目 錄 第一章 前言 1.1 本課題的研究背景和意義 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 1.3 本論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 第二章 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.2.1 主控板電路設(shè)計 2.2.2 STC89C52簡介 2.2.3 檢測模塊的設(shè)計與選用 2.2.4繼電器輸出模塊 2.2.5 nRF2401A無線射頻模塊 2.2.6 基于MAX232與PC通訊 2.3.1 遙控器的設(shè)計 2.3.2 顯示屏LCD1602 2.3.3 時鐘芯片DS1302 2.3.4 LM7805與AMS1084 2.3.5 按鍵指示電路及實現(xiàn) 2.4? ?? ?? ?? ???硬件設(shè)計開發(fā) 2.4.1 開發(fā)環(huán)境protel99SE 2.4.2 電路板的制作 第三章 程序的設(shè)計實現(xiàn) 3.1 系統(tǒng)整體程序框架 3.2.1 主控板程序設(shè)計 3.2.2 燈光延時等待的設(shè)計與思考 3.3.1 遙控器程序設(shè)計 3.3.2 NRF2401A無線射頻通訊的程序設(shè)計 3.3.2 LCD1602顯示模塊的程序設(shè)計 3.3.3 DS1302時鐘芯片的設(shè)計 3.4軟件設(shè)計開發(fā) 3.4.1 軟件開發(fā)環(huán)境KeiluVision4簡介 3.4.2 KEIL的使用 3.4.3單片機程序的燒寫 第四章 調(diào)試結(jié)果 結(jié)束語 ? 1 緒論 ? 1.1 本課題的研究背景和意義 隨著科技的發(fā)展，和人們的生活水平不斷提高，居住環(huán)境的改善備受關(guān)注，于是家居智能化的快速興起，滿足人們對舒適，安全，便捷以及節(jié)能環(huán)保的時尚生活的追求。現(xiàn)階段人類社會的進步越來越依賴于對能源的開發(fā)與利用，然而人們對能源無盡的需求量和有限的能源數(shù)量形成了不可抗拒的矛盾,能源匱乏不僅是我國所面臨的危機，更是世界所面臨的嚴峻考驗。而中國是一個人口大國，家庭是其中最基本的一個組成單元，家庭照明占我國電能消耗的一大部分。管理好家庭燈光照明系統(tǒng)，不僅能減少電能的巨大浪費，優(yōu)化我們的生活方式和居住環(huán)境，還能為我們提供優(yōu)質(zhì)、舒適、安全的生活空間。 燈光的智能化是智能家居的重要組成部分，本文介紹了一種基于單片機和無線射頻技術(shù)的的智能燈光控制系統(tǒng)（增多） 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計所制作的智能燈光主要用來控制照明燈，通過檢測室內(nèi)有無人員和室內(nèi)光線的強弱來控制照明燈的開啟和關(guān)閉，以達到根據(jù)不同的環(huán)境，人們的不同需要實現(xiàn)室內(nèi)不同位置的照明需求，并且可以通過遙控對室內(nèi)的燈光進行控制，實現(xiàn)自動/手動切換，更加人性化的設(shè)計，讓該系統(tǒng)有了更高的實用價值。 該設(shè)計主要由主控板和遙控器組成，其中：主控板包括單片機控制模塊、檢測輸入模塊、射頻通訊模塊、PC上位機監(jiān)控模塊、驅(qū)動電路模塊、繼電器輸出模塊。遙控器包括單片機控制模塊、無線射頻模塊、鍵盤模塊、顯示器模塊。通過測試，系統(tǒng)穩(wěn)定，能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化自動進行開關(guān)的控制。由于單片機的I/O口資源豐富，可將后級擴展成多路自動開關(guān)，同時控制多路照明燈，使其應(yīng)用于賓館、學(xué)校、家庭等環(huán)境。所以該設(shè)計具有較廣泛的應(yīng)用前景。（合并） 1.3 論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 鑒于無線通訊與燈光智能系統(tǒng)的重要意義及單片機在該系統(tǒng)中的獨特優(yōu)勢，本論文選擇以單片機為核心，以紅外感應(yīng)與光強感應(yīng)為被測量，開關(guān)按鈕可切換狀態(tài)，設(shè)計了智能燈光系統(tǒng)。不但實現(xiàn)了下位機對燈光的自動控制、實時監(jiān)測與遙控器的通訊，還在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對時間的顯示，操作系統(tǒng)的簡便化，讓系統(tǒng)更容易被用戶使用。 論文結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章：智能燈光系統(tǒng)的普遍性性與研究現(xiàn)狀，以及論文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)。 第二章：總體設(shè)計方案與硬件設(shè)計，其中包括主控板和遙控器的設(shè)計。 第三章：主控板和遙控器的程序設(shè)計。 第四章：調(diào)試結(jié)果。 2 方案設(shè)計 圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 如圖2-1所示，單片機選用STC89C52，通過光強檢測模塊檢測出外界光強，是否合適開燈，由紅外檢測模塊檢測是否有人進入房間，通過主控板的單片機進行控制。在主控板上有狀態(tài)轉(zhuǎn)換按鍵，通過按鍵控制各個房間的狀態(tài)，是強制開/強制關(guān)/自動狀態(tài)。主控板通過無線射頻模塊與遙控器通訊，給遙控器傳送各個房間的狀態(tài)信息，并且接收遙控器發(fā)來的控制信號。在遙控器上，把接收來的狀態(tài)信號，將其通過LCD1602顯示屏顯示出來。用戶在不去該房間的情況下監(jiān)控房間燈光的狀態(tài)，并且通過遙控器上的鍵盤進行控制。時鐘模塊將當(dāng)前時間發(fā)送給單片機，單片機再通過程序控制，將時間顯示在顯示屏上。 2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機選用的是STC89C52，光強檢測模塊采用光敏電阻實現(xiàn)，紅外檢測模塊采用HC-SR501 人體紅外感應(yīng)模塊，RS232通訊模塊采用MAX232對信號轉(zhuǎn)換，無線射頻模塊采用nRF2401A模塊，顯示屏使用LCD1602，時鐘芯片使用DS1302，鍵盤使用可復(fù)位按鍵開關(guān)。 ? 2.2.1 主控板電路設(shè)計 電路設(shè)計我用的是protel99繪制。由于光強檢測和紅外檢測需要較大的空間，我將單片機P1口都接出來了外部接口，將其制作成方便安裝的分離模塊式。P0口主要功能是與nRF2401A無線射頻模塊相連。P2口我將其分成三部分P2.0,P2.1，P2.2三個管腳我用它們作為繼電器輸出接口；P2.3，P2.4，P0.7作為各個房間的自動狀態(tài)指示燈；P2.5，P2.6，P2.7采集主控板上按鍵信號，用于轉(zhuǎn)換各個房間的控制狀態(tài)。TXD和RXD兩個管腳分別接MAX232芯片的R1_OUT和T1_IN位，作為單片機與PC通訊的接口。電路原理圖如圖2-2所示。 ? 圖2-2??主控板總原理圖 2.2.2 STC89C52簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能、價格低廉的CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 儲存器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。其引腳圖如圖2-3所示。? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 圖2-3 STC89C52單片機 2.2.3 檢測模塊的設(shè)計與選用 1）光強檢測模塊 光強檢測模塊采用的是光敏電阻5516，其亮電阻約5KΩ，暗電阻約500KΩ。將其與電阻串聯(lián)，與三極管9014組成光強檢測模塊，工作電壓為5V（如圖2-4所示）。在光照下，其阻值迅速下降，三極管9014的基極電壓升高，三極管導(dǎo)通，輸出信號由高變低。當(dāng)光照強度變暗后，光敏電阻的阻值升高，三極管基極電壓降低， 圖2-4 光強檢測模塊電路 三級管截止，光強檢測信號由低變高。 ? 2）紅外檢測模塊 紅外檢測模塊采用封裝好的紅外熱釋傳感器HC-SR501（圖2-5），感應(yīng)范圍138°*125°，感應(yīng)距離7m，工作溫度-15~+70℃。通過跳線將其觸發(fā)模式調(diào)成可重復(fù)收發(fā)模式，接入工作電壓+5V，將其信號端接入單片機端口。? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 圖2-5 紅外傳感器 2.2.4繼電器輸出模塊 該系統(tǒng)采用的繼電器為24V繼電器，需要使用ULN2003將單片機輸出的5V電壓信號放大到24V驅(qū)動繼電器工作。由于STC89C52單片機一般用并口進行編程，理論上可以直接用單片機的幾根I/O口接并口線，但如果電路板沒做好，可能會連帶把計算機并口燒壞，所以要加個74HC244芯片隔離一下。（如圖2-7所示） ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成（圖2-6）。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行，多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動繼電器等負載。由于ULN2003是一個非門電路，繼電器線圈另一端接在+24V電源上，當(dāng)+5V的控制信號傳送到ULN2003中，? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???圖2-6 ULN2003? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???ULN2003會輸出一個低電平，讓線圈吸合。 74HC244是一個三態(tài)緩沖器，作為單片機輸出緩沖作用。可以將單片機輸出信號長時間保持。 圖2-7 繼電器輸出模塊電路圖 ? 2.2.5 nRF2401A無線射頻模塊 作為主控板與遙控器通訊的重要組成樞紐，無線射頻模塊，該系統(tǒng)選用的是nRF2401A無線射頻模塊，如圖2-8所示。nRF2401A是挪威Nordic公司推出的2.4G單片無線射頻收發(fā)芯片，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。該芯片具有接收靈敏度高、外圍電路少、發(fā)射功率低、傳輸速率高、低功耗等優(yōu)點。nRF2401 適用于多種無線通信的場合，如：無線鼠標(biāo)、無心數(shù)據(jù)采集、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、監(jiān)控系統(tǒng)、非接觸RF智能卡、無線遙控、無線音頻/視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/font> 圖2-8 nRF2401A引腳示意圖 nFR2401A引腳功能如表2-1所示： 表2-1 NRF2401A引腳功能表 引腳 名稱 引腳功能 描述 1 VCC 電源 電源正極 2 VCC 電源 電源正極 3 GND 電源 電源地 4 PWR_UP 數(shù)字輸入 芯片激活端 5 CE 數(shù)字輸入 使nFR2401A工作于接收或發(fā)送狀態(tài) 6 DR2 數(shù)字輸入 頻道2接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 7 GND 電源 電源地 8 CLK2 數(shù)字I/O 頻道2接收數(shù)據(jù)時鐘輸入/輸出 9 GND 電源 電源地 10 DOUT2 數(shù)字輸出 頻道2接收數(shù)據(jù) 11 CS 數(shù)字輸入 配置模式的片選端 12 DR1 數(shù)字輸入 頻道1接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 13 GND 電源 電源地 14 CLK1 數(shù)字I/O 頻道2接收數(shù)據(jù)時鐘輸入/輸出 15 GND 電源 電源地 16 DATA 數(shù)字I/O 頻道1接收/發(fā)送數(shù)據(jù)端 ? nFR2401A的工作模式有配置模式、收發(fā)模式、待機模式、關(guān)機模式四種。模式由主控芯片通過軟件設(shè)置。芯片上電后,STC89C52通過接口將配置數(shù)據(jù)送入芯片，設(shè)置收發(fā)模式、收發(fā)頻率、接收地址、發(fā)射功率、CRC校驗和的長度、有效數(shù)據(jù)的長度等。傳輸中，只有地址，校驗和匹配的數(shù)據(jù)包才能被進一步處理，產(chǎn)生中斷信號。這時，S3C2440讀取數(shù)據(jù)。在同一時刻nRF2401A只能處于接收或發(fā)送模式中的一種，一般以接收模式為待機狀態(tài)。 工作模式 PWR_UP CE CS 收發(fā)模式 1 1 0 配置模式 1 0 1 空閑模式 1 0 0 關(guān)機模式 0 X X ? nRF2401A工作模式如表2-2所示： ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 表2-2 nRF2401A工作模式? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 該系統(tǒng)是用的是通道一，所以單片機接口只需接入PWR_UP，CE,CS，CLK1四個控制位和數(shù)據(jù)位DATA1。同時將CLK2第二通道的脈沖輸入信號接地，以防干擾。 nRF2401A工作電壓為+3.3V而單片機使用的是+5V的直流電源，所以使用AMS1084-3.3V降壓芯片將+5V的直流電轉(zhuǎn)換成+3.3V的直流電為nRF2401A供電。其外圍電路如圖2-9所示。 ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? 圖2-9 AMS1088-3.3V外圍電路? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 圖2-10 MAX232 ? 2.2.6 基于MAX232與PC通訊 MAX232是一種把電腦的串行口rs232信號電平（-10 ，+10v）轉(zhuǎn)換為單片機所用到的TTL信號點平（0 ，+5）的芯片, 使用+5v單電源供電,MAX232共16跟引腳，第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、 12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。其接線電路如圖2-10所示。? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??? 在該系統(tǒng)中，MAX232分別連接著RS232串口和單片機的TXD,RXD位，使用的是通道1，即使用的輸入輸出的管腳是T1_OUT,T1_IN,R1_OUT,R1_IN。周邊電路如圖2-11所示。? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? 2.3.1 遙控器的設(shè)計 在遙控器的設(shè)計中，P0口外接一個排阻，排阻公共端接的是AMS1084-3.3V輸出的+3.3V電源，主要控制nRF2401A無線射頻模塊，負責(zé)與主控板進行無線通訊；P1口連接的是LCD1602顯示屏的8位數(shù)據(jù)位DB0-DB7，P3.4接LCD的E端（使能端），P3.5接LCD1602的R/W管腳，負責(zé)控制LCD1602的讀寫控制，P3.6接LCD1602的RS管腳，負責(zé)對寄存器的選擇。同時，LCD1602的VSS位接地，VDD接LM7805提供的+5V電源。并且VEE外接一個電位器，控制背光亮度。單片機的P2.1-P2.4分別接了四個低電平觸發(fā)的按鍵，作為UP上翻,DOWN下翻,SWITCH切換,BACKLIGHT背光。P2.5-P2.7三位分別接入時鐘芯片DS1302的SLCK，I/O，CE，作為讀寫時間的控制位和數(shù)據(jù)通道。同時單片機的TXD,RXD與MAX232相連，通過RS232串口與計算機通訊。總電路原理圖如圖2-12所示。 圖2-12 遙控器總電路原理圖 2.3.2 顯示屏LCD1602 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。 LCD1602功能管腳如表2-3所示： 表2-3 LCD1602功能管腳 第1腳 VSS接電源地。 第2腳 VCC接+5V 第3腳 VEE背光對比度調(diào)整端 第4腳 RS寄存器選擇端 第5腳 RW讀寫信號線 第6腳 E 使能端 第7~14腳 D0~D7八位雙向數(shù)據(jù)線 第15-16腳 15腳背光正極，16腳背光負極 在設(shè)計中，我們將VCC和VSS分別接電源+5V和地，為LCD1602供電，在VEE端接了一個20K的變阻器到+5V電源，通過調(diào)整變阻器的阻值來調(diào)整LCD1602的對比度，當(dāng)電壓越高時對比度越弱，反之越強。RS寄存器選擇端，RW讀寫信號線，E使能端這三位分別接入單片機的P3.6，P3.5，P3.4。通過程序控制這三位控制位對LCD1602的讀寫操作。15腳和16腳主要是為LCD1602的背光供電，將其分別接入電源+5V和電源地。 2.3.3 時鐘芯片DS1302 DS1302 是美國DALLAS公司推出地一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它能對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能。工作電壓為2.5V～5.5V，外接32.768MHz的晶振。采用三線接口與單片機進行同步通信，并可采用突發(fā)方式，一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的RAM寄存器，用于臨時性存放數(shù)據(jù)。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302功能引腳如表2-4所示: 表2-4 DS1302管腳功能 管腳號 管腳名稱 描述 1 VCC2 主電源，使用+5V供電 2 XLAT1 32.768MHz晶振接口 3 XLAT2 同上 4 GND 電源地 5 CE 復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。 7 SCLK 時鐘輸入端 8 VCC1 備用電源正極，可采用大電容或者電池供電。 在該系統(tǒng)中，VCC2用LM7805提供的+5V電壓供電，VCC1備用電源使用的是紐扣電池CR2016，提供的電壓是+3V。I/O管腳接單片機的P2.6腳，作為單片機對DS1302進行讀寫操作的數(shù)據(jù)通道，SCLK接入單片機P2.5口，作為單片機與DS1302的通訊時鐘輸入端，CE接入單片機P2.7口主要對DS1302發(fā)送片選信號。 2.3.4 LM7805與AMS1084 1)LM7805應(yīng)用 圖2-13 LM7805典型應(yīng)用電路 單片機電源電路的設(shè)計以三端集成穩(wěn)壓器LM7805為核心，它屬于串聯(lián)穩(wěn)壓電路，其工作原理與分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓電源相同。圖2-13是三端穩(wěn)壓集成電路LM7805的典型應(yīng)用電路，三端集成穩(wěn)壓器設(shè)置的啟動電路，在穩(wěn)壓電源啟動后處于正常狀態(tài)時，啟動電路與穩(wěn)壓電源內(nèi)部其他電路脫離聯(lián)系，這樣輸入電壓變化不直接影響基準(zhǔn)電路和恒流源電路，保持輸出電壓的穩(wěn)定。電路中Ci的作用是消除輸入連線較長時其電感效應(yīng)引起的自激振蕩，減小紋波電壓，取值范圍在0.1μF～1μF之間，本文Ci選用0.33μF；在輸出端接電容Co是用于消除電路高頻噪聲，改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，一般取0.1μF左右，本文Co即選用0.1μF。一般電容的耐壓應(yīng)高于電源的輸入電壓和輸出電壓。另外，為避免輸入端斷開時Co從穩(wěn)壓器輸出端向穩(wěn)壓器放電，造成穩(wěn)壓器的損壞，在穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，對LM7805起保護作用。 LM7805輸入電壓為8V到36V，最大工作電流1.5A，具有輸入電壓范圍寬，工作電流大，輸出精度高且工作及其穩(wěn)定，外圍電路簡單等特點，太陽能電池電壓即使有較大的波動，也能穩(wěn)定的輸出5V電壓，從而是單片機等控制電路正常工作，且成本低。 ? 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總結(jié)

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