智能照明系統電路模塊設計

　　電源電路設計

　　本系統主要采用＋-12V電源和+5V電源，電路圖如圖所示：

　　主控制電路設計

　　AT89S51的RST引腳為復位引腳，只要在RST引腳上出現兩個機器周期以上的高電平，即可實現復位。本設計采用的是按鍵復位，如圖3-2所示，當按下按鍵后，電容被短路，RST引腳就處于高電平，就可以達到復位的目的。

　　圖3-2 復位電路

　　AT89S51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內部振蕩方式和外部振蕩方式。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩定。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如下圖3-3所示。圖中，兩個電容起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在20-30pF。晶振頻率的典型值為6MHz或12MHz，設計中電容取30pF，晶振為12MHz。

　　圖3-3 晶振電路

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　　本設計中單片機的各管腳的控制功能闡述如下：1、P0口是一組雙向I/O端口，它分時提供低8位地址和8位雙向數據。在設計中P0.0～P0.7接上發光二極管后與八個上拉電阻相連，用于模擬照度補償。2、P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。本設計中P1口與兩個LED數碼管相接，構成光照度顯示部分。

　　圖3-4 主控制電路

　　3、P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。設計中，P2.2-P2.4用于外接A/D轉換芯片，P2.0和P2.1用于三極管的驅動，P2.5用于采用PWM方式調光，P2.6和P2.7用于實現手動與自動切換及手動調光功能。

　　4、P3口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。在整個系統中，這8個引腳 還具有專門的第二功能。本設計中用到P3.0和P3.1作為串口輸出，RXD與TXD與電平轉換芯片MAX232相連，信號經過電平轉換后在PC機連接，通過光照度監控系統對光照度進行計算機監控。具體見上圖3-4所示

　　數據采集及處理電路

　　本設計中選擇光敏二極管作為光照檢測元件，具體電路如圖3-5所示：

　　顯示電路設計

　　本設計采用LED動態顯示方式，使用兩個LED數碼管進行顯示，數碼管是共陽極接法，分別顯示個位和十位數據。a～h分別與P1口的八根I/O線相連，低電平有效，形成段選線多路復用，它們的公共端則由PNP型三極管8550控制。如果8550導通，則相應的數碼管就可以亮，而如果8550截止，則對應的數碼管就不能亮，8550是由P2.0，P2.1控制的，這樣我們就可以通過控制P2.0、P2.1達到控制某個數碼管亮或滅的目的。此外三極管還具有驅動作用，能夠使數碼管亮度加強。如圖3-9所示。

　　照度補償電路設計

　　通過數碼管顯示的電壓值，能夠反應出光照度的大小，因而就可以根據數碼管的顯示來進行照度補償。本設計中利用8個發光二極管作為照度補償的演示，通過制作表格，建立起電壓值和發光二極管點亮的個數兩者之間的關系，如下表3.2所示：

　　調光電路

　　本設計中采用PWM方式進行燈光調節，主要采用軟件來實現。調光分智能調光和手動調光，通過P2.6和P2.7端口來控制。

　　串行接口電路設計

　　為了使設計的電路更加智能化，能夠與當今社會接軌，能夠使人們隨時地對光照度進行監控，本設計還設置了單片機與PC機的串行通信接口電路，為今后的網絡化控制預留了空間。設計中采用單片機作為下位機，PC機作為上位機，利用MAX232作為電平轉換來進行串行通訊。 MAX232是MAXIM公司生產的低功耗、單電源雙RS232發送/接收器，MAX232芯片內部含有一個電容性電壓發生器，可把輸入的+ 5V 電源變換成為RS232所需的±10V 電壓，所以采用此芯片接口的串行通訊系統只要單一的+ 5V 電源即可。該芯片取用了16引腳的雙列直插式封裝。

　　圖3-14 串行接口電路

　　硬件設計過程中控制器是系統的核心部分，它能夠控制系統的信號的采集及處理功能，它的性能的好壞決定著系統設計的成敗與否，因此，必須對主控制器從功能和應用性能進行選擇。可選用控制器主要有可編程控制器（PLC）、單片機兩類，它們各有自己的有缺點。

　　可編程控制器（PLC）是專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入、輸出控制各種類型的機械或生產過程。它的主要功能是邏輯控制、定時控制、計數控制、步進控制、PID控制、數據控制、通信和聯網等。因此它的抗干擾能力強，工作可靠，但其無法讀取外部存儲器的數據。而本文智能照明控制系統要實現對照明的人性化管理，也就是根據人的控制輸入出現相應的照明場景和自動執行相應控制輸出相結合，具備很大的靈活性。方便修改相應的場景參數，易于功能擴展，還可以與PC機以及與其它單片機進行通信。