二极管配合使用作为信号接收装置。
3、LCD液晶显示
液晶产品其实早存在于我们的生活之中。如电子表、计算器、掌上游戏机等。按照分子结构排列的不同可分为三种：类似粘土状的Smestic液晶、类似棉花棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Choleseic液晶，这三种液晶的物理特性不尽相同，用于液晶显示器的是第二种液晶。
4、看门狗
在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞，而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片，俗称“看门狗”。
（三）软件介绍
软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要是通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户，为了使计算机系统具有较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须全局考虑软件与硬件的结合，以及用户的要求和软件的要求。本系统是单片机为主的所以采用了汇编语言进行开发。
三、硬件设计
（一）主控制电路
主控制电路是以AT89C51单片机作微处理器的，将AT89C51单片机与看门狗电路相连。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
将AT89C51的VCC与GND端口分别接上+5V电压与接地，将MAX813L的WDI、RESET端分别接到AT89C51的P2.7与RESET端口。本电路看门狗电路采用的是MAX813L ，此芯片可用于计算机、控制器、自动化设备、智能设备及微处理器监控中。它们有以下四方面的功能：
（1） 上电、掉电状态下的复位功能；
（2） MAX813 L 还有 WATCHDOG 输出功能；
（3） 内有一个 1.25V掉电告警门限检测器；
（4） 手动复位输入。
如图2所示。
图2 主控制电路
（二）LCD显示电路
本电路采用的是AT89C51驱动中的1602液晶显示器，使第一行显示：OPEN；第二行显示CLOSE。把1602显示器的RS、RW端口分别接在AT89C51的P3.0/RSD、Ｐ３.1/TXD接口上。其中R5的阻值应调到10KΩ档。如图3所示。
图3 LCD显示电路
（三）采光电路
光敏二极管和光敏三极管简介及应用 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件， 与光敏电阻器相比具有灵敏度高、 高 频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。不同波长的光（兰光、红光、红外光） 在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。 被表面 P 型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流 子（电子），一旦漂移到耗尽层界面， 就会在结电场作用下，被拉向 N 区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过 P 型层在 耗尽层激发出电子一空穴对， 这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下， 分别到达 N 区和 P 区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过 P 型层和耗尽层，直接被 N 区吸收。 在 N 区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下 被拉向 P 区，形成光电流。因此，光照射时，流过 PN 结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的 PN 结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和 集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。具体电路如图4所示。
图4光敏三极管电路
（四）信号采集电路
本电路中采用的是HP-208型号的检测人体存在情况。本芯片有两种触发方式1、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平； 2、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直 保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延 一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点） 。具体电路如图5所示。
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