教室照明智能控制系統(tǒng)______畢業(yè)論文

1、v1.0可編輯可修改設計任務書一、設計題目：教室照明智能控制系統(tǒng)二、設計要求：設計一個教室照明智能控制系統(tǒng)，通過多種傳感器采集室內(nèi)光線、 人數(shù)分布等信息，利用控制電路調(diào)節(jié)照明強度，實現(xiàn)節(jié)能控制。三、設計任務1 .畫出電路原理圖。2 .編寫設計說明書，1萬5千字以上，包括：(1)設計任務書(2)前言(3)目錄(4)正文，包括：設計思想、電路工作原理、元器件選擇、電路元器件參數(shù)、總結、參考資料等版面，正文5號或小4字號，章標題小2加粗，節(jié)標題小四加粗。v1.0可編輯可修改、，4 刖百本設計針對教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面 的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了教室燈光智能控制的原理和實現(xiàn)方法，提出

2、了基于 單片機的教室燈光智能控制系統(tǒng)的設計思路，并在此基礎上開發(fā)了智能 控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應軟件，以達到學校教室用電設備的合理使用， 節(jié)約電能以及改善教學管理的目的。設計應用了先進的電子技術、網(wǎng)絡技術、自動控制技術以及實用的 軟件平臺，成功地設計了一套功能完善的智能教室照明動控制系統(tǒng)。由 傳感探測單元、通訊網(wǎng)絡 RS-232、控制單元構成了整個系統(tǒng)。智能教室 照明控制系統(tǒng)核心器件采用 AT89S51單片機采集數(shù)據(jù)，并由控制系統(tǒng)實 現(xiàn)對教室光照度、學生人數(shù)、教室使用狀態(tài)等的監(jiān)控與顯示，并對教室 內(nèi)部用電設備進行合理控制和管理，達到教學樓教室照明控制的智能化 和節(jié)約化的目標。本系統(tǒng)將單片機控制

3、系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術結合起來，各組成部分包括硬 件和軟件設計的結構、功能與實現(xiàn)方法。最后通過RS-232方式實現(xiàn)與上 位機通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸及上位機對教室照明狀態(tài)的控制，完成 一個智能教室照明控制系統(tǒng)。IIv1.0可編輯可修改關鍵詞：智能控制；熱釋電效應；光照檢測；AT89S51IV IIv1.0可編輯可修改ForewordThis design control method aiming at classroom light, particularly the development present condition that the intelligence of classroom l

4、ight controls, analyzed the principle of the classroom light intelligence control and carry out a method, design way of thinking put forward intelligence to control system according to the classroom light of the list slice machine, and developed the hardware device of intelligence control system and

5、 correspond software on this attain classroom in the school is used to give or get an electric shock an equipments of reasonable use, the purpose of economy electric power and improvement teaching management.Designed to apply the forerunner's electronics technique, network technique and automati

6、c control technique and practical software platform, successfully designed a set of intelligence with perfect function classroom lighting to move to control spread feeling to probe into unit, the communication network RS-232 and controled unit to constitute the whole intelligence classroom 川uminates

7、 to control system core a spare part adoption AT89 S51 list slice the machine collect a data, and use to give or get an electric shock an equipments to carry on reasonable control and management to the classroom inner part, attain iii iiiv1.0可編輯可修改teaching building the classroom illuminates a contro

8、l of the intelligence turn and economize the target for turning.This system list slice the machine control system and network technique knot to put together, each constitute the part includes a hardware and software design of structure, function and carry out a pass method RS-232 realization and pla

9、ce of honor machine correspondence, carry out the long range of data to deliver and the place of honor machine 川uminate the control of status to the classroom and complete lighting in an intelligence classroom control system.Keyword :the intelligence controls;is hot to release to give or get an elec

10、tric shock an effect;only shine on an examination;AT89S51IV IVv1.0可編輯可修改目錄設計任務書刖日I一、設計思想0課題背景0設計主要目的1二、系統(tǒng)總體方案 1總述1系統(tǒng)總體構成2系統(tǒng)實現(xiàn)功能3三、教室控制與檢測單元設計 4總述：4教室控制單元的設計與通信 6控制單元的核心器件 6現(xiàn)場人機交互模塊 9RS-232 串 口通信11教室檢測單元數(shù)據(jù)采集與處理 13光照信號采集與處理 13光照檢測接口電路 14紅外數(shù)據(jù)采集與處理 15開關控制電路設計 18四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設計 20總述20光照度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 21顯示子程序22

11、串行通訊程序設計 23教室內(nèi)人數(shù)分布信息處理 25顯示與通信 26總結26致謝28附錄29附錄A主程序29附錄B設計原理電路圖 45VVv1.0可編輯可修改課題背景隨著計算機網(wǎng)絡、通信、控制等技術的發(fā)展 ，智能建筑的發(fā)展越來越 迅猛。目前，國內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建 筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間 或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘?，當自然光照度很好時，燈不能 及時關閉；反之，當自然光照度難以滿足人的需求時，又不能及時打開燈 光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費，而且不能滿足人對照明的基本 需求，同時也給人的視力造成了很大的影響。各

12、類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷不斷加 大，教室用電管理不善，造成學校電能浪費，經(jīng)濟損失，這種的浪費與當 今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術 的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。的自動控制等等。 所有這些使得教室燈光控制也應該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、 實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。部分學校也意識到了教室照明中存在的巨大浪費，采取了各種各樣的 管理方式，企圖來杜絕這種浪費。如：費用包干制、任課教師負責制、組 織勤工儉學學生或聘用專職人員進行專門管理，拉閘限電等等。許多學校 都采取過這些方法，但始終沒能長

13、久堅持下去，也就沒有取得理想效果。 其次，學生對教學樓教室的利用狀況的未知往往造成有些教室人滿為患， 有些教室無人問津的狀況。從而由于管理不當而影響教學資源分配等種種 問題。設計主要目的針對目前學校教學樓用電設備控制和教學管理不足的現(xiàn)狀，以提高教 室用電設備控制的自動化和教學管理的效率為目的，開發(fā)了一套功能較完 善的基于總線的智能教室照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)應用先進的電子技術、網(wǎng) 絡技術、自動控制技術以及實用的軟件平臺。智能教室控制系統(tǒng)采用單片 機實現(xiàn)對教室光照、自習學生人數(shù)等的數(shù)據(jù)采集，并由 RS-232和上位機 （計算機）的通訊，實現(xiàn)教室使用狀態(tài)監(jiān)控與顯示，并對教室內(nèi)部用電設 備進行合理控制和

14、管理，達到高校教學樓教室控制的智能化和節(jié)約化的目 標。二、系統(tǒng)總體方案總述教室節(jié)能系統(tǒng)采用單片機和上位機組成的系統(tǒng)對學校教室照明設備 進行控制和管理，教室亮度的檢測、教室學生人數(shù)的統(tǒng)計、教室室使用狀 態(tài)的監(jiān)控。整個系統(tǒng)由教室檢測單元、控制單元、通信單元等組成。單片 機可以實現(xiàn)對教室內(nèi)的教室檢測控制元所采集到的信息的接收、處理，并 且由LCD顯示教室狀態(tài)，從而可以很輕松的對教室用電設備開關狀況、照 強度、自習學生人數(shù)，教室使用狀態(tài)等進行實時監(jiān)控和統(tǒng)計。對于通訊網(wǎng) 絡部分，教室信號通過 RS-232串行方式與上位機通信。檢測控制單元： 照明強度采集是采用AD0809與單片機構建的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，教室

15、是否有 人和人數(shù)是用熱釋電傳感器通過檢測電路與單片機相連進行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)總體構成a:傳感探測單元熱釋電紅外探測傳感器組件，該組件由三個部分組成：熱釋電傳感器， 匹配低噪放大器，菲涅爾光學系統(tǒng)。該組件本身不發(fā)任何類型的輻射，器 件功耗很小、隱蔽性好、價格低廉?？梢姽馓綔y組件，可見光探測組件由 一些常用光敏器件和晶體管組成。特別說明：這個組件必須置于本照明控 制器控制照明的范圍之外，用于探測自然光的有無及強弱（可根據(jù)需要進 行調(diào)整），為控制器提供控制燈具亮、滅的依據(jù)。b：微控制與通信單元控制器單元主要對該教室檢測控制單元進行集中操作管理、狀態(tài)顯 示、通訊控制和維護該每間教室的用電對象，并協(xié)調(diào)各檢

16、測控制單元之間 的數(shù)據(jù)傳送，提高整個智能教室控制系統(tǒng)的可靠性。通訊網(wǎng)絡是保證整個智能教室控制系統(tǒng)遠程控制正常運轉(zhuǎn)的關鍵，所 有的教室檢測的數(shù)據(jù)和教室使用狀態(tài)都連接在通訊網(wǎng)絡的平臺上，最終與 計算機單元相連，實現(xiàn)遠程的監(jiān)控與顯示。本系統(tǒng)利用計算機的用行口和 單片機的串行通訊的功能，采用 RS-232向上位機完成信息傳輸實現(xiàn)教室 控制單元顯示和集中管理。上位機通過 RS-232串行通訊線來讀取教室中 的基本信息，同時每個教室控制單元中所采集的相關數(shù)據(jù)信息，并對所采 集到的信息做基本顯示的功能。c:軟件實現(xiàn)對教室人數(shù)進行進行實時計數(shù)，同時對光照度進行采樣，并通過程序 由單片機控制，并在LCD上顯示當

17、前人數(shù)和教室照明燈開關狀態(tài)。當光照 度低于設定值范圍內(nèi)時，再根據(jù)教室人數(shù)自動打開照明燈經(jīng)串口RS-232 傳到上位機。例如：當光照度高于設定值在單片機控制下自動關閉照明燈。系統(tǒng)實現(xiàn)功能智能教室控制系統(tǒng)的設計的目的就是為了實現(xiàn)教室用電設備的合理 使用，節(jié)約能源以及改善教學管理，提高教室使用效率。在設計過程中， 作者將整個系統(tǒng)分為了上述的三個部分，系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能則可以概括 為以下幾個方面：a：教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的底層設備教室檢測控制單元具有自動采集和命令采集兩種模 式。自動定時采集就是教室檢測控制單元可以根據(jù)內(nèi)部時鐘設置對教室進 行循環(huán)采集數(shù)據(jù)，由控制器通過 RS-232通訊信道將根

18、據(jù)需要采集相應的 數(shù)據(jù)信息傳送到上位機，上位機再經(jīng) RS-232通訊信道傳送把命令傳輸?shù)?教室檢測與控制單元。b:教室遠程端控制功能在遠程控制中，往往都要使用遠程控制軟件。而這樣的軟件一般分為 兩部分，一部分在本地主機上安裝，使上位機成為控制端，另一部分在現(xiàn) 場控制器上安裝，使現(xiàn)場控制器為服務端，也就是被控制端。通過網(wǎng)絡， 在計算機與控制器之間建立起一條數(shù)據(jù)交換的通道，從而使得控制端可以 向服務端發(fā)送指令，操縱服務端完成特定的工作。在此時，現(xiàn)場控制器負 責發(fā)送指令和顯示遠程計算機執(zhí)行程序的結果，而運行程序所需的系統(tǒng)資 源均由上位機機負責。系統(tǒng)采用了原有的教室內(nèi)部用電設備控制系統(tǒng)，在 此基礎上的

19、教室遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對教室實施相應的 命令，使得教室的用電設備能夠及時地開或關，實現(xiàn)節(jié)能目的。c：數(shù)據(jù)與教室狀態(tài)的顯示在這里顯示任務包括整個智能教室控制系統(tǒng)各采樣點數(shù)據(jù)：光照度、人數(shù)、照明燈的狀態(tài)。由于教室控制系統(tǒng)的設計了自動-手動按鍵，有特殊情況管理人員可不必去現(xiàn)場只需單擊此按鍵即可從上位機界面直接進行調(diào)整，并隨時能獲知各個教室實際的總體情況。這里使用LCD160址成顯小任務。三、教室控制與檢測單元設計總述：(1)教室檢測控制單元是智能教室控制系統(tǒng)中重要的部分之一，一方 面，教室檢測控制單元具有對教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲等功能，并 響應樓層顯示控制單元通訊查詢的命令，另一

20、方面，教室檢測控制單元根 據(jù)樓層顯示控制單元和中央計算機單元的具體要求控制照明燈等用電設 備。教室檢測控制單元硬件接口電路如圖所示。(2)教室檢測控制單元采用模塊化設計，其主要部分為數(shù)據(jù)采集模塊、 繼電器開關模塊、現(xiàn)場人機交互模塊、串口通訊模塊、現(xiàn)場設備控制模塊、 電源模塊等。系統(tǒng)的電源采用專用芯片將 220V交流電轉(zhuǎn)換成+5V,從而給 控制節(jié)點中的ADC080吸單片機和繼電器供電。教室檢測控制單元組成框 如圖所示。圖智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖本系統(tǒng)中教室檢測控制單元具體主要功能有：1、教室檢測控制單元實現(xiàn)對教室內(nèi)光照強度、進入教室的學生人數(shù) 的數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，可送入到樓層顯

21、示控制單元和計算 機單元。2、教室檢測控制單元中光照傳感器將采集到的電壓值和設定電壓相 比較從而自動完成對教室內(nèi)是否開啟/關閉照明燈組的操作，實現(xiàn)系統(tǒng)中 節(jié)約電能的目的。3、通過手動控制教室檢測控制單元中的按鍵可對教室內(nèi)照明燈的現(xiàn) 場開啟/關閉操作。4、教室檢測控制單元中LCD顯示教室內(nèi)用電設備的開關狀態(tài)。5、通過RS-232總線完成單片機與上位機控制單元的通訊6、可接收計算機的命令并實現(xiàn)相應的控制信號的傳輸。教室控制單元的設計與通信控制單元的核心器件（1）單片機 AT89S51AT89S51是一個低功耗，高性能CMO8位單片機，它具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序

22、存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù) 存儲器（RAM, 32個外部雙向輸入/輸出（I/O） 口，5個中斷優(yōu)先級2層 中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，片 內(nèi)時鐘振蕩器。主要特性：? 8031 CPU 與 MC8-51 兼容? 4K字節(jié)可編程FLASH#儲器（壽命：1000寫/擦循環(huán)）? 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz?三級程序存儲器保密鎖定? 128*8位內(nèi)部RAM? 32條可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器? 6個中斷源?可編程串行通道，其管腳分布如圖所示。LK品MPPPFPF-J'CPPPPPthrEd_33ULJ1LJ3jiiiiiii忸y

23、d 儲立 gzG>3嘴 PFFHPFFPPPPFPPFP- 3 網(wǎng)中 MhjhJBtJMkJfsJbQOOQQfiOS| Li! 6 7P 7 nLi4 3 2 =7 64 3 J =3g23®3745356招78冤口212223-11- 4加2552A1921J_1S手圖AT89S51引腳圖復位電路:RST弓I腳對地電阻為40-220千歐姆，因此在RST弓I腳和電源VCC問接一容量為10-22微法的電容后，即可構成最簡單的 RC復位電路。如圖復位電路所示圖復位電路34(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D0809A/D0809是8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關，以 及相應的通

24、道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100心 左右。ADC0809引腳圖如圖所示。圖ADC0809引腳圖A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵 問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。(1)ADC080的部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S5H1片機直接相連(2)初始化時，使ST和OE信號全為低電平。(3)送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A, B, C端口上。(4)在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。(5)是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOCW號來判斷。(6)當£0陵為高電平時，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出 給單片機。現(xiàn)場人機

25、交互模塊人機交互模塊包括按鍵、LCD顯示(圖中沒有畫出)。人機交互部件可 以實現(xiàn)在教室內(nèi)對教室檢測控制單元進行手動操作控制，并通過LCD顯示觀察到當前教室用電設備開關狀態(tài)。這里采用字符型液晶顯示模塊，它是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD目前常用16*1,16*2, 20*2和40*2行等的模塊。下面以長LCD1602?符型液晶顯示器為例做介 紹。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖：圖LCD1602字符型液晶顯示器實物圖1602LCD主要技術參數(shù)：顯示容量：16 X2個字符芯片工作電壓：一工作電流：模塊最佳工作電壓：字符尺寸：x (WX H)mm引腳功能說明1602LCD采用標準

26、的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口,各引腳接口說明如表所示：表引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明11VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源止極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/Wt賣/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDDg 5V正電源。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。人機交互模塊中使用兩個按鍵，這兩個按鍵都采用微動開

27、關，此開關 一端通過與門接單片機的INT1腳，另一端接地；即通過單片機的外部中 斷來執(zhí)行手動操作，它也可做為一般的按鍵使用。按鍵接口電路圖如圖所示。兩個按鍵分別是：自動-手動鍵、全開-全關鍵。通過控制模塊上的開關按鍵并由第二排 LCD顯示(顯示O關/C開)教室照明燈的開關狀態(tài)。圖按鍵接口電路RS-232串口通信串口是計算機上一種非常通用設備通信的協(xié)議。在進行串行通信接口 設計時，主要考慮的問題是接口方法、傳輸介質(zhì)及電平轉(zhuǎn)換等。大多數(shù)計 算機包含兩個基于 RS-232的串口。串口同時也是儀器儀表設備通用的通 信協(xié)議；很多GPIB兼容的設備也帶有RS-232 口。同時，串口通信協(xié)議也 可以用于獲取

28、遠程采集設備的數(shù)據(jù)。(1) RS-232是實現(xiàn)單片機和計算機通信的接口，相當于一個橋梁作用，和是STC89S5的兩根全雙工串行通信傳輸線，其中RXD)為輸入線、 TXD()為輸出線。從理論上講，它是可以實現(xiàn)全雙工工作的，但CPU是不可能同時執(zhí)行“接收”和“發(fā)送”兩種指令的，因此該“全雙工”的定 義只是對串行接口有獨立的接收通道和發(fā)送通道而言。發(fā)送緩沖器只能寫入發(fā)送數(shù)據(jù)，但不能讀出；接收緩沖器只能讀出接收的數(shù)據(jù)，但不能寫入。當然也可以用其它口模擬串口協(xié)議實現(xiàn)串口通信，但沒有使用AT89S51自己提供的串口方便。接口如圖：圖RS-232通訊接口(2) MAX232CPEMAX232CPE是用于完成

29、計算機 232端口數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換，連接 CMOS 電路的，換言之，如果離開它，我們就無法用軟件監(jiān)控電源狀態(tài)了(需要用口返回信號)。 MAX232CP院成232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換，提供 一個本地接口，為調(diào)試和維護提供方便。TXD接SX52的RA2腳，RXD接SX52的RA3腳，RS-RXDffi RS-TXD是RS232電平，為標準用口電平。 數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機SX52, SX52再把數(shù)據(jù)送到 RTL8019AS傳出去。教室檢測單元數(shù)據(jù)采集與處理光照信號采集與處理教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集模塊對教室內(nèi)光照強度、教室的學生人 數(shù)，教室內(nèi)的燈狀態(tài)，主要通過光照傳感器、紅外傳感器來完成，各器件

30、將檢測到的非電量轉(zhuǎn)化成各自對應的電量進而傳送給單片機進行處理，單 片機可實現(xiàn)對各傳感器的定時采集并根據(jù)設定值進行比較處理。同時通過 通訊接口將處理后的數(shù)據(jù)向上位機控制單元傳送。也可通過該通訊接口， 上位機單元發(fā)出的控制指令，現(xiàn)場控制單元實現(xiàn)相應的控制命令操作。(1)光電檢測器件選擇目前，在光電檢測技術中常用的一些光電檢測器件有光敏電阻、光電 池、光電二極管、光電三極管等，選擇光照傳感器可根據(jù)參考表來進行比 較選擇。表 各種光電器件特性比較、特性器件光譜和光電特性線性度伏安特性電特性 輸出電流噪聲特性光譜響應靈敏度光敏電阻可見光至紅外高差電阻型大低光電池可見光至紅外低一般光伏型最大低光電二極管可

31、見光至紅外一般好光伏型和 飽和型小高光電三極管可見光至近紅 外高差飽和型大高光敏電阻和其它光電檢測器件相比具有以下特點:a)靈敏度高，光電導增益大于1。b)工作電流大，可達數(shù)毫安。c) 所測光強范圍寬度，既可檢測強光也可檢測弱光。(2)光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理是：在其兩極加上一定的電壓后，當光照射在光 電導體時，由光照產(chǎn)生的先生載流子在外加電場作用下沿一定方向運動。 在電路中產(chǎn)生電流，達到光電轉(zhuǎn)換的目的。光敏電阻的工作原理如圖所示:圖光敏電阻的工作原理光敏電阻隨光照強度的增加起導電性能變好，既光敏電阻的電導率增 加，流過其內(nèi)的光電流增加，其本身的電阻值減小，隨光照強度的增加起 導電

32、性能變差，既光敏電阻的電導率減小，流過其內(nèi)的光電流增加，其本 身的電阻值增加。光照檢測接口電路a:光敏電阻與電阻R構成反向比例放大電路。由于光敏電阻是敏感 性元件，對光照強度、距離等有一定的敏感性，以及電源的噪聲等引起的 各種干擾都會隨設備進入到單片機控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的干擾影響了需要采 集的真實信號，給光敏電阻檢測判斷和進一步數(shù)據(jù)分析處理帶來了不利因 素，從而影響其測量結果的準確性。對光敏電阻的前端供電加上穩(wěn)壓管， 以避免電源的噪聲的影響獲取更接近真實的信號，單片機的模擬信號輸入 端 GMH。b:當光敏電阻的阻值發(fā)生變化時，GM端上的應發(fā)生變化，該信號被 單片機的模擬通道 GM采集，采集的是光

33、敏電阻上的暗時，光敏電阻上的 電壓值接近5V,光強時，大約0V,模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后0255。圖 光電測量電路原理圖利用光敏電阻對教室內(nèi)光照強度進行探測，其工作方法是：(l)教室無人時，不管照度如何，所有照明燈均熄滅。(2)當教室有人時，分成三種情況：a,若室內(nèi)照度小于設定值時照明燈全部打開。b.若室內(nèi)照度介于設定值很小范圍時，根據(jù)教室人數(shù)打開排照明燈。c,若室內(nèi)照度大于設定值，則所有照明燈均熄滅。紅外數(shù)據(jù)采集與處理使用紅外傳感器的作用是通過其內(nèi)部接收端接收由障礙物反射或發(fā)射回來的紅外光，來判斷是否有障礙物（有障礙物時，檢測電路輸出高電 平，否則，電路輸出低電平）。這里使用兩組紅外傳感器（分別安

34、裝在教室 門內(nèi)外兩側）用來計數(shù)當前教室內(nèi)的學生人數(shù)。兩組紅外傳感器依據(jù)接收 有障礙物（人體）反射回來的紅外光并根據(jù)對其接收的先后順序來判斷是 否有進入/出去的人（進“+”，出“-”），進而實現(xiàn)對教室學生人數(shù)的記數(shù)。（1）熱釋電傳感器檢測原理a：熱釋電效應：當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等 而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效 應。圖表示了熱釋電效應形成的原理。L。sees ® ® ®e 9。e® ® ® © ®據(jù)平衡條件T【K1圖熱釋電效應的形成原理b:熱釋電傳感器利用的正是

35、熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 AT,則有信 號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出， 所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。c:為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用乖國通通LeiaEIKd:圖菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡（圖）把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦使熱釋電人體紅外傳感器（PIR） 靈敏度大大增加。人體紅外傳感器電路人體紅外傳感器用于檢測人體發(fā)出的特定波長的紅外線，進行非接觸 式距離較遠的檢測，其內(nèi)部結構與外形如圖所示:+U輸出Rt圖紅

36、外傳感器實物圖與原理圖傳感器外部有一白色半球形菲涅爾透鏡，能有效聚集人體發(fā)出的紅外 線，提高傳感器的靈敏度。其工作電壓為 315V。當人體進入傳感器感測區(qū)域時，傳感器接收到頻率為8Hz的人體紅外信號，2腳即輸出微弱的交 流信號，經(jīng)放大后可由CPU!行處理。信號處理電路如圖所示:圖紅外信號處理圖傳感器2腳的輸出信號經(jīng)兩極放大后，從LM324t出，信號幅度為5V, 直流分量為3V。DL1、DL2、R12 R13 R14 R15組成雙門6電壓比較器。 若LM324無信號輸出，則J2為，J3為，ALARM旨示燈不亮，J1輸出為低 電平。當LM324輸出大于4V或小于2V時，ALARM旨示燈點亮，VOU

37、琳輸 出高電平。開關控制電路設計(1)繼電器原理簡介繼電器主要由一個線包和若干個觸點對組成，當線包兩端加上合適的 電壓時，線包上的電流產(chǎn)生磁場，控制每一組觸點的閉合與斷開，一組觸 點包括常開、常閉與中間三個觸點。其結構圖如圖：215圖繼電器結構圖其中，觸點1為中間點，觸點2為常閉點，觸點3為常開點，K為線包。(2)電燈開關控制電路繼電器開關控制電路圖如圖，設計中使用繼電器中5V的兩組，因為開發(fā)板輸出電壓是，必須加驅(qū)動電路，模塊中只有5V繼電器設有驅(qū)動電路。使用12V的一組需外加驅(qū)動電路。圖繼電器應用電路圖四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設計總述對教室人數(shù)進行進行實時計數(shù)，同時對光照度進行采樣，并在LCD上

38、顯示當前人數(shù)和教室照明燈開關狀態(tài)。當光照度低于設定值范圍內(nèi)時，再 根據(jù)教室人數(shù)自動打開照明燈經(jīng)串口 RS-232傳到上位機。當光照度高于 設定值自動關閉照明燈。當光照度超過設定的限制時，將發(fā)送報警信號并 發(fā)送到上位機。當有自動-手動鍵按下時變成手動處理。此時人為的對教 室照明燈進行全開或者全關，等待恢復自動檢測教室狀態(tài)時再繼續(xù)當前檢 測，整體流程圖如圖。圖系統(tǒng)整體實現(xiàn)流程圖光照度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換器是采集教室光照度的一個重要器件。A/D轉(zhuǎn)換器應能確保模擬信號在數(shù)字位流中被準確地表示，并提供一個具有任何必需的數(shù)字信 號處理功能的平滑接口。 A/D轉(zhuǎn)換器將光敏電阻采集的光照度的模擬信號

39、 變換成數(shù)字位流以進行處理、傳輸及其他操作，并根據(jù)人數(shù)執(zhí)行繼電器吸、 合動作。單片機把它實時監(jiān)控檢測采集的兩路數(shù)據(jù)分別與設定值進行比 較，然后根據(jù)比較結果和教室人數(shù)啟動繼電器。光照檢測程序流程圖見圖 所示。圖ADC采樣及轉(zhuǎn)換流程圖顯小子程序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表所示:表控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*1 3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)

40、生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)至ij CGRA喊10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容DDRAM11從CGRA或DDRA讖數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。(說明：1為高電平、0為低電平)主要的顯示子程序流程圖如下：圖顯示子程序流程圖串行通訊程序設計(1)上位機與單片機之間的通訊一般分為四個過程：聯(lián)機，發(fā)送數(shù)據(jù)，接收。單片機控制器可以實時監(jiān)測現(xiàn)場和控制系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，可以 接受遠端監(jiān)控中心的查詢、控制，并可以向中心上報工作狀態(tài)。(2)在所設計的串行接口中，要求通信速率為4800波特，實現(xiàn)單

41、片 機與主機之間進行通信。同時，設單片機的時鐘頻率是12MHi在此選用用行口工作方式1。在方式1的情況下，用行口的通信速 率與定時計數(shù)器T1的溢出速率和電源控制器PCO版的波特率控制位SMOD 有關。(3)本系統(tǒng)利用STC89C51自備的串行接口，其控制程序非常簡單。 串行通信的初始化在主程序初始化部分已經(jīng)完成。因為本系統(tǒng)要傳送的數(shù) 據(jù)具有一定的特殊性，所以沒有采用通用的儀器儀表的串行通信協(xié)議，而 是自定義了一套串行通信協(xié)議，以提高下位機與上位機間的通信效率。單 片機發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式如表所示：表單片機發(fā)送數(shù)據(jù)包格式兩字節(jié)三字節(jié)兩字節(jié)FFFF教室人數(shù)、三排燈的態(tài)AAAA該數(shù)據(jù)包中前兩個字節(jié) FF

42、是包頭，其后是八個字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)，分別傳送數(shù)據(jù)，最后以兩個 AA作為包尾。定義用串口發(fā)送一個字節(jié)的函數(shù)為：void send_char_com(unsigned char ch)SBUF=ch; ommPort=1 ettings="9600,n,8,1 ”nBufferSize=1024 utBufferSize=512 nputMode=comInputModeBinarynputLen=1 Threshold=0 Threshold=1 ortOpen=True室內(nèi)光照度小于設定值時照明燈全部打開。b.若室內(nèi)光照度介于設定值很小范圍時，根據(jù)教室人數(shù)打開排照明燈。c.若室內(nèi)光照度

43、大于設定值，則所有照明燈均熄滅。教室內(nèi)人數(shù)分布信息處理使用紅外傳感器的作用是通過其內(nèi)部接收端接收由障礙物反射或發(fā)射回來的紅外光，來判斷是否有障礙物（有障礙物時，檢測電路輸出高電平，否則，電路輸出低電平）。這里使用兩組紅外傳感器（分別安裝在教室 門內(nèi)外兩側）用來計數(shù)當前教室內(nèi)的學生人數(shù)。兩組紅外傳感器依據(jù)接收有障礙物（人體）反射回來的紅外光并根據(jù)對其接收的先后順序來判斷是 否有進入/出去的人（進“+”，出“-”），進而實現(xiàn)對教室學生人數(shù)的記數(shù) 當人體進入傳感器感測區(qū)域時，傳感器接收到頻率為 8Hz的人體紅外信 號，2腳即輸出微弱的交流信號，經(jīng)放大后可由單片機進行處理。顯示與通信利用LCD1602

44、ffi單片機連接，利用1602的按鍵和顯示功能以實現(xiàn)在 教室內(nèi)對教室檢測控制單元進行手動操作控制，并通過 LCD顯示觀察到當 前教室用電設備開關狀態(tài)。利用RS-232把單片機直接和計算機相連接，利用計算機的用行口和 單片機的串行通訊的功能，采用 RS-232向上位機完成信息傳輸實現(xiàn)教室 控制單元顯示和集中管理。計算機通過 RS-232串行通訊線來讀取教室中 的基本信息，并對所采集到的信息進行顯示和處理?？偨Y本課題對智能教室照明控制系統(tǒng)的控制部分進行了研究，以環(huán)境光、 人體存在狀況等外界環(huán)境為控制器的輸入?yún)?shù)，比單純的人員管理教室燈 光更合理，更有效的降低教室用電的浪費；同時還加入了時間控制參數(shù)

45、, 使教室燈光的控制更加符合學校的作息時間。本控制系統(tǒng)的設計對于各類 大、中專院校的教室燈光管理具有重要的意義，也適用于各類辦公室的燈 光控制。設計中應用了學過的數(shù)字電子、模擬電子、單片機、傳感器等課程， 不僅豐富了已學知識，而且理論聯(lián)系實際，是我的實踐能力有了很大的提 高。該教室燈光系統(tǒng)的控制是以AT89S51單片機為主控單元為核心，通過 相關電路的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設備（電燈）的控制，采用一個二極管閃爍顯 示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關燈控制。系統(tǒng) 設計在實現(xiàn)智能化控制的同時，還設置了手動 -自動控制鍵，這樣在系統(tǒng) 智能控制偶爾出現(xiàn)故障時，可采用手動操縱，不至于影響教室

46、燈光的正常 應用。在保證裝置能穩(wěn)定可靠工作的前提下，硬件設計上盡量采用性價比高 的元器件，以降低成本。軟件設計上采用多任務形式對信號的采集、 處理, 達到最終控制燈光的目的。致謝本論文的工作是在馬老師的悉心指導下完成的，馬老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài) 度和科學的工作方法給了我極大的感染和影響，使我受益匪淺，馬老師給 我的設計工作和論文都提出了許多的寶貴意見，電路設計上遇到了好多麻 煩，通過上網(wǎng)查閱資料并馬老師和同學的耐心幫助下，我不但完成了這次 畢業(yè)設計而且使我的模擬電子電路和數(shù)字電子電路、單片機等有了很大的 提高，在此表示衷心的感謝。感謝母校一一河南工業(yè)職業(yè)技術學院的辛勤培育之恩！感謝電子工程 系給我提

47、供的良好學習及實踐環(huán)境，使我學到了許多新的知識，掌握了一 定的操作技能，適應了社會發(fā)展的需要。大學即將畢業(yè)，人生最美好的大學生活即將結束，感謝學校，感謝這 一路走過來的所有人。在撰寫論文期間，同學們對我論文的研究工作給予了熱情幫助，在 此向他表達我的感激之情。最后，非常榮幸能在母校三年的學習，使我增長了知識開闊了眼界， 最重要的是認識了我的良師益友，感謝這一切的一切。附錄附錄A主程序#include <>#include <>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P2A0;sbit LCD

48、_EN=P2A1；sbit EOC=P3A2;sbit ADDR=P2A5;sbit baojing=P2A6;sbit ST=P2A7;bit flag=0;sbit LED_1=P2A2;sbit LED_2=P2A3;sbit LED_3=P2A4;sbit KEY1=P3A4;sbit KEY2=P3A5;sbit KEY3=P3A6;sbit KEY4=P3A7;bit A_M;bit QK_QG;uchar renshu;uchar set_gz=0x78;uchar ad_data1,ad_data2;uchar bai_1,shi_1,ge_1,bai_2,shi_2,ge_2

49、;uchar code table="renshu:"uchar code table1="D1:"uchar code table2="D2:"uchar code table3="D3:"void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=1;y>0;y-);void adc_0809()EA=0;if(flag=0)ADDR=0;elseADDR=1;ST=0;ST=1;ST=0;delay(10);EA=1;void ext0(void) interr

50、upt 0if(flag=0)flag=1；ad_data1=P1;bai_1=ad_data1/100;shi_1=(ad_data1%100)/10;ge_1=ad_data1%10;elseflag=0;ad_data2=P1;bai_2=ad_data2/100;shi_2=(ad_data2%100)/10;ge_2=ad_data2%10;void kongzhi()if(A_M=0)if(ad_data1<set_gz) & (ad_data2<set_gz)if(renshu>0 & renshu<=4)LED_1=1;LED_2=0;L

51、ED_3=0;elseif(renshu>4 & renshu<=8)LED_1=1;LED_2=1;LED_3=0;else if(renshu>8 & renshu<=12)LED_1=1;LED_2=1;LED_3=1;else LED_1=0;LED_2=0;LED_3=0;if(ad_data1<set_gz) & (ad_data2>set_gz)/ 亮處接近暗 *if(ad_data2-set_gz>10)if(renshu>0)LED_1=1;LED_2=0;LED_3=0;elseLED_1=0;LED_2=0;LED_3=0;暗處沒有接近暗時 *elseif(renshu>0 & renshu<=4)LED_1