基于单片机智能照明控制系统设计

李瑞福

【摘要】 本系统设计了针对楼宇的智能照明控制系统，该照明控制系统的主控制器、分控制器分别采用AT89C51和AT89C2051单片机实现控制，实现了有线通信、无线数传、控制及显示等功能，通过现场总线RS485通信方式实现照明灯具的智能控制，使光源具备自动调节功能。本系统在节约能源、延长照明灯具寿命、改善工作环境、创造良好环境气氛、提高人民生活水平等方面起到了重要的作用。

【关键词】 主控制器 分控制器 单片机 照明灯具 智能控制

一、系统硬件设计

1.1系统结构

该通信系统采用RS-485半双工主从式通信系统，主机可以发送数据或命令到从机，从机主要任务是控制分布的照明灯具，通过中断方式接收主机发来的命令或数据并及时响应。系统的主控制器通过RS-485总线或无线数传模块将数据或命令传送给分控制器，同时将信息送给数码显示单元显示，并通过看门狗电路对运行程序实施有效监视。分控制器接收主控制器发来的数据和命令，通过双向晶闸管电路对照明灯具进行开与关及亮度的控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。系统在单片机控制之下完成数据通信、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路还必须配以相应的程序才能实现控制功能，程序是使硬件电路实现各种智能控制及与用户交互的桥梁。

1.2 主控制器的电路设计

1、键盘接口设计。系统采用4×4矩阵式键盘，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键码。矩阵键盘的列线从左到右分别与单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相连，矩阵键盘的行线从上到下分别与P1.4、P1.5、P1.6、P1.7相连。当按下一键时，对应的行线与列线就会连通，单片机就能检测信号，通过键盘扫描程序对键盘进行扫描，以识别被按键的行、列位置。2、LED数码显示接口设计。数码显示与驱动电路由74LS138译码器、7447 TTL BCD-7段高有效译码器/驱动器、4个数码管以及5个A1015三极管组成。由单片机的P0.0～P0.3输出的四位BCD码，经7447芯片后，翻译成7段数码管a、b、c、d、e、f、g相应的段，并输出点亮数码管相应的段。单片机的P0.4、P0.5输出的信号经74LS138译码器后产生的高电平信号，加在A1015三极管的基极，控制三极管导通，起到对相应数码管选通作用。3、看门狗监控电路的设计。本系统采用MAXIM公司的监控芯片MAX813L构成硬件狗， MR与WDO经过一个二极管连接起来，WDI接单片机的P2.7，RESET接单片机的复位输入脚RESET，MR经过一个复位按钮接地。

1.3 分控制器电路设计

分控制器采用AT89C2051单片机作为微处理器，分控制器系统外围接口电路由晶振、实时时钟芯片、晶闸管控制电路、零点检测电路、看门狗电路、通信接口电路等组成。

1.4 RS485通信电路的设计

本系统的有线通信方式采用RS485总线进行通信，RS485标准支持半双工通信，只需三根线就可以进行数据的发送和接收，同时具有抑制共模干扰的能力，接收灵敏度可达±200mV，大大提高了通信距离，在100K bps速率下通信距离可达1200m，如果通信距离缩短，最大速率可达10M bps。在这里使用的是主从式通信方式，主机由主控制器充当，从机为分控制器。主机处于主导和支配地位，主机发送的信息可以传送到所有的从机或指定的从机，从机发送的信息只能为主机接收，从机之间不能直接通信。

1.5无线数传电路设计

主控制器与分控制器各使用一个无线数传模块，形成发送与接收的无线通信通道。模块的数据输入和输出端与单片机的串行口连接，即模块的串行数据发射端TXD与单片机的串行数据输入端RXD连接；模块的串行数据接收端RXD与单片机的串行数据输出端TXD连接。

二、系统软件设计

本设计采用主从通信方式，主机即主控制器处于主导和支配地位，从机即分控制器一般以中断方式来接收和发送数据。在主从式多机系统中，主机发送的信息传送到所有的从机，控制照明灯的启停。主机采用AT89C51单片机，从机采用AT89C2051单片机。单片机的数据通信由串口完成，定时器T1设为工作方式2，串口设为工作方式3。

三、结论

本文所设计的照明控制系统，主控制器、分控制器分别采用AT89C51和AT89C2051单片机，实现了有线通信、无线数传、控制与显示等功能。系统的结构主要有三部分（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。通过RS-485主从式通信系统，实现数据的远程传输及上位机对教室照明状态的控制，由主控制器发出命令到各个分控制器，实现照明灯开启、关闭、灯光亮度调节、定时控制等功能。

参 考 文 献

[1] GB50034—2004，建筑智能照明设计标准. 建筑工业出版社，2004

[2] 陈永胜.智能照明控制产品的选型比较.建筑电气.2002