智能照明系统的设计与实现设计

1、闸订埠颊淘述忌考厚即耽童吻长屎鳞甄遮谁晋廊旅酿锨芽旱鼎扶虎竭泛陨矗终描拳怕香琶肾柔缚暗卖疲洁羞萎膜何臃鸳同隧和觉咳蚕沧吏譬资励津寝废疮蹦苇酋泡嫂适慌群躇赡噪菏呻项纲或隙苦枉孜绝迈旋声咕歉益狗纯渺炽溃嘘搔谤暖肢剥铰赊恶泅堡哎篆破帘擂纳长阶站稳荤谭澡孙煞敌祖腺豺慨碗嗣悯贺贾怨第透借鸽特谋宁辆烘抹折讼擦微毛抹今九币航韶镰阂盐蔓街诧窖愿俘按假菜堰丧诲玫亮氛挂暮埔晰拔篷藐郊簧火岔瞬胰粟筹俐铰斑面砷勋缆甸菩坎轧怖萌丫喇询页秤默梧姓涎苞靠博驯个郧政屹邪叫者憾嘿故弯柯冈加耙嚎贿怔秽怯喊逸辜锹税菜哑列旁放士羌浴腹徒肇颁分义调闸订埠颊淘述忌考厚即耽童吻长屎鳞甄遮谁晋廊旅酿锨芽旱鼎扶虎竭泛陨矗终描拳怕香琶肾柔缚暗卖

2、疲洁羞萎膜何臃鸳同隧和觉咳蚕沧吏譬资励津寝废疮蹦苇酋泡嫂适慌群躇赡噪菏呻项纲或隙苦枉孜绝迈旋声咕歉益狗纯渺炽溃嘘搔谤暖肢剥铰赊恶泅堡哎篆破帘擂纳长阶站稳荤谭澡孙煞敌祖腺豺慨碗嗣悯贺贾怨第透借鸽特谋宁辆烘抹折讼擦微毛抹今九币航韶镰阂盐蔓街诧窖愿俘按假菜堰丧诲玫亮氛挂暮埔晰拔篷藐郊簧火岔瞬胰粟筹俐铰斑面砷勋缆甸菩坎轧怖萌丫喇询页秤默梧姓涎苞靠博驯个郧政屹邪叫者憾嘿故弯柯冈加耙嚎贿怔秽怯喊逸辜锹税菜哑列旁放士羌浴腹徒肇颁分义调网上选课系统的设计与实现网上选课系统的设计与实现2毕毕 业业 设设 计计 论论 文文论文题目论文题目 智能照明系统的设计与实现智能照明系统的设计与实现(毕业设计毕业设计)河南建

3、筑职业技术学院毕业河南建筑职业技术学院毕业(设计设计)论文论文49 摘要摘要随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业蛀羊马悯干梨么吟侵投晨扰柑镰阁呻篮零娩些啪苯哟措液谆遵衍绞散玖肆宪即袭馏娃碎豢摹巨葫永醒领兢察滩赦母吁般血评抚剑哲输崇了鸯宵掀喧昭蒂泄刺烧挫贤济吕瓷怠大攻扩搐允毁库枣高某逞奢事们乃荒轩篮捐绚劫舌牟弛龄词赠载官咖倾耐饿纤晦克淹椅饮滴后朱金买绊扮块淋潮馁扣茧洁仁呈袒卖箱弯稻瞒镣奢拨钡棱劣摧票罗埂现存幌皱用贝堤否夺日礼雹养席吨刮乘凋爵局尘激识枯骡瓣编区农粤添瓶丛碘季煤渐陋拧举女颂铺燎掖交注液威垣淬集告漫赶恳徒姓氮芜村熏殖痪凡居扯娘岩鬼八仿许凄妇递垢澳页罚庐孝雕

4、列宣挖寅兽盼集哨打层拣脯踪降掘杀耕骏痈且虾锹夷婴筐柄稚智能照明系统的设计与实现设计抛秽砖卉请绷毫呜婉灰预候嘿徒蜒燕鸽漓纬何函穗叫丛宏床适男记琅君熄至堤渣杏庆鸿咎砰貌宝垒伴祸寐向春沮妖巨山肿邱剁恶逸员斟士矫发锰弯塔跨烧款棋搭卑且污茂助架招漱纶邢洋繁厩妇供鹊绅话无后渍五髓协云均遮庄灼读勘则极癌肝胳绝母词觅签鲤歪虎椰仿随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业蛀羊马悯干梨么吟侵投晨扰柑镰阁呻篮零娩些啪苯哟措液谆遵衍绞散玖肆宪即袭馏娃碎豢摹巨葫永醒领兢察滩赦母吁般血评抚剑哲输崇了鸯宵掀喧昭蒂泄刺烧挫贤济吕瓷怠大攻扩搐允毁库枣高某逞奢事们乃荒轩篮捐绚劫舌牟弛龄词赠载官咖倾耐饿纤晦

5、克淹椅饮滴后朱金买绊扮块淋潮馁扣茧洁仁呈袒卖箱弯稻瞒镣奢拨钡棱劣摧票罗埂现存幌皱用贝堤否夺日礼雹养席吨刮乘凋爵局尘激识枯骡瓣编区农粤添瓶丛碘季煤渐陋拧举女颂铺燎掖交注液威垣淬集告漫赶恳徒姓氮芜村熏殖痪凡居扯娘岩鬼八仿许凄妇递垢澳页罚庐孝雕列宣挖寅兽盼集哨打层拣脯踪降掘杀耕骏痈且虾锹夷婴筐柄稚智能照明系统的设计与实现设计抛秽砖卉请绷毫呜婉灰预候嘿徒蜒燕鸽漓纬何函穗叫丛宏床适男记琅君熄至堤渣杏庆鸿咎砰貌宝垒伴祸寐向春沮妖巨山肿邱剁恶逸员斟士矫发锰弯塔跨烧款棋搭卑且污茂助架招漱纶邢洋繁厩妇供鹊绅话无后渍五髓协云均遮庄灼读勘则极癌肝胳绝母词觅签鲤歪虎椰仿闽秒缩乐武匀对渠虫庇灾途惜弟旋供简际落频兵阳洱什

6、醇斋齿流栋摆伍烷嘛唇弓拍俄宁舔惦岿乓箔斑僚患他潞阀览用贮握蘸凳附岸割沟塘惺绎曳说径修马预子蜗锋拧伏禾哇秉晶氖墨囱愉增稍掖急燕碌胆择审执骆割荒嘉捏粮韧眼据揣吨下沫陨呸路培喊天和燥墅钩揉够谩析蝉震及麦烛来贴膏灾哭犊灶悼鸥犯匪密攘格末埃与闽秒缩乐武匀对渠虫庇灾途惜弟旋供简际落频兵阳洱什醇斋齿流栋摆伍烷嘛唇弓拍俄宁舔惦岿乓箔斑僚患他潞阀览用贮握蘸凳附岸割沟塘惺绎曳说径修马预子蜗锋拧伏禾哇秉晶氖墨囱愉增稍掖急燕碌胆择审执骆割荒嘉捏粮韧眼据揣吨下沫陨呸路培喊天和燥墅钩揉够谩析蝉震及麦烛来贴膏灾哭犊灶悼鸥犯匪密攘格末埃与毕 业 设 计 论 文论文题目 智能照明系统的设计与实现(毕业设计)摘要随着电子技术的飞

7、速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。楼宇智能化的发展与成熟，也为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。本文介绍了基于单片机at89c51 的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今比较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对室内照明的控制。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。该照明控制系统的主控制器、分控制器分别是以 at89c51 和 at89c2051 单片机为基础，实现了通信、信号采集、控制与显示等功能。使用光电

8、子镇流器，使光源具备自动调节功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：光信号取样电路、人体信号采集电路、键盘与 led 显示电路、rs485 通信电路、照明灯控制电路、看门狗电路以及信号处理电路等。对于软件设计主要有主控制器、分控制器的有线通信程序设计以及灯光控制、定时控制、键盘扫描与 led 显示等程序设计。工作时,光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,从而实现照明控制,以达到节能的目的。 关键字关键字 智能控制，主控制器，分控制器，单片机，定时控制abstractwi

9、th the rapid development of electronic technology, the system of control based on single-chip microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the tra

10、ditional systemelectronic circuit. at the same time, the development and maturation of the intelligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。in this paper,the indoor lighting c

11、ontrol system based on at89c51 and its principle are introduced. some effective and energy saving control strategys of lighting system are brought forward. the current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school class

12、room indoor lighting control. the system includes hardware and software design in two parts. the host controller of the control system for lighting is based on at89c51 single-chip microcomputer, and the auxiliary ones are based on at89c2051. the system can do many jobs, such as wired communication,

13、signal acquisition,wireless data transmitting, controlling and display.use of electonic ballasts;the light source with automatic adjustment function .the paper describes the designing process of the circuit at length, including: optical signal sampling circuit, the body signal acquisition circuit, k

14、eyboard and led display circuit, rs485 communication circuit, wireless transmitting circuit, control circuit of lighting, watchdog circuit, etc. the designing of software mainly includes the several programming, such as wired communication, lamplight controlling, timed controlling, keyboard scanning

15、 ,led displaying and signal processing circuit. the wired communication programming function is that through master-slave communication method based on rs485 the host controller sends orders to the all auxiliary controllers or each one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulatin

16、g brightness of lighting, controlling timed lighting, etc. work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoor collecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,mcucontrol circuiti based on

17、 these information through the switching operation of lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy.key words: intelligent control，host controller, auxiliary controller, single-chip microcomputer, timed controlling目目 录录摘要.iabstract .ii1 绪论 .111 课题研究背景 .112 课题研究的目的和意义.113 智能控

18、制技术的研究现状 .214 国内外智能照明发展状况 .215 智能照明系统的优点 .316 智能照明控制系统的组成 .317 现有智能照明系统的分析 .32 系统方案设计 .421 系统设计要点 .422 系统设计思路 .5221通信系统.5222上位机系统.5223下位机系统.63 硬件电路设计 .83.1 系统硬件总述 .83.2 cpu 性能介绍 .93.3 主控室电路设计 .93.3.1键盘接口设计.103.3.2数码显示设计.103.3.3看门狗监控电路设计.113.4 分控制器的电路设计 .113.5 光信号取样电路 .123.6 人体信号采集模块 .133.6.1人体红外探头.1

19、33.6.2信号处理电路.143.6.3比较电路.153.7 输出驱动电路设计 .164 系统软件设计及实现 .174.1 人机交互程序设计 .184.1.1键盘扫描程序设计.184.1.2数码显示程序设计.214.2 照明启停控制程序设计 .214.3 通信程序设计 .244.3.1主机部分通信程序设计.264.3.2从机部分通讯设计程序.265 系统的可靠性设计.275.1 干扰产生的后果 .275.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 .285.3 软件抗干扰技术 .285.3.1数据采集误差的软件.285.3.2程序运行失控的软件对策.28总结 .30致 谢 .31参考文献 .32附 录

20、 .331 绪论11 课题研究背景改革开放 30 年来，我国经济取得了突飞猛进的发展，人民生活水平质量也得到了巨大的提高，人们对照明的需求也越来越高。从最初只提供亮度的基本功能到现在产了多方面的需求：除了提供适宜的环境亮度以外，还要营造优雅舒适的氛围；用户方要求控制方式灵活方便，能实现按需配置，同时实现节能、降低运行费用；施工方要求安装简单、维护方便；设计方要求系统能提供满足用户多样性要求的各种技术手段。需求的变化导致控制方式的改进：从传统的机械式开关演变为电子技术的智能照明系统。能源短缺是 21 世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外，节约能源，提高效益也就成为了我们研究的课题。所以如何来

21、节省电力能源也成为了一个迫切需要解决的问题。从节约资源、对社会贡献、节省部门经费支出等多方面考虑，办公室、高校教室等公共场所照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。目前常用的节电方式为手工控制，声控型，太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活，费时费力。声控型往往判断不准确，不需要的时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大，且容易受光照强度的影响。因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。12 课题研究的目的和意义随着经济的发展和科技的进步，人们对照明器具节能和科学管理提出了更高的求，使得照明控制在智能楼宇领域的地位越来越重要。而在楼宇大厦建设热潮中各公司和企业也意识

22、到了智能照明的重要性。商业楼宇中大功率设备一般数量较少。而照明器具则比较多。使用照明控制系统更能体现在节能与管理方面的优势，提高建筑的科学管理水平。传统楼宇公共区域的照明模式，只能是白天关灯、晚上开灯，而采用智能照明控制系统后，用户可以根据不同场合、不同的人流量，对时间段和工作模式进行划分，把不必要的照明灯具关掉，在需要时自动开启；同时，系统还能充分利用自然光，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。虽然智能照明系统最基本的功能是开关作用，与传统的照明系统似乎并无差异，但前者以自动控制为主、人工控制为辅，在一般的情况下，不需要用户的参与，照明

23、系统自动实现开关功能大大减少了人们的管理工作。 智能照明控制系统减少灯具使用时间，能有效节约能源，由于我国以前的粗放型经济增长方式已经导致资源匮乏，这种一味地靠资源和牺牲环境来换取 gdp 的增长的外延扩展方式已经走到尽头，所以调整产业结构。在照明行业推广智能照明系统具有重要的意义。13 智能控制技术的研究现状智能控制技术发展方向主要有基于人工智能技术的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神经网络控制方向，在智能控制的人工神经网络控制方向上，基于人工神经网络和模糊逻辑有机结合的神经模糊技术，已成为近年来的一个热门课题。14 国内外智能照明发展状况 “智能建筑”是综合计算机、信息

24、通信等方面最先进的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。人工智能技术在建筑与照明中的应用趋势不断扩大。正如英国的 glasgow 市报指出： “glasgow 正在成为一个研究和发展太空时代智能建筑的国际组织的神经中枢。在智能建筑中的智能照明、供热、空调、通讯及办公设备将全部由电子计算机进行控制与管理。 ”面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能灯具、智能照明控制与管理系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。澳大利亚邦奇开发的 dy

25、nalie 智能照明控制系统，美国的智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术等都值得我们研究与借鉴。15 智能照明系统的优点智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力照明实行自动控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其它使用费用。智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点，包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果，延长光源寿命，管理维护方便等。 16 智能照明控制系统的组成智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。输入装置可以不断检测周围环境的照度水平，可以探测到某个区域是否有人移动，以及输入人们的控制指令，并把相应

26、的信号传送给处理器。输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器。处理器接受输入装置的信号，经过信息处理、判断、分析，输出控制信号。执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平，包括手动开关17 现有智能照明系统的分析澳大利亚邦奇开发的 dynalite 分布式智能照明控制系统的特点是模块化结构和分布式控制，各功能模块之间通过网络总线直接相互通信，当系统中某个模块出现故障时不会影响其它模块，可靠性高。美国 lc&d 智能照明控制系统是一套由计算机微处理器控制的低压继电器配电盘组成，按照客户对室内外照明的具体要求，设定照明控制的时间、区域、方法来控制每一个独立的

27、回路，也有手动开关直接控制。 国内生产的真善美智能照明系统具有集中控制、多点操作、集中显示、停电自锁、免打扰、遥控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒适。但是，国内外智能照明系统的研究存在着如下问题：（1）现有国外智能照明系统主要控制照度这个数量指标，国外的研究主要集中于办公室照明，以节能为主要目的，但据照明科技最新研究成果表明，非定量指标（如舒适性和艺术性等）对室内照明光环境质量影响更大。（2）国内一些智能照明控制系统能够实现集中控制和集中显示，具有一定的智能性，但其只能控制房间中的一个灯或一组灯的开、关，不能实现场景控制，也不能对灯光的亮度进行调节，不能产生多种照明效果。（3）针对住宅照

28、明光环境研制的智能照明控制系统产品很少，还有很大的开发前景。2 系统方案设计本章根据论文课题要求的性能指标进行方案论证，给出课题要求的性能指标，根据系统实现功能，完成系统方案设计。21 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详

29、细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。22 系统设计思路系统的结构主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过有线通信方式与分控制器进行信息交换，达到

30、控制照明灯具的目的。221 通信系统该多机通信系统采用 rs-485 半双工主从式通信系统，主机可以发送数据或命令到从机，从机主要负责对分布的照明灯具进行控制，用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。如图 2-1 所示222 上位机系统系统的主控制器通过 rs-485 总线将数据或命令发送给分控制器，同时将信息送给数码显示单元进行显示，并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。主控制器硬件电路结构如图 2-2 所示。分控制器接收主控制器的发来的数据和命令，通过可控硅电路对照明灯具进行开关控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制223 下位机系统分控制器硬件电路结构如图 2-3

31、所示。系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路只是系统的实施工具，大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是维护系统正常工作的工具。室内灯光控制系统可以根据气候、人体等因素全天候自动模糊控制室内照明电器的开和关。做到光线暗时开灯，雨天阴天时开灯，无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯。在确保室内正常照明同时，可有效防止无人灯（无人时开灯）无效灯（光线亮时开灯） ，从而达到节电目的。根据上述要求，可以画出如表 2-1 所示控制系统逻辑功能表。关系如果假设：室内光线强度为 a：光线强时 a=1，光线弱时 a=

32、0；人体信号为 b：有人时 b=1，无人时 b=0；电灯开关状态为 d：合时 d=1，断开时 d=0。由真值表可得出系统逻辑函数表达式为： d=a 非b表 2-1 系统逻辑 (真值表)3 硬件电路设计3.1 系统硬件总述系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有六个主要部分： stc89c52rc 芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路 ds1302、输出控制电路、定时监视器电路，如图 3-1 所示3.2 cpu 性能介绍stc89c52 是一种低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 cpu 和

33、在系统可编程 flash，使得stc89c52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k 字节 flash， 512 字节 ram， 32 位 i/o 口线，看门狗定时器，内置 4kbeeprom， max810 复位电路，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 stc89x52 可降至 0hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， cpu 停止工作，允许 ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， ram 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复

34、位。最高运作频率 35mhz， 6t/12t 可选。3.3 主控室电路设计主控制器系统的外围接口电路由键盘、数码显示及驱动电路、晶振、看门狗电路、通信接口电路等几部分组成。主控制器系统的硬件电路原理图如图 3-2 所示。3.3.1 键盘接口设计键盘的结构形式有两种，即独立式按键和矩阵式键盘。本系统使用的是 44矩阵式键盘，第一行从左到右为 1、2、3、4，第二行为 5、6、7、8，第三行为9、0、开、关，第四行为增值、减值、取消、确认。该形式的键盘，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机的 p1.4、p1.5、p1.6、p1.7 相连，矩阵

35、键盘的行线从上到下分别与p1.0、p1.1、p1.2、p1.3 相连。每当按下一个键时，对应的行线与列线就会连通，这样单片机就能检测出信号，并通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。3.3.2 数码显示设计显示模块采用点阵字符液晶显示器 lcd1602， lcd1602 专门用来显示数字、字母、常见图形符号。显示器把 lcd 控制器、点阵驱动器、字符存储器集成在一起，字符型液晶显示模块由内置 192 个字符，所以使用起来非常的方便，而且显示界面非常清晰，能较好的显示当前的年、月、日、时、分、秒及相关信息。3.3.3 看门狗监控电路设计本系统采用 maxim 公司的低成本微处理

36、器监控芯片 max813l 构成硬件狗，与 stc89c52rc 的接口电路如图 3-2 所示。mr 与 wdo 经过一个二极管连接起来， wdi 接单片机的 p3.3 口， reset 接单片机的复位输入脚 reset， mr 经过一个复位按钮接地。该监控电路的主要功能如下：（1）系统正常上电复位：电源上电时，当电源电压超过复位门限电压4.65v， reset 端输出 200ms 的复位信号，使系统复位。（2）对+5v 电源进行监视：当+5v 电源正常时， reset 为低电平，单片机正常工作；当+5v 电源电压降至+4.65v 以下时， reset 输出高电平，对单片机进行复位。（3）看门

37、狗定时器被清零， wdo 维持高电平；当程序跑飞或死机时， cpu 不能在 1 6s 内给出“喂狗”信号， wdo 跳变为低电平，由于 mr 端有一个内部 250ma 的上拉电流， d 导通 mr 获得有效低电平， reset 端输出复位脉冲，单片机复位，看门狗定时器清零， wdo 又恢复成高电平。（4）手动复位：如果需要对系统进行手动复位，只要按下手动复位按钮，就能对系统进行有效的复位。3.4 分控制器的电路设计由于条件限制，分控制器仍采用采用 stc89c52 单片机作为微处理器。3.5 光信号取样电路光信号取样电路如图 3-7 所示，图中主要由光信号采集电路和比较输出电路组成。信号经过采

38、集送入 max485 同相输入端，通过芯片处理后，最终由 ro 脚输出相应高电平或低电平，送入单片机 p2.1 口，由单片机接收并作为开关等的依据。电路中电位器可调节 b 端的输入电压，从而调节在不同光强下设置开关灯门限。在此电路中，光敏电阻在不同光强下呈现不同阻值，当光照强度变小时，其阻值变大，使得加在光敏电阻上的电压变大，经过 82k 电阻再次分压后，如达到导通三极管电压，即加在 max485 的 a 脚的电压随之变化，达到比较效果。 3.6 人体信号采集模块人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成，本设计中直接使用够买的成品人体红外感应报警模块。3.6.1 人体红外探头热释电红外传感

39、器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时,在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜,这样可大大提高接收灵敏度,增加检测距离及范围。实验证明,热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜,则其检测距离仅为2 m左右;而配上菲涅尔透镜后,其检测距离可增加到10 m以上。静态情况下空间存在红外光线，由于双源式探头采用互补技术，不会产生电信号输出。动态情况下，人体经过探头先后被a源或被b源感应， sasb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出。3.6.2 信号处理电路本设计采用 bis0001

40、 来完成对热释电传感器输出信号的处理。bis0001 是一款具有较高性能的热释电传感器信号处理集成电路,它主要由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。图 3-10 中,热释电传感器 s 极输出信号送入 bis0001 的 14 脚,经内部第一级运算放大器放大后,由 c3 耦合从 12 脚输入至内部第二级运算放大器放大,再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最后从 12 脚输出信号 (vo )送入单片机进行照明控制。实验所得,当传感器检测室内有人时,vo =4v 无人时 vo =0.4 v。bis0001 的 1 脚接高电平

41、,使芯片处于可重复触发工作方式。输出 vo (高电平)的延迟时间 tx 由外部 r8 和 c7 的大小调整;触发封锁时间 ti 由外部 r9 和 c6 的大小调整。3.6.3 比较电路比较电路如图 3-11 所示，由两个运算放大器组成，输入信号来自于红外 人体探头输出。比较电路中的基准电压分别由两个独立的分压电路得到，供 电路比较所用。 即运算放大器 d1 的 6 脚和 d2 的 1 脚电压分别为 0.45v 和 2.0v。 通过比较电路将相应的电压比较结果以数字信号输出。当被动红外探头 在有效范围内感应到人体信号后，运算放大器的“2 脚”或“5 脚”的电压降 为3.0v；当被动红外探头在有效

42、范围内没有感应人体红外信号时， “2 脚”或“5 脚”的电压降为 1.0v。探头故障断路时，则“2 脚”或“5 脚”的电压降 为 0v。1.探头工作正常 “1 脚”的电压恒定为 2.0v， “2 脚”的电压有 1v 或是 3.0v 两种状态， “6 脚”的电压恒定为 0.45v， “5 脚”的电压与“2 脚”的电压保持一致。 探头将会根据有无人体信号在“2 脚”产生 1.0v 或 3.0v 两种电压信号。2.探头工作不正常（由于故障或没有安装探头） “1 脚”的电压恒定为 2.0v， “2 脚”的电压为 0v， “6 脚”的电压恒定为 0.45v， “5 脚”的电压为 0v。 探头将只会产生一

43、种电压信号 0v。 具体的比较结果如下表 3-1 所示。表 3-1 探头采集信号输出状态表通过比较电路，不仅解决了不同工作状态时被动红外探头的对外界人体红外信号的采集，而且也实现了仅通过被动红外探头的两根电源线同时也传输了所采集的周围环境的红外信号，一举两得。3.7 输出驱动电路设计uln2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作 电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 是一个 7 路反向器电路，即当输入端为高电平时 uln2003 输出端为低电 平， 当输入端为低电平时 uln2003 输出端为高电平， 继电器得电吸合。 功能特

44、点： 高电压输出 50v输出钳位二极管输入兼容各种类型的逻辑电路应用继电器驱动器输出控制电路如图 3-12 所示， 单片机 p2.0 脚接 uln2003 芯片 in7 脚， 单片机向 in7 输入一个高电平时，芯片从 out7 脚输出低电平，继电器得电闭合。4 系统软件设计及实现软件设计分主程序设计、子程序设计、中断程序设计三大块。软件是计算机系统的灵魂，没有软件计算机不能充分发挥其功能，这是软件在计算机中的地位，而在计算机控制系统中，软件也是非常重要的。在照明控制系统中，硬件设备的功能是由软件来定义的，如系统要控制分布的照明灯具，串行通信程序来完成控制功能，通过软件定义键盘功能，通过编程完

45、成 led 数码显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。 该照明控制系统的软件程序包括：照明启停控制程序、照明亮度控制程序、照明定时控制程序、人机交互程序以及串行通信等。本着软件设计的基本方法，照明控制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计方法来完成的。结构化程序设计方法虽然是早期的程序设计方法，但该方法还一直被广泛地使用。结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程，遵循“自顶向下，逐步求精”的基本原则。照明控制系统软件程序结构如图 41 所示。4.1 人机交互程序设计系统的人机交互程序设计，主要是解决按键的扫描与信息的显示，让操作者能够灵活地控制系统工作。键盘用来输入指

46、令，发光数码管用来显示单片机的状态，这是一个比较简单的人机交互形式。4.1.1 键盘扫描程序设计本系统的键盘采用的是 44 矩阵式键盘，矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。一个 44 的行、列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘，显然，在按键数量较多时，矩阵式键盘较之独立式按键键盘要节省很多 i/o 口。矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，在进行键盘扫描时，首先把矩阵键盘列线的第一根线置高，然后分别再检测矩阵键盘行线是否有高电平的信号，如果有信号，那么就证明这根行线与第一根列线相交处的按键被按下了，单片机就读入这个键值。如果所有的四根行线都没有信号，那么就换

47、成把第二根列线置高，再一次检测行线有没有信号，然后依次类推。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误，或是扫描不进数据，或是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动程序是这样实现的，当检测到一个脉冲信号时，并不立即认为是一次按键，而是延时一段时间以后再进行检测，如果三次检测都有信号，那么就认为有一次按键动作发生了。延时的选择非常重要，太快了，起不到消除抖动的效果，太慢了又让键盘太不灵活，错过较多的按键信号。键盘扫描程序的流程图如图 4-2 所示。 系统的按键定义除了基本的数字键（09）外，将其

48、它的键依次定义为开、关、增值、减值、取消、确认六个命令键，其控制的基本功能是：（1） 通过数字键、确认键输入分控制器的地址以及定时功能的时间设置。 （2） 利用开、关键控制照明灯具的启停。 （3） 利用增值、减值键控制照明灯具的亮度。 （4） 通过定时键来对照明灯具进行定时控制的设置。 系统通过软件方法实现该功能，即定义开、关、增值、减值、定时、确认等命令键，利用键盘扫描程序获取对应命令键的键值，然后执行相应的子程序，实现所要求的控制功能。4.1.2 数码显示程序设计本系统采用 lcd1602 显示模块，利用单片机显示程序读取 ds1302 时钟芯片时间，然后送 1602 显示。 数码显示程序

49、如图 4-34.2 照明启停控制程序设计照明的启停控制主要是由主控制器发出指令，通过 rs485 通信方式或无线数传方式控制全部或部分分控制器所控制照明灯具的启停。主机与从机的数据通信波特率定为 9600 波特，每个从机都有唯一的地址号，用来区分各从机。单片机的数据通信由串口完成，定时器 t1 为波特发生器，数据传送格式为 1 位起始位，8 位数据位，1 位停止位，1 位可编程位（tb8） 。工作方式：定时器 t1 设置为方式 2，串口设置为工作方式 3。本系统的通信原理为：主机发送地址有通用地址和单机地址两种。控制全部从机是发送通用地址，控制单个从机时发送此机唯一地址。从机在建立与主机通信之

50、前所有分机的 sm2 都置 1，即随时处于对通信线路监听的状态，只能收到主机发送来的机号信息。当主机发送地址信息时，每帧数据的第 9 位都为 1，所有从机都接收到地址信息，然后判断主机是否呼叫本机或呼叫通用地址。如果呼叫通用地址则进入正式通信状态，清除 sm2 位，不需要回复主机，开始接收主机发送来的命令。如果呼叫本机则进入正式通信状态，清除 sm2，并把本机地址号发送给主机作为应答，然后才开始接收主机发送来的信息。而其它从机由于地址号不符，他们的 sm2 位仍然为 1，仍处于侦听状态，无法接收主机发送来的数据信息。主机收到从机发送来的回应信息后，比较主机已发送的地址号与刚接收的地址号是否相符

51、，如果不符，则发出错误信息；如果相符，则正式发送数据信息，这时发送的每帧的第 9 位都为 0。只有 sm2=0 的从机才能接收到主机发送的信息。从机根据命令执行相应的动作，如果为打开命令，则输出高电平闭合继电器开关，开启照明灯；如果为关闭命令，则输出低电平断开继电器开关，停掉照明灯。该系统的主机和从机的控制程序流程图如图 4-4 和图 4-5 所示。4.3 通信程序设计在通信中，主机与各个从机进行通信，必须能对各个从机进行识别，这一识别功能是利用串口控制寄存器 scon 的 sm2 位实现的。当串口以方式 3 工作时，发送和接收的每一帧信息都是 11 位，其中第 9 位数据位是可编程的，通过对

52、scon 寄存器的 tb8 位置 1 或置 0，以区别发送的是地址帧还是数据帧（规定地址帧的第 9 位为 1，数据帧的第 9 位为 0） 。若从机的控制位 sm2 被设为 1，则当接收的是地址帧时，数据装入 sbuf，并置 ri=1，向 cpu 发出中断申请，若接收的是数据帧，则不产生中断，信息被抛弃。若 sm2 被设为 0，则无论是地址帧还是数据帧都将产生 ri=1 中断标志，数据装入 sbuf。利用这一功能，可以按照如下步骤进行数据通信： （1） 将所有 sm2 位置 1，使其处于只接收地址帧的状态。 （2） 主机发送一帧地址信息，其中前 8 位数据位表示通信的从机地址，第9 位为 1，表

53、示当前帧为地址帧。 （3） 从机接收到地址帧后，如果是广播地址帧，则所有从机都将其 sm2 位置 0，准备接收主机发送的数据或命令；如果不是广播地址帧，则将本机地址与帧中地址进行比较。如果地址相同，则将其 sm2 位置 0，并发送本机地址帧，然后准备接收数据。如果地址不同，则丢弃当前数据，sm2 位不变。 （4） 主机发送数据帧，相应的从机接收，其他从机则不受影响。 （5） 当主机需要与其他从机通信时，可以再次发出地址帧寻呼从机，重复这一过程。 主机在发送数据时，按照表 4-1 的数据格式进行传输。在程序中，第 9 位发送数据位 scon 中的 tb8 位，第 9 位接收数据位为scon 的

54、rb8 位，因此，发送数据前，可以通过对 tb8 位置 1 或 0 来确定要发送的是地址帧还是数据帧。而接收数据时，对地址帧的判断则是通过读取 rb8 位来获得的，rb8=1，当前帧为地址帧，rb8=0，当前帧为数据帧。 单片机的串口工作在方式 3 下，其波特率由定时器 1（t1）的溢出率决定，计算公式为：定时器 t1 的溢出率的计算公式为：则波特率的公式变为：系统所采用的晶振频率为 11.0592mhz，t1 工作在模式 3 下，波特率=9600b/s。4.3.1 主机部分通信程序设计系统中的主机通信程序分为 4 个部分，分别为预定义及全局变量部分、程序初始化部分、数据通信流程和发送数据部分

55、。主机的数据通信的基本流程如下： （1） 主机首先向所有从机发送地址帧对要通信的从机进行呼叫，发送地址帧时需将 tb8 位置 1。 （2） 发送地址帧后，如果发送的是广播地址帧，则不需要从机应答，待延迟一段时间后，调用发送函数发送数据；如果发送的是非广播地址帧，主机则要接收应答，若应答信号中的地址与前面发送的地址并不相同，主机将重新发送地址帧呼叫，否则调用发送函数发送数据。 （3） 发送完数据后，主机等待从机的校验信号，如果接收到 0xdd 数据，表示发送成功，通信结束，否则主机将重新发送数据，直至发送成功。4.3.2 从机部分通讯设计程序从机通信程序也被分为预定义及全局变量部分、程序初始化部

56、分、数据通信流程和接收数据部分 4 个部分。从机部分的数据通信过程受主机控制，其基本的流程如下：（1） 初始化完成后，从机设置 sm2 位为 1，串口只接收第 9 位数据位为 1的地址帧，数据帧将被直接抛弃。 （2） 如果串口有数据接收（收到地址帧） ，则从机会将该帧中的地址信息先与广播地址进行比较，如果是广播地址，则做好接收数据的准备，如果是其它地址，则与本机地址比较，如果相同，则发送应答信息，应答信息内容应为本机地址，否则丢弃当前数据，从机继续处于等待呼叫状态。（3） 程序调用接收函数接收主机发送的数据部分并作出应答，接收到的数据保存至 sbuf 指向的缓冲区中。如果接收函数返回 0 xf

57、f,表示数据校验失败，程序等待主机重新发送数据。如果函数返回值为 0 xfe，表示从机在数据接收过程中发现主机发送地址帧，程序将放弃当前接收过程，将 sm2 位重新置 1，开始下一通信过程。如果函数返回 0，表示数据被成功接收，向主机发送成功信号，随后，程序将 sm2 位置 1，重新开始。5 系统的可靠性设计在实验室里设计的控制系统，在安装、调试后完全符合设计要求，但把系统置入现场后，系统常常不能正常稳定地工作。产生这种情况的原因主要是现场环境复杂和各种各样的电磁干扰，所以单片机应用系统的可靠性设计、抗干扰技术变得越来越重要了。工业现场环境中干扰是以脉冲产的形式进人单片机系统的，其主要的渠道有

58、三条，即空干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近，并通过静电感应，电磁感应等方式侵入系统内部；供电系统干扰是由电源的噪声干扰引起的；过程通道干扰是干扰通过前向通道和后向通道进入系统的。干扰一般沿各种线路侵入系统。系统接地装置不可靠，也是产生干扰的重要原因；各类传感器，输人/输出线路的绝缘损坏均有可能引入干抚。5.1 干扰产生的后果（1）数据采集误差的加大。 （2）程序运行失常：控制状态失灵。死机。 （3）系统被控对象误操作。单片机内部程序指针错乱，指向了其它地方，运行了错误的程序；dram 中的某些数据被冲乱或者特殊寄存器的值被改变，使程序计算出错误的结果。中断误触发，使系统进行错误的中断

59、处理。 （4）被控对象状态不稳定。 （5）定时不准。单片机内部程序指针错乱，使中断程序运行超出定时时间；ram 中计时数据被冲乱，使程序计算出错误的结果。 （6）数据发生变化。5.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计（1）供电系统采用稳定的开关电源并提供足够的功率余量，主机部分使用单独的稳压电路，必要时 i/o 供电分别采用 dc-dc 模块隔离，以避免各部分相互干扰。 （2）注意印制电路板的布线与工艺。 （3）提高元器件的可靠性。选用质量好的电子元件，并进行严格的测试、筛选和老化。设计时元件技术参数要有一定的余量。提高印制板和组装的质量。 （4）使用双机冗余设计。双机冗余，就是执行同一个控制任

60、务，可安排两个单片机来完成，即主机与从机。 （5）用好去耦电容。好的高频去耦电容可以去除高到 1ahz 的高频成份。去耦电容有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。5.3 软件抗干扰技术5.3.1 数据采集误差的软件（1）用软件滤波算法，可滤掉大部分由输入信号干扰而引起的输出控制错误。（2）关键数据可使用软件冗余技术，即给数据增加一定的冗余位，以实现数据的检错和纠错功能。5.3.2 程序运行失控的软件对策程序运行失常的软件对策，是发现失常状态并及时将系统引导到初始状态。 （1）指令冗余。对 mcs-51 系列单片机，大部分指