《教室灯光自动控制系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教室灯光自动控制系统（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I教室灯光自动控制系统摘 要本研究针对教室灯光的控制现状及用电大量浪费的现象，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的设计思路。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。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】：教室灯光控制 热释红外传
2、感器 光敏电阻 AT89C52绪论随着社会经济和科学技术的发展，人类社会的进步越来越依赖于资源的开发与利用，然而与日俱增的能源需求和有限的资源数量形成了巨大的矛盾,能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“ 瓶颈” 。在寻找替代品、提高能源利用率和节约能源等几种缓解能源危机的途径中，节能无疑是符合可持续发展要求。英国城市大型彻夜灯光照明现象很少见，无论公司和政府部门，都没有虚浮华丽的所谓“照明工程” 14。夜晚漫步在伦敦街头，看不到大面积光华淌泻与楼体通明的景观，所有照明都基本以不影响人们的正常生活节奏为准。许多店铺橱窗的灯光在打烊后会全部关闭，有些店铺还采用定时关灯装置。在政府住宅楼和公
3、寓楼内，楼道里的公用灯也大多采用自动断电装置。作为提高能源使用效率最重要的途径之一，德国政府努力推动能源公司实施“供热供电结合” ，鼓励能源公司将发电的余热尽可能用于供暖。2002 年，德国颁布了促进“供热供电结合”的法规，根据这一法规，政府向实施该措施的能源公司，尤其是小型能源公司提供补助，帮助他们置办相应设备。中国城市每年用于公共照明的能源支出高达 280 多亿，节能空间巨大。其中路灯照明能耗占 30%以上。发展城市道路照明的同时，路灯以供街道照明以外，还大力兴建了不少景观照明工程，美化城市的夜景，但同时也带来了能耗的极大浪费。据统计 2005 年，我国全社会的总用电量约为 24000 亿
4、kWh，照明用电量约为 3000 亿 kWh，且每年以 13% 14%的速度递增，预计到 2010 年，照明用电量将超过 5000 亿 kWh，新增照明用电 2000 亿kWh1。对高等院校，据测算，其照明耗电占本单位所有耗电的 40% 左右，可见在保证照明质量的前提下，对教室灯光进行自动控制，其节能效益和经济效益都是相当可观的 10。目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但针对教室灯光的控制智能系统还不是很完善，依然是人工管理占主导地位。现在伴随各类大、中专院校的扩招，教学楼不断扩建，教室用电负荷不断加大，教室用电系统管理不善，造成学校资源的浪费与经济损失，这种做法显然与当今节约能源的理
5、念相违背。当今许多教室采用比较传统的照明系统：在主电源经过一个配电箱分出多个支路，这些支路再分别向灯具供电，然后再通过串接在照明中的单双极开关来通断供电线路 9，所以该控制系统只能通过开关来控制灯具，无法实现比较人性化、多功能化的系统管理。如在国内外有些灯光控制系统采用声控形式但是其没有经过单片机等芯片的处理使用仍是将采集信号处理后传递给逻辑电路来进行灯光控制，假使外界条件恶劣如有噪声等仍会造成电能的浪费，而且逻辑电路只能实现较少功能，综合而言，整个系统虽然简单但是2功能不全，而且无法人性化控制。现代自动化程度不断提高，计算机技术不断普及应用，教室灯光系统也应朝着更人性化智能化得方向发展。本系
6、统采用热释电红外传感器和光敏三极管来感知人体信息和外部光照环境改变，并通过单片机及软件编程的技术实现灯光系统的控制，达到了部分智能化的控制。课题研究的目的和主要内容：主要研究目的基于 AT89C52 单片机的教室灯光智能设计加强灯光控制智能化理念主要研究内容（1）灯光控制方案的研究；（2）灯光检测方案的研究；（3）教室内人数检测方案的研究；（4）热释电红外传感器的信息处理；（5）人体与光照环境信号采集与处理；（6）开发单片机系统；（7）实验测试与数据分析。31 教室灯光自动控制整体描述1.1 灯光控制总体思想该系统以 AT89S52 单片机 8作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测
7、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。整体系统由人体传感器感应信号，再送入单片机进行处理，再由单片机控制控制教室灯光。同时将环境亮度检测、人工控制、报警控制等功能加入到系统中。系统设计流程图如下：图 1 设计方案流程图系 统 方 案 分 析软 件 设 计 硬 件 设 计整 体 综 合器 件 分 析 选 择仿 真 设 计调 试41.2 灯光控制方案分析本电路具有对教室内的人数进行统计和对光照情况进行鉴定的功能，并对灯光进行实时控制，达到方便和节约能源的目的。电路有两种控制方
8、式：自动控制状态和强制执行状态。自动控制状态：电路上点复位后自动处于自动控制状态，当环境光照充足时且教室光照强度大于设定值时，不管有没有人，灯都不亮。若教室光照强度小于设定值，控制会根据人数多少来确定灯的开关，如果有人进入教室，红外传感器感应到后把信号经过隔离缓冲送到 CPU 且数码显示电路显示人数为 1，同样再有人进出则显示器上数字自动加减 1。强制执行状态：在电路正常工作的情况下，按下强制开关可以通过人对教室灯进行强行控制，再通过按下此按钮也可以恢复到自动控制状态 6。系统框图如下：图 2 系统方框设计图单片机A T 8 9 C 5 2光敏电阻探测组件隔离缓冲器热释红外传感器组件强制开关组
9、件受控灯系统报警系统计数电路52 硬件电路设计2.1 控制核心模块本系统采用 STC89C52 单片机处理芯片 5，其特点是外围电路简单，价格低廉，虽然此款单片机的工作频率相对较低，但本设计对频率要求不高，能够满足本设计的要求。另外此款单片机有 32 个 I/O 端口，方便了设计的需要。图 10 为单片机最小系统。因为 51 单片机的 P0 口驱动电流小，因此需要外加上拉电阻。单片机最小系统主要还有晶振电路以、复位电路、及报警电路。由于蜂鸣器需要的驱动电流较大，单片机 I/O 端口不能直接驱动，所以通过一个三极管进行电流放大。当教室里面没有人时系统会通过热释电红外感应无人信息，传递给单片机进行
10、处理后使教室里面（即控制区）的灯全部关闭。知道下次有人进来时才点亮。同时当人出去后蜂鸣器报警然后灯关闭。本报警电路由蜂鸣器、三极管、非门组成。如图所示：图 3 单片机最小系统X11.0529MC230pC330pX1X2RESETC110uGND R21kR310kGND RSTXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3
11、.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52WRRSX1X2RSTLCDENEOCSTARTP2.0P2.1P2.P2.3P2.4P2.5P2.7P2.6P1.6P1.4P1.5P1.2P1.P1.3P1.0P3.0FM234567891RP1RESPACK-8+5VD0D1D2D3D4D5D6D7P3.2P1.7VC最 小
12、系 统D0D1D2D3D4D5D6D762.2 教室人数检测模块2.2.1 热释电红外传感器的原理热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器 2的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不
13、能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达 104M 欧姆，故引入的 N 沟道结型场效应管应接成共漏形式(即源极跟随器)来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。图 4 双探测元热释电红外传感器图 4 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时 D 端接电源正极，G 端接电源负极，S 端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起
14、，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得7到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。信号经过热释电红外传感器之后，产生的波形不能为单片机所接受，中间必须有一个信号调节电路。本系统采用 BISS00011集成电路可将传感器的信号转换为标准的高低电平。其电路原理图如图 5 所示。图 5 热释电信号调节电路BISS0001 芯片的引脚图如图 6 所示，各引脚的定义和功能如下： VDD工作电源正端。范围为 35V。VSS工作电源负端。一般接
15、0V。I B运算放大器偏置电流设置端。经 RB 接 VSS 端，R B 取值为 1M 左右。 1 IN-第一级运放放大器的反相输入端。1 IN+第一级运放放大器的同相输入端。1 OUT第一级运算放大器的输出端。2 IN-第二级运算放大器的反相输出端。2 OUT第二级运算放大器的输出端。VC触发禁止端。当 VCVR 时允许触发。VR 0.2VDD。VRF参考电压及复位输入端。一般接 VDD。接“0”时可使定时器复位。8A可重复触发和不可重复触发控制端。当 A=“1”时，允许重复触发，当 A=“0”时，不可重复触发。Vo控制信号输出端。由 Vs 上跳边沿触发使 Vo 从低电平跳变到高电平时为有效触
16、发。在输出延时间 TX 之外和无 Vs 上跳变时 Vo 为低电平状态。 图 6 BISS0001 外引线连接图RR1RC1输出延迟时间 TX 的调节端。T X49152R 1C1。 RR2 RC 2触发封销时间 TI 的调节端。T X24R 2C 2。BISS0001 芯片的特点是：(1) CMOS 数模混合专用集成电路。(2) 具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。(3) 双向鉴幅器，可有效抑制干扰。(4) 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调节范围宽。(5) 内置参考电压。2.2.2 教室人数检测模块的功能实现热释电红外传感器采集到的信号首先由 BISS0001 芯片 1在不可重复触发工作方式下经一、二级运算放大器、双向鉴幅器、延时器等处理后变成比较标准的高低电平后，将此标准信号接到单片机上的 P2 口上，并
