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1、泉 州 师 范 学 院毕业论文（设计）题 目 教室照明节能控制 物信 学 院 电子信息科学与技术 专 业 07 级 1 班学生姓名 学 号 070303021 指导教师 职 称 讲师 完成日期 2011年4月15日 教务处 制教 室 照 明 节 能 控 制物理与信息学院 电子信息科学与技术指导老师 摘 要：本设计主要是采用了红外感应来采集信号，进而模拟智能的节能控制。该系统由红外传感器（红外对管TCRT5000），光敏电阻，运放模块（LM324）等相关电子器件所组成。本设计主要采用红外传感器（红外对管）和光敏电阻，通过光敏电阻来判定是否需要打开电灯，然后再通过红外对管将接收到的微弱信号，送往运
2、放模块LM324放大，再送人52单片机，从而控制照明灯的亮灭。该红外对管可以探测来自移动人体的红外辐射，只要人体进入探测区域，开关就会自动开启。该设计既新颖方便，又节约用电。本设计结构简单，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，价格低廉，隐蔽性好，应用范围广，所以可以通过扩展而达到实际的应用。关键词：红外传感器；LM324；52单片机； 目 录 引言4一、总体方案设计41.1设计方案的原因和目标41.2设计方案的选择4二、元器件的相关介绍以及相关系统硬件电路设计51.1红外传感器的基础知识51.2红外对管TCRT5000的原理和特性51.3 红外对管接收电路的设计62.1运放放大器LM324的
3、基础知识62.2 LM324的原理及特性72.3LM324运放73 光敏电阻的基础知识和特性84.1三极管的基础知识94.2 三极管9012的原理及特性105亮度取样电路设计116 89C52的原理、特性及引脚图117数码管的相关知识.12 8检测电路指示灯电路设计139整体电路原理图，模块PCB及工作流程图13三、电路的安装与调试. .17 1电路的安装172 电路的调试18四、实验结果以及方案的改善18五、结束语18六、致谢18七、参考文献19引言 当今社会是个飞速发展的社会，随着发展所带来的问题越来越多，人们需要越来越多的更加全面的措施来应对。当然所需要的资源的越来越多。资源来源于自然环
4、境，因而自然环境需要人们的维护，因此，人们应该保护自然。虽然可以从自然中获取资源，但我们也应该合理的支配资源，这就需要我们的自我约束。节约能源就是一个表现。 现在在一些大型的场所，经常人不在了，电灯还在一直工作，这是一种很浪费资源的行为。在学校的这一现象比较明显，要嘛经常教室里面的没人，但是教室里的照明灯都一直开着，要嘛就是教室里才一两个人，但是教室里的所有灯都打开，这就造成的电能的浪费。这种现象的耗电占其单位所有耗电的40左右。因此，有必要在保证照明质量的前提下，实施照明节能措施。这不仅可以节约能源，而且会产生明显的经济效益1。一、总体方案设计1.1设计方案的原因和目标 在资源紧张的时代，浪
5、费电能是很不好的行为，但是电灯是死物，不会自己来控制开与关，所以经常产生资源浪费。这种现象的耗电占其单位所有耗电的40左右。为了降低这一现象，必须给照明系统加上一些智能的控制措施，如感光、声控、红外感应控制、或是智能人工远程控制的方法。通过各种各样的方法，使得照明系统能过根据不同的各类信息来自己控制照明灯具的开与关，从而达到节约资源的目的，同时也减少了工作人员的工作负担，也会会产生明显的经济效益。设计的目标：基于室内照明灯具电能浪费的现象设计一个控制系统，根据室内人数对灯具进行自动控制，来实现按需亮的节能效果1.2设计方案的选择设计方案的不同主要是在于所选用的智能控制措施的不同，当然也有的虽然
6、智能控制措施一样，但是措施所采用的元器件不同、排列不同等造成方案的多种多样。方案一：只采用的感光的智能控制措施。这一方案是通过光感原件，判断教室里面的光线的强弱，如果教室里的光线强的话，则通过电路的连接，关闭教室内的照明系统；当室内光线不足时，则通过电路的连接，发出命令，开启教室内的照明系统，即打开电灯。方案二：采用声控和光感的智能控制措施。这一方案是通过光感和声控的双线控制。首先考虑光感措施，情况如方案一，然后考虑声控智能控制措施，在光线强的条件下，声控部分不启动；在光线弱的情况下，声控部分启动，探测设定的测量内的声音，如果有声音，则将室内照明系统启动；如果没声音，则室内照明系统关闭。方案三
7、：采用光感和红外感应的智能控制措施。这一方案采用了光感和红外感应来控制教室的照明系统。首先分析光感部分，分析的情况如方案一，然后再分析红外感应部分。红外感应部分分成两部分，一部分感应进入教室的人的信号，一部分感应离开教室的人的信号。当没有进去的信号，这关闭教室的照明系统；当没有离开的信号，但是有进去的信号，则打开教室内的照明系统。方案一控制不够精确，会造成电能浪费。有时教室里才一两个人，但是教室里的灯都亮了，这就造成浪费了。方案二虽然多加了个声控的智能控制措施，提高了照明系统的一部分工作效率和经济效率，但是因为声音可以通过各种介质进行传播，所以也容易受到其他声源的影响。比如说手机的通话声、回音
8、等等。方案三相比方案一和二控制更加精确，而且比较不容易受其他方面的影响，能够对教室内的照明系统进行科学的管理和控制，提升照明系统的工作效率和经济效率。通过三种方案的比较，选定了方案三。方案三设计的介绍：首先，根据光敏电阻来判断室内是否需要开灯，如果有光，则单片机不工作，如果没光，则单片机启动，然后通过红外光电传感器判断室内人数并结合软件编程和硬件设计减少误判，运用红外传感器做室内感应器件并可作为智能控制，即可在人进入室内就自动亮灯。并将室内的灯进行分组，根据人数并结合光照强度来控制亮多少灯。其中，通过红外传感器判断室内人数需要通过2组红外对管来分别感应进入的和出去的个数，可以通过两个LED灯来
9、确认是否有信号，然后将所收集到的信号，送入单片机89C52，通过程序编写，来计算室内实实在在的人数，从而来进行智能控制照明，实现所要达到的目的。二、元器件的相关介绍以及相关系统硬件电路设计1.1红外传感器的基础知识利用红外线的物理性质来进行测量的传感器就是红外传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高
10、，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成2。 1.2红外对管TCRT5000的原理和特性红外对管TCRT5000是反射型，是由红外发射管与红外线接收管组成红外线发射管是用来发射的红外线的！红外线接收管只接受红外线,不受可见光的干扰，属于光敏二极管，只对红外线有反应红外发射管 红外接收管红外发射管：红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极
11、管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。红外接收管：它是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏三极管，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。红外接收管的作用是进行光电转换3。TCRT5000红外对管的原理图：1.3 红外对管接收电路的设计这一设计电路是用于感应红外信号，是通过红外对管的工作原理来实现的。红外对管TCRT5000接收电路工作流程:将一组对管接收到的信号设定为进入的个数，另一组接收到的信号设定为离开的个数，红外发射管与330电阻串联，红外接收管与47K串联。红外对管的电路原理图如
12、下图所示:2.1运放放大器LM324的基础知识LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。 LM324实物图：2.2 LM324的原理及特性LM324的特点：1.短路保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100naA 5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准
13、的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能LM324有4组运放电路，每一组运算放大器可用下图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列2.3LM324运放这一部分是用来辅助检测电路指示灯电路是否有信号从红外对管那边传送过来。LM324运放模块主要是将红外对管所采集的信号与高电平送入LM324的运放放大电路，输出端2脚和6脚，分别与两个LED
14、灯的负极相连接连接，LED灯的正极都接电源。如果红外对管有采集到信号，则通过运放放大电路输出低电平，使得LED发光一下，如果没有采集到信号，则输出端电平是高电平因而LED不亮。LM324运放电路的原理图如下： 3 光敏电阻的基础知识和特性 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻实物图: 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M,在强光条件（1
