xx 建筑职业技术学院建筑职业技术学院毕 业 设 计 论 文论文题目 毕业设计智能灯控系统的设计与实现 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 1毕业设计选题管理系统摘要摘要摘要本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。该系统以 AT89C52 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。系统还具有多种报警功能;同时还采用了软/硬件的“看门狗”技术等抗干扰措施。单片机软件采用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便，可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词关键词: :人体；红外线；传感器；自动控制；热释电2Graduation design management system AbstractAbstractCurrently light intelligent control systems are not efficiently used in the classroom. In order to improve the system, based on control and current methods of how to keep control，developing intelligent classroom light control system and developed the hardware and software system.#￥%！而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来，这样就造成不必要的电能*浪费和经济损失。就我校为例，初步统计大小教室大约安装了共有 5400 盏灯，以每天仅亮灯 8 小时来计算，一年中扣除假期后，教室灯的耗电量约为 52.25 万度，学校在教室用电的经费上就得支出约为 30.46 万元人民币。而以每天浪费 2 小时用电来计算，一年大约要浪费 13.06 万度的电量，占教室照明用电经费的四分之一。我省各类大中专院校及其中小学总共有 600 百多所，若都象我校一样每年浪费 13.06万度电的话，我省就会浪费近 7900 万度的电。导致电能的极大浪费。再者，每所院校不断的扩招，教室不断的扩建，若再没有改进教室的用电管理设备，那么用电负荷可想而知，浪费的电能就更、凉人了。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯关自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。1.31.3 本课题研究的内容和目标本课题研究的内容和目标1.3.11.3.1 研究内容研究内容本课题的研究内容有如下几点:(1)了解教室照明光强的标准；(2)调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系；(3)研究人体存在探测技术，探测角度与范围；(4)研究传感器教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器等；(5)研究确定人体传感器的有关参数；(6)研究灯光控制器电源问题； (7)研究控制器参数值设定的要求及方案；(8)研究人工设置参数、掉电保存参数的问题；(9)研究与现有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盗、被仿制，易于维护、维8修等控制技术；(10)研究报警等附加功能问题1.3.21.3.2 研究目标研究目标研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率;实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本;通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。1.41.4 本课题拟解决的关键问题本课题拟解决的关键问题本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题:(1)照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题；(2)传感器与教室灯配合安装的问题；(3)环境光参数输入采集问题；(4)人存在传感器参数输入采集问题；(5)开、关灯的自动与手动兼容措施；2.2.教室灯光控制器简介及控制方案的分析教室灯光控制器简介及控制方案的分析2.12.1 教室灯光控制器简介教室灯光控制器简介教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯，环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。2.22.2 系统控制方案的分析系统控制方案的分析所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可9以实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，夜晚超过 12 点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用机械开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制。3.3.系统控制模块的硬件设计系统控制模块的硬件设计考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器、光敏三极管等经常会因环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。3.13.1 控制模块的硬件构成控制模块的硬件构成系统控制单元是以单片主控模块为核心，其它外围电路主要包括:ISP 4机下载线模块、系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、灯光驱动模块、数码管驱动显示模块、环境光模块、EEPROM 存储模块、人体存在传感器模块、超时报警模块，其结构框图如图 3-1 所示：51 系统模块ISP 下载线模 块看门狗模块硬件时钟模块数码管显示模块灯光驱动模块环境光模块EEEPROM 存储器 模块电源模块人体存在传感器模块103.23.2 控制系统的主要硬件电路控制系统的主要硬件电路3.2.13.2.1 系统主控电路系统主控电路本系统的主控模块主要采用 Atmel 公司的 AT89C52 作为主控芯片，它是一种低功耗，8 位 CMOS 工艺处理器，具有 8K 在线可编程 Flash 存储器，片内的Flash 可多次编程，为在线编程提供了方便。片内有 128 字节的 RAM, 4KB 的EEPROM，由于合理的安排使用片内 RAM 空间，所以没有扩展的片外 RAM，使电路结构简捷。因为设备的设置参数是根据实际需要进行更改的，又要求是断电能够保存下来，所以本设备用一片 EEPR0M 来存储系统的设置参数。AT89S52I/0端口与系统其它外围器件接口的分配情况表如表 3-1 所示。89552 引脚外围器件引脚说明P0.0-P0.7ULN2803数码管段码驱动接口P2.0-P2.7NPN-9012 基极数码管位控驱动接口P1.0X5045SIX5045 串行输入端Pl.1X5045SCKX5045 串行时钟端P1.2X5045CSX5045 片选端P1.3X5045S0X5045 串行输出端P1.4系统工作灯显示端口P1.5DS1302CLKDS1302 时钟线P1.6DS1302I0DS1302 数据线P1.7DS1302RSTDS1302 复位线P1.5 一 P1.7工 SP 在线编程端P3.0 一 P3.1数据采集输入端P3.2遥控器接收信号端P3.3人体存在传感器输出信号端图 3-1 系统控制单元结构框图11表 3-1 外围器件接口的分配3.2.23.2.2 在线编程模块电路在线编程模块电路以往单片机的实验往往依赖于仿真机和单片机学习系统，价格昂贵，近年来，随着 FLASH 型单片机的广泛应用，采用软件模拟结合写片验证成为一种经济实用的实验方法，尤其是随着单片机技术的发展，很多单片机都具有了 ISP功能，不再需要仿真机，将单片机的易用性推向一个新的高度。AT89C52 芯片就是这样的芯片。AT89C52 芯片支持在线编程(ISP)功能，用户可以通过 AT89C52 在线编程接口直接对电路板上的 CPU 进行在线编程，方便了程序的修改烧写工作。ISP 进行在线编程时，用 AT89C52 芯片的 P1.5，P1.6，P1.7 引脚及 RST 端口，通过PC 并口，根据工 SP 协议制作简单的编程器就可对 CPU 进行编程。在线编程(ISP)器的红色 LED 是电源指示灯，绿色 LED 是复位指示灯，黄色 LED 是时钟信号指示灯，每个 LED 约消耗 0.6mA 的电流，它们使用独立的缓冲器不会影响下载线和用户板，当执行菜单命令 Reset 时可以看到绿色 LED 闪一下，表示电脑已经可以控制下载线;其下载线正常工作电压为 DC3.6-6V，部分电脑即使不连接 VCC 也可以正常工作，10 心的插头和插座有三角形标志的均为第一脚。使用方便、快捷，且工作显示信号清晰。3.2.33.2.3 系统供电电路系统供电电路要取得+5V 电压，若选用 12V 的变压器，整流滤波后输出往往大于 12V，会使稳压器功耗大，自身温度较高。故不选用输出电压为 12V 的变压器，而选用输出电压为 9V 的变压器。系统接通 220V 交流电源后，将 220V 交流电变压到9V，经过二极管全波整流、电解电容 Cl，C2 滤波，再经一只正输出稳压器LM7805，为了缓冲负载突变，改善瞬态响应，输出端还采用了电容 C3、C4，最后得到+5V 的直流工作电源，用于给控制系统中单片机系统及其它外围电路的Vcc+端供电。其供电原理图如 3.2.3P3.4超时报警信号输入端P3.5 一 P3.6灯光驱动输入端P3.7光敏三极管输入信号端12图 3.2.3 供电原理图在硬件时钟模块中，为了在断电后硬件时钟能够正常运行，故采用主从双电源供电方式。硬件时钟一般在系统的+5V 主电源情况下工作，而只有系统+5V主电源消失的情况下，为确保硬件时钟的正常运行，设计一个 3. 6V 的可充电铿电池作为备用电源。具体电路及其原理将在后面的系统时钟电路部分详细说明。3.2.43.2.4 数据采集电路数据采集电路教室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体传感器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了逻辑电平输出的HP-208 型号的人体存在传感器。1.环境光采集电路光电传感器是一种能够将光转换成电量的传感器。采用的光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。在无光照时三极管的穿透电流很小，为暗电流 Iceo 有光照时，产生的 Ib 增大，成为光电流 Ie。光电流的大小