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1、教室智能节能控制系统摘要本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现 状，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 系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相 应软件。该系统以 AT89C2051 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传 感器检测人体的存在，采用 TLC549 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。系统还具有多种报 警功能；同时还采用了软硬件的“看门狗”技术等抗干扰措
2、旅。单片机软件采 用汇编语言编制，采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。 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 红外传感器 单片机 热释电Based on single-chip microcomputer control classroom lightautomatic controllerABSTRACTBased on the method of controlling the lamplight, especially in the light of the st
3、atus quo of the development of intelligent control are analyzed, the lamplight of intelligent control principle and realization method, is proposed based on single-chip classroom light intelligent control system design, and on the basis of the intelligent control system is developed and the correspo
4、nding software, hardware device.This system to control device of AT89C2051 single chip microcomputer as intelligent parts, using thermal infrared detection sensor measuring interpretation of human body, using light activated triode circuit testing environment of light intensity, According to the con
5、dition of lights, rational system of human existence by ambient light signals and the recognition and intelligent signal to the classroom, lighting circuit intelligent control, avoid the waste of a classroom. System also has many alarm functions, Also in soft/hardware in the watch-dog technique etc.
6、 Single-chip microcomputer software anti-interference measures adopted assembly language, modular structure design, good clear, generality, and to improve and expand. This system has the advantages of small size, high reliability and easy control, the price is reasonable, strong specificity etc, can
7、 satisfy all kinds of big, secondary colleges classroom light control requirements, to a great degree of energy-saving objective.Keywords infrared sensors SCM pyroelectric目录摘 要IABSTRACT I.I1 引言 1.1.1 课题的研究背景与前景 11.2 本课题研究的内容和目标 11.2.1 研究内容 11.2.2 研究目标 21.4 本课题拟解决的关键问题22教室灯光控制器简介及控制方案的分析 32.1 教室灯光节能控
8、制系统简介 32.2 教室灯光节能系统控制方案的分析33硬件系统控制模块的设计43.1 控制模块的硬件构成43.2 控制系统的主要硬件电路53.2.1 系统主控电路53.2.2 日光强度检测模块电路 63.2.3 红外线热释电传感器73.2.4 系统时钟电路93.2.5 系统看门狗电路 123.2.6 遥控键盘管理模块电路 143.2.7 超时报警电路163.2.8 系统供电电路174控制模块软件设计与开发 184.1 系统监控主程序模块 184.1.1 系统自检初始化 194.1.2 定时中断处理204.2 数据采集模块 214.2.1 数据采集软件设计的实现 214.2.2 人体存在传感器
9、的安装要求224.3 时钟模块234.3.1 时钟程序设计234.4 系统键功能 254.4.1 遥控键盘254.4.2 键功能处理程序 275结论与建议 295.1 结论295.2 建议29致 谢 3. 0参考文献 3. 1附录1 引言1.1 课题的研究背景与前景为建立资源节约型和环境友好型社会，促进经济社会可持续发展，我国大力 加强节能减排工作，明确了“十一五”能源消耗和主要污染物排放总量控制目标。 电力行业作为节能降耗和污染物减排的重点领域，近几年节能减排工作取得明显 成效。但是目前形势依然严峻。根据权威机构调查显示：如果全国所有的商场， 会议中心等公共场所有 10%白天采用自然光照明
10、，每年可节电 82 亿度。若能设 计出为公共照明区域进行科学合理的节能控制系统，则每年可为单位和国家节省 许多电量。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源;二是采用合理的控制 线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现节能。在生活中 我们常会因为天气较亮的时候经常忘记关灯，有时为了局部需要又往往不得不大 面积的开灯，因此致使大量电能被浪费。解决这一问题较好的办法通常是采用照 明自动控制系统。如采用微机自动控制系统及优化开关控制路数，以满足灯开、 关的数量和事先设定的照度要求，以期合理用电。因此我设计了这个照明自动控 制系统，它融合了我们日常的照明装置，而且更人性化的添加了自动光
11、控系统。 你可以根据不同的环境来设置它不同的模式。对于学校而言，实用的教室灯光自 动控制系统便具有重要的现实意义。1.2 本课题的研究方向1.2.1 研究内容本课题的研究内容有如下几点：(1) 了解教室照明光强的标准 ;(2) 调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系；(3) 研究人体存在探测技术，探测角度与范围；(4) 研究传感器在教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用 传感器等；(5) 研究确定人体传感器的有关参数；(6) 研究灯光控制器电源问题；(7) 研究控制器参数值设定的要求及方案；(8) 研究人工设置参数、掉电保存参数的问题；(9) 研究使用遥控器控制灯光控制器
12、技术；(10) 研究与现有教室照明相兼容，易替代，不易被偷盗、被仿制，易于维 护、维修等控制技术；(11) 研究报警等附加功能问题1.2.2 研究目标研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统 的人性化智能管理，提高用电效率；实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成 本；通过 反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。1.3 本课题实现节能控制的关键方向本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题：(1) 照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题；(2) 传感器与教室灯配合安装的问题；(3) 环境光参数输入采集问题(4) 人存在传感器参数输入
13、采集问题：(5) 开、关灯的自动与手动兼容措施；2教室灯光节能控制简介及控制方案的分析2.1 教室灯光节能控制系统简介教室灯光节能控制系统可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是 人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯, 环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对 教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置 时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体 存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。2.2 教室灯光节能系
14、统控制方案的分析所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以 实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在， 都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电 灯，直到人离开 后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，夜 晚超过12 点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用遥控器或机械开 关来手动控制，以解决因特 殊情况下，自动控制器的不人性化运行。本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分 是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部 分，是对 硬件端口所体现
15、的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所 要实现的各项功 能，达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制。3硬件系统控制模块的设计考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在 传感器等经常会园环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件 的 选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。3.1 控制模块的硬件组成系统控制单元是以51 单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：看 门狗模块、系统供电模块、硬件时钟模块、环境光模块、人体存在传感器模块、 遥控器模块、遥控器接收模块及超时报警模块，其结构框图如图 3-1 所示，图3-1 结构框框图3.2 控制系统的主要硬件电路3.2.1 系统主控电路本系统的主控模块主要采用 ATMAL 公司的 AT89C2051 作为主控芯片， AT89C2051是个低功耗，高性能的CM0S8位单片机，片内含2KB的可反复擦 写的只读Flash程序存储器和128KB的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMAL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统， 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C2051只有20个引脚，15 个I/O
