上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文1基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。同時(shí)樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文闡述了照明的有線、無線控制方式設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。以設(shè)計(jì)過程為主線，分別從硬件和軟件兩個(gè)方面描述設(shè)計(jì)過程，即從硬件電路的設(shè)計(jì)方法到實(shí)現(xiàn)所要求功能的軟件技術(shù)。該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別是以AT89C51與AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了有線通信、無線數(shù)傳、控制與顯示等功能。文中詳細(xì)地描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程，包括：鍵盤與LED顯示電路、RS485通信電路、無線數(shù)傳電路、照明燈控制電路以及看門狗電路等。對(duì)于軟件設(shè)計(jì)主要有主控制器、分控制器的有線通信程序設(shè)計(jì)與無線數(shù)字傳輸程序設(shè)計(jì)以及燈光控制、定時(shí)控制、鍵盤掃描與LED顯示等程序設(shè)計(jì)。有線通信程序的功能是：通過RS485主從通信方式，由主控制器發(fā)出命令對(duì)全部或單個(gè)分控制器所控制的照明燈實(shí)現(xiàn)開啟、關(guān)閉、燈光亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制等功能。無線數(shù)傳程序設(shè)計(jì)的功能是：通過無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)照明燈的無線遙控，同樣實(shí)現(xiàn)有線方式控制的功能。關(guān)鍵詞：主控制器，分控制器，單片機(jī)，有線通信，無線數(shù)傳，燈光亮度控制，定時(shí)控制上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文2TheControlSystemforLightingBasedonSinglechipMicrocomputerAbstractWiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,thesystemofcontrolbasedonSingle-chipMicrocomputeriswidelyappliedinindustry,agriculture,electricpower,electron,intelligentbuildingandsoon.Microcomputer,asthesubjectandcoreoftheembeddedsystemofcontrol,replacesthetraditionalsystemelectroniccircuit.Atthesametime,thedevelopmentandmaturationoftheintelligentbuildinghaveestablishedthesubstantialfoundationforthepopularizationandapplicationofthecontrolsystemforlightingbasedonsingle-chipmicrocomputer.Thepaperexpatiatesonthedesigningtheoriesandimplementationmethodofthecontrolsystemforlightingbywiredorwirelesscommunications.Takingthedesigningprocessasmainline,itdescribestheprocessofdesigningfromtworespectshardwareandsoftware.Inanotherword,thepaperdescribestheprocessfromthemethodofcircuitdesigningtothesoftwaretechnologyofrealizingthedemandedfunctions.ThehostcontrollerofthecontrolsystemforlightingisbasedonAT89C51single-chipmicrocomputer,andtheauxiliaryonesarebasedonAT89C2051.Thesystemcandomanyjobs,suchaswiredcommunication,wirelessdatatransmitting,controllinganddisplay.Thepaperdescribesthedesigningprocessofthecircuitatlength,including:keyboardandLEDdisplaycircuit,RS485communicationcircuit,wirelesstransmittingcircuit,controlcircuitoflighting,watchdogcircuit,etc.Thedesigningofsoftwaremainlyincludestheseveralprogramming,suchaswiredcommunication,wirelessdatatransmitting,lamplightcontrolling,timedcontrolling,keyboardscanningandLEDdisplaying.ThewiredcommunicationprogrammingfunctionisthatthroughMaster-slavecommunicationmethodbasedonRS485thehostcontrollersendsorderstotheallauxiliarycontrollersoreachone,including:turning上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文3onlighting,turningofflighting,regulatingbrightnessoflighting,controllingtimedlighting,etc.Thewirelessdatatransmittingprogrammingfunctionisthatbywirelesstransmitteritrealizeswirelesscontrollingofthelighting,andachievesthefunctionsidenticaltowiredcommunication.KeyWords:Hostcontroller,Auxiliarycontroller,Single-chipmicrocomputer,Wiredcommunication,Wirelessdatatransmitting,controllingbrightnessoflighting,Timedcontrolling上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文4目錄摘要1Abstract2第一章序言61.1單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)61.2有線通信技術(shù)71.3無線數(shù)傳技術(shù)71.4本章小結(jié)8第二章基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和性能92.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)92.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)92.3系統(tǒng)性能指標(biāo)與技術(shù)要求112.4本章小結(jié)12第三章基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)133.1主控制器的電路設(shè)計(jì)133.1.1鍵盤的接口設(shè)計(jì)143.1.2LED數(shù)碼顯示的接口設(shè)計(jì)143.1.3看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)143.2分控制器的電路設(shè)計(jì)153.2.1時(shí)鐘芯片的接口設(shè)計(jì)163.2.2零點(diǎn)檢測(cè)與可控硅控制電路的設(shè)計(jì)163.3RS485通信電路的設(shè)計(jì)173.4無線數(shù)傳電路的設(shè)計(jì)203.4.1無線數(shù)傳電路的連接203.4.2SRWF-1模塊的特性203.5本章小結(jié)21第四章基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)224.1人機(jī)交互程序設(shè)計(jì)22上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文54.1.1鍵盤掃描程序設(shè)計(jì)234.1.2LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)254.2照明啟停控制程序設(shè)計(jì)264.2.1全部啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)264.2.2單獨(dú)啟停控制程序設(shè)計(jì)284.3照明亮度控制程序設(shè)計(jì)304.3.1全部亮度控制程序設(shè)計(jì)304.3.2單獨(dú)亮度控制程序設(shè)計(jì)324.4照明定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)334.4.1全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)334.4.2單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)344.5RS485通信程序設(shè)計(jì)354.5.1主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)374.5.2從機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì)374.6無線數(shù)傳通信程序設(shè)計(jì)394.7本章小結(jié)39第五章實(shí)驗(yàn)及總結(jié)40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄43上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文6第一章序言近十幾年來，隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，樓宇照明也相應(yīng)飛速發(fā)展。在樓宇的照明數(shù)量與質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面均有顯著的變化與提高，特別是隨著人民生活水平進(jìn)入小康水平，樓宇照明水平提高很快，追求人工照明光環(huán)境的舒適性、個(gè)性化、安全、節(jié)能等方面日見突出。樓宇中人工光環(huán)境對(duì)于滿足人們的生活、學(xué)習(xí)、娛樂以及工作方面有著重要的意義。照明控制系統(tǒng)傳統(tǒng)是以照明配電箱通過手動(dòng)開關(guān)來控制照明燈具的通斷，或通過回路中串入接觸器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。而今出現(xiàn)的樓宇自控系統(tǒng)，是以電氣觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等功能。由于照明控制系統(tǒng)在樓宇自控系統(tǒng)中并非獨(dú)立，同時(shí)控制功能簡(jiǎn)單，因此使用上有一定的局限性。故當(dāng)樓宇自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，照明系統(tǒng)亦受到影響。隨著微電子技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了智能化水平更高的專業(yè)照明控制的獨(dú)立系統(tǒng)，從而能節(jié)約能源、延長(zhǎng)燈具壽命、提高照明質(zhì)量。根據(jù)使用客戶的經(jīng)驗(yàn)，不僅使照明管理與設(shè)備維修簡(jiǎn)單及降低費(fèi)用外，還對(duì)環(huán)境改善、提高工作效率都有著顯著的效果。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器的核心，其中上位機(jī)是以AT89C51為基礎(chǔ)，下位機(jī)是以AT89C2051為基礎(chǔ)，再連接外圍電路，通過現(xiàn)場(chǎng)總線RS485通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，也可以通過無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，從而達(dá)到照明燈具的智能控制。11單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。單片微型計(jì)算機(jī)就是將中央處理單元、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實(shí)體與裝置，通常由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。其中運(yùn)算器和控制器一般做在一個(gè)集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元（CentralProcessingUnit），簡(jiǎn)稱CPU，是微機(jī)的核心部件。CPU配上存放程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器、輸入/輸出（Input/Output，上海交通大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)論文7簡(jiǎn)稱I/O）接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所使用的各種程序的總稱，人們通過它對(duì)微機(jī)進(jìn)行控制并與微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，使微機(jī)按照人的意圖完成預(yù)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)共同構(gòu)成完整的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，兩者相輔相成，缺一不可。12有線通信技術(shù)在數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達(dá)到遠(yuǎn)程信息交換的目的。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，最常用的接口有RS-232、RS-422、RS-485。RS232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。其后發(fā)展起來的RS-422、RS-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起RS-232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。但總的來說，RS-232、RS-422與RS-485最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的，EIA于1983年在RS-422基礎(chǔ)上制定了RS-485標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標(biāo)準(zhǔn)。RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。正因?yàn)镽S-485的遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)（32個(gè)）、可以自行定義協(xié)議以及傳輸線成本低的特性，使得EIARS-485成為工業(yè)應(yīng)用中數(shù)