1、南 昌 工 程 学 院 毕 业 设 计 论 文 机 电 学院 电气自动化 专 业毕业设计（论文）题目 教室节能控制系统 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 完 成 日 期 2010 年 6 月 14 日 目录摘要.1前言.4第一章 系统结构和工作原理.5第二章 系统硬件设计.62.1 电源.62.2 中心控制模块.82.3 光照检测电路.162.4 温度检测电路.182.5 热释电传感器及处理电路.242.6 控制电路.29第三章 人机交互.303.1 FYD12864-0402B 的基本特性.303.2 模块接口.313.3 FYD12864-0402B 显示模块时应注意事项.3
2、43.4 FYD12864-0402B 与单片机 80C52 的接线图.35第四章 系统软件的设计.354.1 程序.35结束语.44参考文献.45摘 要:针对公共场所用电浪费现象以AT89C52 为核心提出一种用热释电红外传感器和光照检测相结合的智能照明控制系统。通过对光线的强弱和室内是否有人的判断自动实现开关灯达到节能的目的。经实验证明该方案可行具有一定的应用价值。关键词:热释电红外传感器照明控制节能单片机Abstract :Aiming at the phenomenon of elect ricity wasting As thecore to AT89C52 a project of
3、 intelligent illuminating cont rolcombined pyroelect ric inf rared t ransducer with illuminationdetection is provided. In this project an auto - switch light isrealized by judging the power of optical line and the existence ofhuman body indoor to achieve the purpose of energy saving.Verified by expe
4、riment this project is feasible and has some value.Keywords :pyroelect ric inf rared t ransducer illumination control energy saving single chip computer 前言 对一些照明时间较长、照明设备较多的场所如学校教室、商场等 其照明系统的使用浪费现象屡见不鲜。由于缺乏科学管理和管理人员的责任心不强有时在借助外界环境能正常工作和夜晚室内空无一人时整个房间内也是灯火通明。这样下来无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算这种现象的耗电占其单位所有耗电的40 左
5、右。因此有必要在保证照明质量的前提下实施照明节能措施。这不仅可以节约能源而且会产生明显的经济效益。路用于显示当前的时间。由于该部分硬件与软件均已成熟在此不做详细介绍 第一章 系统结构与工作原理系统结构图如图1.1 所示。本系统主要由光照检测电路、温度检测电路，热电红外线传感器及处理电路、 单片机系统及控制电路组成。工作 时光照检测电路和热释电红外线传感器采集光照强弱室人是否有人等信息送到单片机单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作从而实现照明控制以达到节能的目的 延时选择电路 时间显示电路 MUC 光照检测电路 温度检测电路 控制电路 热释电传感器 信号处理电路 系统结构框图1.
6、1 第二章 硬件系统的设计2.1 电源2.1.1 所用集成芯片分析 任何一个多么好的系统没有一个好的电源就无从谈起它的功效。所以制作一个好的、稳定的电源对一个系统是个非常重要的。是一个系 统能否顺利工作的关键之一！ 直流稳压电源（Direct Current Regulated Power Supply）:是一种当电网电压波动或负载改变时，能将输出电压维持基本稳定的电路。直流稳压电源的组成有电源变压器、整流电路、 滤波器、稳压电 路。 电源变压器（Transformer）：根据所需的直流 电压，将 电网电压经过电源变压器变压得到符合需要的交流电压。 整流电路Rectifer Circuit：其
7、作用是把交流电变成单方向的脉动的直流电。 滤波器（Filter）：其作用是尽可能地将 单向脉 动电压中的交流成分滤掉，使输出电压成分为比较平滑的直流电压。 ：其作用是采取措施，使输出 稳压电路（Regulated Circuit）的直流电压在电网电压或负载电流变动时仍保持稳定。本次设计的直流稳压电源中的集成稳压芯片采用 CW78052.1.2 电路结构 （b）图为 LM7805 的引脚图图 2.1（a）为制作的 电源原理图， TAC 22OV D 7805 OUT 5V 1 3 C1 C2 2 R 1000uF 220uF 470 DS1 （a） 电源原理图 bLM7805 引脚图2.1.3
8、电路工作原理此电路是典型的应用三端集成稳压器设计的直流稳压电源。其中T 是电源变压器模块，将交流电转化为直流电。 D 是整流模块，将交流电变成单方向的脉动的直流电。C1 是 滤波电容，将单向脉 动电压中的交流成分滤掉，使 输出电压成分为比较平滑的直流电压。7805 是三端集成稳压器模块，使 输出的直流电压在电网电压或负载电流变动时仍保持稳定。DS1 是电源指示灯，便于了解电源的工作状态。此电源输出5V 直流电2.2 中心控制模块目前较为流行的单片机有AVR 和51 单片机从系统设计的功能需求及成本考虑51 单片机性价比更高。AT89C52 是拥有2 个外部中断、2 个16 位定时器、2 个可编
9、程串行UART 的单片机。中心控制模块采用A T89C52 单片机已完全满足设计需要实现整个系统控制。从整体上看，51与52基本上没什么区别，52只是比51多了一个定时器，内存大些，在串行通信中还可以设置更高的波特率，定时器2的功能与其他两个定时器也不一样。但引脚数和功能还是相同的。2.2.1 AT89C52单片机的引脚HMOS制造工艺的AT89C52单片机都采用40引脚的直插封装（DIP方式），制造工艺为CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封装方式外，还采用方型封装工艺，引脚排列如图2.2。在 单片机的40条引脚中有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或与其它电
10、源复用的引脚，32条输入/ 输出（I/O）引脚 图2.2 AT89C52引脚排列图 下面按其引脚功能分为四部分叙述这 40 条引脚的功能。 1、主 电源引脚 VCC 和 VSS VCC（40 脚）接5V 电压； VSS（20 脚）接地。 2、外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（19 脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的 输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对 HMOS 单片机，此引脚 应接地；对 CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。 XTAL2（18 脚）接外晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振
11、荡器时， 对 HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对 XHMOS，此引脚 应悬浮。 3、控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和 EA/VPP RST/VPD（9 脚）当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。推荐在此引脚与 VSS 引脚之间连接一个约 8.2k 的下拉电阻，与 VCC 引脚之间连接一个约 10F的电容，以保证可靠地复位。 VCC 掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保证内部 RAM 的数据不丢失。当 VCC 主电源下掉到低于规定的电平，而 VPD 在其规定的电压范围（5
12、0.5V）内，VPD 就向内部 RAM 提供备用电源。 ALE/PROG（30 脚）：当访问外部存贮器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁 存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE 端仍以不变的频率周期性地出现 正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）8 个 LS 型的TTL 输入电路。 对于 EPROM 单片机（如 8751），在 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（PROG ）。 PSEN（29 脚）：此脚的输出是外部程序
13、存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间，每当访问外部数据存 储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动（吸收或 输出）8 个 LS 型的 TTL 输入。EA/VPP（引脚）：当 EA 端保持高电平时，访问 内部程序存储器， （程序计数器） 但在 PC （对 851/8751/80C51） 值超过 0FFFH或 1FFFH（对 8052）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的 8031 来说，无内部程序存储器，所以 E
14、A 脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。 对于 EPROM 型的单片机（如 8751），在 EPROM 编程期间，此引脚也用于施加 21V 的编程电源（VPP）。 4、输入/输出（I/O）引脚 P0、P1、P2、P3（共 32 根） P0 口（P0.0 P0.7） P0 口 8 位口线，第一功能作为通用I/O 接口，第二功能作 为存储 器扩展时的地址/数据复用口；是双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址 总线 的低 8 位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动 8 个 LS 型的 TTL 负载 。 P1 口（P1.0 P1.7）P1 口 8 位口线，通用 I/O 接口无第
15、二功能；是准双向 8 位 I/O 口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。 P1 口能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。对 8052、8032，P1.0 引脚的第二功能为 T2 定时/计数器的外部输入，P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。对 EPROM 编程和程序验证时，它接收低 8 位地址。 P2 口（P2.0P2.7）P2 口 8 位口线，第一功能作为通用I/O 接口，第二功能作为存储器扩展时传送高 8 位地址；是准双向 8 位 I/O 口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高 8位
16、地址总线送出高 8 位地址。在对 EPROM 编程和程序验证期间，它接收高 8 位地址。P2 可以驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。 P3 口（P3.0P3.7 ）P3 口 8 位口线，第一功能作为通用I/O 接口，第二功能作为为单片机的控制信号；是准双向 8 位 I/O口，在 AT89C52 中，这 8 个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3 能驱动（吸收或输出电流）4 个 LS 型的 TTL 负载。作为第一功能使用时，就作为普通 I/O 口用，功能和操作方法与P1 口相同。 作为第二功能使用时，各引脚的定义如表所示。 值得强调的是， P3 口的每一条引脚均可独立定
17、义为第一功能的输入输出或第二功能。 表 P3 各口线的第二功能定义 口线 引脚 第二功能 P3.0 10 RXD（串行输入口） P3.1 11 TXD（串行输出口） P3.2 12 INT0（外部中断 0） P3.3 13 INT1（外部中断 1） P3.4 14 T0（定时器 0 外部输入） P3.5 15 T1（定时器 1 外部输入） P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲） P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲） 2.2.2、AT89C52 单片机的片外总线 综合上面的描述可知?琁/O 口 线都不能当作用 户 I/O 口线。除 8051/8751 外真正可完全为用户使用的 I/
18、O 口线只有 P1 口，以及部分作为第一功能使用时的 P3 口。 单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用 户 I/O 口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成 AT89C52 单片机片外三总线结构，即： 地址总线（AB ）：地址总线宽为 16 位，因此，其外部存储器直接寻址为 64K 字节，16 位地址总线由 P0 口经地址锁存器提供 8 位地址（A0 至 A7）；P2 口直接提供 8 位地址（A8 至 A15）。数据总线 （DB）：数据总线宽度为 8 位，由 P0 提供。 控制总线（CB）：由 P3 口的第二功能状态和 4 根独立控制线 RESET、EA、ALE、PSEN 组成
19、。 2.2.3 AT89C52 单片机中央处理器 中央处理器是单片机内部的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。中央处理器主要由运算部件和控制部件组成。下面我们把中央处理器功能模块和有关的控制信号线联系起来加以讨论，并涉及相关的硬件设备（如振荡电路和时钟电路）。 1、运算部件：它包括算术、 逻辑部件 ALU、布尔处理器、累加器 ACC、寄存器 B、暂存器 TMP1 和 TMP2、程序状 态字寄存器PSW 以及十进制调整电路等。运算部件的功能是实现数据的算术逻辑运算、位变址处理和数据传送操作。 AT89C52 单片机的 ALU 功能十分强 ，它不仅可对 8 位变量进行逻辑“与”、“或”、 “异
20、或”、循环、求补、清零等基本操作， 还可以进行加、减、乘、除等基本运算。为了乘除运算的需要，设置了 B 寄存器。在执行乘法运算指令时，用来存放其中一个乘数和乘积的高 8 位数；在执行除法运算指令时，B 中存入除数及余数。AT89C52 单片机的 ALU 还具有一般微机 ALU，如 Z80、MCS-48 所不具备的功能，即布尔处理功能。单片机指令系统中的布尔指令集、存储器中的位地址空间与 CPU 中的位操作构成了片内的布尔功能系统，它可对位（bit）变量进行布尔处理，如置位、清零、求补、 测试转移及逻辑“与”、“或” 等操作。在实现位操作时，借用了程序状态标志器（PSW ）中的进 位标志 Cy作
21、为位操作的 “累加器”. 运算部件中的累加器 ACC 是一个 8 位的累加器（ ACC 也可简写为 A）。从功能上看，它与一般微机的累加器相比没有什么特别之处，但需要说明的是 ACC 的进位标志 Cy 就是布尔处理器进行位操作的一个累加器。 AT89C52 单片机的程序状态 PSW，是一个 8 位寄存器，它包含了程序的状态信息。 2、控制部件 控制部件是单片机的神经中枢，它包括时钟电路、复位电路、指令寄存器、 译码以及信息 传送控制部件。它以主振频率为基准发出 CPU 的时序， 对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的微操作，用来控制单片机各部分的运行。其中有一些控制信号线能
22、简化应用系统外围控制逻辑，如控制地址锁存的地址锁存信号 ALE，控制片外程序存储器运行的片内外存储器选择信号 EA，以及片外取指信号 PSEN。2.3 光照检测电路如图2.3（a）所示当外界 环 境光照强时光敏电阻R2阻 值较小则LM324点电平较低当外界环境光照弱时光敏电阻R2 阻值较大则LM324点电平较高最后通过电压比较器LM324比较得出高低电平然后将此电平送到单片机由程序控制是否实现照明由于在此系统中，对于不同强度的光线有不同的要求，需要3个同样的电路才能满足设计的要求 5V 5V R0 R1 10K 10K LM324 OUT1 P1.0 - R3 R2 10K 图2.3（a）光检
23、电路 5V 5V R0 R1 10K 10K LM324 - OUT2 P1.1 R3 R2 10K 图2.3（b）光检电路 5V 5V R0 R1 10K 10K LM324 - OUT3 P1.3 R3 R2 10K图2.3（c）光检电路2.4 温度采集模块设计2.4.1 所用集成芯片的分析DS1820 单线数字温度计的特性 独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯 简单的多点分布应用 无需外部器件 可通过数据线供电 零待机功耗测温范围-55125 ，以 0.5递增。华氏器件-67257 F ，以 0.9 F 递增 温度以 9 位数字量读出 温度数字量 转换时间 200ms（典型值） 用户可
24、定义的非易失性温度报警设置报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警 条件）的器件应用包括温度控制、工 业 系统、消费品、温度计或任何 热感测系统图 2.4 DS18B20 的外形及管脚排图 2.5 DS18B20 的测温原理及内部结构说明： DS1820 数字温度计以 9 位数字量的形式反映器件 的温度值。 DS1820 通过一个单线接口发送或接收信息，因此在 中央微处理器和 DS1820 之间仅需一条连接线（上 地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数线本身 获得，无需外部电源。 因为每个 DS1820 都有一个 独特的片序列号，所以多只 DS1820 可以同时连在 一根单线总线上，
25、这样就可以把温度传感器放在许 多不同的地方。这一 HVA 环境控制、探测建筑物、 仪器或机器的温度以及过程监测和控制等方面非常 有用。DS1820 的主要部件。 DS1820 有三个主要数字部件： 1）64 位激光 ROM，2）温度传感器，3）非易失性 温度报警触发器 TH 和 TL。器件用图 2.5 中的方式从 单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把 能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消 耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源 （电容）充电。DS1820 也可用外部 5V 电源供电。DS1820 依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下， 必须先建立 ROM 操作协议，才能进行储器和控制操 作。因此，控制器必须首先提供下面 5 个 ROM 操作 命令之一： 读 ROM， 匹配 ROM， 搜索 ROM， 1） 2） 3） 4）跳过 ROM，5）报警搜索。这些命令对每个器件 的激光 ROM 部分进行操作，在单线总线上挂有多个 器件时，可以区分出单个器件，同 时可以向总线控制 器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完
