基于单片机的灯光控制系统设计

基于单片机的灯光控制系统设计计算机控制技术课程设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第1页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第1页。成绩评定表设计课题基于单片机的灯光控制系统设计学院名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第2页。设计时间：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第2页。指导教师意见：成绩:签名：年月日计算机控制技术课程设计课程设计名称：基于单片机的灯光控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：课程设计时间：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第3页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第3页。计算机控制技术课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目基于单片机的灯光控制系统设计课题性质课题来源自拟指导教师主要内容（参数）本篇论文介绍了基于单片机的室内灯光控制系统的研究设计。本系统是以单片机为控制器的核心，其中上位机是以AT89C51为基础，下位机是以AT89C2051为基础，再连接外围电路，通过现场总线RS485通信方式实现照明灯具的智能控制。系统通过人体信号采集电路对人体信号采集和光信号采集电路对光信号采集以及相应的处理并输入给单片机，单片机对输入信号判断并输出信号来控制学校教室内灯光的开关和亮度任务要求（进度）第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。第3-4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。主要参考资料[1]张友德著,单片微型计算机原理、应用与实验.复旦大学出版社[2]徐煜明、韩雁著,单片机原理及接口技术.电子工业出版社[3]何立民著,单片微型计算机原理及应用.航空航天大学出版社[4]阳宪惠著,现场总线技术及其应用.清华大学出版社，1999[5]孙雪梅，范久臣．实时时钟芯片在单片机系统中的应用．沈阳教育学院学报，2005.2.7[6]余用权．ATMEL89系列单片机应用技术．北京航空航天大学出版社，2002审查意见系（教研室）主任签字：年月日基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第4页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第4页。摘要现在的大学，由于学校开放型的管理模式，加之学生节能意识的淡薄，学校的很多教室在白天室内照度很高的情况下，仍然存在开灯现象；或者夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启。长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。这种有意和无意的浪费，不仅是浪费了国家资源，而且给学校带来了沉重的负担。本文介绍了基于单片机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学校教室室内照明的控制，从而达到节能的目的。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、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：键盘与LED显示电路、RS485通信电路、照明灯控制电路以及看门狗电路等。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。在本次课程设计中首先是硬件方案的确定，接下来是对系统整体电路中各子模块电路的设计，包括检测电路、A/D转换电路、微控制器的工作电路、显示电路测量电路的设计。通过不断的摸索，最终实现了对灯光的控制。关键词：灯光控制系统；AT89C51；AT89C2051；节能；采集电路目录基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第5页。1引言 5基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第5页。2总体方案设计 52.1硬件方案论证 52.2系统总体设计 82.3系统逻辑算法的设计 113系统单元电路的设计 123.1主控制机电路设计 123.2分控制器电路的设计 153.3RS485通信电路设计 163.4信号采集电路设计 173.5DS12887时钟芯片接口电路设计 213.6输出驱动电路设计 234系统软件设计…………………..234.1 人机交互程序设计 234.2照明启停控制程序设计 254.3照明控制程序设计 294.4RS485通信程序设计 32附录： 36基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第6页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第6页。1引言随着计算机网络、通信、控制等技术的发展,智能建筑的发展越来越迅猛。目前，国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。就智能建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，也不管有多少人。或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求，同时也给人的视力造成了很大的影响。现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来利用计算机工作的人员比例上升，不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制系统。因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必不可少了。而在大学校园的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也意识到了智能照明的重要性。相对商业楼宇而言，大学校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多，所以控制教室照明是节能的关键。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平，而且还能节省开支。2总体方案设计2.1硬件方案论证对于灯光控制系统来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的基础。系统的设计成功与否很大程度上取决于硬件系统的设计，硬件的选择和所选硬件的性能对系统的功能实现以及系统的精度都有直接的影响。本系统硬件方案论证包括单片机、灯光控制系统的传感器、通信方式、总线接口及显示电路的选择。2.1.1微处理器的选择基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第7页。方案一：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第7页。8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比低。方案二：ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS8位微处理器，带有4k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），15个I／O口线，两个16位定时／计数器，—个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。根据本设计的要求，AT89C51芯片完全能够满足灯光控制系统所需要的处理器的性能和内存。故本设计采用该AT89C51芯片。2.1.2传感器的选择根据本设计的要求，该控制系统需要两种传感器：一种是人体信号采集传感器，另一种是光信号强度采集传感器。用于人体信号采集的传感器和光信号强度采集的传感器有很多，这里根据设计的要求采用了以下传感器：一、热释电红外传感器：热释电红外传感器是一种基于热电效应原理的热电型红外传感器，它是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在已得到越来越广泛的应用。热释电红外传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。二、光敏电阻式传感器：光敏电阻会感应光照强度的变化，自己电阻随着光强度的增加而减小，进而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来决定下一步将要执行的动作。光敏电阻是一种非常常用的光电元件。它可以十分快捷的反正出光照的变化，应用电路也十分的简单、实用。2.1.3显示器的选择方案一：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第8页。LCD数码管液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第8页。方案二：LED数码管静态显示，多片七段译码器驱动显示，这不仅增加了成本，还需要占用单片机多个I/O口，也给电路的焊接带来一定的困难，因此不选用这种方案作为显示模块，所以排除此方案。方案三：LED数码管显示器动态显示方式下，将所有位的段选线并联在起，由位选线控制哪位接收字段码。采用动态扫描显示，也就是在显示过中，轮流向各位送出字形码和相应的字位选择，同一时刻只有一位显示，其他各位熄灭。利用显示器的余辉和人眼的视觉暂留现象，只要每一位显示足够短，则人看到的就是无为数码管同时显示。在动态显示方式下电路设计简单，故采用此方式。本系统采用了四位共阳极七段数码管，共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。2.1.4通信方式的选择方案一：并行通信是指一条信息的各位数据被同时传送的通信方式。并行通信的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只使用于近距离(十几距数米)的通信，故不采用。方案二：串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。串行通信的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只一需根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。由于串行通信方式具有使用线路少、成本低、特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用，因此本设计采用串行通信。2.1.5串行总线接口的选择在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，是不同的设备可以方便地连接起来进行通信。当前流行的接口有：RS-232-C和RS-485。方案一：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第9页。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50，75，100，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。例如，采用150pF／m的通信电缆时，最大通信距离为l5m。传输距离短的另一原因是RS一232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第9页。方案二：RS-485总线，通信距离为几十米到上千米时，因此长距离要求时被广泛采用。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS一485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。故本系统采用RS-485接口。2.2系统总体设计2.2.1系统的设计思路本系统主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。系统的结构框图如图1）。图1）系统的结构框图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第10页。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）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。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第10页。图2）主控制器硬件电路结构下位机系统：分控制器硬件电路结构如图3）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。图3）分控制器硬件电路结构通信系统：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。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第11页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第11页。2.1.2系统的硬件设计图图4)系统硬件设计图2.3系统逻辑算法的设计室内灯光控制系统可以根据作息时间、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，休息时间关灯。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）、无限灯（休息时间开灯），从而达到节电目的。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第13页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第12页。根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功能表，如表1-1所示：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第13页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第12页。信号室内光信号人体信号时钟信号电灯的开关状态参数自然光照度人体作息时间逻辑状态强无休息断强无上课断强有休息断强有上课断弱无休息断弱无上课断弱有休息断弱有上课合如果假设：室内光线强度为A：光线弱时A=1，光线强时A=0；人体信号为B：有人时B=1，无人时B=0；作息时间为C：上课时C=1，休息时C=0；电灯开关状态为D：合时D=1，断开时D=0。则表1-1可以转化为表1-2：信号室内光信号人体信号时钟信号电灯的开光状况参数自然光信号人体作息时间符号ABCD逻辑状态00000010010001101000101011001111由上述的真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=A·B·C3系统单元电路的设计本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：AT89C51芯片、AT89C2051芯片、光信号采集电路、人体信号采集电路、时钟控制电路DS12887、输出控制电路、定时监视器电路，如图4）所示。3.1主控制机电路设计主控制器采用AT89C51单片机作为微处理器，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（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（CPU）和Flash存储单元。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5）所示：图5）主控制器系统的硬件电路原理图3.1.1键盘的接口设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第14页。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4×4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、定时、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P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与P1.4、P1.5、P1.6、P1.7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。如图6）：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第14页。图6）键盘的硬件电路原理图3.1.2LED数码显示接口设计数码显示与驱动电路由74LS138译码器、7447TTLBCD-7段高有效译码器/驱动器、4个数码管以及5个A1015三极管组成。由单片机的P0.0～P0.3口输出的四位BCD码，经7447芯片后，翻译成7段数码管a、b、c、d、e、f、g相应的段，并输出点亮数码管相应的段。单片机的P0.4、P0.5口输出的信号经74LS138译码器后产生的高电平信号加在A1015三极管的基极，控制三极管的导通，从而起到对相应数码管的选通作用。4个7段数码管都被接成共阳极方式。如图7）：图7）数码显示与驱动电路原理图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第15页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第15页。3.1.3看门狗监控电路的设计本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗，与AT89C51的接口电路附录所示。MR与WDO经过一个二极管连接起来，WDI接单片机的P2.7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。如图8）图8）看门狗电路原理图3.2分控制器电路的设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第16页。分控制器采用低档型的AT89C2051单片机作为微处理器，AT89C2051也是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，具有15线可编程I/O口，该单片机具有体积小、成本低、结构简单、性价比较高等特点。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第16页。分控制器系统的硬件电路如下：CC2051图9）分控制器系统的硬件电路AT89C2051单片机共有二十个引脚。P1口8个引角，准双向端口。P3口7个引角，准双向端口，并且每个端口都可复用，P3.0、P3.1的串行通迅功能，P3.2、P3.3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。根据各引角功能及本设计要求，将其接口电路设计如下：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第17页。3.3RS485通信电路设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第17页。主机RXDTXDRXDTXD从机1RXDTXDRXDTXD主机RXDTXDRXDTXD从机1RXDTXDRXDTXD从机n……图10）多机通信时，单片机的串行口只能工作在方式2、3。此时单片机发送或接收的一帧信息都是11位，1位起始位、9位数据位、1位停止位，其中第9位数据发送或接收是通过TB8或RB8实现的。当主机发送地址信息时，使TB8=1，所有SM2=1的从机都将产生中断，接收此地址信息进行比较，其中被主机呼叫的从机的SM2位被清“0”；主机发送数据信息时，使TB8=0，仅有SM2=0的从机才将产生中断，接收主机发来的命令或数据信息，其余从机不予理睬。本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信。在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。主机处于主导和支配地位，从机以中断方式接收和发送数据，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。主机与从机的通信电路图分别如图11）与图12）所示。图11）主机通信电路图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第18页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第18页。图12）从机通信电路图主机与从机选用的RS485通信收发器芯片为MAX485，它是MAXIM公司生产的用于RS485通信的低功率收发器件，采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通信方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。3.4信号采集电路设计信号采集电路设计包括光信号取样电路的设计和人体信号采集电路的设计。3.4.1光信号取样电路设计光信号取样电路如图13）所示，图中主要由光信号采集电路和A/D模数转换电路组成，其中模数转换是电路的核心。信号经过采集送入A/D转换电路，通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第19页。在本次设计中选用了带串行控制的10位模数转换器TLC1549，它是由德州仪器（TexasInstruments简写为TI）公司生产的，它采用CMOS工艺，具有自动采样和保持，采用差分基准电压高阻抗输入，抗干扰性能好，可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到(±)1LSBMax，芯片体积小等特点。同时它采用了Microwire串行接口方式，故引脚少，接口方便灵活。与传统的并行方式接口A/D转换器（例ADC0809/0808）相比，其单片机的接口电路简单，占用I/O口资源少。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第19页。图13）光信号取样电路3.4.1TLC1549的接口设计TLC1549采用了Microwire串行接口方式，其接口如图14）所示，在芯片选择（CS）无效情况下，I/OCLOCK最初被禁止且DATAOUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/OCLOCK工作并使DATAOUT脱离高阻状态。串行接口然后把I/OCLOCK序列提供给I/OCLOCK并从DATAOUT接收前次转换结果。I/OCLOCK从主机串行接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O时钟提供采样模拟输入的控制时序。图14）TLC1549引脚及A/D接口电路基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第20页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第20页。图15）TLC1549方式1时序图在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATAOUT端。10位数据通过DATAOUT被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要10个时钟脉冲。如果I/OCLOCK传送大于10个时钟长度，那么在的10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATAOUT拉至低电平以确保其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内CS端高电平至低电平的跳变可终止该周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS被拉至低电平。时序图如图15）。3.4.1TLC1549的数据采集程序设计/*AetAD()TLC1549数据采集*/sbitADCLK=P1^0;sbitADOUT=P1^1;sbitADCS=P1^2;/**/VoidAetAD(){uchari=1,w,PickCount;uintvol;for(w=1;w<=PickCount;w++){ADCLK=ADOUT=0;vol=0;ADCS=0;//开启控制电路，使能DATAOUT和I/OCLOCKfor(i=1;i<=10;i++)//采集10位串行数据{//给一个脉冲ADCLK=1;vol<<=1;if(ADOUT)vol|=0x01;ADCLK=0;}ADCS=1;delay(21);//两次转换间隔大于21us基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第21页。P0=0xff;//P0口置初始输入状态基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第21页。}}3.4.2人体信号采集电路设计人体信号采集由人体红外检测探头和比较电路组成。3.4.2人体红外检测探头人体红外检测探头由菲涅尔透镜、热释红外传感器P2288组成。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。热释电红外传感器和热电偶都是基与热电效应原理的热电型红外传感器。热释电红外传感器（以下简称：传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。图16-1）为它们的顶视图，其中较大的矩形部分为滤光窗，图16-2）为底视图，图16-3）为侧视图，P1、P2为两个敏感单元，面积约2×1mm2，间距1mm。图图16-1）传感器顶图16-2）传感器底图16-3）传感器侧3.4.2比较电路比较电路如图17)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。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第22页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第22页。图17）人体信号比较电路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。3.5DS12887时钟芯片接口电路设计图18）DS12887芯片管脚图本次系统设计中，灯光设计有以时间作为基准信号，故采用了DALLAS公司的DS12887芯片。DS12887为DALLAS公司生产的实时时钟芯片，除具有实时钟功能外，它还具有114字节的通用RAM，采用CMOS技术制成，具有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，而且它与目前应用广泛的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容。采用DS12887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具图18）DS12887芯片管脚图图18）显示了DS12887管脚排列图：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第23页。DS12887接口设计原理图如图19）：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第23页。图19）DS12887接口设计原理图3.6输出驱动电路设计单片机输出控制信号电路如图20）所示，由P2.0和P2.1口输出的控制信号来实现室内灯光的控制功能。图20）输出控制电路基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第24页。当P2.0口输出的是“0”电平时，则由Q1、Q2两个三极管组成的信号放大电路就被截止，则继电器回路中无电流，所以，继电器线圈无法工作，使得继电器开关触点断开，电灯回路不通，电灯不亮。当P2.1口输出的是“0“电平时，三极管Q3截止，发光LED管电路不导通，发光LED管不亮，反之，发光LED管则亮。该发光LED管作为系统的故障提示灯来使用。该P2.1口有四种信号状态并对应不同的用户提示信息，即常“1”（正常）：开启室内照明电器。常“0”（正常）：关闭室内照明电器。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第24页。4系统的软件设计本灯光控制系统的软件设计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行等。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。4.1.1键盘扫描程序设计键盘扫描程序的流程图如图21）所示：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第25页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第25页。图21）键盘扫描程序的流程图本系统的键盘采用的是4×4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。4.1.2LED数码显示程序设计LED数码显示程序的流程图如图22）所示：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第26页。图22）LED数码显示程序的流程图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第26页。4.2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，因此照明启停控制程序由两部分组成，即全部启停控制与单独启停控制两部分。4.2.1全部启停控制程序设计全部照明启停控制系统是利用主控制器上的开、关按键来控制全部照明灯的启停，控制命令是通过串口通信方式传达到分控制器，分控制器再依据命令向P3.7口输出高低电平，来达到控制灯泡亮和灭的目的。系统的主机和从机的控制程序流程图如图23）和图24）所示：图图23）全部启停控制主机程序流程图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第27页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第27页。图24）全部启停控制从机程序流程图4.2.2单独启停控制程序设计单独照明启停控制系统是通过主机发送给指定的从机命令信息，来实现照明灯的启停控制。主机首先发送从机地址，被叫到的从机向主机发送本机地址，然后主机向从机传送数据，从机根据接收的数据信息执行相应的命令。该系统的主机和从机控制程序流程图分别如图25）与图26）所示：基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第28页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第28页。图25）单独启停控制主机程序流程图基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第29页。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第29页。图26）单独启停控制从机程序流程图4.3照明控制程序设计照明控制系统是利用从机即单片机AT89c51和时钟芯片DS12887进行数据通信，读取和写入实时数据，主机采用串口通信方式对从机进行定时时间的设置，从机然后根据设定的时间进行照明灯的启停控制。4.3.1全部定时控制程序设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第30页。在全部定时控制系统中是通过主控制器向所有的分控制器发送广播地址，分控制器在收到广播地址后，使自己处于接收数据状态，然后主控制器向网络中发送时间数据信息，分控制器在收到时间数据后写入DS12887芯片，等到设定时间到达后，单片机发出命令关闭照明灯。该系统的主机控制流程图同图20）所示，从机的控制流程图如图27）所示。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第30页。图27）全部定时控制从机程序流程图4.3.2单独定时控制程序设计基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第31页。单独定时控制的主机程序流程图同图25）所示，从机程序流程图如图28）所示。基于单片机的灯光控制系统设计全文共38页，当前为第31页。图28）单独定时控制从机控制程序流程4.4RS485通信程序设计RS485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对从机的查询方式通信。基于单片机的灯