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1、 毕业设计（论文）题 目： 基于单片机的高校节能灯光控制系统的设计摘 要现在的大学，由于学校开放型的管理模式，加之学生节能意识的淡薄，学校的很多教室在白天室内照度很高的情况下，仍然存在开灯现象；或者夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但教室内照明全部开启。长明灯到处都是，人离开不熄灯的现象处处可见。这种有意和无意的浪费，不仅是浪费了国家资源，而且给学校带来了沉重的负担。本文设计了基于单片机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。本系统以AT89S52单片机为主控制器，实现了控制与警告提示等功能。该系统采用了当今比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
2、内照明的控制，从而达到节能的目的。关键词：灯光控制系统；AT89S52；热释电；节能；AD采集电路AbstractNowdays, due to the open management style and students weak energy-saving awareness in high school, lights in many classrooms are kept on at the day time with the high brightness, and also, lights are all on in a room with only a few students
3、studying at night. We can find the ever-burning lamps everywhere. Those conscious and unconscious waste lead to the squandering national resources, meanwhile, it brings colleges a tremendous burden.This passage displays an efficient energy control method based on the principles of SCMindoorlightingc
4、ontrolsystem. This system achieved the control and alert function with AT89S52 SCM as its main controller. It adopted the advanced technology of ripe sensing and computer control method, based on the characters to control the lighting condition of classroom so as to save energy.Keywords: Lighting co
5、ntrol system; AT89S52; Pyroelectric; Energy saving; AD acquisition circuit 目 录绪 论11 教室灯光控制器简介及控制方案的分析31.1 教室灯光控制器简介31.2 系统控制方案的分析31.2.1 硬件方案论证31.2.2 微处理器的选择31.2.3 传感器的选择42 系统控制模块的硬件设计52.1 控制模块的硬件构成52.2 控制系统的主要硬件电路52.2.1 AT89S52单片机52.2.2 光线强度检测模块102.2.3 单片机对ADC0832的控制132.2.4 热释电红外人体检测模块电路142.2.5 按键管理
6、模块电路172.2.6 超时报警电路172.2.7 系统的其他模块183 控制模块软件设计与开发213.1 系统监控主程序模块213.1.1 系统自检初始化223.1.2 定时中断处理223.1.3 ADC0832数据读取程序流程233.2 数据采集的实现243.3 系统键功能253.4 系统显示功能263.7 看门狗模块273.8 超时报警系统28结 论30致 谢31参考文献32附录A 系统电路原理图33附录B 系统源程序. 34附录C 硬件实物图45IV 绪 论随着科学技术和社会经济的发展，人们的生活水平在不断提高，导致用电量的加剧，又因为世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的重大问
7、题。而此问题对我国来说更加严重。随着各类高等院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越大，而教室照明的管理不严格，往往造成电能的巨大浪费，在这种情况下，提高教室用电效率便成为首要考虑的问题。 我国的能源储量位居世界前列，中国是世界第二大能源生产国，同时也是第二大能源消费国。我国一次能源资源总储备估为4万亿吨标准煤左右。但是，人均能源资源占有量却远远低于世界的平均水平。二十世纪九十年代,中国人均探明煤储备量147吨，为世界平均水平的41.4%；人均探明石油储备量2.9吨，为世界平均水平的11%；人均探明天然气为世界平均水平的4%；人均探明可开发水能资源也低于世界人均水平。从人均能源消费角度看
8、，1994年世界平均水平为1433千克油当量，发达国家和地区为5066千克油当量，我国估计为670千克油当量。1997年我国人均占有电力装机容量0.21千瓦、人均用电量为900kWh，仅是世界平均水平的1/3。“十二五”期间，我国将投资5900亿元推广九大重点节能工程，节能装备产业规模年均增长15%以上，2015年，规模以上工业增加值能耗比2010年下降21%左右。随着各类大、中专院校的不断扩招，教室不断扩建，教室的用电量不断加剧，教室用电管理不善，造成电能浪费与学校经济损失，这种浪费情况与当今的节约能源理念相违背。其次，随着计算机技术的发展，现代自动化程度不断提高，灯光的管理也在朝着智能化和
9、自动化方向发展。例如，楼道灯光的自动控制等等。国内外已经开始采用对灯光的智能控制，但是对教室灯光的控制，尤其是我国，教室灯光的智能控制更为缺乏和不完善，仍然是传统式的人工管理。由此可见，教室灯光控制也应该向着智能化的方向发展。在国内各大院校中，由于同学们的节能意识薄弱，在光线足够强时仍然开灯，下课后离开教室灯还亮着的现象普遍存在。并且，节能规划极为缺乏，教室的灯光控制由管理人员手工执行。由于教室极多，管理人员不能及时关闭电源,就造成不必要的电能浪费和经济损失。基于以上原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要措施之一。由此，教室节能灯光自动控制系统的研发便成为一项重要课题。因此，开发简便和实用
10、的教室灯光自动控制系统便具有重大的现实意义1。 本课题的研究内容有如下几点： (1) 使用自动或者手动控制灯光技术的方法；(2) 灯光控制器的电源问题，了解教室照明光强的标准 ;(3) 教室灯光照明需求，环境光强弱与开、关灯的关系；(4) 控制器参数值设定，要求及方案；(5) 学习人体传感器的有关参数； (6) 人体存在探测技术，了解探测范围与角度； (7) 传感器在教室分布与安放问题，是一灯一传感器还是多灯公用传感器； (8) 与现有教室照明互相兼容，容易替代，不易被偷盗、仿制，易于维护和维修的控制技术； (9) 报警等附加功能。 本课题拟通过试验研究教室灯光的控制方案解决如下关键问题：(1
11、) 人体传感器的参数输入与采集问题： (2) 环境光采集与参数的输入问题(3) 教室灯与传感器合理安装的问题； (4) 开、关灯的自动与手动相兼容措施；(5) 照明回路控制回路和控制器本身存在的节能问题；设计的教室灯光控制系统能够对现有的教室照明系统进行改造，以实现对照明系统的智能化及人性化管理，提高用电效率；实现自动和手动灯光控制相互兼容，降低成本；通过反复试验和研究，最后达到可靠性大、实用性强、推广性较好的目标。 1 灯光控制器简介及控制方案的分析1.1 灯光控制器简介教室灯光控制器可实现教室灯光智能化控制。其主要输入参数是人体存在信号和环境光信号等外界因素，环境光的强度达到一定值时灯关闭
12、,环境光强度在一定阀值以下并且有人存在时灯开启，理论和实验证明用这种方法来对教室灯光进行智能控制能够实现上述目标。教室灯光控制器应安装在教室内电灯直射不到的位置，且人体传感器安置时要使人体活动方向与人体传感器中热释电元连线方向垂直，如此可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还应该尽可能的避免外界风直接吹向人体传感器。1.2 系统控制方案的分析所设计的控制器以环境光强度和人体存在当作控制器主要的输入参数。可以实现手动与自动控制相互兼容。在环境光较弱时，有人存在，且超过一定时间，控制器会自动打开电灯，等到人离开后再延时一定时间后灯关闭；在环境光线足够强时，无论人是否存在，都不开灯。同时，还要按照
13、作息时间控制，若夜晚超过12点，还有人存在，那么自动控制器关闭，改用机械开关或遥控器来手动控制，以解决特殊情况下，非人性化的自动控制器的运行问题。本文所设计的教室灯光控制器主要是由硬件与软件两大部分构成。硬件部分是基础,是整个系统执行的前提,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项功能，达到控制器自动与手动相结合的教室灯光智能控制。1.2.1 硬件方案论证对于灯光智能控制系统来说，硬件系统是它的最基本的框架，是系统的所有功能的基础。系统的设计成功与否很大程度上是由硬件系统的设计决定的，硬件的选择和所选硬件的性能对于
14、系统的功能实现以及系统的精确度都有直接的影响。本系统硬件方案论证包括灯光控制系统的传感器、单片机、通信方式、总线接口和显示电路的选择。1.2.2 微处理器的选择方案一：8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器，因此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，这样造成成本较高，性价比较低。方案二：ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89S52芯片，它是低压高性能CMOS 8位微处理器，带有4k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），32个IO口线，两个16位定时计数器，一个5向
15、量两级中断结构及一个全双工串行通信口。根据本设计的要求，AT89S52芯片完全能够满足灯光自动控制系统所需要的处理器条件。故本设计采用AT89S52芯片。1.2.3 传感器的选择根据本设计的要求，该控制系统需要两种传感器：一种是人体信号采集传感器，另一种是光线信号强度采集传感器。用于人体信号采集的传感器和光线信号强度采集的传感器有很多，这里根据设计的要求采用了下列传感器：（1）热释电红外传感器热释电红外传感器是一种采用热电效应原理的热电型红外传感器，它是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在已经得到越来越广泛的应用。热释电红外传感器由敏感单元、阻抗变换器及滤光窗等部分组成。（2） 光敏电阻光敏电阻能够感应光照强度的变化，自己电阻阻值随着光强度的增加而减小，从而通过电阻上的电压变化来反应光照强度的变化。传感器输出变化的电压信号给控制器，控制器根据接收到的信号的变化来确定下一步将要执行的动作。光敏电阻是一
