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1、灯光控制系统设计摘要：本设计主要从节能的角度出发，以AT89C52单片机为核心，多路传感器探测监控，实现了对教室灯光的智能化控制。结果证明基于单片机的灯光自动控制系统的设计是正确的，并具有较广泛的用途，而且使用方便，更节省能源。关键词：灯光控制；光控；热释电红外传感；DS1302；AT89C52；单片机Light Automatic Control SystemBased on SCMAbstract：This design , mainly from the Angle of energy saving, AT89C52 SCM as the core, multi-channel sens
2、or monitoring, realize the intellectualized control of the light.Results show that the light control system based on single chip design is correct, and widely used , easy to use, more energy efficient.Key words：light control；optical；Pyroelectric infrared sensor；ds1302；AT89C52；目录1 绪论11.1 课题研究的背景和意义11
3、.2 国内外研究现状、发展动态21.3 研究内容和目的42 硬件设计52.1 设计思路52.2 硬件电路62.2.1 单片机及基本外围电路62.2.2 硬件时钟电路82.2.3 键盘电路102.2.4 光控模块102.2.5 热释电红外传感模块112.2.6 时钟显示模块132.2.7 被控LED电路143 软件设计153.1 软件设计主要流程153.2 对时钟芯片DS1302进行读写163.3 扫描四个按键193.4 时钟显示电路194 系统调试214.1 硬件调试214.2 软件调试214.3 功能测试225结论23参考文献24致谢25251 绪论1.1 课题研究的背景和意义随着计算机科学
4、技术的发展,在智能建筑的方面的应用也越来越广泛。目前,效率低、能耗高是国内大多数智能建筑的不合理的地方10。就智能建筑中灯光控制系统的应用仍然存在一些问题,比如灯是从早到晚开着的,不管这些房间或楼道是否有人,即使光线已经足够亮。或者,当照度很高时,灯不能及时关闭; 反之,当自然光照度难以满足人的需求时,又不能及时打开灯光。这种照明方式,造成大量能源的浪费,还不能满足人对照明的基本需求。现代照明系统主要解决能源的尽可能节省和方便使用办法9。以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升,不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加1。所以,要做到合理、经济、节能
5、,首先应采用先进成熟的技术和产品,如电光源、灯具、照明控制设备等,另外,还要选择合适的照明方式和照明控制系统。因此,适应不同个人和工作需要,结合自动调节与手动调节的的智能化照明系统已经成为必不可少了1。目前国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在;而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来，这样就造成不必要的电能浪费和经济损失2。再者，每所院校不断的扩招，教室不断的扩建，若再没有改进教室的用电管理设备，那么用电负荷可想而知，浪费的电能就更惊人了3。因此，对照明电路的有效控制也就成了节约电
6、能的首要方法。于是，开发一种简单、实用而又节能的灯光自动控制系统便具有了十分重要的意义4。（本设计主要针对教室灯光的自动控制）。热释电红外传感器：被动式热释电红外探头的工作原理及特性：在自然界，任何高于绝对温度（- 273度）时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的5。 图1-1 热释电红外传感器在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到
7、的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异5。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号7。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右
8、的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上8。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号11。(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10微米左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 (3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其
9、产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。(4)人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警12。(5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。1.2 国内外研究现状、发展动态当今的灯光艺术已经成为了一门走在时代前沿的时尚艺术。灯具的种类也由以前构造简单、功能有限的白炽灯、荧光灯、聚光灯等发展为今天的镜片反射式电脑灯、摇头式电脑灯、变色灯、电脑追光灯激光灯等构造复杂、精密，功能丰富多样的现代灯具。像我们经常在电视节目上看到的舞台灯
10、光、城市景观灯、舞厅的各种闪光灯、街道上的霓虹灯等，其艺术性和表现力都产生了质的飞跃。在基本光满足必要的照度和色调的基础上，根据场景气氛的需要 可以自由地组合出千姿百态、绚丽多彩、变幻无穷的灯光景观。实现了艺术上的创新与突破，不断创造出令人惊叹、叫绝的视觉艺术效果，给人们带来了美的享受和心灵上的震撼。就连我们最常见的楼道灯也一改过去那种人不开不亮，不关不灭的形象。在我们生活的小区和工作的办公楼等地，每到晚上我们上下楼梯时，只要我们用手轻轻一摸开关上的按钮，灯就亮人走后没一会灯又自动熄灭。或是天黑走过楼梯通道时，当有脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明。当人们进入房内或离开楼梯，楼道灯
11、延时几分钟后会自动熄灭。在白天，即使有声音楼道灯也不会亮。之所以出现这种效果，要归功于现代科学技术的发展 其中很重要的一点，就是现代电子技术的发展和创新。它主要是利用一些电子元件，应用数字电子技术的逻辑器件设计电路进行控制。像舞台上的灯光就是运用现代数字电子技术，按照场景的需要通过电脑程序进行控制，像楼道的灯就是通过安装一些电子开关进行控制。现在国家正在大力提倡节能减排，虽然关灯在有些人看来是件小事，也省不了多少电，但如果全国所有公共场所及家庭都使用新型节能开关，这样既避免了人们在黑暗中摸索开关的不便， 又可以避免人们忘记关灯而造成浪费。聚少成多，那也将是个惊人的数字，也一样能达到很好的节能目
12、的。电子开关的种类很多，有触摸式延时开关、声光控延时开关、红外线感应开关等。前面讲的楼道灯就是安装了触摸式延时开关和声光控延时开关这两种新型的电子开关工作原理。触摸式延时开关的工作原理其实很简单。它就是由电源电路、晶闸管、可控硅、开关电路、延时电路等几部分组成一个自动开关控制电路。平时，整个电路处于断开状态，灯不亮。当人手触摸一下电极，开关外壳上的金属片时，人体泄漏电流形成回路，产生一个触发电压，使得电路中的触发器发生变化，开关开通，灯亮，同时给延时电路中的电容充电。人手拿开后，电路失去触发电压，开关断开，此时电容向外放电，即延时电路发生作用，延长一段时间后，即电容电量放尽，灯灭。若要延长或缩
13、短延时时间，可以增大或减小电容数值来实现声光控延时开关。声光控延时开关，顾名思义，就是利用声音和光来控制开关的开启，若干分钟后延时开关“自动关闭”。这种开关在电路中增加了一些与门电路、话筒和光敏电阻，由光控电路、声控电路和延时电路三大部分构成。简单地说，就是利用话筒接收声音信号（脚步声、掌声等）并转换成电信号，经过耦合、放大等处理后，变为电子开关的开关动作。白天光线较强时，光敏电阻阻值很小，两端电压几乎为零，整个电路不具备光控条件，电子开关呈断开状态。此时，即使有再大的声响，灯也不会亮。夜晚光线较弱时，光敏电阻阻值很大，两端电压高，光控电路呈导通状态，当有外界声音信号时，经过声控电路的处理，电
14、子开关闭合，灯亮。然后通过延时电路的作用，持续一段时间后，开关断开，灯灭。从声光控开关的结构上分析，开关面板表面装有光敏二级管，内部装有柱极体话筒（或其它样式的放射）。而光敏二极管的敏感效应，只有在黑暗时才起到作用。也就说当天色变暗到一定程度，光敏二级管感应后会在电子线路板上产生一个脉冲电流，使光敏二级管一路电路处在关闭状态，这时在楼梯口等处只要有响声出现，柱极体话筒就会同样产生脉冲电流， 这时声光控制开关电路就连通起作用。红外线感应开关的主要器件为人体热释电红外传感器。在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信
15、号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能触发开关动作。当有人进入开关感应范围时，专用传感
