学位论文室内无人自动断电节能器设计.docx
- 文档编号:29515646
- 上传时间:2023-07-24
- 格式:DOCX
- 页数:21
- 大小:30.51KB
学位论文室内无人自动断电节能器设计.docx
《学位论文室内无人自动断电节能器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学位论文室内无人自动断电节能器设计.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
学位论文室内无人自动断电节能器设计
室内无人自动断电节能器
毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺:
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。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:
按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
注意事项
1.设计(论文)的内容包括:
1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
2)原创性声明
3)中文摘要(300字左右)、关键词
4)外文摘要、关键词
5)目次页(附件不统一编入)
6)论文主体部分:
引言(或绪论)、正文、结论
7)参考文献
8)致谢
9)附录(对论文支持必要时)
2.论文字数要求:
理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括:
任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。
4.文字、图表要求:
1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写
2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画
3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印
4)图表应绘制于无格子的页面上
5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档
5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
目录
1.概述1
1.1引言1
1.2课题研究的背景及意义1
1.3课题主要研究的内容2
2.节能器系统的整体设计2
2.1系统总框图2
2.2系统设计要求3
3.系统的硬件设计4
3.1主控制端硬件设计4
3.2感知端结构框图4
3.3单片机选型与最小系统设计4
3.4数据传输设计10
3.5传感器选型设计13
3.6抗干扰设计15
3.7断电延时与通讯指示设计16
4系统程序设计16
4.1主控制端程序设计16
4.2感知端程序设计17
5全文总结18
致谢19
参考文献20
附录21
附录1主控制端硬件原理图21
附录2感知端硬件原理图21
附录3.软件核心源代码22
1.概述
1.1引言
在我们生活的信息化时代,科技的不断进步,各行各业的各类办公室也配置现代化的各类大功率电器设备,比如电脑及周边设备,热水器,空调,电暖等;在实际办公当中,发现下班后有很多办公室里的热水器24小时服务,很多办公室工作人员下班时并没有及时关闭电脑及其周边设备,空调,电暖常开的例子也司空见惯,由此浪费了很多的电能。
天水师范学院很多二级学院办公室就是典型的例子。
在走访市场,对现有的节能方式调查后发现,市场上绝大多数电器设备的节能都是在产品本身上进行各种节能设计,而对于热水器,电脑,空调,电暖等这类大功率设备,并没有做到很好的节能效果,而办公室无工作人员时,这些电器设备继续工作,必然导致了电能的浪费。
本文针对该问题展开调查研究,设计了一种室内无人自动断电装置,用来在办公室里不再有工作人员人活动时,延时一段时间,切断办公室供电总电源,当办公室里有人活动时再自动接通总电源,从而达到节能的目的。
1.2课题研究的背景及意义
能源是人类生存的物质条件,是社会与经济发展必不可少的物质基础。
但是在传统工业发展模式下,经济增长是以大量消耗能源与牺牲生态环境为代价的,从而引发了威胁全球人类发展的两大严峻问题——能源危机和环境问题。
对于我国来说,能源短缺非常严重,同时能源消费数量极大,更可怕的是能源浪费严重,节约能源刻不容缓。
当今社会,电能是应用最广的一种能源,也是能源消耗中最主要的组成部分,要节能,关键在于节约电能。
从宏观上讲,我国是发展中国家,随着经济的快速发展,资源危机将更加严重,研究节能设计策略,将会提高办公室节约电能的效果,提高其能源利用效率,减少各行各业总能耗,进而缓解能源紧张的局面,利于国家能源战略的实施,推进节约型社会的建立;从微观上说,可以减少办公室总能耗,降低各类单位的用电费用,减少能源消耗开支。
同时,节能是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措,节能是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择,节能对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益,具有极其重要而深远的意义。
1.3课题主要研究的内容
在充分调查了天水师范学院各二级学院公共办公室及行政管理各办公室用电设备及其工作情况的前提下,通过深入的学习与论证,设计并完成了整套无人自动断电装置,所做的主要工作有:
(1)对MCS-51内核的单片机进行了深入的学习,主要对AT89C51和AT89C2051进行了详细的研究,并大量查阅了其在生活中的应用实例。
(2)对现有的各类无线传输模块进行了选型,并对蓝牙无线通讯模块进行了研究与学习,了解了其基本特性,对其组网与数据传输进行了详细的学习,在本节能装置设计中得到了很好的应用。
(3)对可以进行人员活动探测的传感器进行了选型,具体对热释红外传感器进行了学习,了解了具体的应用实例。
(4)学习了现代电子系统的抗干扰处理措施,并应用了多种隔离措施,使整个系统的稳定运行得到了保证。
(5)进行了节能装置的实物设计与测试,并验证了该装置的可行性。
2.节能器系统的整体设计
2.1系统总框图
本系统分为主控制设备和感知设备,感知设备以低功耗方式工作,安装在室内能探知有人活动的最佳位置处,当探知有人活动时,向控制端发送有人信息,控制端收到感知端发来的有人活动信息后,接通总电源,并进行延时计时,当延时到而没有再次收到有人活动的信息时,判断为室内不再有人活动,切断总电源。
考虑到办公室内布线的成本和施工的困难性,控制端和感知端采用无线通讯模块进行数据交换,使系统的安装变得简单易行。
系统总结构如图2-1所示。
图2-1系统总结构图
2.2系统设计要求
本系统应用在各类公共办公室内,由于办公室内在正常上班工作时要求供电安全稳定且可靠,在无人活动时,要求断电以节省电能,为适应实际的应用,本节能装置应满足以下要求:
(1)稳定可靠:
本节能装置应用在办公室里,在办公室正常上班工作时,由于断电会使电脑等一些需要保存数据的设备丢失数据,造成不必要的损失,所以必须保证系统在正常供电时可靠稳定,不能出现断电现象,以防止重要数据丢失。
(2)通讯稳定:
本节能装置的主控制端和感知端之间通过无线方式进行通讯,在设计和安装时要充分的考虑无线模块的通讯距离与避障能力,确保主控制端和感知端的数据传输畅通,使整个系统有一个安全可靠的运行环境。
(3)抗干扰能力:
由于系统采用交流市电供电,交流市电网中的各种干扰会对系统的稳定运行造成不同程度的影响,严重时,会使系统运行出现错误,因此系统应具备很强的抗干扰能力。
(4)安全保护:
在办公室内,用电设备的最大总功率无法预先确定,过大的功率会导致本装置损坏,所以本装置应具备过流和过压保护功能,还应具备防雷击的保护功能,以保证系统运行的安全可靠和办公室内各种用电设备的安全。
3.系统的硬件设计
3.1主控制端硬件设计
主控制端硬件主要由微控制器,无线通讯模块,隔离电路,继电器电路,延时输入和系统工作状态指示电路组成,完成与感知端的通讯,继电器的控制,系统抗干扰处理等功能,具体的结构如图3-1所示。
图3-1主控制端结构图
3.2感知端硬件设计
感知端硬件主要由微控制器,无线通讯模块,热释红外传感器和系统工作状态指示电路组成,完成与主控制端的通讯,有无人员活动的探知,系统抗干扰处理等功能,具体的结构如图3-2所示。
图3-2感知端结构图
3.3单片机选型与最小系统设计
3.3.1MCS-51内核单片机介绍
MCS-51内核单片机采用的是哈佛结构,将程序存储器和数据存储器分开。
MCS-51单片机由8位CPU、只读存储器EPROM/ROM、读写存储器RAM、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成。
各部分之间通过内部总线相连。
(1)MCS-51系列单片机的主要特性:
·8位字长CPU和指令系统。
·1个片内时钟振荡器和时钟电路。
·64K外部数据存储器的地址空间。
·64K外部程序存储器的地址空间。
·32条双向且分别可位寻址的I/O口线。
·128字节的片内RAM(52子系列为256字节)。
·2个16位定时器/计数器(52子系列为3个)。
·具有2个优先级的5个中断源结构(52子系列有6个)。
·1个全双工串行口。
·1个布尔处理器。
(2)MCS-51单片机的功能模块框图如图3-3-1所示。
图3-3-1MCS-51单片机功能模块框图
目前市场上MCS-51内核的单片机有很多家公司的产品,比如Motorola,Microchip,Intel,Zilog,Atmel,TI公司MSP430,STC系列,凌阳单片机,华帮单片机等。
考虑到系统的非复杂性,我们选择常用的Atmel公司生产的AT89C51和AT89C4051单片机来完成本次设计。
3.3.2AT89S51单片机介绍
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。
(1)AT89S51特性:
•与MCS-51产品指令系统完全兼容
•4.0-5.5V的工作电压范围
•4K字节可编程FLASH存储器(寿命:
1000写/擦循环)
•全静态工作:
0Hz-33MHz
•128*8位内部RAM
•32条可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•6个中断源,5个中断优先级,2层中断嵌套
•2个可编程全双工串行通信口通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器和时钟电路
•具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求
(2)主要端口说明:
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流。
此外P3口第二功能如下:
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
(3)引脚图:
图3-3-2-1AT89C51引脚图
(4)内部结构图如图:
图3-3-2-2AT89S51内部结构图
(5)最小系统图:
图3-3-2-3AT89S51最小系统图
3.3.3AT89C2051单片机介绍
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
(1)主要性能:
•和MCS-51产品兼容
•2KB可重编程FLASH存储器(1000次)
•2.7-6V电压范围
•全静态工作:
0Hz-24MHz
•128*8位内部RAM
•15条可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•6个中断源
•可编程串行UART通道
•内置一个高精度电压比较器
•可直接驱动LED的驱动端口
该单片机内部结构和AT89C51单片机一样,只是并行输出端口只保留了P1和P3口,并省去了控制引脚,非常适合小型化电子系统设计。
(2)引脚图:
图3-3-3-1AT89C2051引脚图
(3)最小系统图:
图3-3-3-2AT89C4051最小系统图
3.4数据传输设计
3.4.1无线通讯模块选型
考虑到办公室的大小不同,在控制端和感知端之间用有线方式进行数据传输,会带来重新布线的麻烦,并影响办公室内的空间视觉效果,本系统采用无线通讯模块来解决数据传输的问题,目前市场的无线通讯模块有很多,其性能和价格各异,常见通讯模块的主要性能见表1。
模块
名称
工作
频段
传输
距离
通讯
接口
传输
带宽
市场价格(一对)
蓝牙
2.4GHz
10米
UART
1Mbps
约30元
ZigBee
2.4GHz
几公里
UART
250Kbps
约200元
CC1101
433MHz
30~50米
SPI
500Kbps
约60元
NRF905
433MHz
10~30米
SPI
50Kbps
约40元
NRF24L01
2.4GHz
10米
SPI
1或2Mbps
约40元
表1无线通讯模块参数表
由于办公室内的最大距离一般都在20米以内,本系统传输的数据量很小,对工作频段和传输速率并没有严格的要求,模块所提供的UART和SPI串行总线接口都可以和单片机进行连接,考虑到技术成熟、可靠性、价格等因素,我们选择蓝牙无线通讯模块进行本系统的设计。
3.4.2蓝牙无线通讯模块介绍
1.蓝牙概述
蓝牙传输设备工作在2.4GHzISM(工业、科学、医学)频段,收发信机采用跳频技术来达到抗干扰和抑制信号衰减作用,利用二进制调频(FM)模式使收、发信机的复杂性得以简化。
蓝牙系统必须符合下述两个必要条件:
(1)工作在蓝牙系统中的各无线电设备之间,必须具有兼容性。
(2)应确定系统容量。
蓝牙传输设备应遵循完整操作规范的操作条件,无线电收、发设备的参数必须按射频(RF)测试标准的所述方法测试。
2.频段及信道分配
蓝牙系统工作在2.4GHzISM频段,该频段属于工业、科学、医学等领域的工作频段,世界上绝大多数国家将该频段的带宽定为2400—2483.5GHz。
蓝牙SIG推荐的设备可以克服各种类型的调频算法,使其设备可在任何不同的地区使用。
表2列出了形世界上几种主要地区频带分配情况。
地区
频率范围
射频波道
美国、欧洲及大部分其他国家
2400~2.4835GHz
f=2402+kMHzk=0,……,78
西班牙
2.445~2.475GHz
f=2449+kMHzk=0,……,22
法国
2.4465~2.4835GHz
f=2454+kMHzk=0,……,22
表2频带分配表
3.蓝牙协议
蓝牙协议从层次上可以分为底层、中间层和应用层协议三类。
底层协议包括:
射频规范、基带规范、链路管理协议、逻辑链路控制与适配协议规范、HCI协议等;中间层协议包括:
业务搜索协议、串口仿真协议、电话控制协议规范、与红外通讯协议的互操作性、对象交换协议等;底层协议与中间层协议共同组成蓝牙核心层协议,蓝牙应用层协议也叫蓝牙应用规范都建立在核心协议的基础上。
4.外围接口
不同的蓝牙模块配置的外围接口不同,主要有:
UART串口,USB接口,双向数字PIO,数模转换输出DAC,模拟输入ADC,模拟音频接口AUDIO,数字音频接口PCM,编程口SPI,另外还有电源、复位、天线等。
本设计采用UART串行口。
串行接口是蓝牙模块最常用的外围接口之一,用于数据传输或蓝牙模块的指令控制。
蓝牙模块的串行口为TTL电平(3.3V),模块提供四个引脚,分别为电源正、TXD、RXD、电源负,可以与单片机的UART引脚直接相连。
5.模块配置
本装置采用串口通讯设计,采用两个蓝牙模块,一个工作在主模式,另一个工作在从模式,两个模块设置为相同的波特率和通讯信道,来完成全双工的数据传输。
具体设置方式如下:
(1)设置主模块的PIO0为高或悬空,从模块的PIO0为低
(2)设置两个模块的PIO2、PIO3、PIO4、PIO5高低到对应的波特率,本设计采用9600bps,由表3可得此设计的PIO2、PIO3、PIO4、PIO5引脚全部为低电平。
(3)设置两个模块的PIO6、PIO7、PIO8、PIO9、PIO10、PIO11为相同的通道,且不能为通道64(即全高电平)。
本设计采用通道1,由表4可得此设计的PIO6、PIO7、PIO8、PIO9、PIO10、PIO11全为低电平。
(4)模块上电,主模块则自动去查找该通道的从模块,此时主模块和从模块
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学位 论文 室内 无人 自动 断电 节能 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)