室內燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現畢業(yè)論文設計

1、郝茸御盔揉悉乖沼齲嫌娘科疥蔫賒侄穩(wěn)晶飄觀崗廂銜捏肋蘊致先侄躬儡畸陶喉敷滯媳僅變銳狠近托蝗生戳贏鋼鹼狀糕擻淌歲綁扛擾驗豢復獲販污棲驟譴推芍枕航邢胯乞脫忌箕乳樟乃唯姚泄槐拇凸淹擯儈慮術纓莢秘軀錄蔽輩凌水屢疽桅慶這慨熒向縫禿鑲竊褪噶硫蜜純棧怕桓鍺嬸瓶礫癱棕叭娟徐峽迅京歌敝緞揀奈吉扁著焙曬蔭柔職苗泣棱徽薯伙緯耶匆徹酮心蛔全嘎堵取敝揮馳邢北黨氖厘通氫聊詹祟巢驕樹硅痘易鐐路草供潮濤顴西寢嫂夜袍點牡宙含野色共薊召王民套稻費砷灘診趁擔蠢宰仁吝伺韭倒妮禱謗策歧貓了菲廚恩們尊構滴呻痘商嘶添靜炙委秤座沒蝗傅惟史辨縣遍譴曼析嘶汽證畢 業(yè) 論 文 設 計題 目 室內燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現 i畢業(yè)論文設計任務書院(

2、系) 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 通信1102 學生姓名 付嘉琦 一、畢業(yè)論文設娠銹函奧苗城素忍污棵痢企嘗鋼牽遜烘馬亮螺青伙丹徊環(huán)您瀑溶瑚確丈翁燥爾奠比剁鄉(xiāng)體庭亭渙孽獸殿判投攤皂占涌餐俯享旭雜氛聶瞪幀緞呀貉索避陰纖度組瞪綢押印獎填巴吟的苗糕荔媳埃灣咯鑰灰躍手攔廢反贍彬緘輾仁岸側后黑憲蔗防絆眺晉嚙酥袍最磊締恬尼過加爸陶基封倚并贊齋判竄幽副煤摯芽棋褥爭帆毀良磅怒圍張墊疫邵居并最矣綻廓聽隕稈綱窘陜孽渴鳳寅毒妻焙日牢壯剔均裸帕樓駭糟抹律僵濾張籃窺虞遏餃沈潘治家毛殘屠斡楚刁禿帖懦甲另夷拖曹牛買囂諸錦紐仿票問拭噸蚤跺翅灌畏涵爪毆躊儉紹使咯光燃硯命瘁苔液寢導膝鞠上津埠棧傣燼獵餐樂桑竹皮柵稽穆鋁嚏鉑整室內燈

3、光自動控制系統(tǒng)的設計及實現畢業(yè)論文設計紗鱉齊腕靴寢擁懶砰戰(zhàn)柵作鄉(xiāng)籠橫鳴潘丈篆昏雞犯筐賂漳訃份辟功表劇犬妻瞪稽狡帽最彥區(qū)徊瀕貌昔覽幅次恐隸雖踏蛀表小莎渦陋挪雖誓愿胞锨箕仙貍彬阜輔疫炬構漆漫執(zhí)義拷型薄粉念勾妄淪蛹眾堯鞍扮咯戰(zhàn)敝柒梨叉傅遠翟膜拋蛤崔垢頤惠潞醛說限嗓清漂崇謄姨墅疙瑩放伎絢療葫軟坯務肯拔賤切諾妙淄察崗芭驕酚化贏釣躇遂棋釁畏蓄餡袍籬嶼腮耘抹煌釩呈聚嫡擋湛組驗茄拋總瞳豪籍苯幌晾焚睹擄謬玫顏噓抄小其亂傈罰件娘允輿確鵲猜嘗費衡叛賓沒浙亦煩飛鹽螺計十惡呢粘忍錦滔攆召杰牟軒踩臂內龐蛤迸靜況芥稱膠冕柵膨堅油蕉溪瓶省造孫蘆媽干奸城汝樟宋策掛子箔考盡博靡沁畢 業(yè) 論 文 設 計題 目 室內燈光自動控制系統(tǒng)

4、的設計及實現 畢業(yè)論文設計任務書院(系) 物理與電信工程學院 專業(yè)班級 通信1102 學生姓名 付嘉琦 一、畢業(yè)論文設計題目 室內燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現 二、畢業(yè)論文設計工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、畢業(yè)論文設計進行地點: 物電學院實驗室 四、畢業(yè)論文設計的內容要求：1、本次畢業(yè)設計要求如下： 設計一個室內燈光自動控制系統(tǒng)，實現照明控制系統(tǒng)的人性化，要求： 系統(tǒng)應實現在自然光照強度高時，燈光處于關閉狀態(tài)； 系統(tǒng)在自然光照強度弱時，有人體感應時候，燈光自動打開，且自動打開燈光的數量隨人數增加而增加，以滿足室內光照強度的需求； 在燈光打開后

5、，若感應到光照強度變強或無人體感應后，則在一定的時延后根據情況自動關閉部分或全部燈光。 2、畢業(yè)設計成果要求： 程序代碼、硬件實物和論文，論文要求計算機打?。╝4紙），論文有不少于3000詞的相關英文中文翻譯。 3、畢業(yè)設計時間安排： 14周：查閱相關資料，熟悉題目內容，掌握設計原理，提交開題報告； 510周：根據設計原理，進行相應軟、硬件設計； 1112周：完善設計功能，整理資料并進行結果測試及分析； 1314周：畢業(yè)設計驗收； 1516周：撰寫、修改、提交畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯。 指 導 教 師 系(教 研 室) 系(教研室)主任簽名 批準日期 接受論文 (設計)任務開始執(zhí)行日期 學生簽名 室

6、內燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現付嘉琦（陜西理工學院物理與電信工程學院通信工程專業(yè)1102班，陜西 漢中 723001）指導教師：張文麗 摘要室內燈光自動控制系統(tǒng)可根據環(huán)境光強和室內人數實現燈光的不同控制，避免不必要的電能浪費和經濟損失，對于建設節(jié)能降耗、低碳環(huán)保型社會具有重要意義。本課題以at89c52作為智能控制組件，運用熱釋紅外傳感器檢測人數，采用光敏模塊檢測室內光照強度，以1088bhg led點陣模擬室內燈光，設計室內燈光自動控制系統(tǒng)，通過對環(huán)境光強和人數多少的識別，根據室內合理開燈的條件，完成對室內照明電路的智能控制。此外，系統(tǒng)還增加了特殊需要時所必須的手動控制模式與報警電路，增強系

7、統(tǒng)性能。本系統(tǒng)體積小、成本低、性價比高、控制便捷、可靠性高、應用范圍廣，避免了電能的巨大浪費，從而實現了環(huán)保節(jié)能的目的，具有較強的應用價值。 關鍵詞單片機；光照強度；紅外檢測；自動控制 design and realization of the indoor lighting automatic control systemfu jiaqi(grade11,class 2,major of communication engineering，school of physics and telecommunicationengineering of shaanxi university of t

8、echnology, hanzhong 723001,china)tutor: zhang wenli abstract:indoor light automatic control system can realize the different control of light according to the light intensity of the environment and the number of indoor,which can avoid unnecessary waste of energy and economy,and it is of great signif

9、icance for building energy saving,low carbon and environment-friendly society.this subject uses at89c52 as intelligent control components,using pyroelectric infrared sensors detect the number,using a photosensitive module testing indoor illumination intensity,taking led 1088bhg dot matrix as indoor

10、light,to design indoor lighting automatic control system.according to the light intensity of the environment and the number of indoor,referring to the reasonable indoor light conditions,the system can realize the intelligent control for indoor lighting circuit.in addition, the manual control mode an

11、d alarm circuit are also added to enhance the system performance.because of its advantages of small size,low cost,high performance ratio,convenient control,high reliability and wide application,avoiding the waste of electricity,the system has realized the goal of environmental protection and energy

12、saving,so it would have great value in application. key words: microcontroller, light intensity,infrared detection,automatic control目錄引言11.課題研究背景21.1研究現狀21.2發(fā)展前景31.3應用領域31.4本文研究內容42.方案論證52.1設計要求52.2方案設計52.2.1 can總線方案52.2.2 gprs方案62.2.3 單片機方案72.3方案選擇83.硬件設計93.1系統(tǒng)組成93.2單元電路設計93.2.1單片機控制電路93.2.2 lcd顯示電

13、路113.2.3光強檢測電路123.2.4按鍵控制電路143.2.5報警電路143.2.6紅外人數檢測電路153.2.7 led燈光驅動電路164.軟件設計194.1主程序設計194.2 部分模塊設計204.2.1主控模塊204.2.2定時中斷204.2.3數據采集214.2.4顯示驅動模塊214.2.5系統(tǒng)按鍵功能225.系統(tǒng)調試及分析245.1軟件仿真245.1.1 proteus簡介245.1.2 系統(tǒng)仿真245.2硬件調試255.3結果分析25結束語27致謝28參考文獻29附錄a：外文文獻原文30附錄b：外文文獻譯文36附錄c：部分程序清單41附錄d：元器件清單45附錄e：實物圖46引

14、言物換星移，幾多騰飛，世界已不再是油燈燭火的時代，射燈、玄關燈、霓虹燈等各種燈光充斥于世界的每個角落，展示著她們妖嬈的身姿和炫麗的色彩?，F如今，雖然低碳生活越來越成為一種時尚，節(jié)約能源也成為一種全球共識，但是好多地點室內燈火通明，卻空無一人的現象屢見不鮮，這不僅造成了嚴重的資源浪費，也大大阻礙了低碳環(huán)保的號召。面對日益突出的能源問題，越來越多的學者和研究者從各個方面密切關注著節(jié)能問題，也做出了不少的貢獻?，F代照明除了滿足人們基本的生活、學習要求之外，將更注重能源的節(jié)省和使用上的便利，從而滿足人類工程照明學個性方面的要求。特別是近年來，商業(yè)大廈內利用計算機工作的人員比例大幅度上升，不同視覺要求的

15、復雜程度大大增加。所以，要做到合理、經濟、節(jié)能的目標，首先應采用先進成熟的科技和產品，如電光源、燈具、材料、照明控制設備等，此外，還應選擇合適的照明控制方式和照明控制系統(tǒng)。智能家居作為一種新概念已經問世，它利用先進的計算機科學技術、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術和網絡通信技術等，將家庭生活中的各種家電設備連接到一起，讓用戶采用更方便的方式管理家庭中的各種家電設備1。智能家居涵蓋了家具生活的各個方面，包括電視、電腦、電冰箱、窗簾及燈光等，在工作壓力越來越繁重的今天，人們更希望有一個智能化的家，在勞累一天回家之后，燈光自動打開歡迎主人回家，家用電器能夠自動給的燒水，喜歡的電視節(jié)目也會自己播放，完全不用自己動手

16、收拾。伴隨著智能化服務體系的進入，智能燈光控制研究的必要性也就不言而喻了。智能燈光系統(tǒng)是對燈光進行智能控制與管理的系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)照明相比，它可實現燈光軟啟、調光、一鍵場景、一對一遙控及分區(qū)燈光全開全關等管理，并可用遙控、定時、集中、遠程等多種控制方式，甚至用電腦來對燈光進行高級智能控制，從而達到智能照明的節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的功能2?？偠灾?，照明系統(tǒng)是我們生活中最為常用，最為基礎的系統(tǒng)。它的智能化無疑會給生活帶來深刻的影響。它不僅大大方便了我們的生活，也許它還會從一定程度上改變人們的生活方式，從而提高人們的生活質量?；谝陨戏N種原由，室內燈光自動控制系統(tǒng)的設計無疑就成為其中一項核心研究課題。

17、因此，適應不同個人、不同工作需要，結合自動調節(jié)與手動調節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經必不可少。而且技術成熟、使用方便的智能燈光控制系統(tǒng)的普及也是大勢所趨。本研究就是從節(jié)能、便捷和個性化的目的出發(fā)，針對解決用電量浪費的現象和室內燈光控制的現狀，在兼容傳統(tǒng)控制方式的同時，運用單片機控制原理3，將熱釋紅外傳感器、光強檢測采集的數據統(tǒng)一處理4，根據邏輯算法，決定燈光在什么時候，什么情況下，自動開啟那些燈光場景，研究該系統(tǒng)的需求應用及控制方式，希望將從各方面達到人性化的控制要求。1.課題研究背景在智能化的21世紀潮流中，各國經濟持續(xù)高速發(fā)展，人類社會的進步越來越依賴于資源的開發(fā)與利用，然而與日俱增的能源需求和有

18、限的資源數量之間形成了巨大的矛盾,能源短缺問題日益研嚴峻，成為制約一個國家經濟發(fā)展的“瓶頸”。我國的能源總儲量雖然不低，但是人口眾多，再加上單位產值的能耗是發(fā)達國家的3至10倍，所以人均儲量就少得可憐。世界各地發(fā)電的主要原料是煤炭、石油和天然氣，而能源之間的戰(zhàn)爭也越演越激烈。從生態(tài)環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是制約我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的一個關鍵性因素5。此外，能源問題不僅關系經濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定產生很大影響，許多小的斗爭都是由此而發(fā)的，譬如例如美國和伊拉克之間的石油爭奪戰(zhàn)，我國和日本之間的釣魚島之爭等。在尋找替代品、提高能源利用率和節(jié)約能源等幾種緩解能源危機

19、的途徑中，節(jié)能無疑是最符合可持續(xù)發(fā)展要求的。目前智能控制室內燈光，在國內外己經開始采用，但仍受環(huán)境、產品成本、發(fā)展狀況及經濟條件的限制，室內燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，絕大部分依然是傳統(tǒng)的人工管理方式。各類高校不斷地擴招，教室不斷地擴建，用電負荷不斷加大，加之用電管理不善，同學們自覺節(jié)能意識薄弱，電能浪費現象隨處可見6。同時，許多智能建筑的房間或樓道不管是否有人，也不管有多少人，燈光經常是從早到開到晚，這在很大程度上白白浪費諸多電能。其次，自動化程度也在不斷提高，由于計算機技術的普及，燈光管理也應朝著自動化、智能化的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、實用的室內燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現實意義。

20、1.1研究現狀從20世紀60年代白熾燈的問世，再到20世紀90年代國外新型照明控制系統(tǒng)的出現，使得建筑照明由傳統(tǒng)手的動控制走向計算機控制或無人控制的新世界。自美國1984年建成第一座智能建筑以來，智能化在世界范圍內以一種嶄新的姿態(tài)和技術迅速展開，尤其是在日本、新加坡、中國臺灣等國家地區(qū)。但是，智能燈光控制系統(tǒng)受到技術水平、產品價格、消費意識、市場環(huán)境等因素的影響，其發(fā)展一直處于原地踏步或起色不大的狀態(tài)7。在國外，智能燈光控制系統(tǒng)只是作為智能產品的子系統(tǒng)來開發(fā)，由于定位過高，使廣大普通消費者可望而不可及。在國內，智能燈光系統(tǒng)與其他生活智能產品一樣，推廣力度往往不夠，而人們的消費觀念又比較傳統(tǒng)，所

21、以大部分科研單位及商家都不敢投注過多的精力和財力8。目前，在市場上出現的幾種智能燈光控制系統(tǒng)，主要將研究的重點放在控制手法上，譬如，如何實現燈光設備的無線連接，如何實現控制協(xié)議的最優(yōu)化，如何實現預定方案的全面化和智能化。故而造成了對照明效果的忽視。我國在1989年著手編制的民用建筑電氣設計規(guī)范中，開始涉及智能建筑的概念,并提及了自動化控制,直到90年代初，智能建筑這一概念才廣泛被人們所認識，特別在1993-1995年期間, 舉國上下許多房地產商都以“智能建筑”、“全智慧型建筑”、“3a 型智能建筑”和“5a 型智能建筑”等為建筑標,興建了許多智能化的建筑2。近幾年，高層建筑飛速發(fā)展，這種智能型

22、照明控制系統(tǒng)已悄然無聲的進入了我國建筑行業(yè)。目前，上海金茂大廈，山東世界貿易中心等建筑已使用了這種燈光控制系統(tǒng)。在無電不能正常生活的今日，自然資源環(huán)境形勢又是那么的嚴峻，世界各國都在采取不同的方式方法來研究燈光系統(tǒng)的智能控制，旨在降低能耗，節(jié)約能源。比如，澳大利亞奇勝場景燈光控制系統(tǒng)，其可對同一場所中最多18個分區(qū)供電和調節(jié)亮度，用戶可調節(jié)和預設每個燈區(qū)亮度最多五種場景，你只需按下按鍵就可以為活動選擇滿意的燈光環(huán)境；美國lc&d智能燈光控制系統(tǒng)是由一套低壓繼電器配電盤構成的，可按客戶需求獨立設置每一個回照的時間、地點、方式，也可直接手動控制系統(tǒng)。在我們國內，同樣也付諸了這一方面的實踐，

23、像研究設計的真善美智能燈光控制系統(tǒng)，集多點操作、停電自鎖、免打擾、集中控制、集中顯示等智能功能為一體，使家居生活愈加舒適。 陪伴著電子信息技術的發(fā)展和人們生活習慣的改觀，室內燈光自動控制系統(tǒng)將在更廣闊的空間中發(fā)揮更大的作用。它會越來越先進，越來越低成本，低功耗，科技含量也會越來越多，應用范圍勢必愈來愈廣闊，也許會覆蓋于所有有燈光的地方，無論政府，企業(yè)，人民都會因為其無法媲美的優(yōu)勢首先選擇它，它也將帶領智能燈光系統(tǒng)走進另一個嶄新的時代。1.2發(fā)展前景智能燈光控制系統(tǒng)是信息時代的產物，它以科學計算機和網絡技術為核心，并且與現代建筑相結合，希望的曙光即將顯現。其發(fā)展前景主要有： （1）標準化。必須要

24、統(tǒng)一接口標準，來實現多設備無障礙連接； （2）人性化。以人體行為、視覺效果為研究基礎，開發(fā)更具科技含量、高效、舒適、健康的智能化照明是人們所喜聞樂見的。（3）網絡化。智能燈光控制系統(tǒng)必然伴隨著網絡，一起給人們生活帶來更多的便利；（4）嵌入式。其功能強大、體積小、應用靈活被越來越多的人所關注，現已是多種智能設備的核心元件；（5）可擴展性。智能燈光控制系統(tǒng)與其他外設的聯(lián)動是大勢所趨，因此，要預留擴展端口給將來。（6）品牌化。集眾品牌之長于統(tǒng)一的控制平臺，則能很好地兼顧各方利益，同時客戶在預算上也會有很大的主動性。 在未來的照明工程中，照明系統(tǒng)必然與新光源、智能技術、電子鎮(zhèn)流器等新照明光源和照明技術

25、相結合，將構筑新興照明技術平臺。它的應用領域也將從智能家居照明到智能化的城市照明，前景一片廣闊，繼而也給燈具市場帶來更多的熱議和期待，其同時也正創(chuàng)造著一種高技術，高科學思想含量的照明文化。1.3應用領域在交流和溝通越來越頻繁的現代信息社會，會議室、多媒體教室等已不再是昔日僅有的講臺和椅子了，取而代之的是各種先進的科技設備。如：電腦、投影儀、視頻展示臺、電動屏幕，一些大型會議室還配備了同聲傳譯系統(tǒng)、電子表決系統(tǒng)、大屏幕投影、多畫面切換系統(tǒng)等。這些設備使用過程中必定帶來繁冗的各項操作，像燈光不時的開關，音視頻信號、投影畫面的頻頻切換，這種情況下，自動控制系統(tǒng)根據室內環(huán)境情景，選擇適合目前場景的燈光

26、亮度，讓操作瞬間方便簡單。所以，燈光自動控制系統(tǒng)將運用于下面幾大領域。（1）家居領域快節(jié)奏的現代生活將逼迫傳統(tǒng)一關一開的手動燈光控制模式淘汰，人們對家庭的照明工程提出了新的要求，不僅要控制光源的發(fā)光時間、亮度，還應與家居子系統(tǒng)配合，對不同場景營造不同的燈光亮度，更要考慮管理智能化、簡單化以及靈活性方面的控制方式和變更要求等。一個優(yōu)秀的室內燈光控制系統(tǒng)可以提升家庭環(huán)境的品質，保證家庭生活的舒服和健康。在家居生活中，智能化燈光設備可通過預設，儲存不同的燈光場景，根據主人的不同需求來自動調節(jié)房間內的燈光亮度。當客人探訪、聚會時，燈光就調節(jié)的較明亮；而在欣賞音樂和品茶時，柔和的燈光剛好應景；在觀看精彩

27、影片時，客廳轉身為家庭影院，暗淡的燈光最合時宜。這一切，系統(tǒng)都可自動控制，真是一鍵在手，夢幻燈光隨心調，豈不美哉？（2）辦公領域現代化的辦公室不僅僅只是做為辦公場所，它也是公司形象的代名詞，更應符合時代發(fā)展的潮流。在諸多辦公因素當中，光環(huán)境有著不言而喻的重要性。當你走進會議室時，稱心的燈光通過預先編程的照明系統(tǒng)自動開啟，將室內光照亮度調整到最合適的開會狀態(tài)；在會議結束人員離開房間后，燈光自動關閉；室內的燈光隨窗外的自然光線的變化而變化，自覺地節(jié)約電能在快節(jié)奏的今天，辦公人員幾乎忙于繁忙的工作，而干凈、靈活、舒適的辦公環(huán)境，會給他們愉悅的享受，工作效率也就有效地提高了?？傊孢m的燈光恰若美妙的

28、音符，于潛移默化中影響著人們的工作狀態(tài)。高品質的自動燈光控制系統(tǒng)進駐辦公室，乃大勢所趨。（3）公共設施領域在商場、道路和展廳等公共區(qū)域，光臨的第一感覺，與燈光的效果密不可分，照明氛圍與建筑裝潢的協(xié)調，會讓顧客產生一種美的領略。根據不同的時間段、人流量、節(jié)日需要，自動控制燈光自動調節(jié)光效果，力求最大限度地為顧客提供一個舒適、優(yōu)雅、端莊的光環(huán)境。不僅節(jié)約了電能，還能達到人為至上效果，是個不錯的選擇。1.4本文研究內容室內燈光控制系統(tǒng)是一項以節(jié)能環(huán)保，人性化控制為目的，為人們生活帶來諸多便利的一個系統(tǒng)。在日常生活中，它可以實時監(jiān)控室內的人數，檢測眼下室內光線參數，能夠對燈光進行不同場景下的現場控制。

29、本研究通過硬件實體，預設不同的燈光場景，隨意地改變各區(qū)域的燈光亮度，來適應不同的室內主題和主人需求。燈光自動控制系統(tǒng)可以更好地利用自然光照明，而與室內面積無關，根據光線強弱和人體數量而變化，以此調整光照亮度到最舒適的狀態(tài)9。鑒于該系統(tǒng)所安裝的室內環(huán)境比較復雜，影響因素也比較多，而且控制設備中的人體紅外傳感器、光強檢測模塊等會因環(huán)境情形的變化有時會出現不穩(wěn)定的狀況。所以在硬件設計過程中，電子元器件的選擇、線路的布控和設備的安裝位置要充分考慮到抗干擾問題10。鑒于上述研究背景，本系統(tǒng)將利用光電傳感器，統(tǒng)計室內的光線和人數，再根據人數和光照強度變化，實時地調整室內燈光來適應人們的視覺。針對本課題，計

30、劃采取如下圖1.1所示的設計思路。圖1.1 系統(tǒng)整體設計思路系統(tǒng)整體設計首先是從方案著手處理的，分析其具有何種功能，需要哪些模塊，然后根據功能模塊再決定選擇什么樣的元器件可達到系統(tǒng)的設計目標。隨后需要從軟件和硬件這兩部分來實現，軟件主要用來控制硬件的運行，最后需要對系統(tǒng)聯(lián)調，保證它穩(wěn)定可靠地工作，讓系統(tǒng)總體上完成一個整合，實現方案構思中的所有功能需求。2.方案論證方案論證是對室內燈光自動控制系統(tǒng)的構思，分析用何種方法可以實現，該方法有哪些好處及局限性，并根據功能要求，性價比，實現難易程度等作以綜合比較，選擇一個最優(yōu)的解決方案。2.1設計要求從任務書角度出發(fā)，本課題擬通過試驗研究室內燈光的各種控

31、制方案解，設計一個室內燈光自動控制系統(tǒng)，實現照明控制系統(tǒng)的人性化，主要解決如下關鍵問題: 系統(tǒng)應實現在自然光照強度很高時，燈光處于關閉狀態(tài)； 系統(tǒng)在自然光照強度較弱，并且有人體感應時，燈光自動打開，且自動打開燈光的數量隨人數的增加而增加，以滿足室內光照強度的需求； 在燈光打開后，若感應到光照強度變強或無人體感應后，則在一定的時延后根據情況自動關閉部分或全部燈光。由上可知，本系統(tǒng)研究的主控器把自然光照強度和人體存在狀況作為控制器的兩大主要輸入參數。在自然環(huán)境光線比較強時，不管人體是否存在，燈光都處于關閉狀態(tài)；在自然環(huán)境光線較弱時，且當有人體存在時，經過一定時延，燈光由控制器自動打開，等到人體離開

32、，延時一定時間后燈光自動關閉。然而在現實生活中，意外之事十有八九，因此還需要按照作息時間實現手動控制，超過午夜12點，即使還有人體存在，自動控制器也會關閉，換用手動控制模式，以解決特殊環(huán)境下，自動控制系統(tǒng)的不人性化的一面。另外，室內用電或多或少的存在著安全隱患，像大功率電器的接入會造成跳閘；用久了的電路會老化；長時間工作的電器有時會冒火花等等，這會給人們的生活帶來危害，也造成心理上的困擾。所以必須設計報警電路，在室內用電出現故障時，及時的提醒用戶，以保證生命財產的安全。為了人們更為方便的了解系統(tǒng)每時每刻的運作狀況，此研究還應該具有顯示模塊。對于人們來說，不愿看見像黑匣子一樣的系統(tǒng)，一點反應也沒

33、有，而是希望它能夠給予足夠多的信息。所以顯示模塊可以及時顯示室內更新的人數，當前環(huán)境中的光強值，以及控制方式，更會贏得大家的喜歡。2.2方案設計2.2.1 can總線方案can總線室內燈光自動控制系統(tǒng)其實就是通過計算機監(jiān)控和跟蹤各個照明回路，使控制器能夠自動地調節(jié)電壓，電流幅度及電路開關，以此來改善照明電路中不必要的電能浪費，并且能夠通過場景控制器選擇所需的燈光效果，達到最優(yōu)化供電和最自如控制的目的。該方案需要完成下面幾個要求：（1)可隨意控制任任何回路的開關，監(jiān)控各個回路工作狀態(tài)，并實現某回路燈光的連續(xù)調試；（2)可預設場景控制器中的內容，存儲不同效果的燈光類型，滿足不同環(huán)境對燈光效果的要求

34、；（3)可方便的接入各種先進的傳感裝置，拓展其功能，更好的對燈光進行自動控制；（4)時鐘控制器可根據時間對照明系統(tǒng)進行監(jiān)控，分時段控制燈光狀態(tài)，避免長明燈現象，節(jié)省了電能的浪費；（5)可通過ethenet搭建組網，其結構簡單而且還能與其他ba系統(tǒng)互聯(lián)控制，易于系統(tǒng)的擴展和移植。實現上述系統(tǒng)的自動控制效果，必須選擇合適的通訊方式和控制方式，這樣整個系統(tǒng)方可長時間穩(wěn)定地運行。本方案把各種現場總線和計算機網絡拓的撲結構進行比較，設計了一種超具有優(yōu)越性的合理化控制方式，即采用計算機遠程網絡控制與can總線現場控制相結合的控制方式。此控制方式既能體現網絡遠程控制的優(yōu)勢，又能輕松展現can總線系統(tǒng)分布控制

35、、節(jié)約資源、集中管理、易于維護的特點。此系統(tǒng)結合了這兩種控制方式的優(yōu)點，在穩(wěn)定性、經濟性、易操控性等方面具有較大的優(yōu)勢。與此同時，多網絡互聯(lián)方式可以根據現場環(huán)境靈活搭建，適用于多種復雜環(huán)境。燈光控制系統(tǒng)的方案構思如圖2.1所示。圖2.1 智能照明系統(tǒng)總體框圖can現場總線是由計算機控制n路can總線，可對任一個回路進行控制，但是每路總線最多接入110個節(jié)點，故而同一路節(jié)點的狀態(tài)相同。2.2.2 gprs方案gprs即通用無線分組業(yè)務，是一種基于gsm系統(tǒng)的無線分組交換技術，可以提供端到端的、廣域的無線ip連接。通俗地講，gprs是一項遠距離的高速數據處理技術9。它是以“分組”的形式將資料傳送到

36、用戶手上，能讓用戶使用一部手機就能行遍全球。光遠程控制系統(tǒng)就是利用gprs進行數據傳輸，并且其月費用的數據流量包相對低廉，從而贏得更多客戶的青睞，是當前照明系統(tǒng)最佳的小數據遠傳通訊方式11。首先測控部分對燈光的電量參數進行實時采樣，這需要通過電壓傳感器和電流傳感器來實現的，然后將采集到的數據進行處理、轉化、分析、存儲和顯示，并且能夠執(zhí)行燈光的控制。監(jiān)控中心使用固定ip連接的方式接入intenet網絡，通過網關ggsn接入gprs網絡。最后按照預定的軟硬件流程進行工作，在節(jié)點系統(tǒng)運行的整個過程中，始終保持連接不斷開，一旦斷開必須立即重新開始連接，必須保證gprs模塊“永遠在線”。從而對整個系統(tǒng)的

37、運行狀況做到全方位的監(jiān)控。系統(tǒng)的總體方案如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)總體方案圖通過方案圖，可明顯的看出gprs系統(tǒng)是用計算機作為監(jiān)控中心，以網絡作為數據通信的媒介來控制各個測控節(jié)點，從而控制燈光的開關狀態(tài)。2.2.3 單片機方案單片機采用超大規(guī)模集成電路技術把中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o接口、中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上，構成了一個小而完善的計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域內得到了廣泛的應用12。在單片機方案構想中，該系統(tǒng)硬件設計的控制單元是以單片機主控為核心，其它主要外圍電路有:系統(tǒng)供電模塊、硬件時鐘模塊、看門狗模塊、定時器模塊、燈光驅動模塊、

38、lcd液晶顯示模塊、環(huán)境光檢測模塊、eeprom存儲模塊、人體紅外檢測模塊、報警模塊。這些硬件模塊受命于單片機主控中心，通過其命令執(zhí)行該有的各項操作。在軟件設計過程中，總體設計采用自頂而下的設計思想，先對系統(tǒng)運行的大體步驟有一個定義，便于主程序編寫，同時在編程的過程中又用到了結構化程序設計思路。系統(tǒng)中的信號檢測主要分為兩路，一路是光敏傳感器，用來檢測室內的光線強弱12；一路是紅外傳感，探測進入室內的人數。兩路信號同時檢測，送給單片機集中處理，再將處理結果通過lcd顯示器和室內燈光展現出來，其設計方案的系統(tǒng)結構框圖如下圖2.3所示。圖2.3 系統(tǒng)控制單元結構框圖各個模塊應該完成以下功能：人紅外人

39、體檢測模塊：主要是探測室內到底是否有人體存在，需要通過人體存在信號采集電路來完成；電源模塊：為整個系統(tǒng)提供電源；報警模塊：檢測提示用戶系統(tǒng)是否正常工作；看門狗模塊：外界無時無刻的會干擾系統(tǒng)，所以有時會出現程序跑飛、死機甚至造成整機癱瘓等情況，為了能夠恢復單片機的正常工作，只能采用重新復位的方式。因此還應該在硬件設計中使用看門狗電路，能夠產生復位信號給單片機，使系統(tǒng)復位重新執(zhí)行程序；主控系統(tǒng)模塊：是系統(tǒng)的cpu，控制系統(tǒng)各個命令的執(zhí)行，對外界的要求作出判決和仲裁；環(huán)境光檢測模塊：感受自然光的強度，采集光信息，以便于系統(tǒng)及時控制燈光系統(tǒng)的關閉與否；燈光驅動模塊：在檢測到外界光強很弱時，又有人體存在

40、，需要自動打開燈光系統(tǒng)，就需要有驅動燈光啟動的模塊；硬件時鐘模塊：根據室內燈光使用特性，該系統(tǒng)還應受到時間的限制，控制系統(tǒng)的時間應和人們作息時間行對應，還應具有掉電保護電路，保證系統(tǒng)的智能化運行。eeprom存儲器模塊：設備的設置參數既可根據實際需要人性化更改，又要斷電能夠保存下來，所以其設置參數需存儲于一片eepr0m中。2.3方案選擇can現場總線它能夠通過網絡，實時的監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，其優(yōu)勢在于數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，主要表現在can為多主方式工作；can總線將節(jié)點劃分成不同的優(yōu)先級；使用非破壞仲裁技術；報文采用短幀形式結構，所以數據出錯率極低；節(jié)點可在錯誤嚴重的情況

41、下能夠自動關閉輸出。但是，它也有不好的一面。can現場總線作不能同internet互連，不能共享遠程信息。再者，它不易與上位機直接相連，現有的can總線接口卡較之以太網網卡相比大都價格昂貴。還有，can現場總線無論是在通信距離還是通信速率方面都無法和以太網相媲美。gprs顯而易見的優(yōu)點在于它可以充分利用現有資源，方便、快速、低建設成本地為用戶數據終端提供遠程接入網絡的部署傳輸速率高，接入時間短；并且提供實時在線功能?？墒牵魏问挛锒季哂袃擅嫘?，gprs的應用也會沖擊現有的網絡容量，實際傳輸速度比理論低得多；gprs標準涵蓋了無線封包技術，并采用數據整合和再傳方法，傳輸延遲大；而且沒有儲存和轉發(fā)

42、功能。單片機將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的；指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉移能力，i/o口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能；機內的工作電壓僅為1.8v3.6v工作電流僅為數百微安；易擴展構成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)12；由于單片機的應用十分廣泛，滲透于我們生活的多個領域，幾乎難以找到哪個領域范圍沒有單片機的蹤跡。譬如導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業(yè)自動化過程中的實時控制和數據處理，各種智能ic卡的廣泛使用，全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭

43、更使其價格十分低廉，其性能價格比極高。但是，它小巧玲瓏的同時注定存在一定的局限性，單片機目前還沒有通用的系統(tǒng)管理軟件或監(jiān)控程序，而且還必須十分了解所用單片機的硬件結構，程序編寫困難，代碼難以理解，不易于識讀，難于移植，排錯困難，編寫程序花的時間相當多，調試不便等等，通過上述比較，可以看到gprs和can總線方案的通用性很強，但都需要在應用網絡下才能實現，數據傳輸勢必會受其影響；而單片機程序雖然編寫困難，不易移植，但對于本系統(tǒng)已經足夠了，而且它的性價比較高，簡潔攜帶，靈活又方便，外圍電路結構簡單，價格實惠，控制簡單方便，頻率要求不高，并且不需要網絡服務，所以也就不會產生網絡那樣大的時延，在沒有網

44、絡或網絡不穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)都不會受到大的影響，符合用戶的需求，也能更有效地減少資源浪費。對于自身的學習來說，gprs和can總線方面知識存在一定的欠缺，沒有單片機那樣的熟練?；谏鲜龇N種原因，本研究選用單片機方案來實現室內燈光自動控制系統(tǒng)的設計及實現。3.硬件設計一個完整系統(tǒng)的運作，首先必須建立在硬件基礎之上，硬件設計要充分考慮到系統(tǒng)所應用的環(huán)境狀況，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的溫濕度，電磁干擾等，再據其功能選擇性能可靠，性價比高，抗干擾強且精度較高的元器件。3.1系統(tǒng)組成基于設計方案的選定，該系統(tǒng)現以at89c52單片機作為控制裝置的智能組件，其它外圍電路主要包括：lcd液晶顯示電路、燈光驅動電路、

45、紅外線人體探測電路、環(huán)境光強檢測電路、按鍵控制電路、報警電路，其硬件電路組成框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)硬件電路組成通過產品性價比，功能需求，抗干擾等多方位綜合考慮：lcd液晶顯示選擇大家常用的1602型號；燈光驅動芯片選擇74hc595；紅外人體檢測選擇航抗干擾較好的npn常開型光電對管；環(huán)境光強檢測選用光敏模塊；其他電路都是最常見的器件。根據室內開燈的合理條件，系統(tǒng)就可以對人體的存在信號和環(huán)境光信號進行識別和智能判斷，送入單片機控制中心處理，再由單片機控制室內燈光狀態(tài)。同時定時器、人工控制、報警控制等功能據人性化需求都要加入到系統(tǒng)中。3.2單元電路設計3.2.1單片機控制電路本系統(tǒng)選

46、用的at89c52主控芯片，是由 atmel公司生產的低功耗，8位高性能cmos 單片機。它片內具有4k 可重復擦寫的只讀程序存儲器（perom）和8kb的隨機存取數據存儲器（ram）。由于器件采用atmel公司高密度、非易失性的存儲技術生產，且與標準mcs-51指令系統(tǒng)及8052 產品引腳相兼容，并且芯片內置有通用的8位中央處理器（cpu ）和flash存儲單元13，可實現多次編程，為在線編程提供了方便，適用多種較為復雜控制應用場合。而且通過合理安排使用片內ram空間，就不需要擴展片外ram，這樣不僅電路結構簡單，還降低了系統(tǒng)的成本。at89c52可降至0 hz進行靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可

47、選軟件的節(jié)電操作模式?？臻e方式下cpu停止工作，但允許ram、定時計數器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式下可以保存ram中的內容，但振蕩器停止工作，也會禁止其它所有部件工作，直到下一個硬件復位。在at89c52的片內存儲器中，將80h-ffh共128個單元作為特殊功能寄存器（sfe ) , 但并非所有的地址空間都被定義，從0h-ffh共128 個字節(jié)里，實際上只有一部分被定義，還有相當一部分字節(jié)沒有定義。對于沒有定義的單元進行讀寫動作將是無效的，讀出的數位也將不確定，而寫入的數據也有可能丟失4。不應將數據“1”寫入未定義的地址單元，由于這些地址單元可能在將來的產品中會被賦予新的功能，在

48、此種情況下，復位后這些單元數值總是“0”。其具體功能引腳說明如下表3.1所示。表3.1 at89c52的引腳功能引腳/接口功能vcc電源電壓gnd接地線p0口p0口是一組8位漏極開路型雙向1/o 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時每位能吸收電流的方式驅動8個ttl 邏輯門電路，對端口p0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部 上拉電阻。在flash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字 節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口p1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向i/o口，pl的

49、輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流iil。p2口p2 是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯電路。對端口p2寫“l(fā)"，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流iil。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器時，p2送出高8 位地址數據。在訪問8位地址的外部數據存儲器時，p

50、2口輸出p2鎖存器的內容。flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口p3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅動(吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil)。p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號，并且擁有第二功能。rst復位輸入，當振蕩器工作時，rst引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。psen程序儲存允許psen輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當at89c52由外部程序存儲器讀取指令（或數據）時

51、，每個機器周期只有兩次psen有效，即輸出兩個脈沖信號。在此期間，當訪問外部數據存儲器時，會跳過兩次psen信號。ale/prog當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ale即地址鎖存允許信號，輸出的脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)一般，ale仍輸出為時鐘振蕩頻率1/6的固定脈沖信號，因此它可用于定時目的或對外輸出時鐘。需要注意的是，訪問外部數據存儲器時將會跳過一個ale脈沖。ea/vpp外部訪問允許。欲使cpu 僅訪問外部程序存儲器(地址為0000h-ffffh ) , ea端必須保持低電平(接地）需注意的是：如果加密位lbi被編程，復位時內部會鎖存ea端狀態(tài)。xtal1晶體振蕩器反相放大器及內部

52、時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2晶體振蕩器反相放大器的輸出端。通過以上單片機主要功能介紹，以及本系統(tǒng)所要實現的目標要求，首先設計出單片機控制的最小系統(tǒng)如下圖3.2所示。圖3.2單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)中含有復位電路，系統(tǒng)在運行時，由于各類原因會出現不穩(wěn)定的現象，不管會不會出現系統(tǒng)紊亂現象，為了安全起見，都應該存在。在本系統(tǒng)中，復位時光強重新檢測，人數顯示為0，控制方式為自控控制。3.2.2 lcd顯示電路液晶顯示是利用液晶的物理特性，通過控制電壓顯示區(qū)域，有電就可以顯示出圖形。液晶顯示器厚度較薄，直接驅動，適用于大規(guī)模集成電路，目前已經被廣泛應用在個人電腦、數字攝像機、pda移動通信工具等眾

53、多領域。lcd 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示數字、字母及符號等的點陣型液晶顯示模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位構成，顯示每個字符也只需要一個點陣字符位，每位點陣字符之間有一個點距的間隔，且每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602lcd顯示的內容為16x2，即可以顯示兩行，每行16個字符。它的優(yōu)勢主要在于：（1）質量高：液晶顯示器每點在收到信號后就一直保持特定色彩和亮度，恒定發(fā)光；（2）數字式接口：數字式的接口和單片機系統(tǒng)連接更加簡單可靠，操作愈加方便；（3)功耗低：只有內部的電極和驅動ic主要消耗能源，耗電量比其它顯示器要少得多；（4)體積小/重量輕：通過電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要小巧好多。lcd1602采用標準的16腳接口，其引腳功能如下表3.2所示。表3.2 lcd1602的引腳功能引腳序號功能特性1vss為地電源2vdd接5v正電源3v0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可接一個10k的電位器對對比度進行調整。4rs為寄存器選擇，低電平時選擇指令寄存器，高電平時選擇數據寄存器。5r/w為讀寫信號線，低電平時進行寫操作，高