基于單片機智能照明控制系統設計

李瑞福

【摘要】 本系統設計了針對樓宇的智能照明控制系統，該照明控制系統的主控制器、分控制器分別采用AT89C51和AT89C2051單片機實現控制，實現了有線通信、無線數傳、控制及顯示等功能，通過現場總線RS485通信方式實現照明燈具的智能控制，使光源具備自動調節功能。本系統在節約能源、延長照明燈具壽命、改善工作環境、創造良好環境氣氛、提高人民生活水平等方面起到了重要的作用。

【關鍵詞】 主控制器 分控制器 單片機 照明燈具 智能控制

一、系統硬件設計

1.1系統結構

該通信系統采用RS-485半雙工主從式通信系統，主機可以發送數據或命令到從機，從機主要任務是控制分布的照明燈具，通過中斷方式接收主機發來的命令或數據并及時響應。系統的主控制器通過RS-485總線或無線數傳模塊將數據或命令傳送給分控制器，同時將信息送給數碼顯示單元顯示，并通過看門狗電路對運行程序實施有效監視。分控制器接收主控制器發來的數據和命令，通過雙向晶閘管電路對照明燈具進行開與關及亮度的控制，并且利用實時時鐘芯片對照明燈具進行定時開關控制。系統在單片機控制之下完成數據通信、顯示，同時能夠控制照明燈具，其硬件電路還必須配以相應的程序才能實現控制功能，程序是使硬件電路實現各種智能控制及與用戶交互的橋梁。

1.2 主控制器的電路設計

1、鍵盤接口設計。系統采用4×4矩陣式鍵盤，每個按鍵開關位于行列的交叉處，采用逐行掃描的方法識別鍵碼。矩陣鍵盤的列線從左到右分別與單片機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。當按下一鍵時，對應的行線與列線就會連通，單片機就能檢測信號，通過鍵盤掃描程序對鍵盤進行掃描，以識別被按鍵的行、列位置。2、LED數碼顯示接口設計。數碼顯示與驅動電路由74LS138譯碼器、7447 TTL BCD-7段高有效譯碼器/驅動器、4個數碼管以及5個A1015三極管組成。由單片機的P0.0～P0.3輸出的四位BCD碼，經7447芯片后，翻譯成7段數碼管a、b、c、d、e、f、g相應的段，并輸出點亮數碼管相應的段。單片機的P0.4、P0.5輸出的信號經74LS138譯碼器后產生的高電平信號，加在A1015三極管的基極，控制三極管導通，起到對相應數碼管選通作用。3、看門狗監控電路的設計。本系統采用MAXIM公司的監控芯片MAX813L構成硬件狗， MR與WDO經過一個二極管連接起來，WDI接單片機的P2.7，RESET接單片機的復位輸入腳RESET，MR經過一個復位按鈕接地。

1.3 分控制器電路設計

分控制器采用AT89C2051單片機作為微處理器，分控制器系統外圍接口電路由晶振、實時時鐘芯片、晶閘管控制電路、零點檢測電路、看門狗電路、通信接口電路等組成。

1.4 RS485通信電路的設計

本系統的有線通信方式采用RS485總線進行通信，RS485標準支持半雙工通信，只需三根線就可以進行數據的發送和接收，同時具有抑制共模干擾的能力，接收靈敏度可達±200mV，大大提高了通信距離，在100K bps速率下通信距離可達1200m，如果通信距離縮短，最大速率可達10M bps。在這里使用的是主從式通信方式，主機由主控制器充當，從機為分控制器。主機處于主導和支配地位，主機發送的信息可以傳送到所有的從機或指定的從機，從機發送的信息只能為主機接收，從機之間不能直接通信。

1.5無線數傳電路設計

主控制器與分控制器各使用一個無線數傳模塊，形成發送與接收的無線通信通道。模塊的數據輸入和輸出端與單片機的串行口連接，即模塊的串行數據發射端TXD與單片機的串行數據輸入端RXD連接；模塊的串行數據接收端RXD與單片機的串行數據輸出端TXD連接。

二、系統軟件設計

本設計采用主從通信方式，主機即主控制器處于主導和支配地位，從機即分控制器一般以中斷方式來接收和發送數據。在主從式多機系統中，主機發送的信息傳送到所有的從機，控制照明燈的啟停。主機采用AT89C51單片機，從機采用AT89C2051單片機。單片機的數據通信由串口完成，定時器T1設為工作方式2，串口設為工作方式3。

三、結論

本文所設計的照明控制系統，主控制器、分控制器分別采用AT89C51和AT89C2051單片機，實現了有線通信、無線數傳、控制與顯示等功能。系統的結構主要有三部分（1）上位機系統；（2）下位機系統；（3）通信系統。通過RS-485主從式通信系統，實現數據的遠程傳輸及上位機對教室照明狀態的控制，由主控制器發出命令到各個分控制器，實現照明燈開啟、關閉、燈光亮度調節、定時控制等功能。

參 考 文 獻

[1] GB50034—2004，建筑智能照明設計標準. 建筑工業出版社，2004

[2] 陳永勝.智能照明控制產品的選型比較.建筑電氣.2002