基于單片機的樓宇燈控系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　XXXXXX大 學</b></p><p>　　全日制普通本科生畢業(yè)設計 </p><p>　　基于單片機的樓宇燈控系統(tǒng)的設計</p><p>　　DESIGN OF BUILDING LIGHT CHARGE SYSTEM BASED ON MCU</p><p><b>　　學

2、生姓名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　年級專業(yè)及班級： </b></p><p>　　指導老師及職稱： 講師</p><p><b>　　學 院： </b></p><p&g

3、t;<b>　　湖南 </b></p><p>　　提交日期： 年 月</p><p>　　家里蹲大學全日制普通本科生畢業(yè)設計</p><p><b>　　誠 信 聲 明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成

4、果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。</p><p><b>　　畢業(yè)設計作者簽名：</b></p><p>　　年 月 日</p><p><

5、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要：1</b></p><p><b>　　關鍵詞：1</b></p><p><b>　　1 前 言2</b></p><p>　　1.1 課題研究背景3</p><p&g

6、t;　　1.2 課題研究的目的與意義3</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容及要求4</p><p>　　2系統(tǒng)方案論證與硬件電路設計4</p><p>　　2.1 系統(tǒng)核心控制元件的類型與介紹4</p><p>　　2.2 紅外對射檢測模塊電路設計5</p><p>　　2.3強電控制模塊電路設計

7、12</p><p>　　2.4 按鍵控制模塊電路設計14</p><p>　　2.5 時間及計數(shù)顯示電路設計15</p><p>　　3 樓宇燈控系統(tǒng)的軟件設計19</p><p>　　4 系統(tǒng)的抗干擾技術19</p><p>　　5 系統(tǒng)的仿真20</p><p>　　5.1 P

8、ROTEUS仿真介紹20</p><p>　　5.2 PROTEUS軟件的組成及特點20</p><p>　　5.3 原理圖繪制21</p><p>　　5.4 程序加載21</p><p>　　5.5 仿真分析21</p><p><b>　　6 結論21</b></p>

9、<p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　附錄23</b></p><p>　　基于單片機的樓宇燈控系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　學 生： </b&g

10、t;</p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　( )</p><p>　　摘 要： 本文介紹了基于AT89S52的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當今比較成熟的傳感技術和計算機控制技術，利用多參數(shù)來對學校教室室內(nèi)照明進行控制。</p

11、><p>　　系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。該照明控制系統(tǒng)是以AT89S52單片機為基礎，實現(xiàn)了通信、控制與顯示等功能。文中詳細地描述了電路的設計過程，包括：鍵盤與數(shù)碼管顯示電路、人體信號采集電路、照明燈控制電路等。對于軟件設計主要有燈光控制、定時控制、鍵盤掃描與數(shù)碼管顯示等程序設計。</p><p>　　關鍵詞：燈光控制系統(tǒng)；AT89S52;單片機；節(jié)能；信號采集電路</p&g

12、t;<p>　　Design of Building Light Charge System Based on MCU</p><p>　　Students: </p><p><b>　　Tutor: </b></p><p>　　( )</p><p>　　Abstract:: The

13、paper introduces the indoor light control system and its principle based on AT89S52, then it puts forward some effective energy saving control method. This system has used some mature sensor technology and computer contr

14、ol technology, and it uses parameters to control the school classroom indoor lighting.</p><p>　　System design includes hardware design and software design. The lighting control system, based on single-chip A

15、T89S52, has realized the function of communication, control and display. The paper mainly descripts the circuit design process including digital display and keyboard circuit, signal tube acquisition circuit and control c

16、ircuit floodlight and etc. Then the software design introduces some program design including light control, timing. keyboard scan with digital display tube.</p><p>　　Keywords: lighting control systems;AT89S5

17、2;SCM;energy-saving;signal acquisition circuit</p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會進步，教育在全社會愈加被關注和重視，校園規(guī)模也隨著受教育的數(shù)量增加而不斷擴大，教室的數(shù)量也大幅度增加。為使師生有舒適的教學和學習的環(huán)境，無論是教室的面積、設施和照度，校方在力所能及

18、的范圍內(nèi)，都付出了十分的努力。但由于學校開放型的管理模式，以及全員的節(jié)能意識的淡薄，高校的教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內(nèi)無人或人很少的情況下，也是全部開啟室內(nèi)照明。夜間許多教室，即使只有幾個學生在教室自習，但教室照明全部開啟，絕不會有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。這種有形和無形的浪費，給校方的支出帶來了沉重的負擔，學校的水電支出約占全校經(jīng)費的1/4-1/5,電費

19、支出占據(jù)較重比例。其中主要能耗浪費較大的是：教室照明和空調(diào)的使用。而教室照明的浪費源自于長明燈、白天亮燈、不合理使用照明燈以及就燈管的不及時更換。</p><p>　　能源短缺時21世紀國際面臨的新課題，在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題，所以學校如何來節(jié)省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對社會貢獻、節(jié)省高校經(jīng)費支出和學生的健康等多方面考慮，高校教師照明的節(jié)電問題不

20、得不提到重要的議事日程上來。</p><p>　　單片機的出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史了。微型計算機的迅速發(fā)展，促進微型計算機測量和控制技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，單片機的應用已經(jīng)滲透到社會經(jīng)濟、軍事、交通、通信等相關行業(yè)，而且也深入到家電、娛樂、藝術、社會文化等各個領域，并掀起了一場數(shù)字化技術革命。單片微型計算機就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此一塊芯片

21、就構成了一臺計算機。他已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機。</p><p>　　本篇論文介紹了就是基于單片機AT89S52的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)。本系統(tǒng)是以單片機微控制器的核心。系統(tǒng)通過人體信號采集電腦對人體信號采集和光信號采集電腦對光信號采集以及相應的處理并輸入給單片機，單片機對輸入信號判斷并輸出信號來控制學校教師室內(nèi)燈光的開關和亮度。</p><

22、;p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　隨著計算機網(wǎng)絡、通信、控制等技術的發(fā)展，智能建筑的發(fā)展越來越迅猛。目前，國內(nèi)大多智能輸建筑存在效率低、耗能高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的等經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這間房或是樓道是否有人，也不管有多少人，或者，當自然光照度很好時，燈不能及時關閉;反之，當自然光的照度不能滿足人的需求時，又不能及時打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費，而

23、且不能滿足人對照明的基本需求，同時也給人的視力造成了很大的影響。現(xiàn)代照明除了滿足人的基本生活、學習要求之外，將更注重能源的節(jié)省和使用上的便利，以及滿足人類工程學個性方面的要求。特別是近年來大廈內(nèi)利用計算機工作的人員比例上升，不同視覺要求的工作的數(shù)量和復雜程度大大增加。所以要做到合理、經(jīng)濟、節(jié)能，首先應采用先進成熟的技術和產(chǎn)品，如電光源、燈具照明控制系統(tǒng)。因此，適應不同個人和工作需要，結合自動調(diào)節(jié)與手動調(diào)節(jié)的智能化照明系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少

24、了。而在大學校園的建設熱潮中，各大高校和他們的建設這也意識到了智能照明的重要性。相對商業(yè)樓宇而言，大學校園里德大功率和制冷設備比重較少，照明燈具則相對比重更多，所以控制教室照明是節(jié)能的關鍵。使用照明控制</p><p>　　1.2 課題研究的目的與意義</p><p>　　⑴ 良好的節(jié)能效果和延長燈具壽命</p><p>　　節(jié)能是照明控制系統(tǒng)最大的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的樓宇

25、公共區(qū)域照明工作模式，只能是白天關燈，晚上開燈。而采用了智能照明控制系統(tǒng)后，可以根據(jù)不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細分，把不必要的照明關掉，在需要時自動開啟。同時，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)照度?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)了不同工作場合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時，有效減少了燈具的工作時間，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。</p><p>　　⑵ 改善工作環(huán)境，提高工作效率&l

26、t;/p><p>　　良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個必要條件。合理的選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質(zhì)量。智能照明控制系統(tǒng)具有開關和調(diào)光兩種控制方法，可以有效地控制各種照明場所的平均照度值，從而提高照度均勻性。同時，系統(tǒng)能根據(jù)不同的時間段，人們的不同需要，自動調(diào)節(jié)光度。</p><p><b>　?、?提高管理水平</b></p>&

27、lt;p>　　智能照明控制系統(tǒng)是以自動控制為主、人工控制為輔的系統(tǒng)。在一般的的情況下，不需要有人的參與，照明系統(tǒng)自動實現(xiàn)開關和調(diào)光功能，既大大減少了管理人員的數(shù)量，也派出了由于人為因素而出現(xiàn)的不定時開關，影響學校的正常教學、生活秩序的情況。</p><p>　?、容^好的投資效益效果</p><p>　　智能照明控制系統(tǒng)在節(jié)能和節(jié)省燈具使用的同時，有效節(jié)省了電費與管理費用的支出。根據(jù)一

28、般的辦公大樓運營的經(jīng)驗來看，節(jié)能效果能達到40%以上，一般的商場、酒店、地鐵站等節(jié)能效果也能達到25%~30%。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容及要求</p><p>　　系統(tǒng)設計主要包括硬件和軟件兩大部分，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術性能，將硬件和軟件分開設計。</p><p>　　硬件設計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件

29、進行調(diào)試、測試、，以達到設計要求。硬件電路的設計采用結構化系統(tǒng)設計方法，該方法保證設計電路的標注化、模塊化。硬件電路的設計最重要的選擇用于控制的單片機，并確定與之配套的外圍芯片，時所設計的系統(tǒng)既經(jīng)濟性又高性能。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設計不當及時修改，最終達到設計目的。</p><p>　　軟件設計部分，首先在總體設計中完成

30、系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體的設計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的匯編語言和工具，進行代碼設計等，最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。軟件設計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機。本系統(tǒng)軟件設計采用模塊化系統(tǒng)設計方法，現(xiàn)編各個功能模塊子程序，然后進行組合與調(diào)整，達到設計功能要求。</p><p>　　2系統(tǒng)方案論證與硬件電路設計</

31、p><p>　　2.1 系統(tǒng)核心控制元件的類型與介紹</p><p>　　AT89S52是51系列單片機的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。</p><p>　　AT89S52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性

32、存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89S52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。</p><p><b>　　圖1 單片機</b></p><p>　　Fig 1 SCM</p><p>　　AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)

33、含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　AT89S52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。</p><p

34、>　　· 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 8k可反復擦寫(>1000次）Flash ROM </p><p>　　· 32個雙向I/O口 · 256x8bit內(nèi)部RAM </p><p>　　· 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 · 時鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 2個串

35、行中斷 · 可編程UART串行通道 </p><p>　　· 2個外部中斷源 · 共6個中斷源 </p><p>　　· 2個讀寫中斷口線 · 3級加密位 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設置睡眠和喚醒功能 </p><p>　　2.2 紅外對射檢測

36、模塊電路設計</p><p>　　人體信號檢測有兩種方案，第一種是采用熱釋電紅外傳感器，第二種是采用紅外對管。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電

37、荷ΔQ會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，ΔT=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器只能檢測人體或者動物的活動。而控制教室里的燈的點亮與熄滅要精確的檢測到具體的人數(shù)。故第一種方案被淘汰。</p><p>　　發(fā)光元件的種類很多,依光譜大致可分為紅外線發(fā)光元件及可見光的發(fā)光元

38、 </p><p>　　圖2 熱釋電紅外傳感器檢測電路</p><p>　　Fig 2 Pyroelectric infrared sensor detection circuit</p><p>　　第二種方案是采用紅外對管來控制，在本設計中，所要介紹的紅外線發(fā)光元件，是以砷化鎵(GaAs)的紅外線發(fā)光二極管

39、（也稱紅外線發(fā)射二極管）為主體，分別敘述其基本特性及應用電路。 </p><p><b>　?、?基本特性 </b></p><p>　　① 電流—電壓特性 </p><p>　　紅外線發(fā)光二極管其電氣的電路符號及特性曲線，如圖1所示。陽極（P極）電 壓加正，陰極（N極）電壓加負，此時二極管所加之電壓為正向電壓，同時亦產(chǎn)生 正向電流，提供了紅外

40、線發(fā)光二極管發(fā)射出光束的能量，其發(fā)光的條件與一般的發(fā) 光二極管(LED)一樣，只是紅外線為不可見光。一般而言砷化鎵的紅外線發(fā)光二極 體約須1V，而鎵質(zhì)的紅色發(fā)光二極管切入電壓約須1.8V；綠色發(fā)光二極管切入電壓 約須2.0V左右。當加入之電壓超過切入電壓之后，電流便急速上升，而周圍溫度對 二極管的切入電壓影響亦很大，當溫度較高時，將使其切入電壓數(shù)值降低，反之， 切入電壓降低。 </p><p>　　紅外線發(fā)光二極

41、管工作在反向電壓時，只有微小的漏電流，但反向電壓超過崩 潰電壓時，便立即產(chǎn)生大量的電流，將使元件燒毀，一般紅外線二極管反向耐壓之 值約為3~6v,在使用時盡量避免有此一情形發(fā)生。 </p><p>　　圖3.2紅外線發(fā)光二極管的特性</p><p>　　圖3 二極管伏安特性曲線</p><p>　　Fig 3 Ampere characteristics of di

42、ode</p><p><b>　?、?損失 </b></p><p>　　紅外線發(fā)光二極管的熱損失，是因元件所外加的電壓VF，產(chǎn)生的電流IF累積而來的，除了一小部份能量做為光的發(fā)射外，大部份形成熱能而散發(fā)，所散發(fā)的熱能即所謂的損失。元件的功率損耗，在最大值的60％以下范圍內(nèi),元件使用上會很安全，功率的損其最大值與周圍溫度亦有關系。 </p><p

43、>　?、?發(fā)射束電流特性 </p><p>　　一般可見光的發(fā)光二極管其輸出光的強度是以光度表示之，而不可見光如紅外 </p><p>　　線發(fā)光二極管其輸出光的能量大小，是以發(fā)射束Fe表示，其單位為瓦特。發(fā)射束的 </p><p>　　意義是單位時間內(nèi)，所能發(fā)射、搬移光的能量的多寡。 </p><p>　　紅外線發(fā)光二極管的發(fā)射束大體

44、上也是隨電流比例而定，如圖2所示，為發(fā)射束 </p><p>　　與正向電流的特性曲線。同時，發(fā)射束亦受周圍溫度影響，溫度下降時，發(fā)射束反 </p><p>　　而增強；溫度上升時，則下降（正向電流一般都有一固定值），然而因熱損失之故， </p><p>　　元件上的溫度便形增加，如此發(fā)光效率就會受到影響而降低。</p><p>　　圖4紅外

45、線發(fā)光二極管的輸出特性曲線</p><p>　　Fig 4 Infrared light-emitting diode output characteristic curve</p><p><b>　?、?發(fā)光頻譜 </b></p><p>　　發(fā)光二極管所發(fā)射的光波長，常因其所用的材料而異。圖6所表示是各種發(fā)光 </p>&l

46、t;p>　　二極管的發(fā)光頻譜。砷化鎵的紅外線發(fā)光二極管，其峰值發(fā)光波長為940~950 nm， </p><p>　　而人不能看到的光波長，大概就在900 nm以上，這也就是紅外線的光我們?nèi)搜鬯?</p><p>　　不能看到的原因。圖中虛線部分，是Si質(zhì)光電晶體的相對分光感度，光電晶體的 </p><p>　　感光范圍很大，其范圍由500nm到1100nm，

47、而其感光峰值約在800nm左右，所以 </p><p>　　光電晶體除了平常用來做可見光線偵測外，也常用來做紅外線接收器。但使用光電 </p><p>　　晶體當紅外線接收器時，須注意其它光線的干擾，為排除干擾可以在接收器的放大 </p><p>　　部份加入一帶通濾波器，以讓紅外線發(fā)光二極管發(fā)射出來光線的頻率通過，如此可以減少很多不必要的干擾。 </p>

48、;<p>　　圖5發(fā)光二極管的發(fā)光頻譜</p><p>　　Fig 5 Spectrum light emitting diode</p><p><b>　?、?方向特性 </b></p><p>　　紅外線發(fā)光二極管的發(fā)射強度因發(fā)射方向而異。方向的特性如圖3.2.5.圖的發(fā)射強 </p><p>　　度

49、是以最大值為基準，方向角度即為發(fā)射強度的相對值。當方向角度為零度時，其 </p><p>　　放射強度定義為100％，當方向角度越大時，其放射強度相對的減少，發(fā)射強度如由 </p><p>　　光軸取其方向角度一半時，其值即為峰值的一半，此角度稱為方向半值角，此角度 </p><p>　　越小即代表元件之指向性越靈敏。一般使用紅外線發(fā)光二極管均附有透鏡，使其指 &l

50、t;/p><p>　　向性更靈敏，而圖3.2.5（a）的曲線就是附有透鏡的情況，方向半值角大約在± 7°。另 外每一種編號的紅外線發(fā)光二極管其幅射角度亦有所不同，圖3.2.5 (b)所示之曲線為另 </p><p>　　一種編號之元件，方向半值角大約在± 50°. </p><p>　　圖6發(fā)光元件的方向特性</p>

51、<p>　　Fig 6 The orientation characteristics of light emitting devices</p><p><b>　　⑸ 距離特性 </b></p><p>　　紅外線發(fā)光二極管的幅射強度，依光軸上的距離而變，亦隨受光元件的不同而 </p><p>　　變。圖5是受光元件的入射光量變

52、化和距離的特性?；旧瞎饬慷仁请S距離的平方 </p><p>　　成反比，且和受光元件特性不同有關。 </p><p>　　圖7相對發(fā)射輸出與距離特性</p><p>　　Fig 7 Output and distance characteristics of the relative emission</p><p><b>　　

53、⑹ 響應特性</b></p><p>　　響應特性所指的是，紅外線發(fā)光二極管加入電流后，至發(fā)光的時間，一般紅外 </p><p>　　線發(fā)光二極管的響應時間是隨其制作方法不同而異?，F(xiàn)在最快的是液體成長型紅外 </p><p>　　線發(fā)光二極管，其響應速度約在1~3uS ，亦即在適當調(diào)節(jié)下，其使用頻率約在300KHz </p><p&g

54、t;<b>　　以下。 </b></p><p><b>　?、?包裝與外型 </b></p><p>　　紅外線發(fā)光二極管的包裝種類分為三種，透鏡消除型、陶瓷型及樹脂分子型，其包裝構造，如圖6所示，若在使用環(huán)境上，用途上要求嚴格的話，應使用陶瓷型的最佳。紅外線發(fā)光二極管的 外型，如圖所示：</p><p>　　圖8 紅外

55、發(fā)光二極管</p><p>　　Fig 8 Infrared LEDs</p><p>　　紅外對射探測器全名叫“光束遮斷式感應器”(Photoelectric Beam Detector)，其基本的構造包括瞄準孔、光束強度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等。其偵測原理乃是利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體,再經(jīng)光學鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠距離,由受光器接受。當光線被遮斷時就會發(fā)出一個信

56、號。紅外線是一種不可見光，而且會擴散，投射出去會形成圓錐體光束。如下圖所示：</p><p><b>　　圖9 紅外檢測電路</b></p><p>　　Fig 9 Infrared detection circuit</p><p>　　由于考慮到教室的人數(shù)不穩(wěn)定，有進有出，采用一對紅外對管不能滿足功能的要求，所以本電路采用四對紅外對射管，在

57、教室的前后門各裝兩對，通過人體遮擋一次紅外線就計數(shù)一次的原理，用來統(tǒng)計教室的人數(shù)，當人體先經(jīng)過第一對紅外對管再過第二對紅外對管時，計數(shù)器加一，反之，減一，當計數(shù)顯示為零時，單片機會發(fā)出一個信號給光電耦合模塊，來控制可控硅，從而控制教室的燈，此時教室的燈全部熄滅。</p><p>　　2.3強電控制模塊電路設計</p><p>　　由于涉及到對強電的控制，有兩種方案可以選擇。</p&g

58、t;<p>　　方案一：用繼電器實現(xiàn)隔離。</p><p>　　本方案雖然可以很好地實現(xiàn)強電與弱電的隔離，但是由于教室是學習的地方，保持安靜最重要，而繼電器在斷開和吸合的時候會發(fā)出噪音，是一種不和諧因素，于是我們不采用這種方案。</p><p>　　方案二：利用單片機控制光耦，光耦控制可控硅來實現(xiàn)隔離，光耦是一種常用于電氣隔離的電子元器件。由于光耦可以通過的電流很小，為毫安級

59、，不能直接控制強電的通斷，所以我們要利用它控制可控硅，有可控硅控制強電，可控硅是一種廣泛用于控制強電的電子元器件，它具有制作方法簡單，耐壓高，電流大的特點。</p><p>　　本方案和方案一相比最大的有點是無噪音，很適合教室里使用。故我選用方案二。電路圖如下：</p><p><b>　　圖10強電控制電路</b></p><p>　　Fig

60、 10 In the control circuit power</p><p>　　在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。</p><p><b>　　圖11可控硅電路</b></p><p>　　Fi

61、g 11 SCR circuit</p><p>　　可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽w器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術從弱電領域進入了強

62、電領域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。</p><p>　　2.4 按鍵控制模塊電路設計</p><p>　　本電路共采用5個按鍵，SB1為復位按鈕，PIN9為RESET復位信號引腳，圖1為典型的復位電路。當89S52通電，時鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)復位，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0==P3輸出

63、口全部為高電平，對戰(zhàn)指針SP為07H，其他專用寄存器被清“0”.RESET 由高電平下降為低電平，程序從0000H地址開始執(zhí)行。值得注意的是：一是初始復位不改變RAM的狀態(tài)。二是復位脈沖至少在兩個機器周期上。</p><p>　　圖12 RC復位電路</p><p>　　Fig12 RC Reset Circuit</p><p>　　圖13 RC復位電路輸入-輸

64、出特性</p><p>　　Fig 13 RC reset circuit input - output characteristic</p><p>　　SB2,SB3,SB4分別控制LED1,LED2.LED3.優(yōu)先級別為最高級，可以控制燈的點亮與熄滅，在發(fā)光二極管的回路上分別還串接了一個二極管。作用是防止電流的回流對單片機產(chǎn)生影響，SB5為切換按鈕，按第一次是顯示時間，時間電路開始工

65、作，數(shù)碼管上顯示時間，當時間到達設定的時間后電燈全部點亮，以實現(xiàn)一個定時的功能，按第二次時實現(xiàn)計數(shù)的功能，數(shù)碼管上分別顯示每個區(qū)間的人數(shù)，最后兩個數(shù)碼管始終顯示教室的總人數(shù)。</p><p>　　2.5 時間及計數(shù)顯示電路設計</p><p>　　本電路共采用8個共陽極數(shù)碼管，一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)

66、光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管

67、。共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。</p><p><b>　　圖14 數(shù)碼管</b></p><p>　　Fig 14 Digital control</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼

68、，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p>　?、?靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅動，要知道一個89S

69、51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。</p><p>　?、?動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時

70、，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的

71、印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　圖15 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　Fig 15 LED display circuit</p><p>　　⑶ M74HC573簡介</p><p>　　本電路的數(shù)碼管驅動電路采用M74HC573

72、集成電路，共有20個引腳，</p><p><b>　　表1 真值表</b></p><p>　　Table 1 Truth Table</p><p>　　這個就是真值表,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。 每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中都有真值表。 布爾邏輯比較簡單,在此不贅述; </p><p&g

73、t;<b>　　管腳功能圖：</b></p><p>　　圖16 M74HC573引腳</p><p>　　Fig 16 M74HC573 pin</p><p><b>　?、?高阻態(tài)</b></p><p>　　就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以多個芯片并聯(lián)

74、輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯片燒毀；高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。 </p><p><b>　?、?數(shù)據(jù)鎖存 </b></p><p>　　當輸入的數(shù)據(jù)消失時，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持；這個概念在并行數(shù)據(jù)擴展中經(jīng)常使用到。 </p><p><b>　?、?數(shù)據(jù)緩沖 <

75、;/b></p><p>　　加強驅動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。 </p><p>　　OE：output_enable,輸出使能; </p><p>　　LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思; </p><p>　　Dn：第n路輸入數(shù)據(jù);

76、</p><p>　　On：第n路輸出數(shù)據(jù); </p><p>　　再看這個真值表,意思如下： </p><p>　　第四行：當OE＝1是,無論Dn、LE為何,輸出端為高阻態(tài); </p><p><b>　　表2 真值表</b></p><p>　　Table 2 Truth Table<

77、;/p><p>　　注：X=不用關心Z=高阻抗</p><p>　　Note: X = do not care Z = high impedance</p><p>　　第三行：當OE＝0、LE＝0時,輸出端保持不變; </p><p>　　第二行第一行：當OE＝0、LE＝1時,輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù); </p><p>

78、;　　結合下面的波形圖,在實際應用的時候是這樣做的： </p><p><b>　　a． OE＝0; </b></p><p>　　b． 先將數(shù)據(jù)從單片機的口線上輸出到Dn; </p><p>　　c． 再將LE從0->1->0 </p><p>　　d． 這時,你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了,輸入的數(shù)據(jù)

79、在變化也影響不到輸出的數(shù)據(jù)了;實際上,單片機現(xiàn)在在忙著干別的事情,串行通信、掃描鍵盤……單</p><p>　　片機的資源有限啊。 </p><p>　　在單片機按照RAM方式進行并行數(shù)據(jù)的擴展時,使用movx @dptr, A這條指令時,這些時序是由單片機來實現(xiàn)的。后面的表格中還有需要時間的參數(shù),你不需要去管它,因為這些參數(shù)都是幾十n級別的,對于單片機在12M下的每個指令周期最小是1us

80、的情況下,完全可以實現(xiàn);如果是你自己來實現(xiàn)這個邏輯,類似的指令如下： </p><p>　　mov P0,A ;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口 </p><p><b>　　clr LE </b></p><p><b>　　setb LE </b></p><p>　　clr LE ;上面三條

81、指令完成LE的波形從0->1->0的變化 </p><p>　　74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣,只不過是管腳定義不一樣,數(shù)據(jù)輸入和輸出端，SL74HC573 跟LS/AL573 的管腳一樣。器件的輸入是和標準CMOS 輸出兼容的；加上拉電阻，他們能和LS/ALSTTL 輸出兼容。 當鎖存使能端為高時，這些器件的鎖存對于數(shù)據(jù)是透明的（也就是說輸出同步）。當鎖存使能變低時，符合建立

82、時間和保持時間的數(shù)據(jù)會被鎖存。輸出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上，操作電壓范圍：2.0V~6.0V低輸入電流：1.0uA。CMOS 器件的高噪聲抵抗特性。</p><p>　　3 樓宇燈控系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　電路的各個部分都是通過單片機的控制來工作的，單片機共有32個輸入輸出端口，通過對端口的置0和置1來控制電路的通與斷，而這些都是通過編寫程序來對單片機進

83、行控制。具體程序附后。</p><p><b>　　圖17 功能流程圖</b></p><p>　　Fig 17 Functional flow diagram</p><p>　　4 系統(tǒng)的抗干擾技術</p><p>　　為了該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地工作，本系統(tǒng)還應對其進行抗干擾設計。具體應從以下幾個方面入手進行設計：&l

84、t;/p><p>　　（1）電源線加粗，合理走線、接地，三總線分開。使用完全光耦隔離方法來提高抗干擾能力，減少互感振蕩，光耦應選擇高速器件；</p><p>　?。?） CPU、RAM、ROM等主芯片應在VCC和GND間接電解及瓷片電容，以去掉高低頻干擾；</p><p>　　（3）應采用獨立系統(tǒng)結構，并減少接插件與連線，以提高可靠性，減少故障率；</p>

85、<p>　　（4） 在外部供電的輸入口應加二極管橋抑制電路，以防止逆向電流的出現(xiàn)，同時也使得內(nèi)外電路的地線隔離，從而起到抗干擾作用；</p><p>　　（5）加復位電壓檢測電路可防止復位不充分從而CPU就工作的現(xiàn)象，尤其在有EEPROM器件時，復位不充分會改變EEPROM的內(nèi)容；</p><p>　?。?）在單片機空單元寫上00H，并在最后放跳轉指令到ORG 0000H，可防

86、止程序跑飛</p><p><b>　　5 系統(tǒng)的仿真</b></p><p>　　5.1 PROTEUS仿真介紹</p><p>　　Proteus 是英國 Labcenter electronics 公司開發(fā)的 EDA 工具軟件。主要由原理布圖的方法繪制電路并進行仿真的 ISIS 和 PCB 自動布線或人工布線電路仿真的 ARES 兩個程序

87、組成。Proteus 運行于 Windows 操作系統(tǒng)上， 可以動態(tài)實時仿真、分析 ( SPICE) 各種模擬器件和集成器件。針對微處理器及其外圍電路，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程， 并實現(xiàn)軟件代碼級的調(diào)試， 配合其提供的仿真圖表或虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等可進行相應的測量與分析。</p><p>　　5.2 PROTEUS軟件的組成及特點</p><p>　　Proteus仿

88、真軟件包含兩個應用程序，Proteus ISIS和Proteus ares。Proteus ISIS是Proteus系統(tǒng)的核心，擁有超過8000元件的大型元件庫，包含幾千個模擬和數(shù)字電路中常用的Spice模型及各種動態(tài)元件，如三極管、555定時器等基本元件，74LS00等常用TTL和CMOS集成塊，完全適合于仿真模型。同時ISIS也為用戶提供了非常友好的作圖界面，元件之間的連線方便、靈活、高效率，剪切、移動等操作借助鼠標可簡單實現(xiàn)；另外

89、，ISIS還支持層次圖設計，支持WMF、BNP、DXF等多種圖形輸出格式。Proteus的另外一個應用程序就是Proteus ares，用于直接將Proteus ISIS得到的仿真原理圖生成PCB版圖。同時Proteus還提供了豐富的虛擬工具，如示波器、邏輯分析儀等，用戶借助這些虛擬工具可以直接觀察電路系統(tǒng)的硬件結果，盡管虛擬儀器的精度有限，但整個操作過程如同利用硬件仿真器和其他測試儀器直接進行硬件開發(fā)，還可以根據(jù)虛擬儀器的結果直接進行

90、源代碼的調(diào)試，以上過程不同于純粹的軟件仿真?zhèn)戎赜谒惴ǖ尿炞C，這種仿真過程是可以給用戶帶來直接的硬件開發(fā)經(jīng)</p><p><b>　　5.3 原理圖繪制</b></p><p>　　運行 Proteus 的 ISIS 程序后， 進入該仿真軟件的主界面。主界面由菜單欄、工具欄、預覽窗口、元件選擇按鈕、元件列表窗口、原理圖繪制窗口和仿真進程控制按鈕組成通過元件選擇按鈕 P

91、 (從庫中選擇元件命令) 命令，在彈出的 Pick Devices 窗口中選擇電路所需的元件，并在繪圖區(qū)放置元件并調(diào)整其相對位置布局好，對元件參數(shù)設置及元器件間連線，添加必要的網(wǎng)絡標號等步驟從而完成單片機系統(tǒng)的硬件原理圖繪制，系統(tǒng)原理圖見附錄2。</p><p><b>　　5.4 程序加載</b></p><p>　　用Keil C51編寫程序，編譯無誤后生成后綴為

92、hex文件。然后將生成的后綴為hex文件“下載”到51芯片中，步驟如下：鼠標右擊AT89C51，然后左擊，出現(xiàn)相應元件的屬性對話框。在該對話框的“Program File”一項中選擇要加入的hex文件，這樣就完成了程序的加載。</p><p><b>　　5.5 仿真分析</b></p><p>　　點擊Play鍵可看到電路仿真結果在虛擬終端窗口中就會顯示相應的字符，

93、</p><p>　　當紅外對管檢測到信號時相應的燈就會亮，并且計數(shù)器會自動實現(xiàn)計數(shù)，當計數(shù)為零時，燈全部熄滅，以上仿真結果完全正確。</p><p><b>　　6 結論</b></p><p>　　利用熱釋電紅外傳感器雖然能夠感應到人的紅外波，但是那只限于移動的物體，對于靜止的人體，一般感應不出來，所以本電路還是采用了紅外發(fā)射對管，它的靈敏

94、度比較高，波長范圍可以達到二三十米，該方案具有安裝方便、數(shù)字化程度高、精度高、適應性強等特點，在樓宇燈控系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 李華，MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京航天航空大學出版社，2006:04～06.</p><p>　　[2] 求是科技，單片機

95、典型模塊設計實例導航[M].人民郵電出版社，2004:03～05.</p><p>　　[3] 李飛光，單片機課程設計實例指導[M].北京航空航天大學出版社，2004:18～23.</p><p>　　[4] 求是科技，8051系列單片機C程序設計完全手冊[M].人民郵電出版社，2006:33～55</p><p>　　[5] 李鴻，單片機原理及應用[M].湖南大學

96、出版社，2005:03～08.</p><p>　　[6] 劉光斌，單片機系統(tǒng)實用抗干擾技術[M].人民郵電出版社出版社，2003:9～10.</p><p>　　[7] 周航慈，單片機程序設計基礎[M].北京航天航空出版社，2003:01～03</p><p>　　[8] 張洪潤，單片機應用技術教程[M].清華大學出版社，2003:22～26</p>

97、<p>　　[9] 江世民，劉先任.基于DS18B20智能溫度測量裝置[J].邵陽學院學報（自然科學版）, 2004:15.</p><p>　　[10] 趙海蘭，趙祥偉.智能溫度傳感器DS18B20原理與應用[J]. 現(xiàn)代電子技術,2003:32～34.</p><p>　　[11] 劉俊狀，宗 云. DS18B20與單片機接口及編程技術[J].河北工業(yè)科技，2007:227

98、～229.</p><p>　　[12] 趙 娜，趙 剛,于珍珠,等.基于51單片機溫度測量系統(tǒng)[J].微計算機信息，2007:146～148.</p><p>　　[13] 何立民.單片機應用于設計[M].北京航空航天大學出版社，2002:56～63</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過

99、這次畢業(yè)設計，使我對所學知識有了進一步的鞏固和掌握，不僅分析問題和解決問題能力大大提高，而且在專業(yè)技能、邏輯思維等綜合能力方面得到了鍛煉。專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。</p><p>　　在本次設計中，還要感謝XX老師的輔導。在起初階段，對于只做過課程設計的我來說思想狹窄，毫無方向，在經(jīng)過反復的李老師的指導下，設計方面的種種要素逐步形成，牢固的掌握了設計的基本要素，不僅對于專業(yè)知識的理解更上臺階，而且對

100、于單片機尚未了解、掌握的一些知識得以了解，基本指令得以熟練運用，特別是對中斷有了更深刻的理解。</p><p>　　此外，也要感謝工學院的全體領導和老師，給我們提供了這次設計的機會；這是對于我們多年以來所學知識的綜合衡量，也是對我們所學知識的綜合運用，從中我學到了許多。任何一件看似簡單的事情，都存在著許許多多的困難，須以全身心地、極其認真的態(tài)度去對待身邊的每件小事，否則我們永遠只是不會升起的太陽。</p&g

101、t;<p>　　本課題在選題及設計過程中得到李老師的悉心指導。在多次遇到困難的情況下，李旭老師都給我指點方向，幫助我開拓設計思路，精心點撥、熱忱鼓勵。在做設計以來，李老師誠懇、嚴謹求實、踏踏實實的敬業(yè)精神是對我最大的鼓舞，僅僅兩個月的設計和學習，卻是我?guī)啄暌詠硎斋@最多的一次。最后，衷心感謝工學院全體老師多年來的辛勤培養(yǎng)和教誨。</p><p><b>　　附錄</b></