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1、山东劳动职业技术学院毕业设计单片机的房间自动照明控制系统设计学 生 姓 名：马业凯班 级 学 号：D10 电 9B7 院、系 、 部：电气及自动化专业：电气自动化指 导 教 师：刘长军2012年 11月精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 39 页摘 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、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。同时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。本文阐述了照明的控
2、制方式设计原理与实现方法。以设计过程为主线，分别从硬件和软件两个方面描述设计过程，即从硬件电路的设计方法到实现所要求功能的软件技术。该照明控制系统的控制器分别是以AT89C51 单片机为基础，实现了控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程，包括：与LCD显示电路，照明灯控制电路以及看门狗电路等。对于软件设计主要有控制器、程序设计与灯光控制、键盘扫描与LCD 显示等程序设计。该功能是：通过人体释热红外线传感器，光敏三极管和AT89C51单片机控制的照明灯实现开启、关闭、调节房间亮度功能。关键词：单片机，手动控制，自动控制，人体释热红外线传感器，光敏三极管精选学习资料 - - - -
3、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 39 页目 录摘要 I第一章绪论11.1系统设计要点11.2系统的结构21.3系统性能指标及技术要求31.4本章小结3第二章硬件设备的应用42.1单片机的应用技术42.2人体释热红外线传感器42.3光敏三极管72.4LCD液晶显示82.5看门狗MAX813L122.6本章小结13第 三 章 基 于 单 片 机 的 照 明 控 制 系 统 的 硬 件 电 路 设 计1 43.1控制器的电路设计143.2LCD液晶显示设计153.3看门狗监控电路的设计163.4光敏三极管采光电路设计173.5人体存在信号采集电路设计183
4、.6电灯的驱动电路设计193.7本章小结20第 四 章 基 于单 片 机 的 照明 控 制 系 统 的软 件 设 计2 04.1功能要求和重点214.2软件编程（程序）214.3本章小结23第五章总结23致谢24参考文献25附录261软件程序272硬件电路图32精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 39 页第一章绪论近十几年来，随着我国城市建设的快速发展，楼宇照明也相应飞速发展。在楼宇的照明数量与质量两个方面均有显著的变化与提高，特别是随着人民生活水平进入小康水平，楼宇照明水平提高很快，追求人工照明光环境的舒适性、个性化、安全
5、、节能等方面日见突出。楼宇中人工光环境对于满足人们的生活、学习、娱乐以及工作方面有着重要的意义。照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。而今出现的楼宇自控系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。由于照明控制系统在楼宇自控系统中并非独立，同时控制功能简单，因此使用上有一定的局限性。故当楼宇自控系统出现故障时，照明系统亦受到影响。随着微电子技术与数字化技术的发展，开发出了智能化水平更高的专业照明控制的独立系统，从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。根据使用客户的经验，不仅使照明管理与设备维修简单及降低费用外，
6、还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。本系统是以单片机为控制器的核心，其是以AT89C51 为基础，以人体释热红外线传感器和光敏三极管为信号采集单元,再连接外围电路，通过单片机通信方式实现照明灯具的智能控制。1.1 系统设计要点照明作为智能楼宇的子系统之一，它对智能楼宇的舒适性、经济性、方便性具有重要的意义。利用人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，可以有效的对房间照明回路的智能控制，避免了照明用电的大量浪费。本设计以AT89C51 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在（没人时教室里灯全关，有人则进行下步行动），采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度
7、（光强时灯全关，光一般时灯开两盏，光弱时开3 盏灯）；根据房间合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对房间照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 39 页费9。在特殊情况下（如多媒体教案和电影文学欣赏）可以通过手动来控制灯的开关。一号按钮控制手动与自动，二号按钮控制灯的开关盏数（按0 次没灯开，按 1 次开 1 盏灯，按 2 次开 2 盏灯，按 3 次开 3 盏灯，按 4 次后返回到0）。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采
8、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10。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51 系列单片机，因此使用汇编语言进行开发。1.2 系统的结构系统的结构主要由三部分组成：（1）单片机控制系统（2）信号采集处理系统（ 3）LCD 显示系统（ 4）电灯电源驱动系统，达到控制照明灯具的目的。人体存在信号采集电路
9、光敏三极管采光电路AT89C51单片机LCD 显示电灯驱动电路狗门图 1.1 结构示意图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 39 页外接的传感器（人体释热红外线传感器和光敏三极管）将信号传送给单片机后，由单片机控制灯的开关和显示系统。系统在单片机的控制之下完成数据的处理、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。1.3 系统性能指标及技术要求首先单片机通过按钮1 判定是自动还是手动，若是自
10、动则人体存在信号采集电路和光敏三极管采光电路先后工作判定室内是否有人，和室内关照度，单片机再决定是否开灯，开几盏灯。最后通过LCD 显示开了几盏灯和关闭了几盏灯。手动/自动（1）自动A 全关B 开 2 盏灯C 开 3 盏灯（2）手动A 全关B 开 1 盏灯C 开 2 盏灯D 开 3 盏灯1.4 本章小结本章主要从系统设计要点、系统的结构、系统性能指标及技术要求三方面对所研究的照明控制系统的设计框架和性能进行了阐述，该系统由一个主控制器与若干个分控制器组成。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 39 页系统的设计首先要从硬件方面
11、着手，在绘制出正确的电路图后，再按功能要求编制出相应的软件程序，最终要达到所要求的性能指标。第二章硬件设备的应用2.1 单片机的应用技术电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。单片微型计算机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。因此一块芯片就构成了一台计算机。它已成为工业控制领域、智能仪器仪表、尖端武器、日常生活中最广泛使用的计算机。单片机由硬件系统与软件系统组成。硬件系统是指构成微机系统的实体与装置，通常由运
12、算器、控制器、存储器、输入接口电路和输入设备、输出接口电路和输出设备等组成1。其中运算器和控制器一般做在一个集成芯片上，统称中央处理单元（ Central Processing Unit）2，简称 CPU，是微机的核心部件。CPU 配上存放程序和数据的存储器2、输入 /输出（ Input/Output，简称I/O）2接口电路以及外部设备即构成单片机的硬件系统。软件系统是微机系统所使用的各种程序的总称，人们通过它对微机进行控制并与微机系统进行信息交换，使微机按照人的意图完成预定的任务。软件系统与硬件系统共同构成完整的单片微型计算机系统，两者相辅相成，缺一不可。2.2 人体释热红外线传感器精选学习
13、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 39 页人体释热红外线传感器（及红外线热释电传感器）由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成7。敏感单元的制造材料有所不同。如，SD02 的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288 由 LiTaO3 制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。但这两个电容的极性是相反串联的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有
14、独特的抗干扰性7。物体发射出的红外线辐射能，最强波长和温度的关系满足m*T=2989（ um.k）（其中m为最大波长，T 为绝 对温度）。人体的正常体温为3637.5。C， 即 309310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为 m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波长为9.65um。因此，人体辐射的最强的红外线的波长正好落在滤光窗的响应波长（714um）的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰8。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。在电子防盗、人体探测器领域中，被动
15、式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理及特性：在自然界，任何高于绝对温度（零下273 度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8 到 12um 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是
16、人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异7。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在 PIR 上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区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，这样PIR 就能产生变化的电信号。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 39 页人体都有恒定的体温，一般在37 度，所以会发出特定波长10 微 M 左右的红
17、外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10 微 M 左右的红外线而进行工作的。人体发射的10 微 M 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号8。1)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10 微 M左右的红外辐射必须非常敏感。2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好
18、相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。优点是本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点是：容易受各种热源、光源干扰被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。易受射频辐射的干扰。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
19、红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：1、红外线热释电传感器应离地面22.2M。2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。3、红外线热释电传感器和被探测的人体之间不得间隔家具、大型盆景、玻璃、窗帘等其他物体。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 39 页4、红外线热释电传感器不能直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方7。图 2.1 红外线热释电传感器
20、工作区示意图红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感 .。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。2.3 光敏三极管通过对半导体二极管和三极管的学习，我了解了晶体管的基本结构和工作原理，晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN 结，两个 PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和 NPN 两种，从三个区引出相应
21、的电极，分别为基极b发射极 e和集电极 c。发射区和基区之间的PN 结叫发射结，集电区和基区之间的PN 结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区 发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区 发射 的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP 型和 NPN 型两种类型。虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体管的开关作用更感兴趣。半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。半导体通过添加一部分微量元素会使
22、其特性发生翻天覆地的变化。光敏晶精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 39 页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。在教室图书馆，很多时候日光灯白天也亮着，在宿舍里面，日光灯经常是昼夜不息，同学们对这种浪费已经麻木不仁了。有的同学早晨去教室，虽然教室很明亮但还要开灯，虽然一盏日光灯不会浪费多少资源，但积少成
23、多，浪费就是很大了。因此，我们可以在教室安装一个控制电路，当亮度达到一定程度的时候，使得教室里面和宿舍里面日光灯将无法启动。我们可以利用光敏三极管附加电磁继电器来完成这个电路。采光点的选取是一个关键，因为并不是每一个教室的明亮程度都是相同的，我们可以采用多点取样来达到这个要求。例如在20 个教室中都安放光敏三极管，我们可以设置，如果他们全部或者大部分亮度都很高，那么，日光灯就无法正常启动，达到节约能源的目的。还有一种情况，就是如果有一天天空布满了乌云，亮度不够，那么日光灯可以开启了。但是不久云开雾散，天气放晴，日光灯不会自动关闭。同样造成很大浪费。可以在采光点所在的教室外面再安装一个采光点，当
24、室内外强度的差值缩小到一定范围是，我们可以认为日光灯的作用可以忽略了，日光灯就会自动关闭。另外一种情况，如果教室外面正下雨，教室里面日光灯亮着，此时窗外一个闪电，使得外面很亮，日光灯就关闭了，这会造成麻烦。因此要避免这种问题。方法就是在电路中安装计数器，使得亮度差维持一定时间才可以使日光灯强制关闭。综上所述，我们可以利用光敏三极管设计一个电路，使得日光灯无法正常启动或者被强制关闭从而达到节约能源的目的。当然，这种方法的可行性从现在看并不是很高，电路要改装费用可能很高都会影响实施。不过我认为的确可以通过光敏三极管的特性来得到节约的目的。2.4 LCD 液晶显示1602采用标准的 16 脚接口，其
25、中 : 第 1 脚：VSS为低电源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 39 页第 2 脚：VDD 接 5V 正电源第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“ 鬼影” ，使用时可以通过一个10K 的电位器调整对比度第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS 为低电平 RW为高电平时可以读
26、忙信号，当RS为高电平 RW 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 1516脚：空脚1602 液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160 个不同的点阵字符图形，阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A” 的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母 “A”6。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、 0 为
27、低电平）指令 1：清显示，指令码01H,光标复位到地址 00H 位置指令 2：光标复位，光标返回到地址00H 指令 3：光标和显示模式设置I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效指令 4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁指令 5：光标或显示移位S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标指令 6：功能设置命令DL：高电平时为4 位总线，低电平时为8 位总线N：低电平时为单行显示
28、，高电平时双行显示F: 低电平时显示5x7 的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符指令 7：字符发生器 RAM 地址设置指令 8：DDRAM 地址设置精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 39 页指令 9：读忙信号和光标地址BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据指令 11：读数据DM-162 液晶显示模块可以和单片机AT89C51 直接接口，电路如图2.2 所示。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否
29、则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符1602的内部显示地址6。比如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H 就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位 D7 恒定为高电平 1 所以实际写入的数据应该是：01000000B（40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。以下是在液晶模块的第二行第一个字符的位置显示字母“A”的程序：ORG 0000H RS EQU P3.7；确定具体硬件的连接方式图 2.2 DM-162 （及 1602）与 AT89C51连接图RW EQU P3.
30、6 ；确定具体硬件的连接方式E EQU P3.5 ；确定具体硬件的连接方式MOV P1，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 39 页#00000001B ；清屏并光标复位ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#00111000B ；设置显示模式： 8 位 2 行 5x7点阵ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#00001111B ；显示器开、光标开、光标允许闪烁ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#00000110B ；文字不动，光标自动右移ACALL
31、ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#0C0H ；写入显示起始地址（第二行第一个位置）ACALL ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，01000001B ；字母 A 的代码SETB RS ；RS=1 CLR RW ；RW=0 。准备写入数据CLR E ；E=0 。执行显示命令ACALL DELAY ；判断液晶模块是否忙 ? SETB E ；E=1 ；显示完成 ,程序停车AJMP $ ENABLE ：CLR RS ；写入控制命令的子程序CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB E RET DELAY ：MOV P1，#0FFH ；判断液晶显示器是否忙的子
32、程序CLR RS SETB RW CLR E NOP SETB E JB P1.7，DELAY ；如果 P1.7 为高电平表示忙就循环等待RET END 程序在开始时对液晶模块功能进行了初始化设置，约定了显示格式。注意精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 39 页显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预，每次输入指令都先调用判断液晶模块是否忙的子程序DELAY ，然后输入显示位置的地址0C0H，最后输入要显示的字符 A 的代码 41H。2.5 看门狗 MAX813L 几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本要求是：在
33、单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EEPROM 中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器（有些单片机无看门狗定时器）外，还需外加个看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是很随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。MAXIM公司推出的MAX813L刚好能满足这些要求，下面具体介绍该芯片的性能特点及使用方法。MAX813L 有双列直插和贴片两种封装形式，引脚功能如下：
34、第(1)脚为手动复位输入，低电平有效；第(2)、(3)脚分别为电源和地；第(4)脚为电源故障输入；第 (5)脚为电源故障输出；第(6)脚为看门狗输入，第 (7)脚为复位输出，第 (8)脚为看门狗输出。 (如图 2.3 所示 MAX813L) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 39 页图 2.3 看门狗电路图MAX813L 芯片具有以下主要性能特点：（1）复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第(7)脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms，高电平有效，复位门限的典型值为4.65V。（2）看门狗电路输出。如果
35、在1.6s内没有触发该电路（即第(6)步无脉冲输入），则第 (8)脚输出一个低电平信号。（3）手动复位输入，低电平有效，即第(1)脚输入一个低电平，则第(7)脚产生复位输出。（4）1.25V 时，第 (5)脚输出一个低电平信号。MAX813L 是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。2.6 本章小结本章介绍了照明控制系统在智能楼宇中的应用、发展以及所使用的主要专业技术。它从传统的方式逐步发展到能够实现智能化控制，使用户使用起来更加方便、舒适。本文所研究的照明控制系统主要
36、使用了单片机应用技术、有线通信技术和无线数传技术。在这里主要对这三种技术的组成、功能、发展以及使用领域等方面进行了简要的阐述。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 39 页第三章基于单片机的照明控制系统的硬件电路设计3.1 控制器的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CMOS 8 位单片机，片内含4K bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非
37、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3。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 39 页图 3.1 单片机与狗门电路组成的控制电路图3.2 LCD 液晶显示设计采用 AT98C51 驱动一片 1602 液晶显示器，使显示器第一行显示“OPEN：”。第二行显示“ CLOSE：”。其中LM016L 与 1602 功能及用法基本相同，只是 LM016L 上没有控制背光灯的引脚5。图 3.2 所 示电 路中 ，1602 所在库类 别为“ Optoelectr
38、onics” ,子 类别“AlphanumericLCDs” (字符型显示器 )。电路中使用了滑动变阻器R5，其所在库类别为“ Resistors ”，子类别为“ Variable”(可变的 )。滑动变阻器R5 的阻值应设为 10k。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 39 页图 3 .2 为显示电路3.3 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 的接口电路如图3.3 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，
39、RESET 接单片机的复位输入脚RESET，MR 经过一个复位按钮接地6。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 16s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
40、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 39 页（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。图3.3 看门狗电路图3.4 光敏三极管采光电路设计通过对光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的比较，考虑到灵敏度、可行性、经济性等方面的因素，本课题设计采用光敏三极管作为采光元件，进行对教室里自然光的采集，本课题设计采用3DU5C 型号的光敏三极管。光通量的单位，发光强度为1 坎德
41、拉的点光源，在单位立体角（1 球面度）内发出的光通量为 “1 流明” 。英文缩写 (lm)。所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度。一个普通40 瓦的白炽灯泡，其发光效率大约是每瓦10 流明，因此可以发出 400 流明的光。 40 瓦的白炽灯 220 伏时，光通量为340 流明。光通量是描述单位时间内光源辐射产生视觉响应强弱的能力，单位是流明，也叫明亮度。投影仪表示光通量的单位是ANSI 流明， ANSI 流明是美国国家标准化协会制定的测量投影仪光通量的标准，它测量屏幕“田”字形九个交叉点上的各点照度，乘以面积，再求九点的平均值，即为该投影仪的ANSI 流明。流明值越
42、高表示越亮，明亮度越高则在投影时就不需要关灯。ANSI 为 American National Standards Institute精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 39 页（美国国家标准局）的缩写10。应用 3DU5C 型号的光敏三极管，流明与光生电流之间有着良好的线性关系，0lm0A；100lm5A；200lm10A；300lm15A。光敏传感器采光电路如图3.4 所示，采用LM339 电压比较芯片，组成一个三级电压比较电路。图中，取R7=200K，40W 白炽灯光照度为强，约 340 流明，产生光生电流为3401
43、5/300= 17A 产生电压为3.4V，即为光照度强；25W 白炽灯光照度为中，约 250流明，产生光电流为25015/300=12.5uA产生电压为 2.5V，即为光照度中； 15W 白炽灯光照度为弱，约150 流明，产生光电流为 7.5 uA ，产生电压为 1.5V，即为光照度暗。所以： 图中 V2 取 3V，V1 取 1.5V，VIN3V 光照度为强， VIN1.5V 光照度为弱， 1.5VVIN3V 光照度为中。 V1，V2 通过 200K 电位器调节设定。图中是 4.71/31.567V， 4.72/3 3.133V，与此不符故要使用电位器R7。4图 3.4 光敏三极管采光电路图3
44、.5 人体存在信号采集电路设计本课题采用的人体存在信号采集电路的传感器是HP-208 型号的热释电红外人体存在传感器。 HP-208 是深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下：（1）感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平（高3.3V），人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平(低 0.3V)，其高低电平利于采精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 39 页集；（2）采用可重复触发方式。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
45、人离开后才延时8秒-15 秒后将高电平变为低电平；（3）人体存在传感器的工作电压宽为DC3V-DC24V ；（4）人体存在传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140 度锥角，感应距离为 7M 以内；（5）其静态电流小于 50 微安，功耗低；（6）工作温度介于 -15摄氏度和 +70摄氏度之间，适应性强；（7）灵敏度高，可靠性强。人体存在传感器的1 号引脚为电源信号端， 3 号引脚为接地信号端， 2 号引脚为采集信号输出端。在电路设计中,为了使人体存在传感器的工作更加可靠，介于人体存在传感器的信号引脚2 与接地信号引脚3之间加了一个6800pF的电容，另外，人体存在传感器的信号引脚2 与单片机
46、的 P3.3 引脚相连， P3.3引脚再接一个 100K的上拉电阻，增加人体存在传感器输出信号的可靠性，其电路原理图，如图 3.5所示：图 3.5 人体存在传感器电路原理图3.6 电灯的驱动电路设计单片机发出信号通过7404 来给光电耦合器MOC3021 来控制续电器接通与断开 ,从而控制电灯的开关。光电耦合器能将强弱电隔离，抗外界干扰。共有3 盏灯，房间最前的一盏灯与P2.0口相连；房间中间一盏等与P2.1口相连，最精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 39 页后一盏灯与 P2.2口相连。图3.6 电灯的驱动电路原理图3.
47、7 本章小结本章详细地阐述了系统硬件部分的设计过程，控制电路和其外围的一些硬件设施电路，其中包括：看门够电路；LCD 显示电路；人体存在信号采集；光敏三极管采光电路设计；电灯驱动电路。这些电路能完成房间自动照明功能。检测/放大/比较电路能够检测房间里有没有人和房间的光照度并把所检测的信号进行处理后传送给单片机。控制电路将会根据传入的信号控制电灯的开关，同时显示器将显示灯所开的盏数。第四章基于单片机的照明控制系统的软件设计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，
48、如系统要控制分布的照明灯精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 39 页具，通过单片机内部程序来完成控制功能，通过软件定义按钮功能，通过编程完成 LCD液晶显示显示等等，由此可见，软件是控制系统中的一个重要组成部分。4.1 功能要求和重点本设计以 AT89C51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在（没人时教室里灯全关，有人则进行下步行动），采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度（光强时灯全关，光一般时灯开两盏，光弱时开 3盏灯）；根据房间合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别
49、和智能判断，完成对房间照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。在特殊情况下（如多媒体教案和电影文学欣赏）可以通过手动来控制灯的开关。一号按钮控制手动与自动，二号按钮控制灯的开关盏数（按0次没灯开，按1次开1盏灯，按 2次开2盏灯，按 3次开3盏灯，按 4次后返回到 0）。因为放大电路和比较电路中有滞环效果所以不必在程序中考虑设置滞环。在单片机接收每一信号时要延迟3ms与下一信号比较以防突变。按钮的情况也是如此。当房间里没人灯全关时要延迟30s关灯。 LCD液晶显示要及时无误的显示灯所开的盏数。4.2 软件编程（程序）如图4.2为整个程序流程图，首先给狗门电路喂狗防止出现死机的情况。由按键
50、 1被按次数 R1判断是自动还是手动（按键按一次R11时程序进入手动状态，按键按零次 R10时程序则进入自动状态，若按两次就会返还到R10的状态）。自动时单片极会由人体存在信号采集电路和光敏三极管采光电路的信号决定是否开灯，开几盏灯。手动时单片机会由按键2所按的次数 R0决定开灯的盏数（按 0次全关，案 1次开一盏，按 2次开两盏，按 3次全开，按 4次则返还到按0次的状态）。最终通过 LCD液晶显示开灯的盏数和关灯的盏数。P2.0引脚接 1号灯（教室里最前面的灯），P2.1引脚接 2号灯（教室里中间的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第