片区照明管理网络化系统设计 (毕业设计37页、16889字)

摘要：本课题主要解决学校用电管理中十分浪费的现象，通过智能化网络化管理实现节电目标。通过对单片机通讯技术及其应用的研究，对智能照明系统进行了设计。本设计所提出的照明控制系统是由一个主控节点、多个分控节点以及更多的单元节点组成的三层两级网络。上位机通过接口电路与AT89S52单片机相连，采用VB编程，通过串口与栋层单片机进行通信控制。本文主要介绍如何用全双工串行接口构建一个满足照明控制要求的PC机与单片机串行通信系统，重点阐述了利用MSComm通信控件及C51语言实现通讯控制的方法, 并给出了相关硬件原理图、程序流程图及部分源代码。本文完成了通信串口的扩展和PC机与单片机串行通信的设计, 实现了房间层和栋层间的通信。

关键词：智能控制；智能化；串口通讯

Design of District Illumination Network

Abstract: This design is focused on solving the problem to reduce the waste of electric power within the universities, an optimal program to realize the reduction of electricity, by means of intelligent management, is proposed. By the study of MCU communication technology, a design program on the controlling system of illumination is given. The lighting controlling system designed here is composed of one main net and several subnets and other isolated nets. One host is PC that is connected with AT89S51 MCU by interface circuit, and its software is programmed with VB6.0, the host exchanged information with MCU by serial communication interface. A serial communication system which meets light control demands, by means of dual feed serial channel of PC and MCU is recommend how to build up. The way of controlling the communication by using the MSComm communication control and C51 programming language is explained. Expansion for serial port and the serial communication design for PC and MCU have been accomplished in this design. Communication between room and building has been accomplished.

Keywords: Intelligent Controlling, intelligence realization, serial communication

目    录
第1章 前  言 1
1.1 课题的提出 1
1.2 照明片区网络化的目的意义 1
1.3 照明片区网络化的国内外现状 1
1.4 高等学校用电管理状况 2
1.5 本设计主要完成的工作 2
第2章 片区照明控制总体方案设计 4
2.1 网络和智能照明控制系统规划 4
2.2 照明智能控制器完成的功能 5
2.3 栋层单片机完成的功能 5
2.4 上位PC机完成的功能 5
2.5 两级通信网络的实现 5
2.6 小结 6
第3章 片区照明网络化硬件的设计与实现 7
3.1 方案选择 7
3.2 器件的选定 7
3.3 房间层节点的硬件总体构成 7
3.3.1 信息采集部分 8
3.3.2 执行部分 8
3.3.3 通信部分 8
3.4 栋层节点的硬件总体构成 8
3.5 人机交互部分 9
3.5.1 键盘模块 9
3.5.2 LCD显示模块 10
3.5.3 房间层信息的存储 10
3.6 层间信息的传送方式 11
3.7  PC机与单片机的串口通讯硬件设计 11
3.7.1 系统硬件设计 11
3.7.2 电平转换 12
3.8 单片机串行通信接口的扩展 13
3.8.1 串行通信接口原理 14
3.8.2 通讯接口的扩展方法 14
第4章 照明片区网络化软件功能的设计与实现 17
4.1 房间层信息的采集 17
4.1.1 重发机制的实现 17
4.1.2 单个房间层节点的状态规定 17
4.1.3 栋层对房间层地址的读写 18
4.1.4 栋层对房间层信息的读写 18
4.2 PC机串行通信设计 18
4.2.1 PC机串行通信的原理 18
4.2.2 通信机制及结构 19
4.3 AT89S52单片机串行通信 19
4.3.1 串行口工作方式 19
4.3.2 方式1的应用介绍 20
4.4 PC机与单片机间的通讯 20
4.4.1  基于VB6.0的PC机通信程序设计 21
4.4.2  MSComm控件介绍 21
4.4.3  上位PC机通讯程序设计 22
4.4.4  AT89S52单片机通信程序设计 24
第5章 系统调试 27
5.1 调试过程 27
5.2 调试结果 29
结  论 30
致  谢 31
参考文献 32
 
第1章 前  言
1.1 课题的提出
随着电力能源需求缺口越来越大，照明浪费成为一个十分突出的问题，所以实现照明灯具控制的自动化和智能化，做到依照自然光的强度以及室内人员的数目决定开灯的数目，就成为节约电力资源的一个很好途径。而多个智能节点间的协调必然要求以一个网络的形式实现[1]。随着计算机技术的发展，实现照明的网络化和照明的远程控制成为可能。
1.2 照明片区网络化的目的意义
从2006年6月起，全国电力需求快速增长，一些地区陆续拉闸限电，在去年夏季高峰时期，全国先后有21个省份出现拉闸限电现象。去年许多省市高温不退，空调使用和企业生产导致不少地区用电负荷成倍增长。许多城市对路灯、景观灯也采取了关闭限时等措施，以保证正常的生产生活的用电。我国存在着严重的电力浪费问题，无用的照明浪费在其中占有了很大的比重，单以我校的教室照明举例来说，灯光的开关安装在教室门旁，学生进入教室习惯性的将教室灯全部的开启，而且在离开时也没有人走灯灭的习惯，管理人员到一定的时间才对教室里的灯具进行管理，这样既浪费电力资源，也不利于管理。如果对片区中每个房间都安装一个照明控制器，由其独立的对本房间内的灯具开关做出控制，做到本房间智能控制器相对于一定人数开启最少的灯具，这是可以解决一部分电力资源浪费问题，但这样并不能最大限度上减小总体的电力资源浪费。为了实现电力资源浪费的最小化，必须使得各个房间照明控制器协调工作。而照明控制器的协调工作肯定是建立在网络上的，通过网络的协调管理，做到每个房间开启最少的灯具，片区内有最少数量的房间开灯。
1.3 照明片区网络化的国内外现状
专家预言，在不久的将来，智能照明将取代普通照明，成为照明行业的新锐主流产品。照明产品，将要进入到“遥控时代”。业内人士分析，智能照明进入快速成长期，需要几年时间，大概到2008年左右，智能照明的市场容量将突破100亿元大关。今年2月份，在奥运科技前景论坛上，智能照明被提上议程，国家建设部要求2010年在全国大中城市中，60%的住宅实现智能化。上海市有关部门决定，今年夏季用电高峰时，市中心主要景观道路上的路灯要安装节能的智能照明系统。种种迹象表明，智能照明市场前景将更加乐观。远程控制成了遥控时代的重要标志。据悉，虽然智能照明技术具有相当的复杂性，但国内技术水平达到实用水平的企业为数不多。国外从事智能照明的专业公司，如美国的路创、澳大利亚的邦奇以及索恩、ABB等公司也在很早以前就完成了技术上的突破[2]。据悉，国际知名的半导体制造商ST半导体正准备推出灯光控制专用的、结合无线射频功能的控制芯片采用无线网络技术的智能灯光控制系统产品最近也相继出现在消费者面前。德国迈戈公司推出的MCO智能情景照明控制系统近日进入我国市场。其产品的智能化特点主要表现在以下几方面：实现了根据场景对组合灯光进行调节和控制的功能；实现了个性化设计：可以设定“看电视”、“会客”、“晚餐”、“离家”等灯光情景[3]，开关方式可选择电脑、遥控器、轻触式按键开关、红外线自动感应开关等方式对照明情景进行一对一、一对多、多对一的灵活控制：具有系统灯具的无级亮度调节和自动延时功能，停电状态的记忆功能和开关状态的锁定功能，使系统使用更加安全可靠。
1.4 高等学校用电管理状况
目前，高校照明用电的管理基本是处于一种粗放式的管理状态。其管理一般是无专人管理，由学生自行控制开启，再有值日人员在中午、下午和晚自习后关闭开关，根据作息时间开启和关闭整个教学楼的照明电源。是有专人负责，即按照天气情况分楼分层送电。对教学楼照明管理的要求是在充分保证教室的照度的前提下，尽可能地节约电能，但是这些都不同程度上存在着缺欠，造成电能的浪费。第一种模式的特点是可以灵活地满足楼层和超想的照度要求，不限和控制简单，是常用的一种方式，但也是最为浪费电。人眼在强光下对弱光不敏感，在自然光照大于灯具光照的情况下，难以察觉到灯光，灯白天长明等而造成更大的浪费。据不完全统计，百分之八十的教学楼存在着白天光照良好的情况下，教室灯依然点亮，一个教室的长明灯看起来耗能不大，但从整个学校来说，却是惊人，以西南科技大学为例，电能浪费量就十分严重，由此可见高校教学楼照明的管理改革势在必行，也为我们提出了紧迫的课题。
1.5 本设计主要完成的工作
本设计中主要完成了以下几项工作：
1、栋层单片机接收各个照明控制器所采集的房间光强信息和人员信息传送给上位PC机，接收上位PC机根据前述获得的信息所做出的决策并传送给相应的照明智能控制器。
2、实现了单片机通信串口的扩展。
3、完成了单片机与PC机接口电路的设计，并且实现了单片机与PC机之间串行通讯，通过VB6.0编写出PC机上可视化的通讯界面。