基于單片機的教室照明控制系統(tǒng)設計【畢業(yè)設計】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　基于單片機的教室照明控制系統(tǒng)設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </

2、p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、;　　隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已經廣泛應用于各個鄰域。另外，由于樓宇智能化的發(fā)展和成熟，基于單片機的教室照明控制系統(tǒng)得到了廣泛的普及。</p><p>　　本文根據(jù)教室燈光智能控制方面的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了有效的節(jié)電控制方案，提出了基于AT89S51單片機的教室照明控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，以此來控制照明燈的開啟和關閉；利用光敏電阻來檢測環(huán)境光的強度，以此來調節(jié)燈具的亮度

4、；另外，系統(tǒng)還帶有鍵盤及液晶顯示，鍵盤用于輸入密碼及設置時間參數(shù)，液晶顯示屏用于顯示當前時間及系統(tǒng)提示；系統(tǒng)還可以自主設置教室燈具的開啟及關閉時間，關燈前可利用蜂鳴器發(fā)出警告。通過對人體存在信號及環(huán)境光信號的識別和判斷，完成對教室燈具的智能控制，以達到節(jié)能的目的。本系統(tǒng)軟件采用C語言編制，采用模塊化結構設計，條理清晰，便于修改。</p><p>　　關鍵詞：AT89S51；智能控制；熱釋紅外；傳感器</p&

5、gt;<p>　　The Design of Classroom Lighting Control System</p><p>　　Based on Single-chip Microcomputer</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development

6、of electronic technology, the system of control based on MCU is widely applied in various fields. What's more,due to the development and maturation of the intelligent building,the control system for classroom lightin

7、g based on single-chip microcomputer has been widely popular.</p><p>　　According to the development status of intelligent lighting control in the classroom, analysis of effective power-saving control solutio

8、n,proposed classroom lighting control system which is based on AT89S51 MCU.This system can control the lamp switch by test and process the signal of human body that illuminates the back track exists;It can adjust the bri

9、ghtness of light by test and process daylight signal; In addition, the system also has a keyboard and LCD,keyboard use to enter passwords and se</p><p>　　Keywords: AT89S51, intelligent control, pyroelectric

10、infrared,sensors</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來

11、源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3國內外教室照明控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究成果2</p><p>　　1.3.1 國內外教室照明控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 國內外教室照明控制系統(tǒng)的研究成果2</p><p>　　1.4課題研究的主要內容3<

12、/p><p>　　2教室照明控制系統(tǒng)的方案設計5</p><p>　　2.1教室照明控制系統(tǒng)的方案設計5</p><p><b>　　2.2方案評價5</b></p><p>　　3教室照明控制系統(tǒng)的硬件設計6</p><p>　　3.1芯片器件介紹6</p><p>

13、;　　3.1.1 AT89S51單片機簡介6</p><p>　　3.1.2 LCD 16027</p><p>　　3.1.3 DS1302涓流充電時鐘保持芯片9</p><p>　　3.1.4 TOP3224熱釋紅外人體傳感器10</p><p>　　3.2系統(tǒng)模塊分析12</p><p>　　3.2.1

14、 人體信號采集模塊12</p><p>　　3.2.2 光信號采集模塊13</p><p>　　3.2.3 時鐘電路13</p><p>　　3.2.4 LCD顯示14</p><p>　　3.2.5 鍵盤14</p><p>　　3.2.6 報警模塊15</p><p>　　3.2

15、.7 繼電器驅動接口電路15</p><p>　　4教室照明控制系統(tǒng)的軟件設計16</p><p>　　4.1系統(tǒng)整體功能的軟件設計16</p><p>　　4.2數(shù)據(jù)采集的軟件設計17</p><p>　　4.3 時鐘模塊的軟件設計17</p><p>　　4.4 顯示模塊的軟件設計18</p>

16、;<p>　　4.5 報警模塊的軟件設計19</p><p>　　4.6 鍵盤掃描的軟件設計19</p><p><b>　　結論22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p>

17、;<b>　　附錄Ⅰ24</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ25</b></p><p><b>　　附錄Ⅲ26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b>

18、</p><p>　　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，造成了電能的極度浪費。一般存在以下幾種浪費現(xiàn)象：①因為很多人缺乏節(jié)電意識 ,而且白天的時候眼睛對光線也不太敏感，在光線很強的情況下，很難發(fā)現(xiàn)燈具亮著，所以在白天光線很強的情況下，仍然可以看到到處都是長明燈；②即使教室內沒有幾個人或者根本就沒有人，整個教室的燈也全都開著；③晚上許多教室，即使只有少數(shù)學生在，整個教室的燈也全都是開著的；到處都是

19、長明燈，空蕩蕩的教室里全部燈都亮著的現(xiàn)象到處可見。一個教室的長明燈 ,看起來耗能不大 ,但從整個學校來看，卻是一個不小的數(shù)字，再從全國來看，這是電力資源的一種極大的浪費。同時，這種經意或不經意間的浪費，給學校的水電支出帶來了沉重的負擔。隨著現(xiàn)代照明系統(tǒng)在各領域中所占的比例的日益增大，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的節(jié)能迫在眉睫，而解決高校教室照明的節(jié)電問題至關重要。</p><p><b>　　1.2課題的意義</

20、b></p><p>　?。?）一個好的教室照明控制系統(tǒng)可以改善工作環(huán)境，實現(xiàn)工作效率的提高。</p><p>　　目前的智能照明控制系統(tǒng)具有兩種控制方法，即開關和調光?？捎行У目刂聘鱾€場所的照明亮度，從而達到節(jié)能的效果。同時，此類系統(tǒng)還可以根據(jù)時間段以及人們的需要來調節(jié)照明亮度，進一步達到節(jié)能的效果。 </p><p>　　一個好的教室照明控制系統(tǒng)可以為我們

21、提供一個良好的節(jié)能效果，并且可以延長燈具壽命。</p><p>　　它可以根據(jù)工作場所以及人數(shù)的不同，劃分不同的時間段以及工作模式，關掉部分照明燈以減少浪費，在你需要的時候，系統(tǒng)會自動為你開啟。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)外部光線來調節(jié)室內燈具的亮度。這種方式不但保證了充足的照明，而且也縮短了燈具的工作時間，這樣不但節(jié)省了開支，而且燈具的壽命也延長了。</p><p>　　一個好的教室照明控制系統(tǒng)

22、可以提高管理水平。</p><p>　　這種照明控制系統(tǒng)一般主要靠自動控制，再結合一些人工控制，系統(tǒng)會自動開啟或關閉開關，并且根據(jù)外部環(huán)境來調節(jié)室內燈具的亮度，不但很大程度的減少了用于管理的人員數(shù)量，而且也排除了由于人為控制不到位而不定時開關燈的現(xiàn)象，從而影響學校正常的教學生活秩序 [1]。 </p><p>　　一個好的教室照明控制系統(tǒng)可以具有比較好的投資收益效果。</p>

23、<p>　　智能的照明控制系統(tǒng)除了可以節(jié)約能源和延長燈具的使用壽命，還可以有效節(jié)省電費與管理費用的支出[2]。</p><p>　　1.3國內外教室照明控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究成果</p><p>　　1.3.1 國內外教室照明控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　目前，我國的能源問題已日漸緊張，能源問題已將成為制約我國國民經濟發(fā)展的關鍵問題。它不僅關

24、系到經濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在一定條件下，它還會影響社會穩(wěn)定。因此，我國發(fā)布了綠色照明工程新聞，決定在各個領域大力推廣節(jié)能照明系統(tǒng)。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，是我國的電光源產品逐漸向節(jié)能型轉變。</p><p>　　目前我國照明用電約占整個社會總用電的12%，采用高效節(jié)電產品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明產品可節(jié)電70%左右。北京奧運回期間，各個場館就采用了大量的節(jié)能燈具，這是我國大力推廣綠色照明的良好證明。</p>

25、<p>　　由于大家的節(jié)電意識薄弱，造成很多院校大量電能的浪費，長明燈處處可見。全國上下有那么多的院校，這對整個國家來說是一筆很大的損失。因此，尋找簡便高效的節(jié)能方案是目前十分緊要的事情。</p><p>　　1.3.2 國內外教室照明控制系統(tǒng)的研究成果</p><p>　　隨著科技的進步，各種節(jié)能高效的照明設備將陸續(xù)被發(fā)明使用；對照明設備的控制功能也將越來越靈活，而設備與控制器

26、的通訊方式將逐步統(tǒng)一[3]。以下是幾種新型照明控制系統(tǒng)：</p><p>　　基于射頻技術的無線網絡智能照明控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)采用了分級組網的方式 , 由有線和無線通信兩級網絡組成。整個系統(tǒng)由PC、 Atmega8單片機 、無線射頻模塊RF905以及照明控制模塊組成。使用有線網絡來直接連接上位機主機與下位機主機。附近的下位機主機和分機則采用無線信道通信，這樣不但可以減少物理

27、線路的連接 ,而且還可以增加通信的可靠性。</p><p>　　該智能照明系統(tǒng)采用的照明方法是區(qū)域控制,并且結合教室內的人數(shù)以及學校的課程表時間來控制教室內燈具的開啟數(shù)量,同時還可以組建一個小型局域網絡,為系統(tǒng)增加一個自動診斷功能以及自動故障報警功能,從而可以有效地控制整個教學樓的照明。這種系統(tǒng)的運用避免了“長明燈”現(xiàn)象,減少了人為浪費,降低了運行維護費用,節(jié)約管理成本,具有巨大的生態(tài)、環(huán)境和經濟效益[4]。&l

28、t;/p><p>　　基于紅外技術的智能照明控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)由AT89S51 單片機、熱釋電紅外傳感器檢測模塊、光電檢測模塊、執(zhí)行控制模塊(繼電器、手動開關)等組成。通過光電檢測模塊和熱釋電紅外傳感器檢測模塊采集室內光照強度、人數(shù)分布等信息,并送至單片機,通過單片機來實現(xiàn)控制智能化[5]。</p><p>　　這種智能照明控制系統(tǒng),通過在傳感器模塊中加

29、入一電磁鐵擋板,從而實現(xiàn)對人體的檢測;利用自然光檢測模塊實現(xiàn)對室內燈具亮度的自動調節(jié)。此系統(tǒng)能根據(jù)實際需要來控制照明燈的開關,可大幅度降低電能的浪費,而且其成本低廉,達到了環(huán)保節(jié)能的目的[6]。</p><p>　　基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)的上位機采用了工業(yè)控制計算機, 主要負責接收管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、發(fā)送控制命令、實時顯示系統(tǒng)工作過程等。下位機是各智能節(jié)點,

30、微處理器是AT89C52單片機,負責每個照明區(qū)域的現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢測和工作狀態(tài)控制等[7]。智能節(jié)點內有一個CAN總線控制器SJA1000，它主要負責接收數(shù)據(jù)以及通過發(fā)送數(shù)據(jù)。上位機通過智能CAN總線通信適配卡連接到CAN總線上。智能節(jié)點也可脫離上位機, 直接進行現(xiàn)場手動控制。節(jié)點數(shù)量可根據(jù)建筑物的規(guī)模和照明系統(tǒng)燈具功能的種類增減。</p><p>　　CAN總線設計思想獨特、性能優(yōu)良、可靠性很高,越來越受到人們的重視

31、。使用 CAN總線技術,可以有效提高系統(tǒng)內部的通信速率、 實時性并且降低誤碼傳送率。另外它還可以進行燈光調控, 具備一定的先進性。相信這種系統(tǒng)經擴展后會有非常廣闊的應用前景,它將成為各個領域中理想的智能照明控制系統(tǒng),而且它在節(jié)能方面也會有重大的經濟價值[8]。</p><p>　　基于ZigBee和模糊控制的新型室內照明控制系統(tǒng)</p><p>　　整個系統(tǒng)包括ZigBee無線傳感器網絡、

32、基站和遠程監(jiān)控中心。每個房間都有采集環(huán)境信息的傳感器、自然光控制器以及人工照明控制器。利用傳感器來采集房間的照度、人員位置等各種信息,并利用ZigBee無線傳感器網絡傳輸?shù)交綪C機[9]?；綪C機自動分析處理相關信息,計算所需引入的自然光量以及所需補充的人工照明量,從而確定照明模式,并通過 ZigBee輸出結果,以控制人工照明控制器和自然光控制器的工作,從而實現(xiàn)室內照明的自動控制[10]。基站 PC機還可以實時顯示每個設備的一些相關

33、信息,并將信息傳輸?shù)接脩羰种?。這種系統(tǒng)綜合考慮了室內的遮陽系統(tǒng)與照明系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系,整個系統(tǒng)很大限度地利用了自然光,通過控制百葉窗旋轉角度,引入自然光作為光源,并以人工照明作為補充來調節(jié)亮度，以此來滿足用戶的需要。該系統(tǒng)能夠有效地降低照明系統(tǒng)能耗 ,構建一個節(jié)能、 舒適的居住環(huán)境 [11]。</p><p>　　1.4課題研究的主要內容</p><p>　　(1) 緩慢階梯式調功功能：

34、這是本節(jié)電器的核心功能，能根據(jù)工作日和休息日的不同時刻調節(jié)照明燈具的工作電壓，實現(xiàn)分時間照明。白天，外部光照強度大時進行緩慢階梯式調功，實現(xiàn)半照明。采用微電腦時控進行設定進入實質性節(jié)電階段。</p><p>　　(2) 人體檢測功能：系統(tǒng)可自主判斷是否有人，從而控制燈具的開啟和關閉。</p><p>　　(3) 定時開關燈及報警提示功能：可自主設定開關燈時間，關燈前報警提示。</p&

35、gt;<p>　　(4) 方便的命令輸入界面，可實現(xiàn)密碼設置及參數(shù)設定；液晶顯示當前時間及工作狀態(tài)，以使用戶能夠方便的了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也給其他各項人機交互工作帶來方便；其他便于用戶使用的各項輔助功能，如密碼輸入、系統(tǒng)提示等[12]。</p><p>　　2教室照明控制系統(tǒng)的方案設計</p><p>　　2.1教室照明控制系統(tǒng)的方案設計</p><p&g

36、t;　　該系統(tǒng)以AT89S51單片機作控制，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體存在，從而控制燈具的開斷，達到初步節(jié)能的效果；采用光敏電阻檢測外部光線強弱，通過改變電壓大小來實現(xiàn)對燈具亮度的調節(jié)，更加有效地達到節(jié)能效果；通過對人體存在及環(huán)境光的檢測判斷，實現(xiàn)教室燈光的智能控制[13]。在此基礎之上，系統(tǒng)還具備方便的命令輸入界面及LCD顯示功能?？赏ㄟ^鍵盤進行密碼輸入和參數(shù)設定，控制燈具的開啟及關斷時間；通過LCD顯示當前時間及工作狀態(tài)，便于用

37、戶直接了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，從而做出有效的控制。除此之外，系統(tǒng)還具備報警功能，當密碼輸入有誤及關燈之前都會有報警提醒。系統(tǒng)控制框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)控制結構框圖</p><p><b>　　2.2方案評價</b></p><p>　　該系統(tǒng)通過熱釋紅外傳感器實現(xiàn)對人體存在信號的檢測;利用光電檢測模塊實現(xiàn)光照亮度的自動

38、調節(jié)。此系統(tǒng)能根據(jù)實際需要來控制照明燈的開關,可大幅度降低電能的浪費。而且它的成本很低,結構簡單，便于修改，是一種十分簡便有效地節(jié)電系統(tǒng)，適合于在各種室內照明中推廣。</p><p>　　3教室照明控制系統(tǒng)的硬件設計</p><p><b>　　3.1芯片器件介紹</b></p><p>　　3.1.1 AT89S51單片機簡介</p&g

39、t;<p>　　AT89S51為ATMEL公司所生產的一種低功耗、高性能的CMOS八位微控制器，具有8K比特的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256比特的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）[14]。</p><p>　?。?）AT89S51單片機主要功能特性介紹：</p><p>　　①擁有8位CPU和可編程Flash</p><p>　?、诰瑑炔烤?/p>

40、時鐘振蕩器</p><p>　?、?KB內部程序存儲器（ROM），256字節(jié)內部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）</p><p>　?、?2 個雙向I/O 口</p><p><b>　?、? 個中斷向量源</b></p><p>　　⑥三個16位定時器/計數(shù)器</p><p>　?、呷壖用艹绦虼鎯ζ?lt

41、;/p><p>　?、嗳p工UART串行通道</p><p>　?。?）AT89S51各引腳功能介紹：</p><p>　　圖3-1 AT89S51引腳圖</p><p>　　VCC：接+5V電源。</p><p><b>　　VSS：接地。</b></p><p>　　XTA

42、L1：接外部晶體的引腳，它的內部是一個反相放大器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：接外部晶體的另一端，它的內部接內部反相放大器的輸出端。</p><p>　　RST：AT89S51的復位信號輸入端，高電平有效。在單片機運行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于2個機器周期的高電平時，就可以完成復位操作，一般此引腳應為小于等于0.5V低電平。</p><p>　　EA

43、*/Vpp：EA*為內外程序存儲器選擇控制端。EA*為高電平時，單片機訪問片內程序存儲器，反之則訪問片外程序存儲器。Vpp用于在對EPROM型單片機8751片內EPROM固化編程時施加較高的編程電壓。</p><p>　　ALE/PROG*：ALE引腳輸出為地址鎖存允許信號。PROG*對片內EPROM型單片機編程寫入時的編程脈沖輸入端。</p><p>　　PSEN*：程序存儲器允許輸出控

44、制端。</p><p>　　P0口（P0.0～P0.7）：雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用口，可驅動8個LS型TTL負載。</p><p>　　P1口（P1.0～P1.7）：8位準雙向I/O口，可驅動4個LS型TTL負載。</p><p>　　P2口（P2.0～P2.7）：8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用，可驅動4個LS型

45、TTL負載。</p><p>　　P3口（P3.0～P3.7）：8位準雙向I/O口，雙功能復位口，驅動4個LS型TTL負載。</p><p>　　3.1.2 LCD 1602</p><p>　　（一）主要技術參數(shù)：</p><p>　　顯示容量：16×2個字符</p><p>　　芯片工作電壓：4.5～5.

46、5V</p><p>　　工作電流：2.0mA（5.0V）</p><p>　　模塊最佳工作電壓：5.0V</p><p>　　字符尺寸：2.95×4.35（WXH）mm</p><p>　　（二）接口信號說明：</p><p><b>　　VSS：電源地</b></p>

47、<p><b>　　VDD：電源正極</b></p><p>　　VL：液晶顯示偏壓信號</p><p>　　RS：數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）</p><p>　　R/W：讀/寫選擇端（H/L）</p><p><b>　　E：使能信號</b></p><p>　　

48、D0～D7：數(shù)據(jù)I/O口</p><p><b>　　BLA：背光源正極</b></p><p><b>　　BLK：背光源負極</b></p><p>　　（三）基本操作時序：</p><p>　　RS=1：選擇數(shù)據(jù)寄存器；RS=0：選擇指令寄存器</p><p>　　RW

49、=1：讀狀態(tài)；RW=0：寫狀態(tài)</p><p>　　RS=0，RW=0：寫入指令或顯示地址</p><p>　　RS=0，RW=1：讀忙信號</p><p>　　RS=1，RW=0：寫入數(shù)據(jù)</p><p>　　RS=0，R/W=1，E=1：讀狀態(tài) RS=1，R/W=1，E=1：讀數(shù)據(jù)</p><p>　　R

50、S=0，R/W=0，E=1：寫指令 RS=1，R/W=0，E=1：寫數(shù)據(jù)</p><p>　?。ㄋ模㏑AM地址映射圖：</p><p>　　圖3-2 RAM地址映射圖</p><p><b>　　（五）初始化設置：</b></p><p><b>　　1、顯示模式設置</b></p&g

51、t;<p>　?、僦噶畲a：00111000</p><p>　　功能：設置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口。</p><p>　　2、顯示開/關及光標設置</p><p>　?、僦噶畲a：00001DCB</p><p>　　功能：D=1 開顯示；D=0 關顯示</p><p>

52、;　　C=1 顯示光標；C=0 不顯示光標</p><p>　　B=1 光標閃爍；B=0 光標不顯示</p><p>　?、谥噶畲a：0000 1NS</p><p>　　功能：N=1 讀或者寫一個字符后，地址指針加1，且光標加1</p><p>　　N=0 讀或者寫一個字符后，地址指針減1，且光標減1</p><p>

53、;　　S=1 寫一個字符時，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0）,從而達到光標不移動而屏幕移動的效果</p><p>　　S=0 寫一個字符時，整屏顯示不移動</p><p><b>　?。?shù)據(jù)控制：</b></p><p>　　控制器內部設有一個數(shù)據(jù)地址指針，用戶可通過它們來訪問內部的全部80字節(jié)RAM。</p><

54、p><b>　　1、數(shù)據(jù)指針設置</b></p><p>　?、僦噶畲a：80H+地址碼（0-27H，40H-67H）</p><p>　　功能：設置數(shù)據(jù)地址指針。</p><p><b>　　2、其他設置</b></p><p><b>　?、僦噶畲a：01H</b>&

55、lt;/p><p>　　功能：顯示清屏，數(shù)據(jù)指針清零和所有顯示清零。</p><p><b>　?、谥噶畲a：02H</b></p><p>　　功能:顯示回車，數(shù)據(jù)指針清零。</p><p>　　3.1.3 DS1302涓流充電時鐘保持芯片</p><p>　?。ㄒ唬〥S1302簡介</p&g

56、t;<p>　　DS1302是一款涓流充電時鐘芯片，它是由DALLAS 公司推出的，它包括一個實時時鐘/日歷和31 字節(jié)靜態(tài) RAM，利用串行接口與單片機進行通信，實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、日期、月、年的信息，大小月以及平潤年都可以自動調節(jié)，還可以區(qū)分24用或12小時格式。DS1302 與單片機之間通信方式是同步串行的方式，只需用到三個口線：（1） RES（復位），（2）I/O（數(shù)據(jù)線），（3）SCLK（串行時

57、鐘）。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達 31 個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302的功耗很低， 保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。</p><p>　　DS1302 相比DS1202改增加雙電源管腳的特性，它廣泛應用于電話、傳真、便攜式儀器等產品領域。它的主要性能指標有：</p><p>　　1、具有計算秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，計算時間可達2100年之前。另外

58、還有閏平年及大小月的調整功能。</p><p>　　2、具有31×8位暫存數(shù)據(jù)存儲RAM</p><p>　　3、串行I/O口方式大大減少了管腳數(shù)量</p><p>　　4、寬范圍工作電壓：2.0～5.5V</p><p>　　5、工作電流：小于300nA（電壓=2.0V時）</p><p>　　6、讀/寫時

59、鐘或 RAM 數(shù)據(jù)時，有單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送兩種傳送方式</p><p>　　7、8腳DIP封裝或者可選的8腳SOIC封裝</p><p><b>　　8、簡單的3線接口</b></p><p>　　9、與TTL兼容（Vcc=5V）</p><p>　　10、可選工業(yè)級溫度范圍：-40℃～+85℃</p>

60、<p>　　11、與 DS1202 兼容</p><p>　　12、另外在 DS1202 基礎上增加了許多特性，如對 Vcc1 有可選涓流充電能力、雙電源管用于主電源和備份電源供應、備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入、附加的 7 字節(jié)暫存存儲器。</p><p>　?。ǘ〥S1302的管腳排列及描述如下：</p><p>　　圖3-3 DS1302

61、管腳圖 </p><p>　　X1，X2：32.768KHz 晶振管腳</p><p><b>　　GND：地</b></p><p><b>　　RST：復位腳</b></p><p>　　I/O：數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳</p><p><b>　　SCLK：串行時鐘

62、</b></p><p>　　Vcc1，Vcc2：電源供電管腳</p><p>　?。ㄈ〥S1302內部寄存器</p><p>　　CH：時鐘停止位。寄存器2的第7位，12/24小時標志</p><p>　　CH=0 振蕩器工作允許；bit7=1，12小時模式</p><p>　　CH=1 振蕩器停止工作

63、；bit7=0，24小時模式</p><p>　　WP：寫保護位。寄存器2的第5位，AM/PM 定義</p><p>　　WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠寫入；AP=1 下午模式</p><p>　　WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入；AP=0 上午模式</p><p>　　TCS：涓流充電選擇 DS：二極管選擇位</p&g

64、t;<p>　　TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個二極管</p><p>　　TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管</p><p>　　DS=00或11，即使TCS=1010, 充電功能也被禁止</p><p>　　3.1.4 TOP3224熱釋紅外人體傳感器</p><p&g

65、t;　　（一）TOP3224簡介</p><p>　　這是一個基于紅外線技術的自動控制產品。當有人進入開關感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人不離開感應范圍，將持續(xù)輸出高電平；人離開后，開關延時自動關閉負載。這種傳感器靈敏度高，可靠性強，廣泛應用于各種自動感應電器設備[15]。</p><p><b>　　（二）功能特點：　</b><

66、;/p><p>　　1、全自動感應：在感應范圍能檢測到人體信號則輸出高電平，感應范圍內檢測不到了則自動延時輸出低電平?！?　　2、光敏控制（可選擇）：可以對光敏控制進行設置，在光線很強的情況下不感應?！?　　3、兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇，默認為可重復觸發(fā)）　 　　 ①不可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，延時時間結束后輸出自動變?yōu)榈碗娖?；?　　 ②可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，延時時間段內如

67、果在其感應范圍內有人體活動，其輸出將保持高電平不變，直到人完全離開后才延時變?yōu)榈碗娖??！　?、具有感應封鎖時間（默認設置：0.2秒）：在每一次感應輸出后感應模塊可以馬上設置一個封鎖時間段，在此期間感應器不再接受任何感應信號。這個功能可以用于實現(xiàn)“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可以應用于間隔探測產品中；另外。這個功能還可以有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾?！　?、較寬的工作電壓范圍：工作電壓默認為DC5V-20V，也

68、可訂做范圍為DC3V-24V?！?　　6、微功耗：靜態(tài)電流小于50mA?！?　　7、輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接[16]。</p><p><b>　　（三）技術參數(shù)：　</b></p><p>　　1、工作電壓：DC4.5V至20V(可定做3～5V)2、靜態(tài)功耗：50微安3、電平輸出：高3.3V，低0V4、延時時間：可調(0.3秒~18秒)5

69、、封鎖時間：0.2秒6、觸發(fā)方式：L不可重復，H可重復，默認值為H7、感應范圍：小于120度錐角，7米以內8、工作溫度：-15~+70℃9、PCB外形尺寸：32*24mm，螺絲孔距28mm透鏡尺寸：(直徑)：23mm(默認)，螺絲孔徑2mm，感應透鏡尺寸：(直徑)：23mm(默認)</p><p>　?。ㄋ模┩饨邮疽鈭D和典型應用：</p><p>　　圖3-4 TOP3224外接

70、示意圖和典型應用</p><p>　?。ㄎ澹〣ISS0001紅外傳感信號處理芯片</p><p>　　熱釋紅外傳感器檢測到人體后會產生微弱的電信號，通常僅有1mV。為了對信號進行放大，再對放大后的信號進行比較、狀態(tài)控制等處理我們采用與熱釋紅外傳感器配套的專用集成芯片BISS0001，它得性能較高，是一款傳感信號處理集成電路。它可以和熱釋電紅外傳感器以及一些外接元器件共同組成一個被動式的熱釋

71、電紅外開關。它可以自動快速開啟各類控制裝置，如白炙燈、自動門、電風扇等。適合于各種公共場所，特別是這些場所的敏感區(qū)域。它也可以管飯運用于各類照明控制系統(tǒng)或者報警系統(tǒng)。它運行穩(wěn)定、可靠性高、價格低、使用方便。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)模塊分析</b></p><p>　　這個教室照明控制系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成：人體信號采集模塊、光信號采集模塊、時鐘電路

72、、LCD顯示、鍵盤、報警模塊以及繼電器驅動接口電路。電路原理圖見附錄I，實物圖見附錄Ⅱ。.</p><p>　　3.2.1 人體信號采集模塊</p><p>　　當有人進入開關感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動輸出高電平，人不離開感應范圍，將持續(xù)輸出高電平；人離開后，開關延時自動關閉負載。人體信號采集原理圖如圖3-5：</p><p>　　圖3-5

73、 人體信號采集原理圖</p><p>　　3.2.2 光信號采集模塊</p><p>　　在這個系統(tǒng)中，采用光敏電阻（圖3-6中的R3）來檢測環(huán)境光的強度。根據(jù)光強度的不同，改變電壓大小，從而實現(xiàn)對燈具亮度的自動調節(jié)。另外，通過調節(jié)下圖中的可變電阻R1，可實現(xiàn)手動調節(jié)亮度，以達到用戶的實際需求。光信號采集原理圖如圖3-6：</p><p>　　圖3-6 光信號采集原

74、理圖</p><p>　　3.2.3 時鐘電路</p><p>　　此系統(tǒng)的時鐘電路原理圖如圖3-7所示。其中VCC1外接3V的可充電鋰電池，作為DS1302的備用電源，VCC2直接接5V電壓，是DS1302的主電源。DS1302由兩者中的較大者供電。系統(tǒng)正常運行時，VCC2大于VCC1，因此系統(tǒng)由VCC2供電。如主電源關閉，則由VCC1供電來保持時鐘的正常運行。圖中X1和X2是振蕩源，外

75、接32.768kHz晶振。</p><p>　　圖3-7 時鐘電路原理圖</p><p>　　3.2.4 LCD顯示</p><p>　　在本系統(tǒng)中，采用1602液晶模塊，它是目前應用比較廣泛的一種液晶顯示模塊。這種顯示器可以顯示兩行，每行16個ASCII字符，并且可以自定義圖形，只需要寫入相應字符的ASCII碼就可以顯示。 LCD1602原理圖如下圖所示：<

76、/p><p>　　圖3-8 LCD顯示原理圖</p><p><b>　　3.2.5 鍵盤</b></p><p>　　采用16位鍵盤，可設置多個功能按鍵。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關兩端，在進行鍵盤掃描時首先把鍵盤列線的第一根線至高，再分別檢測行線是否有高電平的信號。如有信號，則證明此行線與第一條列線間的 被按下了。單片機讀入這個鍵值

77、。如果四根行線均無信號，則將第一根列線置低，將第二根列線置高，再次檢測各條行線有無信號，以此類推。鍵盤原理圖如下：</p><p>　　圖3-9 LCD鍵盤原理圖</p><p>　　3.2.6 報警模塊</p><p>　　當密碼輸錯和定時關燈前都會發(fā)出警報。此時蜂鳴器鳴叫并且指示燈點亮，原理圖如圖3-10和3-11所示：</p><p>

78、　　圖3-10 蜂鳴器原理圖 圖3-11 指示燈原理圖</p><p>　　3.2.7 繼電器驅動接口電路</p><p>　　使用繼電器可以有效地保護系統(tǒng)電路。繼電器驅動接口電路原理圖如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 繼電器驅動接口電路原理圖</p><p>　　4教室照明控

79、制系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　4.1系統(tǒng)整體功能的軟件設計</p><p>　　系統(tǒng)開始工作時，會跳出登陸界面，用戶要輸入正確的密碼才能登陸并控制系統(tǒng)。當密碼輸錯時，顯示屏會出現(xiàn)錯誤提醒。密碼輸錯三次以上，報警系統(tǒng)就會產生反應，蜂鳴器鳴叫并且指示燈閃爍。當密碼輸入正確并且成功登陸系統(tǒng)后，系統(tǒng)開始工作。它采集人體信號及環(huán)境信號并且根據(jù)這兩個信號調節(jié)開關及燈具的亮度。如果有手動按鍵按下

80、，則根據(jù)按鍵信息來控制開關的開啟及關閉。期間各個工作狀態(tài)都可由LCD顯示屏來顯示，實現(xiàn)簡單的人機交換。系統(tǒng)整體實現(xiàn)流程圖如圖4-1所示，系統(tǒng)整體程序代碼見附錄Ⅲ。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)整體實現(xiàn)流程圖</p><p>　　4.2數(shù)據(jù)采集的軟件設計</p><p>　　本系統(tǒng)優(yōu)先考慮環(huán)境光是否充足，當光線充足時，無論教室是否有人都不開燈；當環(huán)境光不夠亮時，

81、系統(tǒng)會判斷是否有人存在，如果有人則開燈，并根據(jù)光敏電阻阻值變化改變電壓大小，從而調節(jié)燈具的亮度。數(shù)據(jù)采集流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 數(shù)據(jù)采集流程圖</p><p>　　4.3 時鐘模塊的軟件設計</p><p>　　在對DS1302進行各種操作之前，必須先對其初始化，這時需要把復位輸入RST端置為高電平，如RST輸入為低電平，那么數(shù)據(jù)傳送將

82、會終止，且I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。數(shù)據(jù)讀/寫完后，RST端應置為低電平，以防外部干擾對DS1302產生影響。同時，在要求上電時，在主電源引腳VCC2大于或等于2.5V之前，RST必須為0，這是為了防止復位輸入端受到外部的干擾。不管是讀或者寫操作，都必須在開頭的8個時鐘周期把命令字裝入DS1302的移位寄存器。對DS1302進行讀寫的程序流程圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 DS1302讀寫程序流程

83、圖</p><p>　　4.4 顯示模塊的軟件設計</p><p>　　顯示模塊是本系統(tǒng)中人機交換的一個重要途徑，通過顯示器的顯示，我們可以知道當前時間以及當前的工作狀態(tài)并作出相應的操作。在本系統(tǒng)中，采用1602液晶模塊，它是目前應用比較廣泛的一種液晶顯示模塊。這種顯示器可以顯示兩行，每行16個ASCII字符，并且可以自定義圖形，只需要寫入相應字符的ASCII碼就可以顯示。本系統(tǒng)中主要的顯

84、示子程序流程圖如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.5 報警模塊的軟件設計</p><p>　　本系統(tǒng)中的報警模塊由兩部分組成，即蜂鳴器和指示燈。當密碼輸錯和定時關燈前都會發(fā)出警報，此時蜂鳴器鳴叫并且指示燈點亮。報警模塊流程圖如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 報警模塊流程圖&l

85、t;/p><p>　　4.6 鍵盤掃描的軟件設計</p><p>　　本系統(tǒng)采用4×4矩陣式鍵盤，總共含有16個按鍵，可設置多個功能按鍵。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關兩端，在進行鍵盤掃描時首先把鍵盤列線的第一根線至高，再分別檢測行線是否有高電平的信號。如有信號，則證明此行線與第一條列線間的 被按下了。單片機讀入這個鍵值。如果四根行線均無信號，則將第一根列線置低，將第二根列

86、線置高，再次檢測各條行線有無信號，以此類推。</p><p>　　由于一般人按鍵會有抖動。抖動會造成鍵盤掃描時出現(xiàn)一些錯誤信號，可能會掃描不了數(shù)據(jù)，或者重復輸入很多數(shù)據(jù)，因此需要設計一個消除抖動的程序。它是這樣實現(xiàn)的，當檢測到一個脈沖信號時，并不馬上認為是一次按鍵，而是延時一段時間后再進行檢測，如果三次檢測都有信號，那么就可以認為是一次有效的按鍵。鍵盤掃描程序流程圖如圖4-6所示：</p><

87、p>　　圖4-6 鍵盤掃描程序流程圖</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　踉踉蹌蹌地忙碌了兩個月，在老師和同學的熱心幫助下我的畢業(yè)設計終于告一段落。這是一段難忘的經歷，在這段日子里，我收獲了很多。在完成畢業(yè)設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)自己對很多專業(yè)知識都不夠了解，因此我翻閱了大量書籍，又把知識重新回顧了一遍，從而鞏固了我的專業(yè)知識。除此之外，我

88、也加強了自己的動手能力，因為設計中也曾碰到很多小問題，我都盡量獨立解決，解決不了也會去詢問老師或者同學，這給我?guī)砹嗽S多好的實踐經驗。</p><p>　　在我的設計中，我采用了AT89S51單片機作為主控模塊，用熱釋紅外人體傳感器檢測人體存在，從而控制燈具的開斷，達到初步節(jié)能的效果；采用光敏電阻檢測外部光線強弱，通過改變電壓大小來實現(xiàn)對燈具亮度的調節(jié)，更加有效地達到節(jié)能效果；通過對人體存在及環(huán)境光的檢測判斷，實

89、現(xiàn)教室燈光的智能控制。在此基礎之上，系統(tǒng)還具備方便的命令輸入界面及LCD顯示功能?？赏ㄟ^鍵盤進行密碼輸入和參數(shù)設定，控制燈具的開啟及關斷時間；通過LCD顯示當前時間及工作狀態(tài)，便于用戶直接了解系統(tǒng)工作狀態(tài)，從而做出有效的控制。除此之外，系統(tǒng)還具備報警功能，當密碼輸入有誤及關燈之前都會有報警提醒。 在畢業(yè)設計過程中我在圖書館找了很多資料，并向老師請教，完成了設計的整體思路，各個硬件模塊方案選擇，模塊間的連接，整體電路圖的繪制，軟件

90、的編譯和實物的設計等。雖然系統(tǒng)大致的功能都能實現(xiàn)，但限于自身能力有限及工作和設計的沖突，在設計過程中還有很多漏洞，有一些功能我還是實現(xiàn)不了，像軟啟動、掉電保護之類的。另外，我在軟件設計過程中也曾遇到很多問題，對C語言的生疏讓我花了很多時間在軟件編譯上。雖然我的實物做出來了，但和老師給的任務書還是有一</p><p>　　通過這次實踐使我更深刻的體會到了理論聯(lián)系實際的重要性，在今后的學習工作中我會更加注重實際。雖然

91、忙碌了那么久，但看著自己的勞動成果還是非常幸福和欣慰的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳濤. 照明控制與自動化系統(tǒng)的完美結合智能照明控制系統(tǒng)的再認識[J].照明工程學報，2003，14（3）：26-32．</p><p>　　[2] 熊濤，丁辛芳，陳德英.一種新穎的照明控制電路[J].傳感器技術，1

92、999，18（5）：50-53．</p><p>　　[3] 蔣世祥，徐偉杰.單片機在智能照明中的應用[J].電子工程師，2002，（7）：68-73.</p><p>　　[4] 高立兵，馬殷元．基于射頻技術的無線網絡校園照明智能控制系統(tǒng)[J].科學</p><p>　　技術與工程，2010，10（1）：259-262．</p><p>　

93、　[5] 張毅剛.單片機原理及應用[M].高等教育出版社，2003.</p><p>　　[6] 桂要生,向橋,楊康．基于紅外技術的智能照明控制系統(tǒng)設計[J].計算機與數(shù)字工程，2009，37（8）：102-104．</p><p>　　[7] 何立民. MCS-51單片機應用系統(tǒng)設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1990.</p><p>　　[

94、8] 梁偉偉．基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)設計[J].信息技術與信息化，2008，（6）：72-74．</p><p>　　[9] L. Gallin-Martela,P. Aguayo de Hoyosb,L. Erauda. The read-out electronics of the AMS prototype RICH detector [J].Nuclear Instruments and Met

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96、struments and Methods in Physics Research, 2007,571: 378-380.</p><p>　　[11] 王雅寧,王兆豐．基于ZigBee和模糊控制的新型室內照明控制系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代建筑電氣，2010，（6）：9-12．</p><p>　　[12] 黃立新．使用單片機設計照明節(jié)電系統(tǒng)方案[J].煙臺職業(yè)學院學報,2007, 13（1）:

97、20-26.</p><p>　　[13] 況榮平,容太平.I2C總線在單片機上的實現(xiàn)[J].國外電子元器件，2001，（6）：120-165. </p><p>　　[14] 余永權，汪明慧，黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應用[M].電子工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[15] 吳永橋，金康進，施光林.基于單片機的節(jié)電照明控制系統(tǒng)[J].世界電子

98、元器件,2004，（4）：80-83. </p><p>　　[16] 黃春耀. 基于非接觸IC卡的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].廈門大學,2009，（4）：36-37.</p><p><b>　　附錄Ⅰ</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ</b></p><p><b&g

99、t;　　附錄Ⅲ</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　/**********數(shù)組定義*******************/

100、</p><p>　　uchar code table1[]="input code:";</p><p>　　uchar code table2[]="no long than 6";</p><p>　　uchar code table3[]="input again:";</p>

101、<p>　　uchar code table4[]="You are right!";</p><p>　　uchar code table5[]="code is wrong";</p><p>　　uchar code table6[]="Have no right!";</p><p>

102、;　　uchar code table7[]="time: ";</p><p>　　uchar code table8[]={"Set current time"};</p><p>　　uchar code table9[]={"y m d h m s d +e"};</p><p>　　ucha

103、r code table10[]={"Set is done"};</p><p>　　uchar code table11[]={"Set again:"};</p><p>　　uchar code table12[]={"Welcome master"};</p><p>　　uchar

104、code table13[]={"begin to set"};</p><p>　　uchar code table14[]={"set open time"};</p><p>　　uchar code table15[]={"set down time"};</p><p>　　uchar co

105、de table16[]={"h m s +e:"};</p><p>　　uchar opentime[6]={0,6,0,0,0,0};</p><p>　　uchar downtime[6]={2,3,0,0,0,0};</p><p>　　uchar time[14]={0};</p><p>　　uchar

106、 mo[]="0123456789abcdef ";</p><p>　　uchar jian[7]={1,2,3,4,5,6,15};</p><p>　　uchar mima[7]={0,0,0,0,0,0,15};</p><p>　　/***********變量定義*********************/</p>

107、<p>　　uchar temp,key=20,count=0,temp2,lastkey=0;</p><p>　　uchar num,i,flag=0,wrong=0,number,codenum;</p><p>　　uchar aa=0,opennum,downnum,openhour,openmin,downhour,downmin;</p><p&

108、gt;　　uchar setsec,setmin,sethour,setdate;</p><p>　　uchar setmon,setday,setyear;</p><p>　　uchar sec,min,hour,date,mon,day,year;</p><p>　　/***********位定義***********************/</p

109、><p>　　sbit RS=P0^7; //LCD1602</p><p>　　sbit RW=P0^6;</p><p>　　sbit EN=P0^5;</p><p>　　sbit SCLK = P1^2;//DS1302</p><p>　　sbit IO = P1^1; </p>

110、<p>　　sbit RST = P1^0;</p><p>　　sbit P1_3=P1^3; //繼電器</p><p>　　sbit P0_0=P0^0; //蜂鳴器</p><p>　　sbit P1_4=P1^4; //紅色報警燈</p><p>　　sbit P0_4=P0^4; //傳感器輸出腳<

111、;/p><p>　　/*****************函數(shù)聲明****************/</p><p>　　uchar DS1302_read(uchar com);</p><p>　　void DS1302_write(uchar com,uchar temp);</p><p>　　void DS1302init();<

112、;/p><p>　　void DS1302display();</p><p>　　void settime(); //time</p><p>　　void log_in(); //code</p><p>　　void write_com(uchar com); //LCD</p&g

113、t;<p>　　void write_data(uchar date);</p><p>　　void init(); </p><p>　　void start(); //LED</p><p>　　void keyscan(); //key</p><p>　　void dela

114、y(uint z);</p><p>　　void open();</p><p>　　void down();</p><p>　　/*****************主函數(shù)***************/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b

115、></p><p><b>　　init(); </b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　openhour=opentime[0]*16+opentime[1]; // 預設的開啟時間（小

116、時）轉換為十六進制數(shù)</p><p>　　downhour=downtime[0]*16+downtime[1]; //預設的關斷時間（小時）轉換為十六進制數(shù)</p><p>　　downmin=downtime[2]*16+downtime[3];</p><p>　　openmin=opentime[2]*16+opentime[3]; </p>