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1、绿色照明系统设计摘 要 本设计针对的是教室灯光控制，通过对教室环境调查，给出了节约电能实现与控制方法，即基于单片机的绿色照明系统设计。 该系统以单片机作为主控制器，采用光敏电阻模块检测教室自然光强度，根据环境光照强度对灯光进行分级控制。采用热释红外传感器检测并统计人数，以此对教室灯具进行分组控制，系统再综合光照强度及室内人数进行识别和判断，从而控制灯具的具体开关盏数。系统可以晚上提醒学生离开教室，定时对教室灯光进行集中管理，其定时关灯时间可根据具体作息时间进行调整。在寒暑假等较长假期可以设定某些月份关闭照明系统。另外系统通过使用节能LED,使整个系统更加节能。 关键词 分组控制，白光LED，定
2、时控制，传感器ABSTRACT This design is aimed primarily at the classroom lighting control, classroom environment survey, given the energy savings achieved with the control method, which is based on microcontroller green lighting system design. The system microcontroller as the main controller, the the photor
3、esistor module detects classroom natural light intensity according to the ambient light intensity lighting hierarchical control. Pyroelectric infrared sensors to detect and determine the specific location of the people, in order to group classroom lighting control system and then integrated light in
4、tensity and the number of indoor identify and judge, so as to control the lighting switch lamp. The system can remind students to leave the classroom, regular classroom lighting for centralized management, the timing lights are turned off time can be adjusted according to the specific work schedules
5、. Shut down the lighting system can set some months in the winter and summer vacations and longer holidays. In addition, the system through the use of energy-efficient LED to make the whole system more energy efficient.Key Words：Packet control, The white LED, The timing control, The sensor目录1. 绪论11.
6、1课题背景11.2大学教室照明控制现状11.3本课题研究的意义21.4本课题研究的主要内容22. 绿色照明系统总体设计32.1系统整体设计方案33. 照明系统硬件设计4 3.1单片机最小系统4 3.2系统供电电路43.3照明灯具及控制特性分析53.3.1白光LED的发展状况53.3.2白光LED相对传统灯管对比53.4教室人体检测模块73.4.1热释电红外传感器原理73.4.2热释电红外传感器信号处理83.4.3红外人体感应传感器的布局103.5教室灯光分组控制113.5.1教室分组控制方案113.5.2教室灯光分组控制电路连接图123.6继电器接口电路设计133.7光照传感器模块设计153.
7、7.1光敏电阻的结构153.7.2TLC549工作原理153.7.3光敏电阻与TLC549以及单片机接口电路153.8系统时钟电路设计173.8.1时钟芯片与单片机接口电路173.8.2定时关灯提醒报警电路183.9设置键盘与显示电路的设计193.9.1系统显示电路设计193.9.2键盘设置模块设计203.10单片机与上位机数据传输设计213.10.1系统数据传输设计方案213.10.2单片机与上位机数据传输电路设计224. 照明系统软件设计244.1照明控制主程序设计244.2光敏电阻模块实现教室灯光分级控制254.3定时提醒模块实现教室灯光定时开关控制274.4液晶显示模块实现信息实时显示
8、284.5键盘设置实现时间更改以及根据不同时期设置定时关灯时间294.6热释电红外传感器实现教室灯光分组控制314.6.1教室人数检测程序设计314.6.2教室灯具分组控制程序设计324.7上位机与单片机通信程序模块335. 照明系统简易仿真356. 结论以及展望366.1结论366.2展望36答 谢37参考文献38程序371. 绪论1.1课题背景 随着科学技术的进步与发展，人类生活发生翻天覆地的变化。但是越来越多的问题开始出现，能源问题是其中突出问题之一，解决能源问题，实现可持续发展是国家长期发展的重中之重。倡导绿色节能，低碳生活是未来生活的主旋律。 现如今国家越来越重视对照明系统的节能，并
9、提出了“绿色照明”理念，发展绿色照明是未来电能节约发展的总趋势。随着这几年大学、中专院校的扩招，教室和图书馆不断的增多，教室与图书馆电能的需求也会随之增多，而教室的照明由于多方面的原因，管理人员很难全面顾及，这样往往造成电能的白白浪费，所以，提高高校教室和图书馆用电效率就成为学校首要考虑的问题。1.2大学教室照明控制现状 大学教室在自然光足够强的情况下以自然光照为主，在阴天或者照明不足的情况下以灯光照明为主，其中灯具主要以灯管为主，为了保护学生的视力，教室需要有良好的光照环境。然而在保证良好照明环境的前提下有时也会出现电能的浪费现象。例如无人在教室时灯光全部都开着，或者几个人在一个教室灯光全部
10、开着，再者在白天光照充足的情况下也全部开着灯，所以，这就必须对教室灯具状态进行智能控制，以此节约电能。 实现照明节能主要有两种途径，一种从灯具上节能，具体方法是在保证照明质量的前提下，选择耗电量较少的灯具，例如白光LED灯管。另一种方法是从智能控制灯具来实现节能，在现有照明灯具的基础上研究控制策略对教室灯光进行智能控制，通过智能优化照明系统的自动运作来实现教室灯光的充分利用1。1.3本课题研究的意义现如今在许多公共场所，如学校教室、图书馆等场所，目前绝大多数以人工管理为主，由于教室数量多而且管理人员较少，往往会出现管理不到位的情况：室内光照充足，而灯具全开；或者少数几个人开全部的灯的情况，有的
11、时候甚至在无人的情况下仍然开启全部的照明灯。 因此，为了建立资源节约型的社会，倡导绿色生活，我们必须通过一些行动节约电能，所以，研究绿色照明系统、考虑如何节能就具有了重要的意义。1.4本课题研究的主要内容(1)照明灯具的节能问题；(2)热释电传感器检测室内是否有人问题；(3)能采集连续变化的光照度模拟信号，并且能将模拟信号数字化；(4)根据学生具体作息时间对整个系统进行集中管理控制；(5)开、关灯具的自动控制问题；(6)上位机对这个系统进行监控。2. 绿色照明系统总体设计2.1系统整体设计方案 本文以AT89S52单片机作为控制器，用光敏电阻构成的电路检测教室环境光的强度，从而根据环境光照强度
12、对灯具进行分级控制。采用热释红外人体传感器检测教室是否有人存在并统计教室具体人数，以此为根据对教室灯具进行分组控制，系统综合光照强度及室内人数进行识别和智能判断，从而控制室内灯具状态。系统还具有晚上提醒学生离开教室的功能，定时对教室和图书馆灯光进行集中管理，其定时时间可根据学生具体作息时间进行调整。在寒暑假等较长假期内，可以通过设定某几个月份全部关闭教室照明灯具。另外在系统灯具节能方面，通过使用LED进行节能,从而使整个系统更加节能。最后通过上位机对每个教室每个楼层状态进行管理与监控。系统总体框图如图2-1所示：热释电红外传感器模块继电器控制DS1302时钟模块驱动电路白光LED灯具键盘设置模
13、块报警提醒电路光照传感器模块AT89S52 单 片 机液晶显示电路上位机图2-1系统总体框图3. 照明系统硬件设计3.1单片机最小系统 单片机最基本的电路就是单片机的最小系统。单片机基本电路主要包括时钟电路和复位电路。 时钟电路：时钟电路即振荡电路，时钟电路决定单片机工作时的频率，时钟电路的频率决定单片机工作速度和精度。复位电路：当复位电路中的按键按下时，复位引脚RST就会变成高电平，系统复位，当按键松开时，复位引脚信号就会由高电平变成低电平，复位结束单片机开始正常工作。其电路如图3-1所示。 图3-1单片机复位与晶振电路3.2系统供电电路单片机供电需要+5V的直流电压才能开始工作，要取得+5
14、V电压，需要选用输出电压为9V的变压器。首先变压器先将高压交流电变成低压电,然后再经过整流电路、滤波电路、稳压芯片LM7805得到稳定电压，电容C3、C4的作用是防止负载突变，输出端输出的是5V的直流电，为系统提供工作电压。其供电原理图如图3-2所示：图3-2 5V直流供电原理图3.3照明灯具及控制特性分析 目前，高校教室灯具照明主要以日光灯管为主，虽然相对与传统白炽灯来说，日光灯在节能方面更加出色，但是随着科技的发展，白光LED在节能环保上相对与日光灯有更大的优势。3.3.1白光LED的发展状况 近年来，国产白光LED的发光效率达到50lm/W，其发光效率已经和60lm/W的荧光灯相近，日本
15、部分企业已经计划量产100lm/W以上的大功率白光发光二极管，这一指标已经开始逼近光效140lm/W的钠灯，从目前发光二极管的技术潜力和发展前景来看，将来大功率白光发光二极管发光效率将达到200lm/W以上2。3.3.2白光LED相对传统灯管对比白光LED相对传统灯管对比如表3-1所示。表3-1 白光LED相对传统灯管对比照明方式特点白光LED一千小时仅耗1度电、使用寿命可达五万小时以上、光线健康、不含汞和铅、无频闪、90%的电能转化传统日光灯一百小时耗1度电、使用寿命六千小时、有紫外线和红外线、含有汞和铅、有频闪、80%的电能转化一般情况下，一个高校有80个教室左右，每个教室10盏灯计算，一共有800盏灯。下面表3-2进行的是
