精品資料（2021-2022年收藏）教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)

1、教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)摘 要：為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了教室人數(shù)監(jiān)視及照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用220V交流電供電，主要可實(shí)現(xiàn)以下功能：1）感應(yīng)光線強(qiáng)弱并判斷是否需要開(kāi)燈。利用光敏電阻，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)需要設(shè)定修改光線設(shè)定值，當(dāng)光線達(dá)到設(shè)定值時(shí)燈亮，光線低于設(shè)定值時(shí)燈不亮。2）根據(jù)人數(shù)的多少控制LED燈點(diǎn)亮的數(shù)目。利用兩組對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)，根據(jù)產(chǎn)生高低電平的順序區(qū)分人的進(jìn)出，單片機(jī)對(duì)人數(shù)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，當(dāng)人數(shù)在5人之內(nèi)亮一盞燈，5-10人亮兩盞燈，10-15人亮三盞燈。3）根據(jù)實(shí)際需要的不同，利用按鍵對(duì)亮燈人數(shù)的限定值進(jìn)行修改。4）液晶1602實(shí)時(shí)

2、顯示當(dāng)前室內(nèi)人數(shù)。5）單片機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行RS-232通信，利用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)當(dāng)前人數(shù)的變化。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 220V供電 光敏電阻 AD轉(zhuǎn)換 光電開(kāi)關(guān) 液晶 RS-232通信 Abstract：In response to the call of the national energy-saving emission reduction, we designed a number of classroom monitoring and lighting control systems. The system is based on a single chip AT89S52, using

3、220V AC power supply, to achieve the following main functions: 1) The light sensor to determine whether strong or weak and need to turn on the lights. The use of light resistance, through the AD conversion, according to the need to modify configuration settings of light, when the light reached when

4、the lights settings, set the value lower than the light does not shine lights. 2) according to the number of how much control the number of lit LED lights. The use of two photoelectric switch to radio, according to the order of high to distinguish between low-level entry and exit of people, the numb

5、er of single-chip to carry out addition and subtraction of the count, when the number of people in 5 bright lights a bright 5-10 2 lights, 10-15-liang 3 lights. 3) According to the actual needs of the different buttons on the light use of the limited value of the number of modifications. 4) LCD disp

6、lays the current indoor 1602 the number of real-time. 5) single-chip microcomputer and PC to RS-232 communications, the use of the computer the number of real-time monitoring of changes in the current room.Key words: single-chip power supply 220V Photosensitive resistor conversion AD Photoelectric s

7、witch LCD RS-232 communication1 總體設(shè)計(jì)思路和方案目前高校室內(nèi)照明大多是依靠人工區(qū)分光線強(qiáng)弱和人數(shù)來(lái)控制燈的亮滅和燈點(diǎn)亮的數(shù)目，這樣不僅非常麻煩，而且對(duì)能源產(chǎn)生了很大浪費(fèi)。為了節(jié)約用電，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了教室人數(shù)監(jiān)控及照明系統(tǒng)。本系統(tǒng)將主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：感應(yīng)光線強(qiáng)弱并判斷是否需要開(kāi)燈；根據(jù)人數(shù)的多少控制LED燈點(diǎn)亮的數(shù)目；利用按鍵對(duì)亮燈人數(shù)的限定值進(jìn)行修改；液晶實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前室內(nèi)人數(shù)；計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)當(dāng)前人數(shù)的變化。我們利用光敏電阻、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、上位機(jī)，以及控制模塊、電源供電模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、LED照明模塊和RS-232通信模

8、塊七個(gè)功能模塊，共同構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功能。系統(tǒng)方案框圖如圖1所示：控制模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊顯示模塊對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)光敏電阻LED照明模塊上位機(jī)顯示人數(shù)RS232-通信模塊按鍵控制模塊電源供電模塊感應(yīng)光線強(qiáng)弱高低電平計(jì)數(shù)圖1 系統(tǒng)方案框圖2 方案比較與論證2.1控制方式的選擇方案一：采用PLC控制。PLC控制比較簡(jiǎn)單方便，系統(tǒng)也比較穩(wěn)定，但是PLC價(jià)格昂貴，成本高，不適合小型電路設(shè)計(jì)。方案二：采用單片機(jī)控制。單片機(jī)價(jià)格便宜，成本低，易于操作，特別是常用的AT89S52單片機(jī)控制，技術(shù)已經(jīng)比較熟練，完全可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)所需要的各種功能。考慮到成本問(wèn)題，我們選擇方案二。針對(duì)單片機(jī)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，可以采

9、用隔離等措施解決。2.2電源的選擇 方案一：采用干電池。用干電池方便穩(wěn)定，但是電壓會(huì)隨著使用慢慢降低，使用時(shí)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。自行設(shè)計(jì)制作電源，輸入220V交流電，輸出5V直流電，大大增加了使用時(shí)間。因?yàn)檎彰骺刂葡到y(tǒng)應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間供電，所以選擇方案二。 2.3顯示模塊的選擇方案一：采用數(shù)碼管。數(shù)碼管價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單，顯示清晰。但是要顯示較多字符，則需要的數(shù)碼管就很多，這就使得單片機(jī)的管腳過(guò)多被占用，造成單片機(jī)管腳資源緊張。方案二：采用LCD1602液晶。LCD1602可以顯示2行16列字符，可通過(guò)8位或4位數(shù)據(jù)總線控制，使用方便，占用I/O口少。為了

10、節(jié)省單片機(jī)管腳資源，我們選擇方案二。2.4按鍵的選擇方案一:采用4X4矩陣式鍵盤(pán)，占用8個(gè)I/O口，且鍵盤(pán)數(shù)目多。方案二:采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，一個(gè)鍵盤(pán)占用一個(gè)I/O口，適應(yīng)于鍵盤(pán)數(shù)目少的場(chǎng)合。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)用到8個(gè)按鍵，數(shù)目比較少，因此我們選擇方案二。2.5上位機(jī)編程語(yǔ)言的選擇方案一：采用組態(tài)軟件。組態(tài)軟件使用方便，動(dòng)畫(huà)豐富，主要用于工控，控制單片機(jī)有時(shí)還需開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)，比較麻煩。如果購(gòu)買正版組態(tài)軟件，成本較高。 方案二：采用Visual Basic6.0語(yǔ)言。VB軟件下載方便，成本低，與單片機(jī)通信的編程技術(shù)比較成熟，可以完成本系統(tǒng)所需的控制需求。 綜合以上，我們選擇方案二。2.6光電開(kāi)關(guān)的選擇方案一：采

11、用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。檢測(cè)距離為1至20m，工作電壓為直流5-36V。它的價(jià)格比較貴，但是反應(yīng)靈敏，檢測(cè)距離遠(yuǎn)，測(cè)量結(jié)果精確。方案二：采用漫反射式光電開(kāi)關(guān)。漫反射式光電開(kāi)關(guān)價(jià)格比較便宜，反射板式檢測(cè)距離為10cm至50cm，檢測(cè)距離近，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。因?yàn)楸局谱髦卦谘菔?，只要達(dá)到演示效果即可。為了降低成本，我們選擇方案二。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)圖2 電源模塊電路 如圖2所示為系統(tǒng)的電源電路，220V交流電經(jīng)過(guò)變壓器變成7.5V交流電，經(jīng)整流、濾波電路后送到7805進(jìn)行穩(wěn)壓得到5V直流電，最后再次經(jīng)濾波電路，為系統(tǒng)提供5V電源，用來(lái)給單片機(jī)、繼電器和其他原件供電。3.2光敏電阻系統(tǒng)采用型

12、號(hào)為5537的光敏電阻，實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)圖如圖3所示： 圖3 光敏電阻它的技術(shù)參數(shù)如下：亮電阻 (10Lux)(K)   暗電阻(M)光譜峰值(nm)最大電壓 (VDC)最大功耗(mw)響應(yīng)時(shí)間(ms)上升下降30-5035401501002030光線強(qiáng)弱的不同導(dǎo)致光敏電阻的變化，從而導(dǎo)致光敏電阻分壓的不同，將它所分的電壓輸入到ADC0809的IN0。另外，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R1的阻值來(lái)修改感應(yīng)光線的強(qiáng)弱。具體的連線電路圖如圖4所示： 圖4 光電開(kāi)關(guān)電路3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用ADC0809芯片搭建A/D轉(zhuǎn)換電路。ADC0809是采樣頻率8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)

13、轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。它的主要特性為：1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?；3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s；4）單個(gè)5V電源供電 ；5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；6）工作溫度范圍為-4085攝氏度；7）低功耗，約15mW。ADC0809芯片有28條引腳。IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)

14、，輸入，高電平有效。EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一5V。GND：地。 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD

15、轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。本系統(tǒng)中，當(dāng)IN0端接收到電壓模擬量時(shí)，經(jīng)過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量，設(shè)定由D0D7中的某一個(gè)口輸出的數(shù)字量輸入到與門（與非門74LS00取反），當(dāng)它為1時(shí)轉(zhuǎn)為光線暗模式，此時(shí)允許LED照明模塊點(diǎn)亮。3.4 液晶顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用帶背光的液晶模塊TC1602EL，TC1602EL采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其引腳功能如下：第1腳：VSS為電源地，接GND；第2腳：VDD接5V正電源；第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)

16、對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度；第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作，當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)；第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線；第15腳：BLA背光電源正極(+5V)輸入引腳；第16腳：BLK背光電源負(fù)極，接GND。TC1602EL液晶的

17、主要技術(shù)參數(shù)如下：邏輯工作電壓（VDD）：+4.5 +5.5V；LCD驅(qū)動(dòng)電壓（VDD - VL）：+4.5 +13.0V；工作電流：< 2.0mA。TC1602EL液晶顯示模塊可以和52系列單片機(jī)直接接口，通過(guò)向單片機(jī)輸入程序來(lái)控制液晶上顯示的內(nèi)容。本系統(tǒng)可顯示兩項(xiàng)內(nèi)容：當(dāng)前室內(nèi)人數(shù)“the number is #”和設(shè)定的點(diǎn)亮1、2、3盞燈的人數(shù)限制“1 # 2 # 3#”。圖5為單片機(jī)和液晶接口電路圖：圖5 單片機(jī)和液晶接口電路圖3.5 LED照明模塊電路設(shè)計(jì)光電開(kāi)關(guān)在無(wú)人經(jīng)過(guò)時(shí)保持高電平，有人經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生低電平。兩對(duì)光電開(kāi)關(guān)I1、I2的位置不同，因此人進(jìn)和出時(shí)產(chǎn)生低電平的先后順序不

18、同，分別將他們產(chǎn)生的高低電平輸入單片機(jī)的P10和P11管腳，根據(jù)兩端口的高低電平的不同區(qū)分進(jìn)出，并利用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)一個(gè)人加一，出一個(gè)人減一。當(dāng)人數(shù)達(dá)到設(shè)定值1時(shí)，P25管腳輸出高電平；當(dāng)數(shù)目達(dá)到設(shè)定值2時(shí)，P26管腳輸出管腳高電平；當(dāng)數(shù)目達(dá)到設(shè)定值3時(shí)，P27輸出高電平。光電開(kāi)關(guān)位置的示意圖如圖6所示：圖6 光電開(kāi)關(guān)位置示意圖系統(tǒng)用LED燈代替電燈進(jìn)行演示，電路圖如圖7所示：圖7 LED顯示電路3.6 RS-232通信模塊電路單片機(jī)和計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)串口通信，需要用到9針串口和MAX232芯片。RS-232串口有9個(gè)引腳，各針腳的定義為 ：1 .載波檢測(cè) DCD

19、；2.接收數(shù)據(jù) RXD；3.發(fā)送數(shù)據(jù) TXD；4 .數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR；5.信號(hào)地SG；6.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DSR；7.請(qǐng)求發(fā)送 RTS；8.清除發(fā)送 CTS；9 振鈴提示 RI。本系統(tǒng)用到的是2、3引腳具體如8圖所示： 圖8 串口引腳圖MAX232是專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三部分。一是電荷泵電路，由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。二是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、1

20、4腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道；8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。三是供電，15腳GND、16腳VCC（+5v）。圖9為MAX232與單片機(jī)和串口的管腳接線圖：圖9 MAX232與單片機(jī)和串口的管腳接線圖3.7 按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵的電路圖如圖10所示： 圖10 按鍵電路 其中，S1控制電源通斷，S2取消操作，S3、S4對(duì)第一盞燈點(diǎn)亮的限制人數(shù)進(jìn)行加減，S5、S6對(duì)第二盞燈點(diǎn)亮的限制人數(shù)進(jìn)行加減，S7、S8對(duì)第三盞燈點(diǎn)亮的限制人數(shù)進(jìn)行加減。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主流程圖如下：開(kāi)始單片機(jī)初始化監(jiān)測(cè)人數(shù)監(jiān)測(cè)亮度到指定值1模式選擇人數(shù)加人數(shù)減到指定