教室照明控制器的设计

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1、目录第1章 绪论11.1 设计意义11.2 国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题11.3 本课题设计的内容与目标31.3.1 设计内容31.3.2 设计目标31.4 本课题拟解决的关键问题4第2章 方案论证52.1 教室灯光控制器简介5 2.2 系统控制方案论证5第3章 系统控制模块的硬件设计83.1 单片机的选择83.2 光照检测方式93.3 人体感应方式93.4 照明设备驱动电路103.5 DS1302时钟电路103.6 控制系统的主要硬件电路113.6.1 系统主控电路113.6.2 日光强度检测模块电路123.6.3 热释电红外人体检测模块电路143.6.4 系统时钟电路163

2、.6.5 键盘管理模块电路183.6.6 8锁存器74LS573介绍203.6.7 超时报警电路213.6.8 系统供电电路223.6.9 照明设备控制电路233.7 智能照明控制系统照明负荷计算25 3.7.1 计算结果分析26第4章 控制模块软件设计274.1系统监控主程序模块274.1.1 系统自检初始化284.1.2 定时中断处理284.1.3 多任务操作系统的构建294.2 数据采集模块304.2.1 存在传感器的优缺点304.2.2 数据采集软件设计的实现304.2.3 人体存在传感器的抗干扰措施314.2.4 人体存在传感器的安装要求314.3 时钟模块324.3.1 数据输入输

3、出324.3.2 时钟内部寄存器的使用324.3.3 时钟自检初始化334.4 显示驱动模块344.5 系统键功能34第5章 总结355.1 出现的问题355.2 建议35致谢37参考文献381第1章 绪论随着科学技术的发展，智能产品深入生产生活各个领域，是生活方式产生巨大的变化。在节能方面，由于智能控制的介入，使得其效率大大的提高，产品应用范围更广，适应环境能力更强。1.1 设计意义随着国名经济的快速发展，高等教育越来越被政府关注和重视，校园规模也随着高等教育规模的扩大而扩大，教室的数量也大幅度增加。为使师生有舒适的教学和学习的环境，在教室的面积、设施和照度方面，学校在力所能及的范围内予以最

4、大的改善。但由于大学开放式的管理模式，以及部分大学生的节能意识的浅薄，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；夜间许多教室，即使有几个学生在教室自习，但室内照明设施全部开启；另外，长眠灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。为了绿色节约型社会，本文设计了一种智能照明控制系统，可以合理有效地利用照明灯光，从而大大地减少高校照明能源浪费的现象。目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失

5、，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便，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 国内外教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，面丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%。丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是OECD成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统。例如丹麦热电周

6、供热电厂(CHP)。两且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空同用电的节约，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高的光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式来节约能源，节约电能。中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多

7、，所以人均储量少，单位产值的能耗是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展 战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、 宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3 至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源 产品结构逐步向节电型转变，荧光灯与普通白炽灯的比例由199

8、5年的1：6.25上升到目前的1：1.5。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院等更换24万只节能灯具。在奥运工程的建设上、也大量运用节能技术，北京的奥运场馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。我们党在2000年10月11日党第十五届中央委员会第五次会议通过 的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议

9、中明确指出： “加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任务。”其中提到的基础设施建设就包括了能源建设。建议还强调了能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率，加强环境保护。面临如此紧迫的能源问题，我们应该把着眼点放在“高效”利用“清 洁”能源上。由此可见，节能照明用电，对节能具有重要的意义。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。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重

10、要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯关自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。1.3 本课题设计的内容与目标1.3.1 设计内容本课题设计的内容有以下几点：（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） 设计人体存在探测技术，探测角度与范围；（4） 设计传感器在教室分布，安放问题、是否一灯一个传感器或多灯共用传感器；（5） 设计确定人体传感器的有关参数；（6） 设计灯光控制器电源问题；（7） 设计控制器参数值设定的要求及方案；（8） 设计人工设置参数、掉电保存参数的问题；（9） 设计使用遥控器灯光控制技术；（10）设计

11、与现有教室照明相兼容，以替代，不易被偷盗、被仿制，易于维护维修 等控制技术；1.3.2 设计目标设计的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的人性化智能管理。实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本；通过反复试验和改造，最终达到可靠性、 实用性、推广性较好的目标。1.4 本课题拟解决的关键问题本课题拟通过实验设计教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题；（1） 传感器与教室灯光配合安装的问题；（2） 环境光参数输入采集问题；（3） 人存在传感器参数输入采集问题；（4） 开关灯的自动与手动兼容措施；第2章 方案论证2.1 教室灯光控制器简介本课题设计的控制器可有效地实现教室灯光的智能控制。其输入参

12、数主要是人体存在信号和环境光强度信号等外界因素。环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，实验证明这种方案可以实现对灯光进行智能控制。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 系统控制方案论证 1.手动教室照明系统设计该控制系统采用传统的手动照明设计方法，采用传统的手动(开和关两种)控制方式，使用但是它已经不能解决实际场景对照明效果的不同需求，简单的控制方式更不便于管理和维护。以节约能源为目的，与现代通信技术、计算机技术、

13、控制技术等相结合的智能照明技术，满足了“绿色照明”的设计要求，具有较大的发展空间。2.基于PLC原理的照明系统设计该控制系统采用PLC控制，随着我国教育事业的发展，学校照明用电量越来越大，电能损失也随之增加。现在大多数教室的照明控制系统都是采用浪费现象比较严重。教室中的开关虽然能够实现分区控制，但是有人很少去关心哪排灯由哪个开关去控制，因此就出现了所谓的长明灯现象。为了针对这种情况，本文设计出了一种用P L C作为控制器的节能、智能控制系统。使整个系统处于自动的工作状态，实现对教室照明系统的智能控制。一方面减少了人工的参与，更为主要的是实现了人走灯灭，人来灯亮，使长明灯现象得到解决，使教室的照

14、明用电得到合理有效的利用。该系统的工作原理是：当教室无人时所有的灯都自动关闭；当教室有人时，且照度达不到设定的要求时自动打开人所在区域的灯；当教室有人时且照度达到设定的要求时自动关闭人所在区域的灯。对于使用投影仪的多媒体教室，可以实现在投影仪开启后延迟一定的时间，自动关闭讲台区对应的灯以达到较佳的视觉效果。其控制系统框图如2-1图所示。图2-1 PLC系统控制框图3.基于单片机原理的照明系统设计该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，能够实现自动与手动控制相兼容。在自然光强度大于300（lx）时，而且有人存在，都不开灯；在自然光强度小于150（lx）时，有人存在且超过一定时间，

15、控制器自动打开电灯，直到人离开时延时一定时间后在关灯。同时，还可设置作息时间来控制，夜晚超过11点时，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用开关来手动控制，以解决在特殊情况下，自动控制器的不人性运行。所设计的教室灯光控制器主要有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的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各种功能，达到设计目的。系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其他外围电路包括：系统供电模块、硬件时钟模块、人体存在传感器模块、及超时报警模块，其结构框图如图2-2所示。根据毕业设计要求本次设计采用基于单片机原理的照明控制系统。MAX485教室1教室2教室8电源超时报警电路照明驱动电路89C2051RST/复位光敏检测电路 热释电红外传感器 DS1302时钟控制.