论文总字数：19624字

摘 要

随着社会的发展，人类的建筑设施也变得更加舒适，安全和节能。市面上以及在开发中现有的智能照明系统则是充分的利用了包括电子、通信以及计算机网络等方面的技术应用，通过使用建筑物内部的各种照明模块，利用设计的软件系统进行有机的搭接起来，以此来实现有效的管理与控制。基于上述内容，笔者针对现有的各类传统的照明系统由于布线繁琐、节能效果不明显等情况，进而提出设计开发一套基于CAN总线技术的建筑内部智能照明系统。系统中的照明灯根据两个条件来使照明灯的亮和灭。第一种条件是根据采集舍内光的强度，第二种条件是有无人在舍内的情况。在楼宇智能照明控制系统中主要使用了CAN总线技术、网络系统设计、红外遥控技术以及光敏传感器等。以此来完成本系统的设计。

关键词： CAN总线技术； 红外遥控技术； 光敏传感器

Intelligent building lighting control system design

Abstract

With the development of the society, the human building facilities have become more comfortable, safe and energy-saving.On the market as well as the existing in the development of intelligent lighting system is fully used, including electronics, communication and computer network technology application, through the use of buildings within the various lighting module, using the design of software system for organic lap up, in order to realize the effective management and control. Based on the above content, the author in view of the existing various kinds of traditional lighting system due to the wiring and trival, energy saving effect is not obvious, and so on and so forth, put forward technique based on CAN bus is designed and developed a set of intelligent lighting system inside the building. Lighting in the system according to two conditions to keep the lights on and off. The first condition is based on inner light intensity, the second condition is no one inside the house. In building intelligent lighting control system mainly USES the CAN bus technology, the network system design, infrared remote control technology and the photosensitive sensor, etc. In order to complete the design of this system.

Keywords: CAN bus technology; Infrared remote control technology ; Photosensitive sensor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.1.1 课题背景 1

1.1.2 课题意义 1

1.2 照明灯发展现状的分析 2

1.3 本课题主要任务及内容 2

第二章 系统需求分析与方案论证 4

2.1 智能楼宇照明灯系统原理 4

2.2 可行性分析 4

2.3 系统整体方案设计 5

第三章 智能楼宇照明灯系统硬件设计 6

3.1 硬件设计原理 6

3.2最小系统设计 6

3.3 传感器硬件设计 7

3.3.1基于 LM393P的光度测量模块设计 7

3.3.2 基于SBT4447的声控模块设计 8

3.3.3 基于DS1302的时钟芯片模块设计 9

3.4 输出响应电路硬件设计 9

3.4.1 基于LCD1602显示模块 9

第四章 智能楼宇照明灯系统的软件设计 11

4.1 软件及工具 11

4.2 系统软件框架 11

4.3 系统软件主程序及各模块子程序 12

4.3.1 软件主程序设计 12

4.3.2 光控传感器模块程序设计 12

4.3.3 声控传感器模块程序设计 14

4.3.4 时钟模块程序设计 15

第五章 调试及结果的分析 19

5.1 控制模块的组成 19

5.2 实验结果的分析 20

5.2.1 光控测量实验结果分析 20

5.3实现的功能 22

第六章 总结 23

6.1 总结 23

6.1.1 研究成果 23

6.1.2 系统问题与不足 23

6.2 展望 24

致 谢 25

附 录 27

第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 课题背景

依靠低科技手段过度开发不可再生的原始能源，一直这样持续了多少代，能源危机日趋严重，给环境也带来了很大的负面影响。开发新能源，利用环保能源在绝大多数国家都已经被提到工作日程上来。人们正在不断的探索着通过各种途径来解决能源问题，一代一代的新能源都在试验开发。根据官方数字统计：各个国家的照明用电量常年高居不下，对于削减照明领域的能源浪费，这样绿色智能节能照明方面的研究，越来越受到各方的重视。

随着二十一世纪的到来，给人类带来了科技的时代，各项科学技术方兴未艾。电脑技术的发展更是像雨后春笋，惠及千万家。对于我们平时口中所讲述的电脑，其实是指个人计算机。可以用来家用或者是办公。单片机的出现，使得电子设备走向智能化变成了可能，单片机在电子工业方面的应用如雨后春笋般迅速的得到广泛的应用，不仅仅适用于电子工业，包括机械工业，甚至是传统的低科技农业，在当今这个以科技为主题的时代，实现农业的智能化、自动化，都广泛的应用了单片机。单片机在整个设备中，起着有如人类大脑的作用，可以对整个设计系统起到控制、协调等方面的应用，其功能非常的强大。它所体现出来的价值不容小觑，对于这个时代的进步，时代的未来变化，都有着非凡的意义。在本课题的设计中之所以能实现智能化照明，完全离不开它的存在。通过对单片机的灵活运用，可以使得系统更加的多样化、快捷化、方便化。使系统的性能更加的稳定、可靠。

智能家居的迅猛发展已经变成一种必然的发展趋势。并且以稳健的步伐继续朝向科学的未来不断迈进。智能照明在智能家居方面不可或缺，在白天人们可以没有照明系统的帮助，借助太阳光照，可以完成很多与家庭相关的事情。但是太阳总有落山的时候，天气总有阴沉灰暗的时候，那么我们没有照明系统，仿佛又回到了低科技含量的古代。照明系统的不断发展，给人类的生活带来了无穷的变化。时代进入了21世纪，这个利用科技改变一切的时代，对于照明系统方面，也不甘示弱。将原有的低科技的楼宇加入科技含量，可以不断的提高我们的生活质量，给我们的日常生活带来方便，有了楼宇智能照明系统，我们不用再担心走不能及时开灯的楼梯道，减少一些意外事件的发生。对我们的身心都有很大的益处。也不用担心楼梯道的照明灯一直处于工作状态，浪费我们岌岌可危的能源，为我们绿色生态环境也能做出巨大的贡献。

1.1.2 课题意义

本系统是基于智能楼宇照明控制系统方面的设计。通过科技化、人性化、节能化三个方面有机结合来进行设计的。

科技的不断发展，推进了整个时代的脚步不断往前迈进。从新中国的成立，改革开放后国家经济水平不断提高，科技研发不断的进步，更多的惠民政策不断的出台，正对居民日常照明系统这方面的研究占得比重越来越大，生活在中国这个具有无穷潜力的发展中国家，可以切身的体会到这个国家的变化，大到国防科研小到居家生活，都在不断的飞速发展，老百姓能更加的感受到党给人民带来的好处，能够更加感受到在日常生活中的变化，单单提到居家照明系统这方面就变化的非常巨大。还记得小学时候我们一起抢蜡烛、挤在煤油灯下写作业么？还记得中学时候我们一起在发黄的钨丝灯下，揉着疲倦的眼睛，废寝忘食的做练习题么？还记得家里面第一个白纸灯管是什么时候装上的么？还记得那时候的心情么，我们现在的遥控关闭灯、我们的延时开关的开发，我们再也不用担心没有照明的夜，在漆黑的夜那智能的照明系统就是带领我们不断迈向光明的眼，领略大千世界的不断变化。针对楼宇智能照明系统这方面的研究，不仅仅是科技的进步，还能反映出这个国家对国民的生活水平的关心，更能体现一个政党、一个国家、一个民族对生活质量的不断追求。基于上述理由，我提出本此研究课题，意义可见非凡。

1.2 照明灯发展现状的分析

经过不断的努力，从蜡烛煤油灯的时代迈入到钨丝灯的世界，发展至今照明灯系列产品的照明功能技术已经趋向成熟，随着时代的发展，人民对于自己的生活质量的要求也越来越高了，原有的灯具以不在满足人们的需求，随着装饰行业的日益发展，风格的千变万化，越来越多的照明灯开始进行装饰化。在追求外表的同时，也在不断的改进照明技术。从以前的钨丝灯，白炽灯，到现在的节能灯、冷光源照明、LED智能照明灯。都在不断的发展。在灯饰具有照明功能和装饰效果的比较时候，灯具的装饰与灯具的照明性能，都是人们在选购时做注意的重要指标。20世纪90年代的时候已完全被业内和市场各行业所接受。在照明系统这方面的研究国外的发展水平我们目前无法匹敌。但是我国也在不断的朝着节能、环保、护眼、居家等各方面有机的向前不断的迈进着，基于延时开关、声控、红外线、远程遥控等各式各样的照明开发也在表现出我国在照明系统这方面研究的不断进步。

对于一些家用节能这方面的研究还不够充分，近期看到新闻报道，国外有“一升水的照明”研究，甚是值得赞扬。我们也应该跟得上先进的节奏，不断的向前迈进。

1.3 本课题主要任务及内容

本课题主要通过采用智能识别控制技术在居家、工作、学习节能环保照明等方面的研究应用；利用研究的技术通过对照明系统所处的环境状态，进行实时监测，科学的判断出最合适的照明指标，让使用者能够处于一个温馨、舒适、心情愉悦的照明环境中。

主要内容为：

1、通过详细的比较智能楼宇照明灯系统的实际应用研究及在设计阶段的内部原理。经过反复比较研究，最终正确的提出了合理化的设计方案。

2、详细介绍了智能楼宇照明灯系统内部的硬件设计结构，通过细致的分析了个每个功能模块的应用原理，正确的完成了系统内部硬件电路的有效设计。

3、进过硬件电路的正确设计，在硬件设计的基础上详细地介绍了系统的软件架构、所需开发工具及系统得以实现的各功能模块软件方面程序设计，最终正确的完成了整个系统的软件设计。

4、通过上面步骤的正确实施。在系统调试与集成方面，需要将各个模块进行集成联调，最终形成一个可用、好用、符合要求的完整系统。将以上主要内容各个击破，并且正确的有效的解决出现的问题，就能完成智能楼宇照明灯的设计。

第二章 系统需求分析与方案论证

2.1 智能楼宇照明灯系统原理

本研究是基于STC89C52RC单片机研究用来作为本系统的微控器，并且通过有效的结合整个系统的外围硬件电路的设计及各功能模块的有机设计，以此来成功的实现对智能楼宇照明灯的智能控制研究设计。

系统框架结构如2.1所示

图2.1 系统框架结构图

2.2 可行性分析

本次的研究课题主要是基于单片机为研究系统的主要控制核心，通过结合相关外围电路的设计来实现设计目标功能的合理化。在本此研究系统中所采用的是STC12系列单片机，这类产片是由STC生产的单时钟/机器周期类的单片机，系统所采用的单片机是具有速度快、功耗低、超强的抗干扰力等相关方面的优点，是新一代增强型的51类单片机。此次所采用的单片机需要运用的指令代码，是完全兼容以往的51单片机，并且它的处理速度却比传统的单片机快到8—10倍左右。其内部集成了设计专用的复位电路模块、两路PWM模块、8路高速10位A/D转换等模块，因此在设计应用的时候，可以有效的发挥其性能优、效果好等方面的特点，完全适用于于在本此研究课题设计过程，并且能圆满的完成设计初期所提出的各项指标。

对于照明系统所处的环境监测功能的实现。本此研究课题主要是通过对需要检测的环境中的光照量、声音分贝量等指标，它们都是非常常见物理量。本次系统中所使用的测量手段与试验监测工具都是具有权威性，都是非常成熟的。

笔者在大学期间也曾自己根据爱好，研究过几个基于单片机方面的小设计，在不断的探索中，自己储存了许多与本次课题有关的知识。

综上所述，笔者可以得出结论：本次需要研究的课题是可以实行的。

2.3 系统整体方案设计

本此研究基于单片机的智能照明系统设计，课题应用以通过整体的架构设计，到各个目标、各个模块的详细研究，各个击破方法，逐步的实现本次课题的研究。通过整体系统架构的初步设计，接着便是硬件电路的设计，然后是软件程序的设计，再通过实验反复的测试与调整，最后成功的将理论化成现实，设计出成果出来。

完成设计课题的主要实施步骤：

（1）总体分析：对整个系统有大的方向的了解，通过图书馆查阅书籍、网上浏览资料对整个自己要设计的课题有部分清晰的设计思路，对于整个方案里面不是很明白的地方，和部分功能模块的可行性存在模糊，通过小组的成员间的讨论，通过想老师询问，接受指导老师的明确指点，弄清整个系统的设计思路，大的设计框架。给出这个系统的规划蓝图。

（2）细节敲定：通过上面步骤，已经制定好的，不会更改的设计蓝图，在磨合一些小的细节问题，通过分模块进行详细研究，注意排查，找出问题的所在，及时修改，调整。确定好整个系统中所需要的硬件、软件开发工具。

（3）硬件设计：通过上述步骤中所确定好的硬件元件，正确购买。通过硬件电路的正确设计，将购买的元件进行焊接拼装。

（4）软件设计：根据规划设计的蓝图，通过细节敲定后的设计原理，进行对软件方面设计，将设计好的软件程序，进行模拟仿真，无误后通过下载器烧写到已经焊接拼装好的系统硬件电路里面。

（5）系统测试：通过上述步骤的有效实施，已经完成了系统的硬件电路与软件电路的有效设计，之后通过测试实验平台，正确的对系统进行反复的测试调整，通过设计不同障碍，通过不同的问题，进行调试，并且对出现的问题加以调整，通过详细的检测与调试，让系统的兼容性、可靠性、正确行、稳定行得到有效的保障。

第三章 智能楼宇照明灯系统硬件设计

3.1 硬件设计原理

本次课题需要设计的系统，硬件部分采用STC89C52RC单片机为主要控制核心、各个功能模块主要分为：光敏电阻模块、声控传感器模块、故障检测模块、时钟芯片模块、包括继电器的相关控制模块，以此来完成整个系统的硬件电路的有效设计，通过系统的硬件有效设计，得出系统硬件电路的框架。

楼宇智能照明系统的硬件设计框架如3.1所示：

图 3.1 系统硬件设计框架图

3.2最小系统设计

本次研究课题是基于单片机为主控制核心来实现的，单片机的最小系统在本次系统的是过程中，也得到充分的、有效的、合理的应用，利用单片机的最小系统，有效的发挥了单片机控制主要核心的功能应用，通过对单片机最小系统的正确设计，将其与课题研究的系统的硬件其余功能模块，有机的结合起来，便可以实现系统所需要实现的各个功能。

本次研究系统中所运用到单片机最小系统的硬件电路如3.2所示。

图 3.2 单片机最小系统电路图

3.3 传感器硬件设计

本次研究课题主要是利用单片机控制各个监测模块来实现这个照明系统的智能控制。通过光敏电阻与声控模块完成系统一个照明功能、通过时钟芯片的定时，划定照明设备在控制规定时间的亮灭、通过监测模块与时钟芯片的结合有效的完成节能照明的设计。通过故障排查模块的有效设计，实现对系统故障问题的有效解决，保障系统的稳定性、可靠性、正确性，有效的完成整个课题所需要研究的各项指标。

3.3.1基于 LM393P的光度测量模块设计

在本次系统中所采用的光照度传感器，是基于LM393P型的数字照明度传感器，此类光照度传感器的光谱灵敏度几乎接近于人眼所能感应的灵敏程度，是一种光照度数字传感器。在该产品设计的时候，由于这类传感器其内部集成了基于I2C总线接口以及16位AD转换电路，因此其在工作的时候性能更优，功能更强大。而且在本系统中所采用的LM393P型的数字照明度传感器，避免误差的敏感性非常低，只为10%。这样的效果已经非常好，已经完全满足本系统的需要，因此选用它。

LM393P的应用电路如下图3.3所示。

图 3.3 LM393P的应用电路

3.3.2 基于SBT4447的声控模块设计

在本系统的设计过程中，所涉及到的声控原理，其实是利用了一种声控元件，这种声控元件发出的声音是由于震动而产生的，当产生的声波在空气环境中进行传播时，当声音遇到固体时会在固体上传播，并且传播的速度更快。通过其基本原理进行分析判断，进而利用这原理进行本系统的设计，使得在系统的设计过程中使用起来非常的方便。再通过对于硬件电路和芯片设计出的延时电路，在正常情况下都可以使其在有声音的情况下的接通电路并稳定的保持一段时间。

在使用过程中，当足够的信号传入的声音，语音部分的硬件电路将接收的声音信号立即转化为电信号处理，通过使用三极管①模块电路将接收到的信号进行放大，使的接收的信号的大小能够触发三极管。②电路的第一级和第二级之间通过使用电阻和电容元件的相互连接，因此又被称为阻容耦合放大电路。下面简单介绍下阻容耦合的相关有点，分别是：由于电路是通过电容相连，所以不会实现联通的，使得每一级的静态工作点都是处于相互独立的状态，以至于前后互相不存在影响，通过这样的设计就会给分析、设计和调试在一定的程度上，带来很大的方便。而且只要耦合电容选择的容值的足够大，既可以充分的发挥其在本系统设计中所应起到的作用。

SBT4447传感器的硬件电路如3.4所示。

图3.4 SBT4447传感器的硬件电路

3.3.3 基于DS1302的时钟芯片模块设计

用于在系统时钟模块DS1302时钟芯片的设计。在设计过程中所采用三线接口与CPU进行同步通信，遵循标准的I2C协议。处理过的芯片DS1302功能更加强大，性能更优。[9]

对系统中时钟模块的设计是采用DS1302时钟芯片，在DS1302时钟芯片的引脚排列中,有后备电源和主电源。当主要电源系统关闭，DS1302的持续操作可保持时钟。业绩的强，很难想象。DS1302芯片是一个电压，对时钟芯片正常工作进行持续供电的。但是当Vcc2电压小于Vcc1电压的情况出现时，那么DS1302芯片工作时，便由Vcc1电压进行供电。

DS1302的电路如3.5所示。

图3.5 DS1302电路图

3.4 输出响应电路硬件设计

本次研究课题在输出响应部分也是非常重要的一部分，针对这部分，笔者将他们详细的进行划分，做出系统的输出响应部分硬件电路介绍，该部分主要包括：LCD液晶显示模块、LED驱动模块、光敏电阻模块、声控传感器模块。

3.4.1 基于LCD1602显示模块

本模块是整个系统的唯有显示模块，系统中所涉及到的，所有需要现实的内容都要用到此模块来进行显示。

这种液晶是一种专门在硬件设计时候，用来显示字母、数字、符号等信息的点阵型液晶模块。和每一个角色都会存在的位置间隔之间的间距。这是一个方便的角色设计和显示，每行之间也会有这样的时间，所以在实现显示功能的时候，可以达到非常好的显示效果，可以达到系统设计初期所欲想实现的效果。

LCD1602显示模块各管脚功能如表3.1。

表3.1LCD1602各管脚功能

LCD 1602的应用电路如3.6所示。

图3.6 LCD1602的应用电路

第四章 智能楼宇照明灯系统的软件设计

4.1 软件及工具

本系统设计过程中所选用的是C语言，是一种现在行业普片使用的现在计算机软件、程序开发行业内，C语言是一种主要通过调用函数的形式供软件开发设计人员使用,在进行设计编程的时候，程序设计者会发现在软件开发使用C语言编程的过程中，对软件编辑方面所需的一些函数的调用，对软件代码编辑的操作是非常的高效。笔者在使用该程序语言，设计整个系统的软件部分时候，得心应手。

本课题基于以Keil C51软件作为此次系统的软件开发工具，供开发人员使用，操作界面清新，给使用的编程人员有非常人性化的感受，操作非常的方便、功能也非常的强大。另外此软件非常重要的一点，就是在编程设计的过程中，只要进行编译查看，就会后生成与C语言相对应的汇编代码，通过这样亲手操作一下，然后就能感知到，该软件平台的好处。这种功能给设计人员带来很大的方面，亲手操作一下，就能更加体会到这软件的强大功能以及独特的优势。在软件的设计过程中，节约了许多宝贵的时间。而且这个软件的熟练应用也是很关键。笔者在整个毕设的过程中对于软件部分都使用了该软件开发平台。

4.2 系统软件框架

本课题是基于单片机的楼宇智能照明系统，在学习、工作、生活等各方面对于照明系统这块都进行了智能化的设计。

笔者在进行本系统的软件设计时候，先对整个系统软件部分进行框架设计，主要分为：主控制器模块、初始化模块、光敏电阻模块、声控模块、故障检测模块、定时显示模块、智能显示模块、节能模块、键盘模块等得以使得真个系统发挥预想效果的各个模块设计。

本系统在设计过程中，对实时性有一定要求，所以在系统软件的设计过程中，主要讲控制部分分为：常态环境的控制和实时控制两个部分。

软件框架如4.1所示。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：19624字