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第二章 基于单片机的照明控制系统的设计框架与性能
2．1 系统设计要点
系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。
在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。
2．2 系统的结构
系统的结构主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过有线、无线通信方式与分控制器进行信息交换，达到控制照明灯具的目的。有线通信系统的结构框图如图2.1所示。
该多机通信系统采用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，从机主要负责对分布的照明灯具进行控制，用中断的方式接收主机发来的命令或数据并做出回应。
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主控制器RS485接口RS485总线RS485接口分控制器RS485接口分控制器RS485接口分控制器
图2.1 有线通信系统结构框图
无线数据传输系统也是由主控制器和分控制器两部分组成，系统结构框图如图2.2所示。主控制器是发送遥控指令、发送数据信息、接收应答信息等，分控制器接收数据与遥控指令，完成对照明灯具的控制。
主控制器无线数传模块分控制器无线数传模块无线数传模块分控制器 图2.2 无线数传系统结构框图
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发送给分控制器，同时将信息送给数码显示单元进行显示，并有看门狗电路对运行程序进行有效监视。主控制器硬 件电路结构如图2.3所示。分控制器接收主控制器的发来的数据和命令，通过可控硅电路对照明灯具进行开关、亮度控制，并且利用实时时钟芯片对照明灯具进行定时开关控制。分控制器硬件电路结构如图2.4所示。
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电源数码显示及驱动电路键盘89C51晶振通信接口电路看门狗
图2.3 主控制器硬件电路结构框图
电源时钟电路看门狗89C2051晶振零点检测电路可控硅控制电路
图2.4 分控制器硬件电路结构框图
系统在单片机的控制之下完成数据的通信、显示，同时能够控制照明灯具，其硬件电路只是系统的实施工具，大量的工作是由软件来完成的。这些程序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是维护系统正常工作的工具。
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2．3 系统性能指标及技术要求
（1） 照明启停控制系统 ① 全开 ② 全关 ③ 单独开 ④ 单独关 （2） 照明亮度控制系统 ① 全部亮度调节 ② 单独亮度调节 （3） 定时控制系统
① 对全部照明灯进行定时控制
② 对每个照明灯进行定时控制
2．4 本章小结
本章主要从系统设计要点、系统的结构、系统性能指标及技术要求三方面对所研究的照 明控制系统的设计框架和性能进行了阐述，该系统由一个主控制器与若干个分控制器组成， 系统的设计首先要从硬件方面着手，在绘制出正确的电路图后，再按功能要求编制出相应的软件程序，最终要达到所要求的性能指标。
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