精品資料（2021-2022年收藏）教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)

1、教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)摘 要：為響應國家節(jié)能減排的號召，我們設計制作了教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以AT89S52單片機為基礎，利用220V交流電供電，主要可實現(xiàn)以下功能：1）感應光線強弱并判斷是否需要開燈。利用光敏電阻，通過A/D轉換，根據(jù)需要設定修改光線設定值，當光線達到設定值時燈亮，光線低于設定值時燈不亮。2）根據(jù)人數(shù)的多少控制LED燈點亮的數(shù)目。利用兩組對射式光電開關，根據(jù)產生高低電平的順序區(qū)分人的進出，單片機對人數(shù)進行加減計數(shù)，當人數(shù)在5人之內亮一盞燈，5-10人亮兩盞燈，10-15人亮三盞燈。3）根據(jù)實際需要的不同，利用按鍵對亮燈人數(shù)的限定值進行修改。4）液晶1602實時

2、顯示當前室內人數(shù)。5）單片機和上位機進行RS-232通信，利用計算機實時監(jiān)控室內當前人數(shù)的變化。關鍵詞：單片機 220V供電 光敏電阻 AD轉換 光電開關 液晶 RS-232通信 Abstract：In response to the call of the national energy-saving emission reduction, we designed a number of classroom monitoring and lighting control systems. The system is based on a single chip AT89S52, using

3、220V AC power supply, to achieve the following main functions: 1) The light sensor to determine whether strong or weak and need to turn on the lights. The use of light resistance, through the AD conversion, according to the need to modify configuration settings of light, when the light reached when

4、the lights settings, set the value lower than the light does not shine lights. 2) according to the number of how much control the number of lit LED lights. The use of two photoelectric switch to radio, according to the order of high to distinguish between low-level entry and exit of people, the numb

5、er of single-chip to carry out addition and subtraction of the count, when the number of people in 5 bright lights a bright 5-10 2 lights, 10-15-liang 3 lights. 3) According to the actual needs of the different buttons on the light use of the limited value of the number of modifications. 4) LCD disp

6、lays the current indoor 1602 the number of real-time. 5) single-chip microcomputer and PC to RS-232 communications, the use of the computer the number of real-time monitoring of changes in the current room.Key words: single-chip power supply 220V Photosensitive resistor conversion AD Photoelectric s

7、witch LCD RS-232 communication1 總體設計思路和方案目前高校室內照明大多是依靠人工區(qū)分光線強弱和人數(shù)來控制燈的亮滅和燈點亮的數(shù)目，這樣不僅非常麻煩，而且對能源產生了很大浪費。為了節(jié)約用電，我們設計制作了教室人數(shù)監(jiān)控及照明系統(tǒng)。本系統(tǒng)將主要實現(xiàn)以下幾個功能：感應光線強弱并判斷是否需要開燈；根據(jù)人數(shù)的多少控制LED燈點亮的數(shù)目；利用按鍵對亮燈人數(shù)的限定值進行修改；液晶實時顯示當前室內人數(shù)；計算機實時監(jiān)控室內當前人數(shù)的變化。我們利用光敏電阻、對射式光電開關、上位機，以及控制模塊、電源供電模塊、A/D轉換模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、LED照明模塊和RS-232通信模

8、塊七個功能模塊，共同構成一個系統(tǒng)來實現(xiàn)以上功能。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示：控制模塊A/D轉換模塊顯示模塊對射式光電開關光敏電阻LED照明模塊上位機顯示人數(shù)RS232-通信模塊按鍵控制模塊電源供電模塊感應光線強弱高低電平計數(shù)圖1 系統(tǒng)方案框圖2 方案比較與論證2.1控制方式的選擇方案一：采用PLC控制。PLC控制比較簡單方便，系統(tǒng)也比較穩(wěn)定，但是PLC價格昂貴，成本高，不適合小型電路設計。方案二：采用單片機控制。單片機價格便宜，成本低，易于操作，特別是常用的AT89S52單片機控制，技術已經(jīng)比較熟練，完全可以實現(xiàn)本系統(tǒng)所需要的各種功能?？紤]到成本問題，我們選擇方案二。針對單片機不穩(wěn)定的缺點，可以采

9、用隔離等措施解決。2.2電源的選擇 方案一：采用干電池。用干電池方便穩(wěn)定，但是電壓會隨著使用慢慢降低，使用時間也受到限制，需要經(jīng)常更換電池或給電池充電。方案二：采用穩(wěn)壓電源。自行設計制作電源，輸入220V交流電，輸出5V直流電，大大增加了使用時間。因為照明控制系統(tǒng)應長時間供電，所以選擇方案二。 2.3顯示模塊的選擇方案一：采用數(shù)碼管。數(shù)碼管價格便宜，操作簡單，顯示清晰。但是要顯示較多字符，則需要的數(shù)碼管就很多，這就使得單片機的管腳過多被占用，造成單片機管腳資源緊張。方案二：采用LCD1602液晶。LCD1602可以顯示2行16列字符，可通過8位或4位數(shù)據(jù)總線控制，使用方便，占用I/O口少。為了

10、節(jié)省單片機管腳資源，我們選擇方案二。2.4按鍵的選擇方案一:采用4X4矩陣式鍵盤，占用8個I/O口，且鍵盤數(shù)目多。方案二:采用獨立式鍵盤，一個鍵盤占用一個I/O口，適應于鍵盤數(shù)目少的場合。因為本系統(tǒng)用到8個按鍵，數(shù)目比較少，因此我們選擇方案二。2.5上位機編程語言的選擇方案一：采用組態(tài)軟件。組態(tài)軟件使用方便，動畫豐富，主要用于工控，控制單片機有時還需開發(fā)驅動，比較麻煩。如果購買正版組態(tài)軟件，成本較高。 方案二：采用Visual Basic6.0語言。VB軟件下載方便，成本低，與單片機通信的編程技術比較成熟，可以完成本系統(tǒng)所需的控制需求。 綜合以上，我們選擇方案二。2.6光電開關的選擇方案一：采

11、用對射式光電開關。檢測距離為1至20m，工作電壓為直流5-36V。它的價格比較貴，但是反應靈敏，檢測距離遠，測量結果精確。方案二：采用漫反射式光電開關。漫反射式光電開關價格比較便宜，反射板式檢測距離為10cm至50cm，檢測距離近，測量結果不準確。因為本制作重在演示，只要達到演示效果即可。為了降低成本，我們選擇方案二。3 系統(tǒng)硬件設計3.1電源電路設計圖2 電源模塊電路 如圖2所示為系統(tǒng)的電源電路，220V交流電經(jīng)過變壓器變成7.5V交流電，經(jīng)整流、濾波電路后送到7805進行穩(wěn)壓得到5V直流電，最后再次經(jīng)濾波電路，為系統(tǒng)提供5V電源，用來給單片機、繼電器和其他原件供電。3.2光敏電阻系統(tǒng)采用型

12、號為5537的光敏電阻，實物圖和結構圖如圖3所示： 圖3 光敏電阻它的技術參數(shù)如下：亮電阻 (10Lux)(K)   暗電阻(M)光譜峰值(nm)最大電壓 (VDC)最大功耗(mw)響應時間(ms)上升下降30-5035401501002030光線強弱的不同導致光敏電阻的變化，從而導致光敏電阻分壓的不同，將它所分的電壓輸入到ADC0809的IN0。另外，可以通過調節(jié)電位器R1的阻值來修改感應光線的強弱。具體的連線電路圖如圖4所示： 圖4 光電開關電路3.3 A/D轉換電路設計系統(tǒng)采用ADC0809芯片搭建A/D轉換電路。ADC0809是采樣頻率8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)

13、轉換的器件。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。它的主要特性為：1）8路8位AD轉換器，即分辨率8位；2）具有轉換起?？刂贫?；3）轉換時間為100s；4）單個5V電源供電 ；5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準；6）工作溫度范圍為-4085攝氏度；7）低功耗，約15mW。ADC0809芯片有28條引腳。IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START：AD轉換啟動信號

14、，輸入，高電平有效。EOC： AD轉換結束信號，輸出，當AD轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端，要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到AD

15、轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本系統(tǒng)中，當IN0端接收到電壓模擬量時，經(jīng)過ADC0809轉換成8位數(shù)字量，設定由D0D7中的某一個口輸出的數(shù)字量輸入到與門（與非門74LS00取反），當它為1時轉為光線暗模式，此時允許LED照明模塊點亮。3.4 液晶顯示電路設計本系統(tǒng)使用帶背光的液晶模塊TC1602EL，TC1602EL采用標準的16腳接口，其引腳功能如下：第1腳：VSS為電源地，接GND；第2腳：VDD接5V正電源；第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時

16、對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作，當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15腳：BLA背光電源正極(+5V)輸入引腳；第16腳：BLK背光電源負極，接GND。TC1602EL液晶的

17、主要技術參數(shù)如下：邏輯工作電壓（VDD）：+4.5 +5.5V；LCD驅動電壓（VDD - VL）：+4.5 +13.0V；工作電流：< 2.0mA。TC1602EL液晶顯示模塊可以和52系列單片機直接接口，通過向單片機輸入程序來控制液晶上顯示的內容。本系統(tǒng)可顯示兩項內容：當前室內人數(shù)“the number is #”和設定的點亮1、2、3盞燈的人數(shù)限制“1 # 2 # 3#”。圖5為單片機和液晶接口電路圖：圖5 單片機和液晶接口電路圖3.5 LED照明模塊電路設計光電開關在無人經(jīng)過時保持高電平，有人經(jīng)過時產生低電平。兩對光電開關I1、I2的位置不同，因此人進和出時產生低電平的先后順序不

18、同，分別將他們產生的高低電平輸入單片機的P10和P11管腳，根據(jù)兩端口的高低電平的不同區(qū)分進出，并利用單片機進行計數(shù)，進一個人加一，出一個人減一。當人數(shù)達到設定值1時，P25管腳輸出高電平；當數(shù)目達到設定值2時，P26管腳輸出管腳高電平；當數(shù)目達到設定值3時，P27輸出高電平。光電開關位置的示意圖如圖6所示：圖6 光電開關位置示意圖系統(tǒng)用LED燈代替電燈進行演示，電路圖如圖7所示：圖7 LED顯示電路3.6 RS-232通信模塊電路單片機和計算機要實現(xiàn)串口通信，需要用到9針串口和MAX232芯片。RS-232串口有9個引腳，各針腳的定義為 ：1 .載波檢測 DCD

19、；2.接收數(shù)據(jù) RXD；3.發(fā)送數(shù)據(jù) TXD；4 .數(shù)據(jù)終端準備DTR；5.信號地SG；6.數(shù)據(jù)準備就緒DSR；7.請求發(fā)送 RTS；8.清除發(fā)送 CTS；9 振鈴提示 RI。本系統(tǒng)用到的是2、3引腳具體如8圖所示： 圖8 串口引腳圖MAX232是專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內部結構基本可分三部分。一是電荷泵電路，由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。二是數(shù)據(jù)轉換通道，由7、8、9、10、11、12、13、1

20、4腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道；8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。三是供電，15腳GND、16腳VCC（+5v）。圖9為MAX232與單片機和串口的管腳接線圖：圖9 MAX232與單片機和串口的管腳接線圖3.7 按鍵電路設計按鍵的電路圖如圖10所示： 圖10 按鍵電路 其中，S1控制電源通斷，S2取消操作，S3、S4對第一盞燈點亮的限制人數(shù)進行加減，S5、S6對第二盞燈點亮的限制人數(shù)進行加減，S7、S8對第三盞燈點亮的限制人數(shù)進行加減。4 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)主流程圖如下：開始單片機初始化監(jiān)測人數(shù)監(jiān)測亮度到指定值1模式選擇人數(shù)加人數(shù)減到指定