毕业设计-家居照明控制系统Word文档格式.doc
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Chinaisabigcountryofpopulationresources,energyreservesintheworld,isalsotheworld'
ssecondlargestenergyproducerandconsumercountry.AtthesametimeinChinaasadevelopingcountry,relyonenergylevelisalsoself-evident.
However,alongwiththepeopletothepetroleum,naturalgas,coalandotheruncontrolledexploitation,energyshortageproblemappearsgradually,atthesametime,theecologicalenvironmentsufferedtremendousdamage;
deteriorationoftheenvironmentseriouslythreatenstheexistenceofmankind.Theefficientuseofenergy,newenergy（solar,geothermal,windenergy,oceanenergy,biomassenergyandnuclearfusionenergy,etc.）developmenthasbeenimminentpenduluminfrontofhumanbeings.
Atthesametime,inadditiontothedevelopmentandutilizationofnewenergy,allthecountriesintheworldtostudytheimplementationofenergysavingandenvironmentalprotectionmeasures.Insuchsituation,homefurnishinglightingcontrolsystemtomeetthegreen,environmentalprotection,energy-saving,intelligentlifevalues.Afterareasonabledesign,throughtheachievementofthefollowingfunctions,fromthepeople'
sproductionandlife,energyconservationandenvironmentalprotectionwithconsciousnesstoeachperson:
1.automatic/manualswitchingpowersupply.
2.Infraredcontrol,nooneathomeautomaticpower-off,avoidsunnecessarywaste.
3.Lightcontrol,automaticallyaccordingtotheexternalenvironmentbrightnessadjustingbrightness.
4.Intelligentswitch,remotecontrolswitch,easytouse.
【Keywords】LEDnewenergyhomefurnishinglighting
目录
绪论 1
1开发概述 1
1.1课题提出的背景 1
1.2课题提出的意义 2
1.3开发环境 3
1.4 主要特点及功能 3
1.5论文主要工作 4
1.5论文结构 4
2主要硬件介绍 4
2.1STC12C5A60S2 4
2.2八进制3态非反转透明锁存器74HC573 5
2.3三端稳压集成电路7805 6
3家居照明控制系统设计 7
3.1分析流程 7
3.1.1用户分析 7
3.1.２系统分析 7
3.1.3模块框架图 9
3.2电路设计 10
3.2.1单片机最小系统 10
3.2.2LED照明电路 11
3.2.3数据锁存电路 11
3.2.4红外接收电路 12
3.2.5稳压电路 12
3.3PCB电路制作 13
3.4元器件封装表 13
4系统测试 14
4.1成品展示 14
4.2红外遥控 14
4.3自动亮度调节功能测试 15
4.4上位机显示与控制功能测试 15
结束语 16
参考文献 16
附录 17
致谢 22
-III-
绪论
想过这样的生活么？
每天一进门不必再不用黑灯瞎火的到处乱摸，烦恼找不到电源开关,只要掏出遥控器轻轻一按便能带给你光明。
如果你累了，调成休息模式；
工作学习的时候，调成学习模式；
和爱人吃饭的时候，调成温馨模式；
朋友在家聚会的时候，又成为了娱乐模式！
当你打开窗户，电灯便自动根据外界环境调节到合适的亮度。
甚至当你出门在外，突然想起没有关灯，只需要在某台联网的电脑上面轻轻一点，便能关闭电灯。
你还可以根据自己的想象，设计出属于你“独有”的模式。
这样的生活现在已经不再遥远。
本设计就为了实现这些功能而给出了一套简单可行性方案。
本文针对现代家居生活，基于节约成本，设计简单，易操作等特点，贴近实用的设计理念，采用STC12C5A60S2单片机为控制核心，控制方式包括红外遥控，光感自动控制，上位机等在内的多个控制源来控制的家居照明系统。
与传统照明系统相比，它在人性化，智能化方面有巨大的优势。
同时通过使用ＬＥＤ节能灯来照明，它以工作寿命长，耗电低，亮度可调性，无环境污染物等优点越来越得到人们的青睐。
1开发概述
1.1课题提出的背景
随着世界经济迅猛的发展，在人们生活质量提高的同时，能源需求与日俱增。
传统能源的有限及不可再生注定了总有枯竭的时候，新能源的替代已经迫在眉睫。
在那天到来之前，我们怎么用现有的科技，在进一步提高生活质量的同时，达到环保节能的目的，以缓解能源的消耗，并最终取代传统能源呢？
太阳能热水器，金属氢化物镍蓄电池，变频冰箱等的使用，都是节能环保推广成功的标志。
但是仅仅这些还远远不够。
在不远的将来，太阳能汽车，地热发电机等也将得到大力普及。
但是从当前的形式看，在最近乃至于以后的一段时间内，我们还并没有好的方案来解决全球传统能源的替代。
因此，我们只有从另一个角度来让问题得到缓解，那就是从身边做起，把现有的能源利用率最大化。
我们来看这样几个事实：
根据科学家和经济学家的普遍估计，到本世纪中叶，石油资源将会耗尽，这样其售价将会飙升。
如果新的可替代的能源尚未发掘出，那么整个世界将会面临着能源危机。
最严重的状态，工厂将会一个接一个的倒闭,人们也将面临着失业，国家与国家就会因为抢占剩余的石油资源引起摩擦,从而引发战争，导致人类的毁灭。
中国作为土地面积最大的发展中国家，能源生产消耗是巨大的。
据统计,中国的能源产出量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三；
能源消耗量占世界总消耗量的十分之一，仅次于美国，居世界第二位［1］。
随着近年来能源安全问题日益成为大多数国家战略安全的隐患,制约着国家经济的发展。
从上个世纪90年代开始，中国经济来到了持续高速发展的黄金时代.但是经济的腾飞却是以日益增大的能源消费量上面的。
从1993年后，中国开始由能源净出口国变成净进口国。
这说明能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大［2］。
石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。
世界上很多经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈竞赛。
美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”；
欧盟在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”；
我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划[3]。
家居照明关系着千家万户，当你晚上突然没有电灯的时候，是否有又回到原始社会的感觉？
但是如果每家每户每天节约0.5度电，在全世界大约１０亿的家庭共同努力下，就为整个人类节约了5亿度。
所以家居照明系统的推广使用已经迫在眉睫。
数字家居在国外已有20多年的发展。
但是在2000年左右才被国内正式提出并逐步导入应用。
而目前的智能家居侧重于安防及对讲领域，在智能照明区域尚未大力开发，照明市场较为空白。
但是随着人们对生活质量要求的不断提高，传统照明方式已经不能满足人们的需要。
1.2课题提出的意义
随着人们生活中对环保节能的不断普及,家居照明过程中的浪费已经引起人们的广泛重视。
你还在为为了看电视，为了不伤眼睛只有让客厅一直灯火辉煌么？
还在为晚上睡觉一直开着路灯浪费而懊恼么？
还在为离家时忘记关灯而自责么？
那么，为了解决这些问题，家居照明控制系统替代传统照明系统已是势在必行。
传统的照明系统不仅布线多，破坏房屋美观，并且它以手动开关电源来控制电灯开关，手动调节电阻大小来改变灯泡亮暗程度。
这种方式是很不可取的，不仅危险，还浪费了大量的能源在电路传输上面。
同时采用本地一开一关控制方式，没有简单的方法实现所有开关统一操作，休息或者离家之前还得检查一遍是否所有灯泡已经关闭。
离家后才想起忘记关灯，只有再次返回家去关闭，比较麻烦；
最重要的是没有场景操作，不能对成组的灯进行控制，双控开关布线复杂，更难以实现多控；
不能改变开关和灯具之间的对应关系，在装修好的房子里修改控制关系就必须破坏装修；
没有调光功能，照明亮度不合适时不能调节，只有更换灯具才能解决问题。
同时传统照明系统大多采用白炽灯或者荧光灯，与LED照明灯相比有很大的劣势。
而本论文讨论的家居照明控制系统运用网络控制技术对灯具进行分布式控制，由传感设备发出控制信号并通过总线网络进行通信，执行单元收到命令后加以执行，实现弱电对强电的控制。
这样不仅降低了布线成本、增强了系统的可靠性，保证了房屋美观，还使用户不用对高压带电线路进行直接接触，避免了发生触电事故的可能性。
智能照明控制系统可以对整个工程进行集中管理和灵活控制，不需对现场重新布线，便可改变对灯具的控制方式。
比如对灯具软开关、调光或场景设置等不同要求的控制，或者修改开关和灯具之间对应关系；
在包含人机交互接口的智能照明系统中，用户不用更改程序，只需对人机交互接口进行操作，便能方便地监控、改变以上系统参数；
有了智能控制功能，便能根据需要选择合适的传感设备主动获取室内信息从而自动控制灯具的状态或亮度[4]。
因此家居照明控制系统的优势在用户的可操作性，成本，维护与再开发性上完美体现出来。
越来越多的生产厂商开始选择生产以LED照明灯为照明光源的电子产品。
1.3开发环境
开发平台要求：
具有Pentium4处理器以上且满足以下要求的计算机：
最低512MB内存，最小2.1GB硬盘。
单片机开发板下载套件一套，STC89C52单片机、8颗LED指示灯、74HC5731片，78051片，其他电子元器件若干。
操作系统：
WindowsNT/2000/XP或更高版本
开发软件：
AltiumDesigner6.9或以上版本,KeilUV2及以上版本，VisualBasic6.0
烧写软件:
STC_ISP_V479
1.4主要特点及功能
与传统照明系统相比，本家居照明控制系统有如下优势:
1.照明人性化：
由于不同的人对照明的需求不一样，本设计可以根据自己的需要，调节适合自己的光亮程度。
2.提高系统安全性：
将传统照明灯具的开关,改用现在的红外控制,不用再对220V电压线路进行直接接触。
3.节约能源：
利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光,以保持室内光照强度适中,这既能满足人们的照明需要,又能达到节能的效果。
同时可以认为调节各个灯光的亮暗度。
4.环保节能：
使用的是LED照明灯,耗费电量小，节约能源。
功能如下：
1.红外遥控控制器实现遥控开关，调节亮度，模式选择等。
2.有个自然光探测电路：
实现在不同光亮条件下，灯显示不同的亮度。
3.有与电脑通信的功能，可在电脑上通过上位机显示与控制当前情况。
1.5论文主要工作
家居照明控制系统主要运用技术已经成熟并且低成本低功耗的MCS-51单片机为核心，对系统进行控制，判断与处理。
根据现在家用照明区域越来越多元化以及用户需求越来越高的趋势下，本设计的设计初衷便是为用户提供满足要求的照明系统。
这个系统不但能满足我们各种不同需求，同时还有很好的可扩展性、维护成本低、能源利用率高。
在设计的过程中，不断完善方案。
在达到要求后做出实验板，在实验板上实现应有功能,使其满足要求。
1.5论文结构
绪论介绍了环保节能型照明控制系统的优势以及发展趋势。
第一章介绍家居照明控制系统的特点、软硬件和运行环境。
第二章介绍了使用到的主要硬件。
第三章家居照明控制系统的设计。
第四章各个功能的测试
结束语
参考文献
附录
致谢
2主要硬件介绍
2.1STC12C5A60S2
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机被誉为国产最牛的单片机，它是由宏晶科技生产的新一代8051单片机。
最大的特点是高速、低功耗、超强抗干扰。
其管脚图如图２－１－１。
它不仅能完全兼容传统8051，内部还集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换。
图２－１－１ STC12C5A60S2管脚图
2.2八进制3态非反转透明锁存器74HC573
74HC573是一款高速，高性能的CMOS器件，他的输入与标准CMOS输出兼容的。
如果加上拉电阻，也能和LS/ALSTTL输出兼容。
573包含了八路的D型透明锁存器，每个锁存器都有独立的D型输入和适用于面向总线的三态输出。
所有锁存器共用一个锁存使能端（LE）和一个输出使能端（OE）。
74HC573的输入输出分布在芯片封装的两侧，为微处理器提供用于微控制器和微型计算机的输入输出接口；
三态正相输出，用于面向总线的应用；
共用三态输出使能端遵循JEDEC标准no.7AESD保护。
HBMEIA/JESD22-A114-C超过2000VMMEIA/JESD22-A115-A超过200V温度范围
-40～+85℃-40～+125℃。
其真值表如表2.2。
表2.2真值表
Dn
LE
OE
On
H
L
H
X
L
Qo
Z
2.3三端稳压集成电路7805
它只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子像是普通的三极管，TO-220的标准封装。
7805电参数表（见下页表2.3）
表2.37805电参数表
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
输出电压
Vo
Tj=25℃
4.8
5.0
5.2
V
5.0mA<
1o<
1.0A,Po<
15WVi=7.5vto20v
4.75
5.00
5.25
V
线性调整率
△Vo
Tj=25℃,Vi=7.5Vto25V
4.0
100
mV
Tj=25℃,Vi=8Vto12V
1.6
50
负载调整率
Tj=25℃，lo=5.0mAto1.5A
9
Tj=25℃,lo=250mAto750mA
4
静态电流
IQ
8
mA
静态电流变化率
△IQ
lo=5mAto1.0A
0.03
0.5
输出电压温漂
△Vo/△T
lo=5mA
0.8
mV/℃
输出噪音电压
VN
f=10Hzto100KHz,Ta=25℃
42
μV
表2.37805电参数表（续表）
纹波抑制比
RR
f=120Hz,Vi=8Vto18V
62
73
dB
输入输出电压差
lo=1.0A,Tj=25℃
2
输出阻抗
Ro
f=1KHz
15
mΩ
短路电流
1SC
Vi=35V,Ta=25℃
230
峰值电流
1PK
2.2
A
3家居照明控制系统设计
本章将详细叙述家居照明控制系统各个模块的设计过程，包含具体的分析、设计、制作等。
3.1分析流程
包括了用户分析，系统分析，电路设计，PCB制作等过程。
3.1.1用户分析
本设计是为了带给用户更好的照明体验，让用户感受到科技技术的发展给我们环保节能型生活带来的便利。
从用户角度来讲，LED照明灯一直处于待机状态，当用户回到家打开遥控器开关后，LED照明灯进入工作模式，此时用户可通过红外遥控器控制选择多种工作模式；
当选择自动调节后，将通过外界具体光照环境来智能判断控制LED照明灯亮暗程度。
同时还能通过电脑显示出当前工作状态，即通过上位机显示出来。
同时能通过电脑对具体的每盏灯进行细节上的控制。
这样用户不仅能在睡觉前通过电脑监测出各个房屋的LED照明灯工作状态。
同时当用户离家后，也还能通过网络，在任意一台电脑前及时迅速的控制家居照明系统的工作状态。
能防止不必要的浪费。
3.1.２系统分析
为了方便设计我们把系统模块化设计。
主要分为以下几个模块：
电源模块、照明装置、控制模块、亮度采集模块，红外发射与红外接收模块，串口通信模块，上位机通信软件。
这几个模块的协同工作构成了一个完整的系统。
不过上位机通信将放入软件设计中，这里不再叙述。
电源模块：
为使系统能够稳定可靠的工作，必须提供可靠的电源。
本设计比较了两种电源方案：
第一种方案采用单独的稳压电源。
此方案的优点是电源独立，稳定可靠，有多种选择电源；
但是如果对各个模块采用了单独的电源，系统就会显得很复杂，且由于互相影响可能影响电路电平进而影响用户使用。
第二种方案采用了单片机控制模块提供电源。
这样设计出的系统简明扼要，节约成本；
但是由于电源的输出电压要进过控制模块处理后再输出到电路，所以输出功率不高。
综上所述，本着环保节约的角度出发，我们选择第二种方案。
照明装置：
为了设计的方便和突出设计的重点在于控制，本系统并没有采用室内真实照明的装置，而采用了工作在5V电压下的高亮度的8颗LED灯构成，模拟房间内的八颗灯，因为单片机的输出电流很小，所以在设计LED的接口电路时候我们采用了74HC573，其可以输出较大的电流，足以满足LED点亮的需求。
控制模块：
这里同样讨论了两种方案：
方案一：
FPGA（Fie
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