教室自動照明控制系統(tǒng)設計方案

教室自動照明控制系統(tǒng)設計 方案 1 緒論 題背景及目的 目前，國內外對照明系統(tǒng)燈光的自動控制已經(jīng)開始采用，但是我國教室燈光的智能控制并沒有普及。雖然小部分發(fā)達地區(qū)開始沿用新的控制技術，但是，多數(shù)地方依然是傳統(tǒng)式的人工管理，或者照明控制智能化程度不高。隨著各類大、中專院校的擴招，教室的擴建，教室照明的需求也越來越多，教室用電管理不善，造成學校電能巨大浪費，經(jīng)濟損失，這種的浪費與當今節(jié)約能源的理念相違背。再者，隨著現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術的普及，照明燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。但是，過于精細的控制設備在教室的使用顯得成本高，維護難，于是，本設 計的目的是開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)最基本的功能，比如人員檢測以及室內光照強度的檢測與調節(jié)，最大限度的實現(xiàn)電能的節(jié)約以及管理的便捷化。 內外研究狀況及發(fā)展趨勢 內外學校教室照明的現(xiàn)狀 照明行業(yè)是 20 世紀 80 年代首先由美國興起并得以迅速發(fā)展的， 90 年代后期，由于現(xiàn)代計算機技術、自動控制技術、現(xiàn)代通信技術、現(xiàn)代信息處理技術在世界范圍內的廣泛應用，進入了信息時代并對各行各業(yè)都帶來了巨大的影響，照明行業(yè)也隨之發(fā)生了巨大的革新，提出了照明自動化的要求 1。 目前，社會對高等教育的關注 度越來越高，學校規(guī)模日益擴大，教室的數(shù)量也隨著大幅度增加，為使師生有舒適的教學和學習的環(huán)境，校方在力所能及的范 圍內，相應增加了教室的面積，然后，隨著教室數(shù)量的增加，照明設備的需求量也越來越大，但由于大學管理模式的開放型，師生節(jié)能意識的薄弱性，學校教室在白天周圍環(huán)境光線強度足夠的情況下，仍然普遍存在開燈上課或自習；即使室內無人或人數(shù)較少的情況下，也全部開啟照明燈，晚上許多教室即使僅有幾個學生在教室自習，但室內照明燈也全部開啟，很少有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈，長明燈比比皆是，人走燈不熄的現(xiàn)象普遍存在。這種 有形和無形的浪費，給學校的電力支出帶來了沉重的負擔。雖然在部分大中城市中的部分院校已經(jīng)有了比較實用的智能照明系統(tǒng) ,但是 ,在許多中小城市中，教室智能照明系統(tǒng)并沒有得到廣泛的應用，所造成的電能浪費依然是相當巨大的。 目前市場上使用較多的是一種利用門與光雙重控制的自動照明開關，以往光控開關只能觸發(fā)一次，一旦延時電路開始工作，控制開關就不再起作用，這樣當延時時間定的不合適或者使用時間發(fā)生改變時，就得等到延時電路工作結束后，才能重新開始定時，因而會出現(xiàn)中途斷電。這些問題在目前的技術中已經(jīng)得到基本解決，這種新型的自動照 明開關增加了脈沖檢測器能在延時期間多次觸發(fā)，使其從零開始計時，這樣計時開始設定的時間不準或需要變更設定時間時，都可在不中斷運行的情況下自動進行調整，節(jié)能效果更加明顯 2，在一定程度上解決了以往教室照明系統(tǒng)的一些不良現(xiàn)象。 根據(jù)國家相關標準，學校教室照明強度白天不得低于 350上不得低于 150時，從保護視力的角度出發(fā)，在低于 150高于 600度下長時看書，有損于眼睛的健康 3，而我國大部分高校的教室照度都高于標準，加之人對照明設備的不規(guī)范使用，造成了不必要的支出和能源浪 費，從節(jié)約資源、節(jié)省高校經(jīng)費支出、教學樓管理的便捷化等多種方面考慮，使用簡便、高效的自動照明系統(tǒng)成為校園節(jié)能的重要且主要的措施之一，也是將來教室照明系統(tǒng)應用的趨勢。 動照明系統(tǒng)發(fā)展趨勢 隨著高等院校的擴招，教室的需求量激增，教室管理人員需要實時監(jiān)控照明設備的正常工作，傳統(tǒng)技術無法達到這種要求，難以適應最新技術發(fā)展的需要，在自動照明系統(tǒng)中，不僅要求照明設計的參數(shù)應當達標，還要達到教室中明亮、舒適的要求以方便師生更好地教學、自習?；趥鹘y(tǒng)照明工作效率低、照明管理 困難、耗能巨大的特點，以及目前市場上自 動照明所能實現(xiàn)的基本控制功能，在將來，自動照明系統(tǒng)必將成為全面實現(xiàn)校園節(jié)電的一個重大舉措，雖然目前自動照明系統(tǒng)在全國消費市場中還沒有形成一定的規(guī)模性，但大部分智能照明廠家還在極力引導消費者，在渠道的建設上也一直在探索著適合這個行業(yè)的模式，接近現(xiàn)實需求的產(chǎn)品在不斷增加，產(chǎn)品的功能定位和穩(wěn)定性均已取得長足的進展。未來普及的自動照明系統(tǒng)所能具有的獨特功能： 1)全自動聲控系統(tǒng)。自動照明系統(tǒng)中，不僅僅具有自動調光的功能，還可以在需要的時候利用聲音控制燈具的開閉，用不同的指令控制不同的場景狀態(tài)，做到全自動功能。 2)全自 動調光。智能照明控制系統(tǒng)可采用全自動狀態(tài)工作。系統(tǒng)有若干個基本狀態(tài)，這些狀態(tài)會按預先設定的時間相互自動切換，并將照度自動調整到最適宜的水平。 3）光環(huán)境場景智能轉換。智能照明控制系統(tǒng)可預先設置不同的場景模塊，需要時只要在相應的控制面板上進行操作即可調入所需的場景。用戶還可以通過可編程控制面板對場景進行實時調節(jié)以適應不同要求。 4）運行中節(jié)能。智能照明控制系統(tǒng)能對大多數(shù)燈具進行智能調光，給需要的地方、在需要的時間以充分的照明。及時關掉不需要的燈具，充分利用自然光，其運行節(jié)能效果充分。 6）延長光源壽命。智能照明控制 系統(tǒng)采用軟啟動的方式，能控制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓，使燈絲免受熱沖擊，從而使光源壽命延長 24 倍，對于大量使用光源和安裝困難的區(qū)域更具有特殊的意義?？傊?，智能化與照明技術的結合，構筑了充分的技術平臺，將節(jié)能、低耗、長壽命、運行節(jié)約、以人為本等綠色和可持續(xù)照明的理念充分演繹 4。 究內容及論文構成 本文介紹了將自動照明控制技術運用到高校教室的一個設計 ,以達到節(jié)約能耗、延長設備使用壽命、方便教學樓管理的目的，在本設計中，要實現(xiàn)的功能主要有：采用熱釋紅外人體傳感器人員是否出現(xiàn)在指定區(qū)域的檢測、采用光照 度傳感器檢測周圍環(huán)境光照強度等，并且根據(jù)所檢測到的模擬量數(shù)據(jù)，轉化為數(shù)字信號，輸入到 片機進行相應的控制，最后，通過 模擬所在條件下教室照明燈開閉狀況，并在 1062 液晶顯示器中顯示相應的狀態(tài)。 本文大致分為緒論、系統(tǒng)設計方案論證、硬件設計、軟件設計四大部分。通過對目前自動照明系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢的分析，針對本課題進行系統(tǒng)各個部分的方案論證后，確定好設計方案，進行軟硬件設計，最終達到設計所需功 能，完成任務。 2 系統(tǒng)設計方案論證 體設計 本控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)基本的功能包括對檢測區(qū)域內人員有無的自動檢測、周圍環(huán)境光照強度的自動檢測及調節(jié)、在特殊情況下通過按鍵對系統(tǒng)的手動控制，以及在照明模塊輸出控制結果，在顯示模塊中顯示相應的狀態(tài)等。 系統(tǒng)設計分為硬件設計與軟件設計兩大部分，根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術性能，將硬件與軟件分開進行設計。硬件設計部分包括電路原理圖的繪制、元器件的合理選擇，硬件設計分模塊進行，劃分為控制模塊、人員檢測模塊、光強檢測模塊、電源模塊、按鍵模塊、照明模塊、顯示模塊七個部分來進行硬件電路的設計。軟件設計時，在總體設計中完成系統(tǒng) 總框圖和各模塊的功能設計后，制定詳細的工作計劃，然后進行具體的設計，包括每個模塊的流程圖，選擇適當?shù)恼Z言和工具進行編程和代碼設計等，最后將軟件與硬件結合起來進行調試，達到最終所需功能要求。 系統(tǒng)設計總框圖如圖 源模塊給整個系統(tǒng)供電，由人員檢測模塊和光強檢測模塊進行數(shù)據(jù)采集，采集到的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉換后輸入到控制模塊進行信號處理，然后輸出到照明模塊和顯示模塊顯示相應的狀態(tài)。 圖 系統(tǒng)設計總框圖 電源模塊人員檢測模塊光強檢測模塊按鍵模塊控制模塊顯示模塊照明模塊輸入輸出 要功能模塊設計方案 制模塊方案設計 本設計的主控制器采用 片機。 一種低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)可編程 得 眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。其特點是外圍電路簡單，價格低廉、高可靠性，雖然此款單片機的工作頻率相對較低，但本設計對頻率要求不高，能夠滿足本設計的要求。另外此款單片機有 32 個 I/O 端口，方便了設計的需要，滿足本設計要求。 員 檢測模塊方案設計 對于人員的檢測，常用的方法有兩種，一種是用紅外對管檢測進出教室人員的數(shù)量，從而判斷教室有無人員，另一種是用熱釋電人體紅外傳感器，直接對教室有無人員進行檢測，下面是兩種方案的比較： 方案一：采用紅外對管對進出教室人數(shù)進行檢測。每個門口裝有兩對裝置，進出人數(shù)檢測分開檢測，兩個傳感器分別設為 A、 B，當 A 檢測到人的信號時，我們當做是進教室，當 B 檢測到人的信號時，我們當做是出教室，因為人無論是進還是出，都會先被一個傳感器檢測到，再被另一個檢測到，只是有一定的時間差，于是，如果一個傳感器先檢測到人以后 ，發(fā)出一個信號，然后對這個信號進行延時，當延時到一定程度時，可以把這個引號引回來，用來鎖住另一個傳感器產(chǎn)生的信號，這樣就能使電路自動判斷人是進教室還是出教室，用進教室的人數(shù)減去出教室的人數(shù)，計算出教室里的現(xiàn)有人數(shù) n，若 n燈；反之無人，關燈。 方案二：被動紅外探測器可以探測到波長為 10m 左右的紅外線，從而進行相應工作。眾所周知，人體恒溫為 37左右，會發(fā)出特定波長 10m 左右的紅外線，所以正好可以被紅外探測器所檢測到。紅外感應源采用熱釋電元件，這種元件在接 受到人體紅外輻射溫度變化時就會失去點和平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生信號，以控制燈具的點亮，所以我們采用熱釋電人體紅外傳感器檢測室內有無人員，有人即開燈，無人關燈。由于熱釋電紅外傳感器本身檢測范圍過于狹小，所以，配合菲涅爾透鏡可將檢測范圍擴大至十多米遠。 由于方案一比方案二實現(xiàn)起來復雜得多，方案二更能簡便、快捷的檢測到人體的存在，所以在解決人員檢測的問題時，我選用熱釋電人體紅外傳感器。在教室里面，因為熱釋電紅外傳感器檢測范圍有限，就算安裝上菲涅爾透鏡，也不能保證教室的每個地方都能檢測到人體 的存在，所以，必須在教室里分區(qū)域各自安裝傳感器，分別控制各自區(qū)域的照明燈。在此設計中，我們只模擬教室的一個區(qū)域內的人員檢測。 照強度檢測模塊方案設計 光照強度的檢測一般用的是光照傳感器，但是傳感器的種類性能不一，我們要選擇效果好，價格低廉的傳感器，下面就直接采用光敏電阻與現(xiàn)成的光照度傳感器兩種方案進行對比： 方案一：利用光敏電阻在光強度的影響下阻值會發(fā)生一定的變化，從而引起其兩端電壓的變化，把光照強度分為一、二、三、四等。根據(jù)光照強度的不同使光敏電阻阻值變化引起兩段的電壓不同，從而使輸入電壓比 較器正端的值不同，再與負端電壓相比較，達到正端電壓大于負端電壓的情況時，即能讓二極管正常發(fā)光。通過二極管發(fā)光的個數(shù)來判斷光照強度。 方案二：采用光照度傳感器，將光照強度轉換為電流信號，再經(jīng)過運算放大器轉換為電壓信號輸出，可以選用市場上已有成形的光照度變送器，檢測到輸入光強后，根據(jù)輸出不同的電壓等級控制不同數(shù)量的燈，從而控制室內的光照強度。 由于市場上已有成形的比較穩(wěn)定的光照度變送器，精度高，所以本設計采用方案二中的光照度變送器 源模塊方案設計 方案一：采用干電池。用干電池方便穩(wěn)定，但是電壓會隨著使用慢慢降低，使用時間也受到限制，需要經(jīng)常更換電池或給電池充電。 方案二：采用穩(wěn)壓電源。由于教室一般采用 220V 交流電，所以可以自行設計制作電源，輸入 220V 交流電，輸出 5V 直流電，大大增加了穩(wěn)定性，延長了使用時間，所以本設計中采用此種方案。 3 系統(tǒng)硬件設計 制器電路設計 本控制系統(tǒng)采用 片機作為微控制器。該單片機指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機， 片機工作電壓為 作頻率范圍0序存儲器 量為 8機存儲器 間為 512 字節(jié)，完全滿足自動照明系統(tǒng)的要求 5。 片機 圖 腳圖 腳如圖 示， 電源， 接地。 口（ 39 32 引腳）： 是一個漏極開路的 8 位雙向 I/為輸出端口，每個引腳能驅動 8 個 載，對端口 入 1時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 也可以提供低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復用總線。此時， 內部上拉電阻有效。在 程時， 口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻 6。 口（ 1 8 引腳）： 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口。 輸出緩沖器可驅動 （吸收或者輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流 6。 口（ 21 28 引腳）： 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。 輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流 6。 口（ 10 17 引腳）： 一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向I/O 端口。 輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式） 4 個 入。對端口寫入 1 時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。 為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流 6。 9 引腳）：復位輸入。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機的復位初始化操作。看門狗計時完成后， 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 址 8的 可以使此功能無效。 認狀態(tài)下，復位高電平有效。 30 引腳）：地址鎖存控制信號（ 訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 程時，此引腳也用作編程輸入脈沖。 19 引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 要特性如下 : （ 1）增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 （ 2）工作電壓： （ 3）工作頻率范圍： 0 40當于普通 8051 的 0 80際工作頻率可達 48 （ 4）用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)， 節(jié)。 （ 5） 系統(tǒng)可編程） /應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ 接下載用戶程序，數(shù)秒即可 完成。 （ 6）共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。即定時器 （ 7）外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， 式可由外部中斷低電 平觸發(fā)中斷方式喚醒 6。 片機最小系統(tǒng)的設計 根據(jù)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的照明控制功能 , 示。 圖 控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖 源電路設計 電源模塊設計目的是為了獲得 5V 的直流電壓給系統(tǒng)供電，所采用的芯片是三端穩(wěn)壓集成電路 7805，最常見的穩(wěn)壓芯片 7805 是 7805，它的使用方便，用很簡單的電路既可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓正好為 5V，剛好是 51 系列單片機運行所需的電壓，引腳圖如圖 示。 圖 805 引腳圖 圖中， 1（ 整流器輸入的正電壓， 2（ 公共地， 3（ 我們需要的 +5V 輸出電壓。 三端穩(wěn)壓集成電路 7805 的輸入必須大于輸出 2V 以上 ,所以輸入必須為 7們采用的是市場上現(xiàn)成的電源適配器，輸入 220V 的交流電壓，輸出 9電源適配器 1 端口獲得 9V 的直流電壓輸入到 7805，經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波等處理，從 3 端口輸出為 5V 的直流電壓給系統(tǒng)供電，此外，我們用一個發(fā)光二極管 作為電源指示燈，顯示系統(tǒng)是否通電。 電源電路硬件電路如圖 示 。 圖 源電路硬件設計原理圖 據(jù)采集模塊電路設計 本系統(tǒng)總數(shù)據(jù)采集總共分為兩個部分，一個是關于光照強度的檢測，另一個是人員檢測，共同實現(xiàn)本系統(tǒng)所需的要求及功能。 照強度檢測模塊電路設計 (1）光照度的概念 光照度指的是物體表面照明的程度，由 光源發(fā)出的光能在單位時間內通過某一截面的數(shù)量稱之為光通量。光通量的數(shù)量越大，表示該光源所發(fā)出的可見光就越強。照射到表面一點處的面元上的光通量除以該面元的面積等于照度 7。 (2）光照度傳感器 探測室內光照度要用到光照度傳感器。光照度傳感器采用光敏探測器，將光照強度轉換為電流信號，再經(jīng)過運算放大器轉換為電壓信號輸出。 為了便于系統(tǒng)的開發(fā)及提高可靠性，本設計選用市場上已有成形的光照度變送器，如圖 示 。 圖 照度變送器 光照度變送器技術指標 如 表 3所示。 表 3照度變送器技術指標 主要技術指標 準確度： 7% 波長范圍： 38030量范圍： 02000內型照度測量） 輸出范圍： 05V 操作環(huán)境溫濕度： 040 ， 070%3)帶有 8 位 A/D 轉換器、 8 路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的 件。它是逐次逼近式 A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。 引腳結構如圖 示 。 圖 腳圖 8 條模擬量輸入通道。 輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采 樣保持電路。 地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 的一路模擬量輸入。 轉換啟動信號。當 跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， 保持低電平。 轉換結束信號。當 高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數(shù)據(jù)。 1，輸出轉換得到的數(shù)據(jù)； 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 數(shù)字量輸出線 8。 時鐘輸入信號線。因 內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500。 ）， ）為參考電壓輸入。 （ 4）光強檢測電路連接圖 圖 , 由光照度傳感器檢測到光強信號 ， 轉化為相應的電壓輸出 ,通過模數(shù)轉換器 集相應的電壓值 ， 轉換為數(shù)字信號由 輸出到 外，在電源引腳處加一個 電容濾波去耦，減少外部電路對芯片的影響。 員檢測模塊電路設計 光敏電阻2232425 （ 1）熱釋電紅外探測器原理 紅外探測器中有兩個關鍵性的部件，一個是熱釋電紅外傳感器 (它能把波長范圍是 8 至 12紅外信號變化轉化為電信號，并且能夠抑制周圍環(huán)境中的白光信號，因此在被動紅外探測器的檢測區(qū)域內，當人體不移動移動時，熱釋電紅外探測器只能感應到環(huán)境溫度，當人體進人檢測區(qū)域范圍內時，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器能夠感應到人體溫度與環(huán)境溫度的差異信號，所以，熱釋電紅外探測的基本原理就是感應移動物體與環(huán)境物體的溫差從而檢測到人體存在與否。 另外一個部件是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有折射式和反射式兩種形式。菲涅爾透鏡作用有 兩個：一是聚焦作用，即對即將到來的熱釋電紅外信號折射（反射）在 ，另一個作用是將檢測區(qū)域分為許多個明區(qū)和暗區(qū)，使進入檢測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，經(jīng)過相應的轉換，能產(chǎn)生變化的電信號。 人體恒溫一般在 37 度左右，可以會發(fā)出特定波長 10m 左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10m 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的 10 微米左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化 時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號 10。 (2）紅外探測器特性 紅外線熱釋電傳感器工作示意圖如圖 示 。 圖 外線熱釋電傳感器工作區(qū)示意圖 其主要特性如下 : 1）熱釋電元件對人體所發(fā)射出的波長為 10m 左右的紅外輻射很敏感，元件的輻射照面通常安裝菲泥爾透鏡來明顯抑制環(huán)境溫度的干擾。 2）被動式紅外探頭，該傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且 制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境溫度發(fā)出的紅外輻射對兩個熱釋電元具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。 3）人體一旦進入檢測區(qū)域，人體所輻射出來的紅外線通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警 11。 (3）紅外熱釋電處理芯片 紹 一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路芯片，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外部元件 構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類照明燈具、裝飾燈具、報警器、自動門、自動洗手池等裝置，特別適用于公司、酒店、商鋪、車庫及走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 腳如圖 1。 圖 釋電處理芯片 腳圖 (4）人員檢測硬件電路 人員檢測元件采用熱釋電人體紅外傳感器，與 示 。 圖 員檢測模塊硬件電路原理圖 由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài) 控制器 、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)模混合專用集成電路 12。 人體紅外信號經(jīng)過熱釋電傳感器檢測后，轉化為相應的電壓輸出到熱釋電處理芯片 過41001 經(jīng)過 部的放大比較電路，將模擬信號轉換為數(shù)字信號的高低電平，輸出到 片機。 他模塊電路設計 鍵模塊電路設計 圖 鍵模塊電路設計 按鍵電路如上圖 示，按鍵的功能設計：一個按鍵按下就將控制模式轉為手動控制 ,另一個按鍵按下就轉為自動模式。由 出到 明模塊電路設計 圖 明模塊連接電路圖 照明電路如圖 示，照明模塊采用四個發(fā)光二極管，輸入為 出為 亮的個數(shù)。 示模塊電路設計 顯示模塊采用 1062 為工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 1632 個字符（ 16 列 2 行）。 1602 字符型 常有 14 條引腳線或 16 條 引腳線的出來的 2 條線是背光電源線。 5 腳 )和地線 6 腳 )，其控制原理與 14 腳的 全一樣。 13 1062 引腳及介紹 如表 3示。 表 3062 引腳 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 電源地 2 電源（ +5） 3 對比調整電壓 4 ， 1 時讀取信息， 10 （下降沿）執(zhí)行指令 7 （最低位） 8 （最高位） 15 A +光電源正極 16 K 接地 光電源負極 圖 示模塊與控制器的連接圖 液晶顯示電路連接圖如圖 示，指示當前檢測狀態(tài)，顯示有無人員以及當前的光照強度等級。 4 軟件設計 動照明控制系統(tǒng)總體程序設計思路 整個系統(tǒng)控制主要由人員檢測模塊和光強檢測模塊作為輸入信號，先檢測室內有無人員，當室內有人就開啟光強檢測，并根據(jù)當前光強來控制點亮相應數(shù)量的 ，并在顯示器上顯示相應的狀態(tài)。若室內無人則只顯示當前狀態(tài)，其他不做動作?？偟某绦蛄鞒虉D如圖 圖 程序流程圖 員檢測程序 數(shù)字量采集模塊主要針對紅外人體感應傳感器信號，紅外人體感應傳感器輸出 5V 高電平 (邏輯 1)和 0V 低電平 (邏輯 0)，該輸出信號通過單片機的 I O 口直接與單片機相連接，單片機通過 I O 來定時讀取這一信號，判斷是高電平還是低電平。數(shù)據(jù)采集的間隔由定時器 B 實現(xiàn)，定時觸發(fā)采集中斷，在每次定時器 B 中斷到來時啟動數(shù)字量采集，延時一段時間后讀取內容，然后停止數(shù)字量采集，繼續(xù)等待一次中斷的到來 14。 圖 該模塊的程序流程圖。 開始中斷初始化人員檢測是否有人否是光強檢測顯示相應狀態(tài)中斷初始化人員檢測人員檢測 圖 員檢測模塊程序流程圖 強檢測程序 光強等級與 控制對應關系如下表： 光強等級 開燈數(shù)量 一級光強 4 二級光強 3 三級光強 2 四級光強 1 A/據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式 15。 （ 1）定時傳送方式 對于一種 A/D 轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如 換時間為 128s，相當于 6 片機共 64 個機器周期?？蓳?jù)此設計一個延時子程序， A/D 轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進行數(shù)據(jù)傳送 16。 （ 2）查詢方式 A/D 轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如 。因此可以用查詢方式，測試 狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 等待定時器 回等待定時器 （ 3）中斷方式 把表明轉換完成的狀態(tài)信號（ 為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送 17。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時， 號即有效，把轉換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收。 本設計采用 中斷方式使用 號作為向單片機的中斷申請。在主程序中，向 出首次啟動轉換信號后，并計數(shù)管理轉換通道數(shù)。當檢測到 請求后，轉去執(zhí)行中斷服務程序，讀取轉換結果，并啟動下一次轉換，后繼續(xù)執(zhí)行 18。圖 A/D 轉換程序流程圖。 圖 A/D 轉換程序流程圖 1 總結與展望 等待中斷到來啟動 A/,并且在此基礎上針對高校教室設計一套教室自動照明控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)了人員檢測、光照強度檢測等功能以及通過主控制器對照明設備進行實時控制，這種自動照明控制系統(tǒng)順應了目前最新技術的發(fā)展潮流，具有節(jié)約能源、延長照明設備使用壽命、提高照明質量、管理便捷化等優(yōu)點，勢必取代照明效率低下的傳統(tǒng)照明控制。 雖然本設計達到了基本控制功能，但是還存在一些不足，比如說智能化程度不高，僅僅實現(xiàn)了人員的自動檢測與光照強度檢測與調節(jié)等功能 ， 隨著科學技術的發(fā)展 ,沿用最新技術 ， 可使得檢測靈敏度提高 ， 功能更加強大 。 未來的教室照明系統(tǒng) ,除了以上功能 ,還可能具備照明系統(tǒng)全自動控制 ,在教學樓設計一個獨立的控制機房 ,對整個樓宇自動監(jiān)控 ,針對不同時間段 ,比如上課、下課、自習等時間內，實現(xiàn)不同的控制功能，還可以根據(jù)周圍環(huán)境光強、溫度等來設置不同的場景模式，甚至可以根據(jù)色彩心理學在不同的時間段控制照明等的顏色適當調節(jié)學生的視覺效應，從而使之達到最佳學習狀態(tài)等等。但是 ,自動照明技術要實現(xiàn)更高級的智能并非易事，國內外從事智能