基于單片機(jī)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李瑞福

【摘要】 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了針對(duì)樓宇的智能照明控制系統(tǒng)，該照明控制系統(tǒng)的主控制器、分控制器分別采用AT89C51和AT89C2051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)了有線通信、無線數(shù)傳、控制及顯示等功能，通過現(xiàn)場總線RS485通信方式實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，使光源具備自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。本系統(tǒng)在節(jié)約能源、延長照明燈具壽命、改善工作環(huán)境、創(chuàng)造良好環(huán)境氣氛、提高人民生活水平等方面起到了重要的作用。

【關(guān)鍵詞】 主控制器 分控制器 單片機(jī) 照明燈具 智能控制

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要任務(wù)是控制分布的照明燈具，通過中斷方式接收主機(jī)發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)并及時(shí)響應(yīng)。系統(tǒng)的主控制器通過RS-485總線或無線數(shù)傳模塊將數(shù)據(jù)或命令傳送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元顯示，并通過看門狗電路對(duì)運(yùn)行程序?qū)嵤┯行ПO(jiān)視。分控制器接收主控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)和命令，通過雙向晶閘管電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開與關(guān)及亮度的控制，并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。系統(tǒng)在單片機(jī)控制之下完成數(shù)據(jù)通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路還必須配以相應(yīng)的程序才能實(shí)現(xiàn)控制功能，程序是使硬件電路實(shí)現(xiàn)各種智能控制及與用戶交互的橋梁。

1.2 主控制器的電路設(shè)計(jì)

1、鍵盤接口設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用4×4矩陣式鍵盤，每個(gè)按鍵開關(guān)位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識(shí)別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機(jī)P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相連，矩陣鍵盤的行線從上到下分別與P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相連。當(dāng)按下一鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的行線與列線就會(huì)連通，單片機(jī)就能檢測信號(hào)，通過鍵盤掃描程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，以識(shí)別被按鍵的行、列位置。2、LED數(shù)碼顯示接口設(shè)計(jì)。數(shù)碼顯示與驅(qū)動(dòng)電路由74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段高有效譯碼器/驅(qū)動(dòng)器、4個(gè)數(shù)碼管以及5個(gè)A1015三極管組成。由單片機(jī)的P0.0～P0.3輸出的四位BCD碼，經(jīng)7447芯片后，翻譯成7段數(shù)碼管a、b、c、d、e、f、g相應(yīng)的段，并輸出點(diǎn)亮數(shù)碼管相應(yīng)的段。單片機(jī)的P0.4、P0.5輸出的信號(hào)經(jīng)74LS138譯碼器后產(chǎn)生的高電平信號(hào)，加在A1015三極管的基極，控制三極管導(dǎo)通，起到對(duì)相應(yīng)數(shù)碼管選通作用。3、看門狗監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用MAXIM公司的監(jiān)控芯片MAX813L構(gòu)成硬件狗， MR與WDO經(jīng)過一個(gè)二極管連接起來，WDI接單片機(jī)的P2.7，RESET接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳RESET，MR經(jīng)過一個(gè)復(fù)位按鈕接地。

1.3 分控制器電路設(shè)計(jì)

分控制器采用AT89C2051單片機(jī)作為微處理器，分控制器系統(tǒng)外圍接口電路由晶振、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、晶閘管控制電路、零點(diǎn)檢測電路、看門狗電路、通信接口電路等組成。

1.4 RS485通信電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的有線通信方式采用RS485總線進(jìn)行通信，RS485標(biāo)準(zhǔn)支持半雙工通信，只需三根線就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時(shí)具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達(dá)±200mV，大大提高了通信距離，在100K bps速率下通信距離可達(dá)1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達(dá)10M bps。在這里使用的是主從式通信方式，主機(jī)由主控制器充當(dāng)，從機(jī)為分控制器。主機(jī)處于主導(dǎo)和支配地位，主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)接收，從機(jī)之間不能直接通信。

1.5無線數(shù)傳電路設(shè)計(jì)

主控制器與分控制器各使用一個(gè)無線數(shù)傳模塊，形成發(fā)送與接收的無線通信通道。模塊的數(shù)據(jù)輸入和輸出端與單片機(jī)的串行口連接，即模塊的串行數(shù)據(jù)發(fā)射端TXD與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸入端RXD連接；模塊的串行數(shù)據(jù)接收端RXD與單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出端TXD連接。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用主從通信方式，主機(jī)即主控制器處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)即分控制器一般以中斷方式來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在主從式多機(jī)系統(tǒng)中，主機(jī)發(fā)送的信息傳送到所有的從機(jī)，控制照明燈的啟停。主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)，從機(jī)采用AT89C2051單片機(jī)。單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時(shí)器T1設(shè)為工作方式2，串口設(shè)為工作方式3。

三、結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的照明控制系統(tǒng)，主控制器、分控制器分別采用AT89C51和AT89C2051單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了有線通信、無線數(shù)傳、控制與顯示等功能。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有三部分（1）上位機(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。通過RS-485主從式通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及上位機(jī)對(duì)教室照明狀態(tài)的控制，由主控制器發(fā)出命令到各個(gè)分控制器，實(shí)現(xiàn)照明燈開啟、關(guān)閉、燈光亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制等功能。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] GB50034—2004，建筑智能照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn). 建筑工業(yè)出版社，2004

[2] 陳永勝.智能照明控制產(chǎn)品的選型比較.建筑電氣.2002