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1、设计名称：智能照明控制系统组别：第五组组长：XX组员:XX基于单片机的智能照明控制系统设计随着电子技术的飞速发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能家居等行业,微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路.本文介绍了基于单片机AT89C51的室内灯光控制系统及其原理，提出了有效的节能控制方法。该系统采用了当今较成熟的传感技术和计算机控制技术，利用多参数来实现对学校教室室内照明的控制。系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。工作时，光信号取样电路采集光照强弱、人体信号采集电路采集室内是否有人、是否为工作时间等信息并将信号送到单片机，单片机根
2、据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。 专业整理 目 录1 引言1.1研究背景1.2智能照明控制系统的优点2 设计部分2。1 设计要求2。2 系统设计2。3 逻辑控制2.4 硬件设计2.4。1 系统硬件总述2.4.2 AT89C51单片机介绍2.4.3 光照检测电路2.4。4 人体信号采集电路2.4.5 比较电路2。4.6 延迟时间选择电路2。4.7 输出控制电路3 系统软件设计及实现4 结论5 评价.6 组员分工.。1 引言1.1 研究背景如今普遍高校都是开放型的管理模式,高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯作业；即使是很少的时候
3、也是整个教室的灯全亮着.甚至教室无人的时候灯仍然亮着.这些现象普遍存在于各大高校，浪费了电力资源。目前通常使用的节电方式有实行手工控制，声控型，太阳能灯等。但是它们都存在一定的弊端。手工控制方式操作不便,费时费力，而且需要人工控制。声控型则容易存在判断不准确，当不是人为需要的时候，其它噪声也可能会让灯亮.太阳能设备投资比较大,且容易受光照强度的影响,不适合用在教室设施场所.因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案.1.2 智能照明控制系统的优点智能照明控制系统是指用计算机技术并辅助以其它手段，对电力照明实行智能控制，提供合适照明光环境的同时降低照明系统电能消耗和其
4、它使用费用。智能照明控制系统于手动照明控制系统相比有很多优点,包括创造环境气氛，改善工作环境、提高工作效率，良好的节能效果,延长光源寿命，管理维护方便等。1。3智能照明控制系统的组成智能照明控制系统主要由输入装置、处理器和执行器三个部分组成。输入装置可以不断检测周围环境的光照度水平，可以探测到某个区域是否有人移动,以及输入人们的控制指令，并把相应的信号传送给处理器.输入装置包括传感器、定时装置和控制面板或遥控器.处理器接受输入装置的信号,经过信息处理、判断、分析，输出控制信号。执行器与灯具直接连接，控制灯光回路的闭合或断开和调节灯光到相应的水平，包括手动开关。2 设计部分2。1 设计要求控制器
5、的主要目的是对灯的开关状态进行控制。工作时根据时间,人工控制及光照等因素综合控制灯的开关状态。光照检测电路和红外线传感器采集光照强弱、室内是否有人等信息送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求.硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化.硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既
6、经济又高性能.硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计,包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等;最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。2。2 系统设计系统设计可分为硬件设计和软件设计两部分。根据我们需要实现的功能，合理选择元器件进行设计.软件设计
7、部分，应该结合硬件电路所要实现的功能进行设计。主要针对光电检测电路和热释电红外传感器输出信号进行处理.当光强的时候，系统对光照进行检测,产生信号并处理控制灯的开关状态，科学管理灯光的亮与灭，达到节约用电的目的。2。3 逻辑控制教室内灯光控制系统根据天气、时间、等因素自动控制教室内灯光。当教室或者其它照明场所里面有人时,或者需要进行作业时，如果光线较暗则开灯，光线很亮时则关灯，没有人时，或者不需要进行作业时，则关灯。光线亮时则关灯，晴天时关灯，休息时间关灯。根据上述要求，可以画出控制系统逻辑功能表，如表1-1所示。室内灯光控制系统可以根据气候、人体等因素全天候自动控制室内照明电器的开和关。做到光
8、线暗时开灯，雨天阴天时开灯,无人时关灯，光线亮时关灯，晴天时关灯.在确保室内正常照明同时,可有效防止无人时开灯光线亮时开灯,从而达到节电目的.根据上述要求，可以画出如表2-1所示控制系统逻辑功能表。关系如果假设:室内光线强度为A：光线强时A=1，光线弱时A=0；人体信号为B：有人时B=1，无人时B=0；作息时间为C：上课时C=1，休息时C=0;电灯开关状态为D：合时D=1，断开时D=0.则表11可以转化为表12.由真值表可得出系统逻辑函数表达式为：D=ABC如下表所示信号室内光信号人体信号时钟信号电灯的开关状态参数自然光照度人体作息时间逻辑状态强无休息断强无上课断强有休息断强有上课断弱无休息断
9、弱无上课断弱有休息断弱有上课合表11 系统逻辑表12 逻辑系统真值表信号室内光信号人体信号时钟信号电灯的开光状况参数自然光信号人体作息时间符号ABCD逻辑状态100010101100111000000010010001112.4 硬件设计2.4.1 系统硬件总述系统以单片微型计算机AT89C51为核心外加多种接口电路组成，共有四个主要部分：光照检测电路、延时电路、热释电红外线传感器及处理电路、输出控制电路。如图21所示外围接光照检测电路、热释电红外线传感及处理电路、输出控制电路.两个开关实现人工控制。2.4.2 AT89C51单片机介绍AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高
10、性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机.AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 。2.4。3 光照检测电路光信号取样电路如图22所示，图中主要由光信号采集电路和A/D模数转换电路组成,其中模数转
11、换是电路的核心。信号经过采集送入A/D转换电路,通过单片机处理后，最终作为系统应用程序进行开关灯判断的依据。A/D转换器的位数应根据信号的测量范围和精度来选择，使其有足够的数据长度，保证最大量化误差在设计要求的精度范围内。本系统中，信号的测量范围的电压：0。00-9.99V，精度0.01V。在本次设计中选用了带串行控制的10位模数转换器TLC1549，它采用CMOS工艺，具有自动采样和保持，采用差分基准电压高阻抗输入,抗干扰性能好,可按比例量程校准转换范围，总不可调整误差达到（)1LSB Max，芯片体积小等特点.同时它采用了Microwire串行接口方式，故引脚少，接口方便灵活。与传统的并行
12、方式接口A/D转换器（例ADC0809/0808）相比，其单片机的接口电路简单，占用I/O接口资源少.图22 光信号取样电路2。4。4 人体信号采集电路1）热释电效应原理简述热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化,引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体,如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在
13、元件两个表面做成电极。在环境温度有T的变化时,由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高,在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换.热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别,产生T,则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器.由实验证明,传感器不加光学透镜（也称菲涅尔透镜),其检测距离小于2m,而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。2)人体红外探头介绍热释电红外传感
14、器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时,在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度,增加检测距离及范围。实验证明,热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2m 左右；而配上菲涅尔透镜后,其检测距离可增加到10 m以上。3） 热释电红外传感器介绍热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出.为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合,可将信号放大70分贝以上,这样就可以测出1020m范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提
