教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案論證

1、2 系統(tǒng)方案論證教室節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案論證1.1 節(jié)能照明實(shí)現(xiàn)方式方案論證在設(shè)計(jì)最初需要一個(gè)整體的思路來確定設(shè)計(jì)的框架。 首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)來確定所需的功能模塊； 然后按照一定的作用順序把各個(gè)功能模塊連接起來。本系統(tǒng)需要兩個(gè)傳感器來分別檢測人體紅外信號和自然光強(qiáng)信號， 需要按鍵電路來強(qiáng)制燈的開關(guān)， 還需要指示電路來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，等等 7 。如圖 1.1，為該照明系統(tǒng)總體框圖。晶振電路復(fù)位電路人體紅外檢測電路自然光檢測電路按鍵電路AT89C5LED 指示電路1 單片機(jī)繼電器執(zhí)行電路照明電路圖1.1 系統(tǒng)總體框圖該照明系統(tǒng)總體框圖，包括：系統(tǒng)核心AT89C51 單片機(jī)，輸入為

2、兩個(gè)傳感器電路即人體紅外檢測電路和自然光檢2 系統(tǒng)方案論證測電路，強(qiáng)制開關(guān)的按鍵電路。輸出是 LED 指示電路以及繼電器執(zhí)行電路。最后由繼電器電路來控制照明電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)控制。這里的流程圖是方案流程圖，是提出來的思路流程圖?？梢蕴岢龊脦追N方案， 來進(jìn)行比較， 評價(jià)，最終確定一種比較合理的方案，如下是本人提出的三種方案。1.1.1 系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案2 系統(tǒng)方案論證如圖 1.2 是一種系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案的流程圖?？刂品桨傅牧鞒虉D，流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測電路有無探測到有人，無人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按

3、鍵按下。如果探測到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個(gè)動(dòng)作信號，使其動(dòng)作，從而開啟照明電路 9 。開始初始化按鍵處有無按鍵？理程序YNN滅燈有人？YY光照滿足？N開燈圖1.2系統(tǒng)最基本的實(shí)現(xiàn)方案流程圖在設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程時(shí)，是先判斷光照還是先檢測是否有人是，本人遵循的原則是“以人為本， 人使用燈 ”。如果沒有人，2 系統(tǒng)方案論證開關(guān)燈就無意義，所以應(yīng)先判斷是否有人，而不是先判斷光照情況。本方案是智能照明系統(tǒng)的一種最簡單的流程圖，表現(xiàn)在什么地方呢，就是它只控制燈的亮與滅，沒有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案一的這點(diǎn)不足。1.1.2 教室照度

4、可調(diào)方案如圖 1.3 為照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)照度方案的流程圖。開始初始化Y按 鍵 處有無按鍵?理程序 ?滅燈N有人否？NYN照度 X2?Y照度 X1?N開一半全開圖 1.3教室照度可調(diào)方案流程圖如果設(shè)計(jì)的照明控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)照度，那么照明效果2 系統(tǒng)方案論證和節(jié)能效果將會(huì)更好。如圖 1.3 具有兩個(gè)照明調(diào)節(jié)等級的方案。按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度 X2X10, 當(dāng)環(huán)境照度 EX2 時(shí)，不需要人工照明：當(dāng) X1EX2 時(shí)，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng) EX1 時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。1.1.3 系統(tǒng)

5、設(shè)定調(diào)光電路工作的方案如圖 1.4 為照明控制系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光電路工作方案的流程圖。2 系統(tǒng)方案論證開始初始化，設(shè)定照度值 E0Y按鍵處有無按鍵 ?理 ?滅燈N有人否？NY檢測當(dāng)前照度值E1,與 E0 比較YN啟動(dòng)調(diào)E1 E0？光電路圖 1.4調(diào)光電路流程圖此方案的特別之處也在于它的可見光檢測電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0 作比較，當(dāng) E1X10, 當(dāng)環(huán)境照度 EX2 時(shí)，不需要人工照明：當(dāng) X1EX2 時(shí)，開一半的燈， 即可滿足照明需求； 當(dāng) EX1 時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。第三種方案它夠監(jiān)測當(dāng)前照度值 E1，與設(shè)定值 E0

6、 作比較，當(dāng) E1E0 時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值 E0。方案三的可見光檢測電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。盡管方案一是最簡單，最基本的方案，卻也體現(xiàn)了智能照明的基本思路。方案二實(shí)現(xiàn)兩種等級的控制，方案三實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計(jì)本人就以第一種方案來設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)。2 系統(tǒng)方案論證1.2 可見光檢測電路方案論證可見光檢測電路中的感光器件有兩種：一種為光敏電阻，另一種為光敏二極管。1.1.1 光敏電阻檢測方案如圖 1.5 光敏電阻電路圖，該方案的感光器件為光敏電阻 R25，R19- 為精密電阻。光敏電阻 R25

7、一端接 +5V 電源，另一端與 R19 電阻分壓。圖 1.5光敏電阻電路圖該方案的感光器件為光敏電阻R25， R19 為精密電阻。光敏電阻 R25 一端接 +5V 電源，另一端與R19 的電阻分壓。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏電阻阻值下降，三級管VT 進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出為低電平；當(dāng)無光照時(shí)，三極管VT 截止，輸出為2 系統(tǒng)方案論證高電平。經(jīng)電壓比較器與反向器整形后直接與單片機(jī)I/O口連接。1.1.2 光敏二極管檢測方案如圖1.6 光電二極管電路圖。圖 1.6光電二極管電路圖使用一個(gè)光敏二極管 D2 ，電壓比較器 U3 為電壓比較器集成芯片 LM339 的一個(gè)單元，電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近 “無窮大 ”的運(yùn)算放大器。1.1.3 方案的比較與選擇方案一使用一個(gè)光敏電阻作為光線傳感器檢測環(huán)境的光照度 ,光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)， 電阻減小，2 系統(tǒng)方案論證入射光弱，電阻增大。同時(shí)利用相反器和電壓比較器作為放大倍數(shù)接近 “無窮