1、西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文I基于单片机的花房照明控制系统摘要随着时代的发展与进步,电子技术也在飞速的发展,基于单片机的控制系统已经广泛地运用于各个行业之中,而微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心,已经代替了传统的控制系统的常规电子线路,为基于单片机的照明控制系统的普及与应用奠定了坚实的基础。关于花房中的照明控制,由单片机来自动控制已经取代了人工的照明控制。单片机在照明节能控制系统中的应用不仅具有良好的经济效益，更具有极好的社会效益，同时也对环保,可持续发展产生深远影响。本篇论文介绍了花房智能照明系统的原理，通过单片机对光照传感器采集数据的收集、判断与控制实现了智能控制照明。在即
2、保证实际使用的效果，又保证有效节约能源的目的下，确保区域内的照明亮度达到要求。本次设计采用了BH1750数字型光照传感器，它能感应周围环境亮暗变化，只要环境光线不足时，它将接收到的信号传输至单片机，经单片机处理后驱动继电器，继电器开关就会自动开启。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。关键词BH1750传感器,感应开关,光照传感器西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文II目录1引言12照明系统总体设计221照明系统总体设计222系统硬件方案2221主控制器2222硬件设计方案33硬件系统设计与实现731硬件系统的
3、总体设计732单片机系统设计7321STC89C52简介7322STC89C52单片机引脚功能8323复位电路设计9324时钟电路1133控制单元设计1234光照传感器电路设计1235继电器驱动电路设计1336按键电路设计1537显示电路设计164系统软件设计185电路硬件的制作与调试1951电路的焊接2152程序烧录1953显示调试2054系统调试20结论22致谢23参考文献24附录25西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文11引言花是一种非常美丽诱人的植物，但同时它也是一种极其娇嫩脆弱的植物。那是因为花卉在它生长过程中会受到周围环境中很多因素的影响，所以花卉的生长要在一定的环境中进行。在外
4、界的众多因素中，周围环境中的光照度是对花卉生长影响最大的因素。外界环境中随着时间的流逝。昼夜间的光照度变化很大，这是很不利于花卉的生长。因此为了花卉的健康成长，就必须对环境中的光照度进行监测和控制，并将环境中的光照度控制在一个适宜花卉成长的区间内。本课程设计就是要利用基于单片机来设计一个精度高，控制操作方便的花房光照度控制系统。因为在以前种植花卉等植物一般都用温室栽培，所以为了充分的利用好温室栽培这一高效技术，就必须要有一套科学的管理方法，用来针对对不同种类的花卉在生长的各个时期所需的不同的光照度进行实时的监控。而光照度控制对于单片机的应用具有一定的实际意义，它代表了一类自动控制的方法。其应用
5、十分广泛。西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文22照明系统总体设计21照明系统总体设计根据本设计所需要实现的功能，并考虑到硬件电路的复杂性、性价比和软件实现的难易程度等情况。本系统决定由控制模块、按键模块、传感器模块和灯泡驱动模块四个模块组成。本系统的工作原理如下当系统启动后，当检测到外界光照强度小于了系统设定的上限时，系统将会驱动继电器，点亮灯泡；而当检测到外界光照强度大于或者等于了设定的上限时，灯泡将会熄灭。而本系统设定的光照强度上限是可以调整。22系统硬件方案221主控制器控制部分是整个系统的核心部分，功能为发送数据和控制指令处理后控制相应的负载。一些比较常用的电子设计方法有单片机、D
6、SP、及EDA技术。这几种设计方法都有其各自的特点1单片机单片机是集成CPU，ROM，RAM和I/O口的微型计算机。它有很强的接口性能，非常适合于工业控制，因此又叫微控制器MCU。单片机品种齐全,型号多样CPU从8，16，32到64位，多数采用了RISC技术，片上I/O非常丰富，有的单片机集成有A/D，“看门狗”，PWM，显示驱动，函数发生器，键盘控制等。它们的价格也高低不等，这样极大地满足了需求者们的选择。除此之外单片机还具有低电压和低功耗的特点。随着超大规模集成电路的发展，NMOS工艺单片机被CMOS代替，并开始向HMOS过渡。供电电压由5V降到3V，2V甚至到1V，工作电流由MA降至A，
7、这在便携式产品中是占有优势的。2DSP芯片DSP又叫数字信号处理器。它主要被运用于数字信号处理领域，适合重复运算，高密度以及大数据容量的信号处理。现在被广泛应用于通信、便携式计算机和仪表、雷达、航空、家用电器、医疗设备等领域。DSP具有修正的哈佛结构，多总线技术以及流水线结构。将程序与数据存储器分开，使用多总线，取指令和取数据同时进行，以及流水线技术，这些使得其速度有了较大的提高。DSP区别于一般微处理器的另一重要标志是硬件乘法器以及特殊指令，一般微处理器用软件实现乘法，逐条执行指令，速度慢。而DSP西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文3依靠硬件乘法器单周期完成乘法运算，而且还具有专门的信号
8、处理指令，如TM320系列的FIRS，LMS，MACD指令等。3FPGA/CPLDFPGA是基于SRAM的架构,集成度高,以LE为基本单元,有内嵌MWMORY,DSP等,支持IO标准丰富。具有具有易挥发性，需要有上电加载过程。在实现复杂算法，队列调度，数据处理，高性能设计，大容量缓存设计等领域中有广泛的应用。CPLD是基于EEPROM工艺，集成度低，以MICROCELL（包括组合部分与寄存器）为基本单元。具有非挥发特性，可以重复写入。在粘合逻辑，地址译码，简单控制，EPGA加载等设计中有广泛的应用。FPGA/CPLD均可实现硬件上的并行工作，在实时测控和高速应用领域前景广阔；另一方面，FPGA
9、/CPLP器件在功能开发上是软件实现的，但物理机制却和纯硬件电路一样，十分可靠。三种选择方式相比较各有优点且都能够实现控制功能，但单片机的技术门槛较低开发成本也较低非常适合我们这种初学者进行学习和锻炼使用。现在市场上常用的单片机主要有MCS51、AVR、ARM、PIC等。其中应用最广泛的单片机首推INTEL的51系列，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史“悠久”，有先入为主的优势常作为单片机学习的教材。且51系列的I/O脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各I/O口均置高电平）。当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。所以在本次设计控
10、制部分的方案中选择51系列单片机作为控制部分的核心器件。222硬件设计方案本次硬件设计采用单片机最小系统、按键模块、传感器模块、灯泡驱动模块和显示模块组成（如图21）图21硬件设计结构框图西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文41光照传感器模块BH1750FVI光照传感器介绍BH1750FVI是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度。利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。（1LX65535LX）特点A支持I2CBUS接口F/SMODESUPPORT。B接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性峰值灵敏度波长典型值
11、560NM。C输出对应亮度的数字值。D对应广泛的输入光范围。E通过降低功率功能,实现低电流化。F通过50HZ/60HZ除光噪音功能实现稳定的测定G支持18V逻辑输入接口。H无需其他外部件。I光源依赖性弱。J有两种可选的I2CSLAVE地址。K可调的测量结果影响较大的因素为光入口大小。L使用这种功能能计算11LX到100000LX马克斯/分钟的范围。M最小误差变动在20。N受红外线影响很小HA2003光照传感器介绍HA2003传感器是采用先进光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经调理电路将此电压值转换为02V或420MA特点A高精度的光照强度测量B体积小巧CIP65防护等级设计D传感器结实
12、、耐腐蚀E响应速度快F可选用电压或电流输出，电流输出在长缆线传输的时候没有信号衰减西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文5G采用真实太阳光标定，使光源影响最小两种传感器都有各自的特点，但BH1750FVI光照传感器结构简单，并不依赖其他的外围电路。并且模块内部包含通信电平转换，可以与5V单片机直接连接。所以最终本次设计选择了使用BH1750FVI光照传感器。2显示模块LED显示器介绍LED是一种平板显示器，由一个个小的LED模块面板组成。一般用来显示文字、图像、视频、录像信号等各种信息。适用性强，色彩丰富由三基色显示单元箱体组成，256级灰度构成16777216种颜色，使电子屏显示色彩丰富、高
13、饱和度、高解析度、显示频率高的动态图像。LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，放置在一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。而且LED的工作范围较大，其光输出和工作电流成正比，因此可以减小电流的方法来调光。同时LED进行频繁开关并不会对其有太大的损伤。LED光源使用寿命很长，其中不含有害金属汞，不会像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害。LED还有耗电少、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。LCD显示屏介绍LCD是液晶显示屏LIQUIDCRYSTALDISPLAY的全称，是运用于数字型钟表和许多便携式计算机的一种显
14、示器类型。主要有TFT、UFB、TFD、STN等几种类型的液晶显示屏。笔记本液晶屏常用的是TFT。TFT（THINFILMTRANSISTOR）是指薄膜晶体管，每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。和STN相比，TFT有出色的色彩饱和度,还原能力和更高的对比度,太阳下依然看的非常清楚,但是缺点是比较耗电,而且成本也较高。目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT三种技术为主轴TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也
15、可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。LCD与LED是两种不同的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏，两种显示屏都有各自不同的特点，但LED与LCD的功耗比大约为110，LED比LCD更加节能的多。LED拥有比LCD更高的刷新速率，在视频方面会有更好的性能表现。同时LED可以提供宽达160的视角，可以显示各种文字，数字西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文6等。而且LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，即使在强光下也可以照看不误，没有太大的影响。LCD显示器与LED显示器相比，LED在亮度、功耗、
16、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。所以本次设计选用了LED显示屏。（3）按键控制键盘是单片机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备。通常，键盘有编码和非编码两种。编码键盘通过硬件电路产生被按按键的键码和一个选通脉冲。选通脉冲可作为CPU的中断请求信号。这种键盘使用方便，所需程序简单，但硬件电路很复杂，所以本次设计并不采用。而非编码键盘按组成结构又可以分成独立式键盘和矩阵式键盘。独立式键盘的工作过程和矩阵式键盘是类似的，无论是硬件结构还是软件设计都比较简单。独立式键盘每个按键是占用一条I/O线，程序编制简单，适用于按键较少的时候。而矩阵键盘的电路连接复杂，软件编程也比较复杂，适用于需要大量的
17、按键的时候。所以在比较了本次设计的实际需要后，选用了独立键盘。西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文73硬件系统设计与实现31硬件系统的总体设计本设计采用STC89C52单片机为核心控制器件，采集按键和传感器的信号，控制数码管显示和驱动灯泡。系统方框图如图31所示。图31系统方框图32单片机系统设计321STC89C52单片机简介图32单片机引脚图本设计使用的是STC89C52单片机，原因是此款单片机具有众多优点STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器
18、和256BYTES的随机存取数据存储器（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MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文8FLASH存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程S系列的才支持在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH
19、存储器可有效地降低开发成本。同时它还有加密性强，难解密超强抗干扰超低功耗掉电模式INCLUDE/KEILLIBRARYINCLUDE/KEILLIBRARYINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEDATAPORTP0/SBITSCLP36/IIC时钟引脚定义SBITSDAP37/IIC数据引脚定义SBITP27P27SBITP26P26SBITP25P25SBITP24P24SBITSHEZHIP11/设置按键SBITJIAP12/加按键SBITJIANP13/减按键SBITQUERENP14/确认按键SBITJDQP1
20、0/继电器UCHARCODEDIS140XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0XFFDEFINESLAVEADDRESS0X46/定义器件在IIC总线中的从地址,根据ALTADDRESS地址引脚不同修改/ALTADDRESS引脚接地时地址为0X46，接电源时地址为0XB8TYPEDEFUNSIGNEDCHARBYTETYPEDEFUNSIGNEDSHORTWORD西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文27BYTEBUF8/接收数据缓存区UCHARGE,SHI,BAI,QIAN,WAN/显示变量INTDIS_DATA/变量VOIDDE
21、LAY_NMSUNSIGNEDINTKVOIDINIT_BH1750VOIDVOIDCONVERSIONUINTTEMP_DATAVOIDSINGLE_WRITE_BH1750UCHARREG_ADDRESS/单个写入数据UCHARSINGLE_READ_BH1750UCHARREG_ADDRESS/单个读取内部寄存器数据VOIDMULTIPLE_READ_BH1750/连续的读取内部寄存器数据/VOIDDELAY5USVOIDDELAY5MSVOIDBH1750_START/起始信号VOIDBH1750_STOP/停止信号VOIDBH1750_SENDACKBITACK/应答ACKBITBH
22、1750_RECVACK/读ACKVOIDBH1750_SENDBYTEBYTEDAT/IIC单个字节写BYTEBH1750_RECVBYTE/IIC单个字节读VOIDDISPINTSZ0,A,B,C,D,XIANZHI100,SS0,GUANGZHAO/去抖延迟/VOIDQUDOUVOIDINTIFORI0I4SZ0SS0WHILESHEZHI0IFSZ0SSIFSS30SS0IFJIA0QUDOUIFJIA0AXIANZHI/1000BXIANZHI1000/100CXIANZHI1000100/10DXIANZHI100010010SWITCHSZCASE1AIFA10A0BREAKCA
23、SE2BIFB10B0BREAKCASE3CIFC10C0BREAKCASE4DIFD10D0BREAK西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文37XIANZHIA1000B100C10DWHILEJIA0IFJIAN0QUDOUIFJIAN0AXIANZHI/1000BXIANZHI1000/100CXIANZHI1000100/10DXIANZHI100010010SWITCHSZCASE1AIFAXIANZHIJDQ1ELSEJDQ0/显示/VOIDXIANSHIINTI西南科技大学应用型自学考试毕业设计论文39FORI0I30IDISP/主程序/VOIDMAINFLOATTEMPDELAY_NMS100/延时100MSINIT_BH1750/初始化BH1750WHILE1/循环SINGLE_WRITE_BH17500X01/POWERONSINGLE_WRITE_BH17500X10/HRESOLUTIONMODEXIANSHIMULTIPLE_READ_BH1750/连续读出数据，存储在BUF中DIS_DATABUF0DIS_DATADIS_DATA8BUF1/合成数据，即光照数据TEMPFLOATDIS_DATA/12CONVERSIONTEMP/计算数据和显示DISP
