毕业设计论文单片机的房间自动照明控制系统设计

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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： 班级学号： D10电9 B7 院、系、部： 电气及自动化 专 业： 电气自动化 指导教师： 2012年11月 单片机的房间自动照明控制系统设计摘 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

2、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

3、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72.4 LCD液晶显示82.5 看门狗MAX813L112.6 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143.1 控制器的电路设计143.2 LCD液晶显示设计153.3 看门狗监控电路的设计153.4 光敏三极管采光电路设计163.5 人体存在信号采集电路设计183.6 电灯的驱动电路设计193.7 本章小结19第四章 基于单片机的照明控制系统的软件设计204.1 功能要求和重点204.2 软件编程（程序）204.3 本章小结22第五章 总结23致 谢24参考文献25附录261 软件程序26

4、2 硬件电路图31-I-单片机的房间自动照明控制系统设计第一章 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、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

5、，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，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

6、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（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费9。在特殊情况下（如多媒体教学和电影文学欣赏）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，

7、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）

8、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。图1.1 结构示意图外接的传感器（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

9、，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。系统的设计首先要从硬件方面着手，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

10、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

11、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

12、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

13、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)，

14、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

15、红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米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微米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

16、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

17、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。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22.2米。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。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工作区示意图红外线热释

18、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，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集

19、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。

20、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

21、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

22、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，其中: 第1脚：VSS为低电源第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

23、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

24、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

25、 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，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

26、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 0000HRS EQU P3.7；确定具体硬件的连接方式图2.2 DM-162（

27、及1602）与AT89C51连接图RW EQU P3.6 ；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，#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 ENABLE ；调用写入命令子程序MOV P1，#0C0H ；写入显示起始

28、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=1CLR 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 RWCLR EACALL DELAYSETB ERETDELAY：MOV P1，#0FFH ；判断液晶显示器是否忙的子程序CLR RSSETB RWCLR ENOPSETB EJB P1.7，DELAY ；如果P1.7为

29、高电平表示忙就循环等待RETEND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

30、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：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) 图2.3 看门狗电路

31、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

32、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。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

33、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。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“Optoelectronics”,子类别“Alphanumeric LCDs” (字符型显示器)。电

34、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 。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，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+

35、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。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

36、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

37、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（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

38、，产生光生电流为 34015/300= 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3.5 人体存在信

39、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，

40、感应范围大，小于140度锥角，感应距离为7米以内；（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

41、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，最后一盏灯与P2.2口相连。图3.6 电灯的驱动电路原理图3.7 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。

42、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，如系统要控制分布的照明灯具，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

43、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（如多媒体教学和电影文学欣赏）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

44、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

45、的灯），P2.1引脚接2号灯（教室里中间的一盏灯），P2.2引脚接3号灯（教室里最后一盏灯）。全开时P2=00000111B,开两盏灯时教室前后两盏P2=00000101B,开一盏灯教室中间的一盏P2=00000010B,全关时P2=00000000B。图4.1 程序流程4.2.1 手动控制由P1.6引脚处的按钮被按次决定手动和自动，R1=0时自动，R1=1手动控制，R1=2后返回到P1.6=0的情况。R1=1手动时按钮2被按的次数R0决定开灯的盏数（R0=0全关，R0=1开一盏灯，R0=2开两盏灯，R0=3全开，RO=4后返回到R00的情况）。单片机收到信号后将一些情况处理，再给P2赋值。4

46、.2.2 自动控制P1.0接人体存在信号采集电路（有人时P1.0=1；没人时P1.0=0）；P1.1，P1.2接光敏三极管信号采集电路，P1.1接信号的高值；P1.2接信号低值。P1.0=0时程序直接跳到延迟30S程序后把灯全关了。P1.0=1时程序开始根据P1.1,P1.2的情况给P2口附值。（P1.1,P1.2）为（0，0）表示教室里光线很暗要把灯全打开则给P2口附00000111B的值；（P1.1,P1.2）为（0，1）中等强度的光开两盏灯给P2口附00000101B的值；（P1.1,P1.2）为（1，1）关线强则把所有的灯关了给P2口附00000000B的值。4.2.3 显示程序采用L

47、CD液晶显示，程序每次执行给P2口附值后就给R3附值（所要开的灯盏数）。执行完开关灯程序后调用显示程序。显示两行，第一行显示“OPEN:#R3”,第二行显示“CLOSE:#R4”（R4关闭灯的盏数）。4.3 本章小结本章主要阐述了照明控制系统的软件设计，该系统的软件程序主要由照明启停控制程序、照明亮度控制程序、照明手动/自动控制程序、显示程序、控制程序等组成。在这里分别对每个子程序的工作流程、工作原理以及过程都做了详细的论述。第五章 总结本文研究了基于AT89C51单片机的智能照明控制系统的设计原理与实现方法，包括硬件设计与软件设计。首先根据设计要求用Protel DXP软件绘制出原理图，然后

48、依据原理图选择元器件，在实验板上布置元器件并连接线路，对硬件电路进行测试，检查串行口是否选错，测量电源是否正常，复位电平是否正确，单片机是否正常工作等等。接着就要按照功能要求编制程序，这里采用汇编语言编程工具，需先根据要求划分模块，优化结构；再根据各模块特点确定何为主程序，何为子程序，何为中断服务程序，相互间如何调用；再根据各模块性质和功能将各模块细化，设计出程序流程图；最后才根据各模块流程图编制具体程序。如果使用在现场环境中必然存在干扰的问题，所以抗干扰与可靠性设计就显得尤为重要。虽然系统已经考虑了可靠性设计问题，如看门狗技术、光电耦合等在电路设计中的应用，但这也只是针对部分问题做了解决，一

49、些详细的设计还有待于解决。该系统还只是理论上设计完成，离真正的现场应用还有一定的距离。软件部分的编制也是力求简单实用，即本着实用、有效、方便的原则进行编制。但一个较好的和较完善的应用软件不是在短时间内就可以完成的，它需要不断的完善和发展，需要我们做大量的工作和时间的检验。现在的系统还没有达到真正的智能化，还需要增加很多新的功能和先进的科学技术，才能达到真正意义上的智能化控制。致 谢 本文是在老师精心指导下完成的，在这几个月的工作和学习期间，我深深地感到从老师那里学到的不仅仅是知识和技术，更重要的是他严谨的治学态度，实事求是的工作作风和高风亮节的做人品质。在此，我向陆旦宏老师致以最衷心的感谢！参

50、考文献1 王幸之，钟爱琴等. AT89系列单片机原理与接口技术M. 北京：北京航空航天大学出版社. 2005:971352 孙涵芳，徐爱卿. 单片机原理及应用M. 北京：北京航空航天大学出版社. 1996:25303 房小翠，王金凤. 单片机使用系统设计技术M. 北京：国防工业出版社. 1999:17204 康华光，陈大钦.电子技术基础M . 高等教育出版社.1998:97995 吴金戎，沈庆阳等. 8051 单片机实践与应用M. 北京：清华大学出版社. 2002:1171246 何立民，MCS-51系列单片机应用系统设计M北京：北京航天航空大学出版社.2001:80897 赵玉安.人体热释电

51、红外传感器介绍J中国电子制作，2006.9:11138 俞海珍，李宪章，冯浩.热释电红外传感器及其应用J. 电子照明技术.2006.7:52609 张振昭，许锦标.楼宇智能化技术M. 北京:机械工业出版社.2003.6:323210 陈涛.照明控制与自动化系统的完美结合J. 照明工程学报.2003.9:284011 Alley, A. (1996). Dormancy of the one-chip computer-restore to the throne in the operation way and improve anti- interference ability. Japan/

52、USA Symposium on Flexible Automation, 1,193200.附录1 软件程序RS EQU p3.0 ；定义引脚变量RW EQU p3.1E EQU p3.2LCD EQU p0BF EQU p0.7col1 EQU p1.0;有没有人col2 EQU p1.1 ；光照度COL3 EQU p1.2col7 EQU p1.6;自动/手动？col8 EQU p1.7;手动COL2.7 EQU p2.7ORG 0000HLJMP LOOP0LOOP0: MOV r1, #00HMOV R0, #00HMOV R2, #00HLOOP1: LCALL START2;调用

53、显示MOV col2.7,#1B ;喂狗MOV b,col7;判断手动/自动JZ eq1LCALL delay3ms;调用延迟3ms程序MOV b, col7JZ eq1inc r1;r1=0自动，r1=1手动，r1=2返回r1=0eq1: mow a, r1CJNE a,#01H,STRAT1;自动 CJMP loop3;手动loop2: MOV B, COL1 JNZ START1;有人则自动 D30S: MOV A,#2790H;没有人延迟30S关灯 LCALL delay3msMOV col2.7,#1B ;喂狗 DEC A JMP d30s LCALL colse3;3盏灯全关del

54、ay3ms: MOV r6,#4H;延迟3ms Y3: MOV r7, #0FFH Y4: NOP DJNZ R7, Y4 DJNZ R6, Y3 RET START1: MOV R1,00H;(COL2,COL3)(0,0)弱光(0，1)中光(1,1)强光 MOV B, COL2 JNZ Colse3;3盏灯全关 MOV B, col3 JZ colse0;3盏灯全开 CJMP colse1;开2盏灯 loop3: MOV B, col8 JZ lloop1;按钮循环 LCALL delay3ms MOV B, col8 JZ lloop1 INC RO CJNE R0, #4H,lloop

55、1 MOV R0,#00H;R0到4后还原到0 lloop1: MOV A, RO SUBB A,#00H;R0=O全关 JZ CLOSE0 MOV A, R0 SUBB A,#01H;R0=1开1盏灯 JZ close2 MOV A, R0 SUBB A,#02H;R0=2开2盏灯 JZ close1 MOV A, R0 SUBB A,#03H;R0=3全开 JZ close0 close0: MOV p2,#07H;全开 MOV R3, #03H CJMP loop1 close1: MOV p2,#05H;关中间1盏灯MOV R3, #02H CJMP loop1 colse2: MOV

56、 p2,#02H;开中间1盏灯 MOV R3, #01H CJMP loop1 colse3: MOV p2,#00H;全关MOV R3, #00H CJMP loop1 START2: MOV R4, #03H SUBB R4, R3 等待空闲子程序，该程序用于检测1602的状态，至到1602进入空闲状态时退出 WAIT: MOV LCD, #FFH；令P0做输入口使用 CLR RS;将RS清0，RW置1 SETB RW CLR ENOPSETB EJB BF, WAITRET 写入指令子程序，入口参数为A，A中存储需向1602写指令 W-CMD: ACALL WAITMOV LCD, AC

57、LR RS;将RS与RW清0CLR RWSETB E;令E端产生下降沿使指令写入1602NOPCLR ERET写入指令数据程序，入口参数为A，A中存储需向1602写入程序的数据W-DATA: ACALL WAITMOV LCD, ASETB RS;将RS置1，将RW清0CLR RWSETB E;令E端产生下降沿使数据写入1602NOPCLR ERET TAB: DB OPEN:DB R3DB CLOSE:DB R4 MAIN: MOV A,#00000001B;发送清屏操作指令ACALL W-CMD;清屏操作MOV A,#00111000B;发送功能设置指令ACALL W-CMD;令1602以

58、8位数据总线双行显示5*7的字符MOV A,#00001111B;发送显示控制指令ACALL W-CMD;打开并使用光标闪烁MOV A,#00010100B;发送光标移位指令ACALL W-CMD;令光标自动右移MOV A,#10000000B;发送DDRAM设置指令ACLL W-CMD;将当前位置设置在00H处（屏幕第一行的起始出）MOV DPTR,#TAB;装入查表地址MOV R0, 0SLOOP1: MOV A, R0MOVC A,A+DPTR;将当前7个字符写入第一行ACALL W-DATAINC R0CJNE R0, #7, SLOOP1MOV A, #0C0HACALL W-CDM

59、SLOOP2: MOV A, RMOVC A,A+DPTRACALL W-DATAINC ROCJNE R0,#15,SLOOP2;将后8个字符写入第二行RETEND2 硬件电路图3 外文资料翻译单片机的休眠运算复位和抗干扰能力完善摘要：介绍了一种通过运算复位来改善抗干扰能力的重复使用的单片机，分析其适用范围，提供和分析其所使用的电路，结合实例分析在某些运行方式下的软硬件设计。关键词： 单片机复位，休眠，反干扰前言：随着微电子技术迅速发展，单片机性能也得到迅速提高。智能维护逻辑控制电路取代了以往的测量电路的数字逻辑控制电路，并将其发展。这操作被扩展到更大的范围，并得到广泛使用。因为它有系统的停顿，所以运行程序有致命缺陷在许多重要场合受到限制。很多