教室照明智能控制系統(tǒng)______畢業(yè)論文

1、 （畢業(yè)論文）設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：教室照明智能控制系統(tǒng)二、設(shè)計要求：設(shè)計一個教室照明智能控制系統(tǒng)，通過多種傳感器采集室內(nèi)光線、人數(shù)分布等信息，利用控制電路調(diào)節(jié)照明強度，實現(xiàn)節(jié)能控制。三、設(shè)計任務(wù)1.畫出電路原理圖。2.編寫設(shè)計說明書，1萬5千字以上，包括：（1）設(shè)計任務(wù)書（2）前言（3）目錄（4）正文，包括：設(shè)計思想、電路工作原理、元器件選擇、電路元器件參數(shù)、總結(jié)、參考資料等3.B5版面，正文5號或小4字號，章標(biāo)題小2加粗，節(jié)標(biāo)題小四加粗。前 言本設(shè)計針對教室燈光的控制方法，尤其是教室燈光的智能控制方面的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了教室燈光智能控制的原理和實現(xiàn)方法，提出了基于單片機的教室燈光智能控制系

2、統(tǒng)的設(shè)計思路，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了智能控制系統(tǒng)的硬件裝置和相應(yīng)軟件,以達到學(xué)校教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約電能以及改善教學(xué)管理的目的。設(shè)計應(yīng)用了先進的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及實用的軟件平臺，成功地設(shè)計了一套功能完善的智能教室照明動控制系統(tǒng)。由傳感探測單元、通訊網(wǎng)絡(luò)RS-232、控制單元構(gòu)成了整個系統(tǒng)。智能教室照明控制系統(tǒng)核心器件采用AT89S51單片機采集數(shù)據(jù)，并由控制系統(tǒng)實現(xiàn)對教室光照度、學(xué)生人數(shù)、教室使用狀態(tài)等的監(jiān)控與顯示，并對教室內(nèi)部用電設(shè)備進行合理控制和管理，達到教學(xué)樓教室照明控制的智能化和節(jié)約化的目標(biāo)。本系統(tǒng)將單片機控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，各組成部分包括硬件和軟件設(shè)計的

3、結(jié)構(gòu)、功能與實現(xiàn)方法。最后通過RS-232方式實現(xiàn)與上位機通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸及上位機對教室照明狀態(tài)的控制，完成一個智能教室照明控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：智能控制；熱釋電效應(yīng)；光照檢測；AT89S51III河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（畢業(yè)論文）ForewordThis design control method aiming at classroom light, particularly the development present condition that the intelligence of classroom light controls, analyzed the principle

4、of the classroom light intelligence control and carry out a method, design way of thinking put forward intelligence to control system according to the classroom light of the list slice machine, and developed the hardware device of intelligence control system and correspond software on this foundatio

5、n.With attain classroom in the school is used to give or get an electric shock an equipments of reasonable use, the purpose of economy electric power and improvement teaching management.Designed to apply the forerunner's electronics technique, network technique and automatic control technique an

6、d practical software platform, successfully designed a set of intelligence with perfect function classroom lighting to move to control system.From spread feeling to probe into unit, the communication network RS-232 and controled unit to constitute the whole system.The intelligence classroom illumina

7、tes to control system core a spare part adoption AT89 S51 list slice the machine collect a data, and use to give or get an electric shock an equipments to carry on reasonable control and management to the classroom inner part, attain teaching building the classroom illuminates a control of the intel

8、ligence turn and economize the target for turning.This system list slice the machine control system and network technique knot to put together, each constitute the part includes a hardware and software design of structure, function and carry out a method.Finally pass method RS-232 realization and pl

9、ace of honor machine correspondence, carry out the long range of data to deliver and the place of honor machine illuminate the control of status to the classroom and complete lighting in an intelligence classroom control system.Keyword:the intelligence controls;is hot to release to give or get an el

10、ectric shock an effect;only shine on an examination;AT89S51（畢業(yè)論文）目 錄設(shè)計任務(wù)書I前 言II一、設(shè)計思想11.1課題背景11.2設(shè)計主要目的1二、系統(tǒng)總體方案2總述22.1系統(tǒng)總體構(gòu)成22.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能3三、教室控制與檢測單元設(shè)計4總述：43.1 教室控制單元的設(shè)計與通信53.1.1 控制單元的核心器件53.1.2 現(xiàn)場人機交互模塊73.1.3 RS-232串口通信93.2 教室檢測單元數(shù)據(jù)采集與處理103.2.1 光照信號采集與處理103.2.2 光照檢測接口電路123.2.3 紅外數(shù)據(jù)采集與處理133.2.4 開關(guān)控制電路

11、設(shè)計14四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計16總述164.1光照度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序164.2顯示子程序174.3串行通訊程序設(shè)計184.4主程序設(shè)計20五、系統(tǒng)整體工作流程215.1教室內(nèi)光信號采集處理215.2教室內(nèi)人數(shù)分布信息處理215.3顯示與通信21總結(jié)22致謝23參考文獻24附錄25附錄A 主程序25附錄B設(shè)計原理電路圖33一、設(shè)計思想1.1課題背景隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、控制等技術(shù)的發(fā)展,智能建筑的發(fā)展越來越迅猛。目前，國內(nèi)大多數(shù)智能建筑存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。就智能建筑的照明系統(tǒng)來說，許多地方的燈經(jīng)常是從早到晚開著的，不管這些房間或樓道是否有人，也不管有多少人?；蛘撸?dāng)自然光照度很好時

12、，燈不能及時關(guān)閉；反之，當(dāng)自然光照度難以滿足人的需求時，又不能及時打開燈光。這種照明方式，不僅造成能源的浪費，而且不能滿足人對照明的基本需求，同時也給人的視力造成了很大的影響。各類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費，經(jīng)濟損失，這種的浪費與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。的自動控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。部分學(xué)校也意識到了教室照明中存在的巨大浪費，采取了各種各

13、樣的管理方式，企圖來杜絕這種浪費。如:費用包干制、任課教師負責(zé)制、組織勤工儉學(xué)學(xué)生或聘用專職人員進行專門管理，拉閘限電等等。許多學(xué)校都采取過這些方法，但始終沒能長久堅持下去，也就沒有取得理想效果。其次，學(xué)生對教學(xué)樓教室的利用狀況的未知往往造成有些教室人滿為患，有些教室無人問津的狀況。從而由于管理不當(dāng)而影響教學(xué)資源分配等種種問題。1.2設(shè)計主要目的針對目前學(xué)校教學(xué)樓用電設(shè)備控制和教學(xué)管理不足的現(xiàn)狀，以提高教室用電設(shè)備控制的自動化和教學(xué)管理的效率為目的，開發(fā)了一套功能較完善的基于總線的智能教室照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用先進的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及實用的軟件平臺。智能教室控制系統(tǒng)采用單片

14、機實現(xiàn)對教室光照、自習(xí)學(xué)生人數(shù)等的數(shù)據(jù)采集，并由RS-232和上位機（計算機）的通訊，實現(xiàn)教室使用狀態(tài)監(jiān)控與顯示，并對教室內(nèi)部用電設(shè)備進行合理控制和管理，達到高校教學(xué)樓教室控制的智能化和節(jié)約化的目標(biāo)。二、系統(tǒng)總體方案總述教室節(jié)能系統(tǒng)采用單片機和上位機組成的系統(tǒng)對學(xué)校教室照明設(shè)備進行控制和管理，教室亮度的檢測、教室學(xué)生人數(shù)的統(tǒng)計、教室室使用狀態(tài)的監(jiān)控。整個系統(tǒng)由教室檢測單元、控制單元、通信單元等組成。單片機可以實現(xiàn)對教室內(nèi)的教室檢測控制元所采集到的信息的接收、處理，并且由LCD顯示教室狀態(tài)，從而可以很輕松的對教室用電設(shè)備開關(guān)狀況、照強度、自習(xí)學(xué)生人數(shù)，教室使用狀態(tài)等進行實時監(jiān)控和統(tǒng)計。對于通訊網(wǎng)

15、絡(luò)部分，教室信號通過RS-232串行方式與上位機通信。檢測控制單元：照明強度采集是采用AD0809與單片機構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，教室是否有人和人數(shù)是用熱釋電傳感器通過檢測電路與單片機相連進行數(shù)據(jù)采集。2.1系統(tǒng)總體構(gòu)成a: 傳感探測單元熱釋電紅外探測傳感器組件，該組件由三個部分組成：熱釋電傳感器，匹配低噪放大器，菲涅爾光學(xué)系統(tǒng)。該組件本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小、隱蔽性好、價格低廉?？梢姽馓綔y組件，可見光探測組件由一些常用光敏器件和晶體管組成。特別說明：這個組件必須置于本照明控制器控制照明的范圍之外，用于探測自然光的有無及強弱（可根據(jù)需要進行調(diào)整），為控制器提供控制燈具亮、滅的依據(jù)。b：

16、微控制與通信單元控制器單元主要對該教室檢測控制單元進行集中操作管理、狀態(tài)顯示、通訊控制和維護該每間教室的用電對象，并協(xié)調(diào)各檢測控制單元之間的數(shù)據(jù)傳送，提高整個智能教室控制系統(tǒng)的可靠性。通訊網(wǎng)絡(luò)是保證整個智能教室控制系統(tǒng)遠程控制正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，所有的教室檢測的數(shù)據(jù)和教室使用狀態(tài)都連接在通訊網(wǎng)絡(luò)的平臺上，最終與計算機單元相連，實現(xiàn)遠程的監(jiān)控與顯示。本系統(tǒng)利用計算機的串行口和單片機的串行通訊的功能，采用RS-232向上位機完成信息傳輸實現(xiàn)教室控制單元顯示和集中管理。上位機通過RS-232串行通訊線來讀取教室中的基本信息，同時每個教室控制單元中所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對所采集到的信息做基本顯示的功能。

17、c: 軟件實現(xiàn)對教室人數(shù)進行進行實時計數(shù)，同時對光照度進行采樣，并通過程序由單片機控制，并在LCD上顯示當(dāng)前人數(shù)和教室照明燈開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)光照度低于設(shè)定值范圍內(nèi)時，再根據(jù)教室人數(shù)自動打開照明燈經(jīng)串口RS-232傳到上位機。例如：當(dāng)光照度高于設(shè)定值在單片機控制下自動關(guān)閉照明燈。2.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能智能教室控制系統(tǒng)的設(shè)計的目的就是為了實現(xiàn)教室用電設(shè)備的合理使用，節(jié)約能源以及改善教學(xué)管理，提高教室使用效率。在設(shè)計過程中，作者將整個系統(tǒng)分為了上述的三個部分，系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能則可以概括為以下幾個方面：a: 教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的底層設(shè)備教室檢測控制單元具有自動采集和命令采集兩種模式。自動定時采集就

18、是教室檢測控制單元可以根據(jù)內(nèi)部時鐘設(shè)置對教室進行循環(huán)采集數(shù)據(jù)，由控制器通過RS-232通訊信道將根據(jù)需要采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息傳送到上位機，上位機再經(jīng)RS-232通訊信道傳送把命令傳輸?shù)浇淌覚z測與控制單元。b: 教室遠程端控制功能在遠程控制中，往往都要使用遠程控制軟件。而這樣的軟件一般分為兩部分，一部分在本地主機上安裝，使上位機成為控制端，另一部分在現(xiàn)場控制器上安裝，使現(xiàn)場控制器為服務(wù)端，也就是被控制端。通過網(wǎng)絡(luò)，在計算機與控制器之間建立起一條數(shù)據(jù)交換的通道，從而使得控制端可以向服務(wù)端發(fā)送指令，操縱服務(wù)端完成特定的工作。在此時，現(xiàn)場控制器負責(zé)發(fā)送指令和顯示遠程計算機執(zhí)行程序的結(jié)果，而運行程序所需的

19、系統(tǒng)資源均由上位機機負責(zé)。系統(tǒng)采用了原有的教室內(nèi)部用電設(shè)備控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上的教室遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)對教室實施相應(yīng)的命令，使得教室的用電設(shè)備能夠及時地開或關(guān)，實現(xiàn)節(jié)能目的。c: 數(shù)據(jù)與教室狀態(tài)的顯示在這里顯示任務(wù)包括整個智能教室控制系統(tǒng)各采樣點數(shù)據(jù)：光照度、人數(shù)、照明燈的狀態(tài)。由于教室控制系統(tǒng)的設(shè)計了自動-手動按鍵，有特殊情況管理人員可不必去現(xiàn)場只需單擊此按鍵即可從上位機界面直接進行調(diào)整，并隨時能獲知各個教室實際的總體情況。這里使用LCD1602完成顯示任務(wù)。三、教室控制與檢測單元設(shè)計總述：（1）教室檢測控制單元是智能教室控制系統(tǒng)中重要的部分之一，一方面，教室檢測控制單元具有對

20、教室內(nèi)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲等功能，并響應(yīng)樓層顯示控制單元通訊查詢的命令，另一方面，教室檢測控制單元根據(jù)樓層顯示控制單元和中央計算機單元的具體要求控制照明燈等用電設(shè)備。教室檢測控制單元硬件接口電路如圖3.1所示。（2）教室檢測控制單元采用模塊化設(shè)計，其主要部分為數(shù)據(jù)采集模塊、繼電器開關(guān)模塊、現(xiàn)場人機交互模塊、串口通訊模塊、現(xiàn)場設(shè)備控制模塊、電源模塊等。系統(tǒng)的電源采用專用芯片將220V交流電轉(zhuǎn)換成+5V，從而給控制節(jié)點中的ADC0809及單片機和繼電器供電。教室檢測控制單元組成框如圖3.1所示。圖3.1 智能教室控制系統(tǒng)整體組成框圖本系統(tǒng)中教室檢測控制單元具體主要功能有：1 、教室檢測控制單元實

21、現(xiàn)對教室內(nèi)光照強度、進入教室的學(xué)生人數(shù)的數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，可送入到樓層顯示控制單元和計算機單元。2 、教室檢測控制單元中光照傳感器將采集到的電壓值和設(shè)定電壓相比較從而自動完成對教室內(nèi)是否開啟/關(guān)閉照明燈組的操作，實現(xiàn)系統(tǒng)中節(jié)約電能的目的。3 、通過手動控制教室檢測控制單元中的按鍵可對教室內(nèi)照明燈的現(xiàn)場開啟/關(guān)閉操作。4 、教室檢測控制單元中LCD顯示教室內(nèi)用電設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。5 、通過RS-232總線完成單片機與上位機控制單元的通訊。6 、可接收計算機的命令并實現(xiàn)相應(yīng)的控制信號的傳輸。3.1 教室控制單元的設(shè)計與通信3.1.1 控制單元的核心器件（1）單片機AT89S51AT89

22、S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，它具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。 主要特性： 8031 CPU與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道,其管腳分布如圖3.2所示。

23、圖3.2 AT89S51引腳圖復(fù)位電路：RST引腳對地電阻為40-220千歐姆，因此在RST引腳和電源VCC之間接一容量為10-22微法的電容后，即可構(gòu)成最簡單的RC復(fù)位電路。如圖3.3復(fù)位電路所示。圖3.3 復(fù)位電路（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D0809A/D0809是8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右。ADC0809引腳圖如圖3.4所示。圖3.4 ADC0809引腳圖 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認A/D轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。（1）ADC080

24、9內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。 （2）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 （3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 （6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機。 3.1.2 現(xiàn)場人機交互模塊 人機交互模塊包括按鍵、LCD顯示（圖中沒有畫出）。人機交互部件可以實現(xiàn)在教室內(nèi)對教室檢測控制單元進行手動操作控制，并通過LCD顯示觀察到當(dāng)前教室用電設(shè)備開關(guān)狀態(tài)。 這里采用字符型液晶顯示模塊，它是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點

25、陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。下面以長LCD1602字符型液晶顯示器為例做介紹。一般1602字符型液晶顯示器實物如圖3.5：圖3.5 LCD1602字符型液晶顯示器實物圖 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：l 顯示容量:16×2個字符l 芯片工作電壓:4.55.5Vl 工作電流:2.0mA(5.0V)l 模塊最佳工作電壓:5.0Vl 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明     1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.1所示:表

26、3.1 引腳接口說明表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。 人機交互模塊中使用兩個按鍵，這兩個按鍵都采用微動開關(guān)，此開關(guān)一端通過與門接單片機的INT1腳，另一端接地；即通過單

27、片機的外部中斷來執(zhí)行手動操作，它也可做為一般的按鍵使用。 按鍵接口電路圖如圖3.6所示。兩個按鍵分別是: 自動-手動鍵、全開-全關(guān)鍵。通過控制模塊上的開關(guān)按鍵并由第二排LCD顯示(顯示O <關(guān)>/C<開>)教室照明燈的開關(guān)狀態(tài)。圖3.6 按鍵接口電路 3.1.3 RS-232串口通信 串口是計算機上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。在進行串行通信接口設(shè)計時，主要考慮的問題是接口方法、傳輸介質(zhì)及電平轉(zhuǎn)換等。大多數(shù)計算機包含兩個基于RS-232的串口。串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS-232口。同時，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠程采集設(shè)備的

28、數(shù)據(jù)。 (1) RS-232是實現(xiàn)單片機和計算機通信的接口，相當(dāng)于一個橋梁作用，P3.0和P3.1是STC89S51的兩根全雙工串行通信傳輸線，其中RXD（P3.0）為輸入線、TXD（P3.1）為輸出線。從理論上講，它是可以實現(xiàn)全雙工工作的，但CPU是不可能同時執(zhí)行“接收”和“發(fā)送”兩種指令的，因此該“全雙工”的定義只是對串行接口有獨立的接收通道和發(fā)送通道而言。發(fā)送緩沖器只能寫入發(fā)送數(shù)據(jù)，但不能讀出；接收緩沖器只能讀出接收的數(shù)據(jù)，但不能寫入。當(dāng)然也可以用其它口模擬串口協(xié)議實現(xiàn)串口通信，但沒有使用AT89S51自己提供的串口方便。接口如3.7圖：圖3.7 RS-232通訊接口(2) MAX232

29、CPE MAX232CPE是用于完成計算機232端口數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換，連接CMOS電路的，換言之，如果離開它，我們就無法用軟件監(jiān)控電源狀態(tài)了（需要串口返回信號）。MAX232CPE完成232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換，提供一個本地接口，為調(diào)試和維護提供方便。TXD接SX52的RA2腳，RXD接SX52的RA3腳，RS-RXD和RS-TXD是RS232電平，為標(biāo)準(zhǔn)串口電平。數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機SX52，SX52再把數(shù)據(jù)送到RTL8019AS傳出去。3.2 教室檢測單元數(shù)據(jù)采集與處理 3.2.1 光照信號采集與處理教室檢測控制單元數(shù)據(jù)采集模塊對教室內(nèi)光照強度、教室的學(xué)生人數(shù)，教室內(nèi)的燈狀態(tài)，主要通過光

30、照傳感器、紅外傳感器來完成，各器件將檢測到的非電量轉(zhuǎn)化成各自對應(yīng)的電量進而傳送給單片機進行處理，單片機可實現(xiàn)對各傳感器的定時采集并根據(jù)設(shè)定值進行比較處理。同時通過通訊接口將處理后的數(shù)據(jù)向上位機控制單元傳送。也可通過該通訊接口，上位機單元發(fā)出的控制指令，現(xiàn)場控制單元實現(xiàn)相應(yīng)的控制命令操作。（1）光電檢測器件選擇目前，在光電檢測技術(shù)中常用的一些光電檢測器件有光敏電阻、光電池、光電二極管、光電三極管等，選擇光照傳感器可根據(jù)參考表3.3來進行比較選擇。表 3.2 各種光電器件特性比較光敏電阻和其它光電檢測器件相比具有以下特點：a) 靈敏度高，光電導(dǎo)增益大于1。b) 工作電流大，可達數(shù)毫安。c) 所測光

31、強范圍寬度，既可檢測強光也可檢測弱光。（2）光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理是：在其兩極加上一定的電壓后，當(dāng)光照射在光電導(dǎo)體時，由光照產(chǎn)生的光生載流子在外加電場作用下沿一定方向運動。在電路中產(chǎn)生電流，達到光電轉(zhuǎn)換的目的。光敏電阻的工作原理如圖3.8所示：圖3.8 光敏電阻的工作原理光敏電阻隨光照強度的增加起導(dǎo)電性能變好，既光敏電阻的電導(dǎo)率增加，流過其內(nèi)的光電流增加，其本身的電阻值減小，隨光照強度的增加起導(dǎo)電性能變差，既光敏電阻的電導(dǎo)率減小，流過其內(nèi)的光電流增加，其本身的電阻值增加。3.2.2 光照檢測接口電路a: 光敏電阻與電阻R構(gòu)成反向比例放大電路。由于光敏電阻是敏感性元件，對光照強度、

32、距離等有一定的敏感性，以及電源的噪聲等引起的各種干擾都會隨設(shè)備進入到單片機控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的干擾影響了需要采集的真實信號，給光敏電阻檢測判斷和進一步數(shù)據(jù)分析處理帶來了不利因素，從而影響其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。對光敏電阻的前端供電加上穩(wěn)壓管，以避免電源的噪聲的影響獲取更接近真實的信號，單片機的模擬信號輸入端GM口。b: 當(dāng)光敏電阻的阻值發(fā)生變化時，GM端上的應(yīng)發(fā)生變化，該信號被單片機的模擬通道GM采集，采集的是光敏電阻上的暗時，光敏電阻上的電壓值接近5V，光強時，大約0V，模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后0255。 圖3.9 光電測量電路原理圖利用光敏電阻對教室內(nèi)光照強度進行探測，其工作方法是：(l)教室無人時，

33、不管照度如何，所有照明燈均熄滅。(2)當(dāng)教室有人時，分成三種情況：a.若室內(nèi)照度小于設(shè)定值時照明燈全部打開。b.若室內(nèi)照度介于設(shè)定值很小范圍時，根據(jù)教室人數(shù)打開排照明燈。c.若室內(nèi)照度大于設(shè)定值，則所有照明燈均熄滅。3.2.3 紅外數(shù)據(jù)采集與處理使用紅外傳感器的作用是通過其內(nèi)部接收端接收由障礙物反射或發(fā)射回來的紅外光，來判斷是否有障礙物(有障礙物時，檢測電路輸出高電平，否則，電路輸出低電平)。這里使用兩組紅外傳感器(分別安裝在教室門內(nèi)外兩側(cè))用來計數(shù)當(dāng)前教室內(nèi)的學(xué)生人數(shù)。兩組紅外傳感器依據(jù)接收有障礙物(人體)反射回來的紅外光并根據(jù)對其接收的先后順序來判斷是否有進入/出去的人(進“+”，出“-”

34、)，進而實現(xiàn)對教室學(xué)生人數(shù)的記數(shù)。(1) 熱釋電傳感器檢測原理a: 熱釋電效應(yīng)：當(dāng)一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應(yīng)。圖3.10表示了熱釋電效應(yīng)形成的原理。圖3.10 熱釋電效應(yīng)的形成原理b: 熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。c :為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用

35、。圖3.11 菲涅耳透鏡d: 菲涅耳透鏡（圖3.11）把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器 (PIR) 靈敏度大大增加。 (2) 人體紅外傳感器電路人體紅外傳感器用于檢測人體發(fā)出的特定波長的紅外線，進行非接觸式距離較遠的檢測，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外形如3.12圖所示：圖3.12 紅外傳感器實物圖與原理圖傳感器外部有一白色半球形菲涅爾透鏡，能有效聚集人體發(fā)出的紅外線，提高傳感器的靈敏度。其工作電壓為315V。當(dāng)人體進入傳感器感測區(qū)域時，傳感器接收到頻率為0.18Hz的人體紅外信號，2腳即輸出微弱的交流信號，經(jīng)放大后可由CPU進行處理。信號處理電路如3

36、.13圖所示：圖3.13 紅外信號處理圖傳感器2腳的輸出信號經(jīng)兩極放大后，從LM324輸出，信號幅度為0.55V，直流分量為3V。DL1、DL2、R12、R13、R14、R15組成雙門6電壓比較器。若LM324無信號輸出，則J2為3.3V，J3為2.7V，ALARM指示燈不亮，J1輸出為低電平。當(dāng)LM324輸出大于4V或小于2V時，ALARM指示燈點亮，VOUT端輸出高電平。3.2.4 開關(guān)控制電路設(shè)計（1）繼電器原理簡介繼電器主要由一個線包和若干個觸點對組成，當(dāng)線包兩端加上合適的電壓時，線包上的電流產(chǎn)生磁場，控制每一組觸點的閉合與斷開，一組觸點包括常開、常閉與中間三個觸點。其結(jié)構(gòu)圖如3.14

37、圖：圖3.14 繼電器結(jié)構(gòu)圖其中，觸點1為中間點，觸點2為常閉點，觸點3為常開點，K為線包。(2)電燈開關(guān)控制電路繼電器開關(guān)控制電路圖如圖3.15，設(shè)計中使用繼電器中5V的兩組，因為開發(fā)板輸出電壓是3.3V，必須加驅(qū)動電路，模塊中只有5V繼電器設(shè)有驅(qū)動電路。使用12V的一組需外加驅(qū)動電路。 圖3.15 繼電器應(yīng)用電路圖四、教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計總述對教室人數(shù)進行進行實時計數(shù)，同時對光照度進行采樣，并在LCD上顯示當(dāng)前人數(shù)和教室照明燈開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)光照度低于設(shè)定值范圍內(nèi)時，再根據(jù)教室人數(shù)自動打開照明燈經(jīng)串口RS-232傳到上位機。當(dāng)光照度高于設(shè)定值自動關(guān)閉照明燈。當(dāng)光照度超過設(shè)定的限制時，將發(fā)送報警

38、信號并發(fā)送到上位機。當(dāng)有自動-手動鍵按下時變成手動處理。此時人為的對教室照明燈進行全開或者全關(guān)，等待恢復(fù)自動檢測教室狀態(tài)時再繼續(xù)當(dāng)前檢測，整體流程圖如圖4.1。 圖4.1 系統(tǒng)整體實現(xiàn)流程圖4.1光照度采樣及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換器是采集教室光照度的一個重要器件。A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能確保模擬信號在數(shù)字位流中被準(zhǔn)確地表示，并提供一個具有任何必需的數(shù)字信號處理功能的平滑接口。A/D轉(zhuǎn)換器將光敏電阻采集的光照度的模擬信號變換成數(shù)字位流以進行處理、傳輸及其他操作，并根據(jù)人數(shù)執(zhí)行繼電器吸、合動作。單片機把它實時監(jiān)控檢測采集的兩路數(shù)據(jù)分別與設(shè)定值進行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果和教室人數(shù)啟動繼電器。光照檢測程序流

39、程圖見圖4.2所示。圖4.2 ADC采樣及轉(zhuǎn)換流程圖4.2顯示子程序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.4所示：表4.1 控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DD

40、RAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容     1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）主要的顯示子程序流程圖如下：圖4.3 顯示子程序流程圖 4.3串行通訊程序設(shè)計(1) 上位機與單片機之間的通訊一般分為四個過程：聯(lián)機，發(fā)送數(shù)據(jù)，接收。單片機控制器可以實時監(jiān)測現(xiàn)場和控制系統(tǒng)的各項工作參數(shù)，可以接受遠端監(jiān)控中心的查詢、控制，并可以向中心上報工作狀態(tài)。 (2) 在所設(shè)計的串行接口中，要求通信速率為4800波特，實現(xiàn)單片機與主機之間進行通信。同時，設(shè)單片機的時鐘頻率是12MHZ。在此選用串行口工作方式1。在

41、方式1的情況下，串行口的通信速率與定時計數(shù)器T1的溢出速率和電源控制器PCON中的波特率控制位SMOD有關(guān)。(3) 本系統(tǒng)利用STC89C51自備的串行接口，其控制程序非常簡單。串行通信的初始化在主程序初始化部分已經(jīng)完成。因為本系統(tǒng)要傳送的數(shù)據(jù)具有一定的特殊性，所以沒有采用通用的儀器儀表的串行通信協(xié)議，而是自定義了一套串行通信協(xié)議，以提高下位機與上位機間的通信效率。單片機發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式如表4.2所示：表4.2 單片機發(fā)送數(shù)據(jù)包格式兩字節(jié)三字節(jié)兩字節(jié)FFFF教室人數(shù)、三排燈的態(tài)AAAA該數(shù)據(jù)包中前兩個字節(jié)FF是包頭，其后是八個字節(jié)的數(shù)據(jù)字節(jié)，分別傳送數(shù)據(jù)，最后以兩個AA作為包尾。定義用串口發(fā)送

42、一個字節(jié)的函數(shù)為：void send_char_com(unsigned char ch)SBUF=ch; /將要發(fā)送的字節(jié)送到發(fā)送緩沖區(qū)。while(TI=0); /等待發(fā)送完畢。TI=0; /復(fù)位。這樣當(dāng)要發(fā)送一個數(shù)據(jù)包時只需按照協(xié)議按順序發(fā)送相應(yīng)的字節(jié)即可完成下位機向上位機傳遞數(shù)據(jù)的工作。(4)在利用MSComm控件進行串口通信之前必須對串口進行初始化，通過打開主程序時對MSComm控件的屬性進行設(shè)置來完成此工作。因此在Form_Load()函數(shù)中加入下列語句：With MSComm1.CommPort=1 /將通信端口設(shè)為串口1。.Settings=“9600,n,8,1” /波特率設(shè)

43、為9600，無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，一位停止位。.InBufferSize=1024 /設(shè)置接收緩沖區(qū)為1024字節(jié)。.OutBufferSize=512 /設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)為512字節(jié)。.InputMode=comInputModeBinary /設(shè)置接收數(shù)據(jù)類型為二進制。.InputLen=1 /一次從接收緩沖區(qū)讀取1字節(jié)。.SThreshold=0 /發(fā)送時不產(chǎn)生ONComm事件。.RThreshold=1 /接收到1字節(jié)時產(chǎn)生ONComm事件。On Error Resume Next47If.PortOpen=False Then.PortOpen=True /如果串口沒打開則打開串口

44、。If Err Thenmsg=MsgBox("串口COM1"&"無效!",vbOKOnly,"警告")/如果串口打開錯誤則顯示串口通信失敗。Exit SubEnd IfEnd IfEnd With4.4主程序設(shè)計整個程序設(shè)計中用到兩個外部中斷，即外中斷源INT0、外中斷源INT1void ext0(void) interrupt 0; 外中斷源INT0的中斷服務(wù)程序void ext1(void) interrupt 2; 外中斷源INT1的中斷服務(wù)程序在教室檢測控制單元主程序中，首先應(yīng)對系統(tǒng)進行初始化，然后再等待外部中斷，紅

45、外傳感器和按鍵用或門連接到外中斷源INT1, 當(dāng)有人進出教室或者有按鍵按下就分別進行相應(yīng)的中斷處理。ADC0809的EOC引腳通過非門連接到外中斷源INT0，當(dāng)每一路光照采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完后就進入此中斷服務(wù)程序。采集后的數(shù)據(jù)送入串行口和LCD，LCD為本地顯示，同時上位機也顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。教室節(jié)能系統(tǒng)軟件設(shè)計主流程圖如圖4.4所示。圖4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計主流程圖五、系統(tǒng)整體工作流程5.1教室內(nèi)光信號采集處理光照強度采集主要是通過光敏電阻構(gòu)成光照傳感器，利用光照傳感器采集教室內(nèi)的光照強度（自然光和教室內(nèi)燈光），并將光信號變成電信號，并通過ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號和單片機實現(xiàn)通信，將采

46、集到的電平和單片機內(nèi)設(shè)定電平相比較，從而在單片機內(nèi)部程序控制下自動完成對教室內(nèi)是否開啟/(l)教室無人時，不管照度如何，所有照明燈均熄滅。當(dāng)教室有人時，分成三種情況：a.若室內(nèi)光照度小于設(shè)定值時照明燈全部打開。b.若室內(nèi)光照度介于設(shè)定值很小范圍時，根據(jù)教室人數(shù)打開排照明燈。c.若室內(nèi)光照度大于設(shè)定值，則所有照明燈均熄滅。5.2教室內(nèi)人數(shù)分布信息處理使用紅外傳感器的作用是通過其內(nèi)部接收端接收由障礙物反射或發(fā)射回來的紅外光，來判斷是否有障礙物(有障礙物時，檢測電路輸出高電平，否則，電路輸出低電平)。這里使用兩組紅外傳感器(分別安裝在教室門內(nèi)外兩側(cè))用來計數(shù)當(dāng)前教室內(nèi)的學(xué)生人數(shù)。兩組紅外傳感器依據(jù)接

47、收有障礙物(人體)反射回來的紅外光并根據(jù)對其接收的先后順序來判斷是否有進入/出去的人(進“+”，出“-”)，進而實現(xiàn)對教室學(xué)生人數(shù)的記數(shù)當(dāng)人體進入傳感器感測區(qū)域時，傳感器接收到頻率為0.18Hz的人體紅外信號，2腳即輸出微弱的交流信號，經(jīng)放大后可由單片機進行處理。5.3顯示與通信 利用LCD1602和單片機連接，利用1602的按鍵和顯示功能以實現(xiàn)在教室內(nèi)對教室檢測控制單元進行手動操作控制，并通過LCD顯示觀察到當(dāng)前教室用電設(shè)備開關(guān)狀態(tài)。利用RS-232把單片機直接和計算機相連接，利用計算機的串行口和單片機的串行通訊的功能，采用RS-232向上位機完成信息傳輸實現(xiàn)教室控制單元顯示和集中管理。計算

48、機通過RS-232串行通訊線來讀取教室中的基本信息，并對所采集到的信息進行顯示和處理?？偨Y(jié)本課題對智能教室照明控制系統(tǒng)的控制部分進行了研究，以環(huán)境光、人體存在狀況等外界環(huán)境為控制器的輸入?yún)?shù)，比單純的人員管理教室燈光更合理，更有效的降低教室用電的浪費;同時還加入了時間控制參數(shù)，使教室燈光的控制更加符合學(xué)校的作息時間。本控制系統(tǒng)的設(shè)計對于各類大、中專院校的教室燈光管理具有重要的意義，也適用于各類辦公室的燈光控制。設(shè)計中應(yīng)用了學(xué)過的數(shù)字電子、模擬電子、單片機、傳感器等課程，不僅豐富了已學(xué)知識，而且理論聯(lián)系實際，是我的實踐能力有了很大的提高。該教室燈光系統(tǒng)的控制是以AT89S51單片機為主控單元為核

49、心，通過相關(guān)電路的驅(qū)動，完成對系統(tǒng)設(shè)備(電燈)的控制，采用一個二極管閃爍顯示整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)了對教室燈光的自動開燈、關(guān)燈控制。系統(tǒng)設(shè)計在實現(xiàn)智能化控制的同時，還設(shè)置了手動-自動控制鍵，這樣在系統(tǒng)智能控制偶爾出現(xiàn)故障時，可采用手動操縱，不至于影響教室燈光的正常應(yīng)用。在保證裝置能穩(wěn)定可靠工作的前提下，硬件設(shè)計上盡量采用性價比高的元器件，以降低成本。軟件設(shè)計上采用多任務(wù)形式對信號的采集、處理，達到最終控制燈光的目的。致謝本論文的工作是在馬老師的悉心指導(dǎo)下完成的，馬老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的感染和影響，使我受益匪淺，馬老師給我的設(shè)計工作和論文都提出了許多的寶貴意見，電路設(shè)計

50、上遇到了好多麻煩，通過上網(wǎng)查閱資料并馬老師和同學(xué)的耐心幫助下，我不但完成了這次畢業(yè)設(shè)計而且使我的模擬電子電路和數(shù)字電子電路、單片機等有了很大的提高，在此表示衷心的感謝。感謝母校河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的辛勤培育之恩！感謝電子工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識，掌握了一定的操作技能，適應(yīng)了社會發(fā)展的需要。大學(xué)即將畢業(yè)，人生最美好的大學(xué)生活即將結(jié)束，感謝學(xué)校，感謝這一路走過來的所有人。在撰寫論文期間，同學(xué)們對我論文的研究工作給予了熱情幫助，在此向他表達我的感激之情。最后，非常榮幸能在母校三年的學(xué)習(xí)，使我增長了知識開闊了眼界，最重要的是認識了我的良師益友，感謝這一切的一切。附錄附錄A 主程序#include <reg51.h>#include <math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P20;sbit LCD_EN=P21;sbit EOC=P