教室智能节能控制系统毕业设计论文.docx
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教室智能节能控制系统毕业设计论文
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
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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作者签名:
日 期:
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....................................................................6
2.1电源.............................................................................................6
2.2中心控制模块.............................................................................8
2.3光照检测电路.............................................................................16
2.4温度检测电路.............................................................................18
2.5热释电传感器及处理电路.........................................................24
2.6控制电路.....................................................................................29
第三章人机交互..........................................................................30
3.1FYD12864-0402B的基本特性...............................................30
3.2模块接口.................................................................................31
3.3FYD12864-0402B显示模块时应注意事项...........................34
3.4FYD12864-0402B与单片机80C52的接线图.......................35
第四章系统软件的设计................................................................35
4.1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:
Aimingatthephenomenonofelectricitywasting,AsthecoretoAT89C52,aprojectofintelligent–illuminatingcontrolcombinedpyroelectricinfraredtransducerwithilluminationdetectionisprovided.Inthisproject,anauto-switchlightisrealizedbyjudgingthepowerofopticallineandtheexistenceofhumanbodyindoor,toachievethepurposeofenergysaving.Verifiedbyexperiment,thisprojectisfeasibleandhassomevalue.
Keywords:
pyroelectricinfraredtransducer;illuminationcontrol;energysaving;singlechipcomputer
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
系统结构框图1.1
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(DirectCurrentRegulatedPowerSupply):
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(RectiferCircuit):
其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。
稳压电路(RegulatedCircuit):
其作用是采取措施,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。
本次设计的直流稳压电源中的集成稳压芯片采用CW7805
2.1.2电路结构
图2.1(a)为制作的电源原理图,(b)图为LM7805的引脚图
(a)电源原理图
(b)LM7805引脚图
2.1.3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个可编程串行UART的单片机。
中心控制模块采用AT89C52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。
2.2.1AT89C52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条控制或与其它电源复用的引脚,32条输入/输出(I/O)引脚
图2.2AT89C52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
①RST/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10μF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±0.5V)内,VPD就向内部RAM提供备用电源。
②ALE/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)。
③PSEN(29脚):
此脚的输出是外部程序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。
④EA/VPP(引脚):
当EA端保持高电平时,访问内部程序存储器,但在PC(程序计数器)值超过0FFFH(对851/8751/80C51)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EA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)
①P0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。
②P1口(P1.0~P1.7)P1口8位口线,通用I/O接口无第二功能;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。
③P2口(P2.0~P2.7)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。
④P3口(P3.0~P3.7)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
P3.010RXD(串行输入口)
P3.111TXD(串行输出口)
P3.212INT0(外部中断0)
P3.313INT1(外部中断1)
P3.414T0(定时器0外部输入)
P3.515T1(定时器1外部输入)
P3.616WR(外部数据存储器写脉冲)
P3.717RD(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,I/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/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:
①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)。
②数据总线(DB):
数据总线宽度为8位,由P0提供。
③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。
2.2.3AT89C52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
图2.3(a)光检电路
图2.3(b)光检电路
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-55~+125℃,以0.5℃递增。
华氏器件-67~+257F,以0.9F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2.4DS18B20的外形及管脚排
图2.5DS18B20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,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:
1)读ROM,2)匹配ROM,3)搜索ROM,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。
成功执行完一条ROM操作序列后,即可进行存储器和控制操作,控制器可以提供6条存储器控制操作指令中的任一条。
一条控制操作命令指示DS1820完成一次温度测量。
测量结果放在DS1820的暂存器里,用条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。
温度报警触发器TH和TL各一个EEPROM字节构成。
如果没有对DS1820使用报警搜索命令,这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。
可以用一条存储器操作命令对TH和TL进行写入,对这些寄存器的读出需要通过暂存器。
所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。
●寄生电源
寄生电源的方框图图2.5。
这个电路会在I/O或VDD引脚处于高电平时“偷”能量。
当有特定的时间和电压需求时,I/O要提供足够的能量。
寄生电源有两个好处:
1)进行远距离测温时,无需本地电源,2)可以在没有常规电源的条件下读ROM.要想使DS1820能够进行精确的温度转换,I/O线必须在转换期间保证供电。
由于DS1820的工作电流达到1mA,所以仅靠5K上拉电阻提供电源是不行的,当几只DS1820挂在同一根I/O线上并同时想进行温度转换时,这个问题变得更加尖锐。
●为了使DS18B20在温度转换周期中获得足够的电源供应,可以有两种方法解决这个问题。
第一个就是在每个DS18B20节点上都单独为其供电,如图2.6和图2.7所示。
但是这种办法需要每个节点处都有单独的电源,使得寄生电源的优越荡然无存,实际应用中当节点处没有单独电源时基本不采用。
如图2.6节点单独供电的电路连接
②另一种方法是当进行温度转换或复制到E2储存操作时,用低导通电阻三极管或者MOSFET把数据线直接拉到VCC就可提供足够的电流,在发出任何涉及复制到E2储存器或启动温度的指令后,必须在最多3μS内把I/O线转换到强上拉状态。
在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题,因此也适合于多点测温应用,缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。
这种使用低
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