基于ZIGBEE技術(shù)的無線定位系統(tǒng)研究開題報告范文

基于ZIGBEE技術(shù)的無線定位系統(tǒng)研究開題報告范文摘要：本次選擇AT89C51單片機(jī)的主控芯片作為教室LED照明智能控制器，通過熱釋電紅外傳感器感應(yīng)從而能判斷出教室內(nèi)有人無人，通過光敏電阻感應(yīng)教室內(nèi)的光線強(qiáng)度，實現(xiàn)對教室內(nèi)燈光的智能控制，防止了教室用電的大量浪費。本文詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程，采用模塊化的編程思想，使用C51語言編寫源程序，實現(xiàn)教室的節(jié)能照明功能。

該系統(tǒng)具有體積小，控制方便，可靠性高，專用性強(qiáng)，性價比合理等優(yōu)點，可以滿足各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的到達(dá)節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞:教室智能照明；軟件設(shè)計；熱釋電紅外傳感器；智能控制

1研究背景

1.1研究的主要目的和意義

中國經(jīng)濟(jì)在持續(xù)多年高速開展后的今天，能源問題日益突出。雖然我國能源總儲量占據(jù)之首，但由于我國人口眾多，所以人均儲量少，單位產(chǎn)值的能耗是興旺國家的3-10倍。能源問題已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)開展的關(guān)鍵問題。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是我國長期可持續(xù)開展戰(zhàn)略中一個重要關(guān)鍵因素。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟(jì)開展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定有很大影響。隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速開展，人們的生活水平也在不斷提高，導(dǎo)致用電負(fù)荷的加劇，又由于世界性的能源危機(jī)，能源不足以成為世界所面臨的嚴(yán)峻問題。中國城市每年用于公共照明的能源支出高達(dá)280多億，節(jié)能空間巨大。其中路燈照明能耗占30%以上。開展城市道路照明的同時，路燈以供街道照明以外，還大力興建了很多的景觀照明亮化項目，美化城市的夜景，但同時也帶來了能耗的極大浪費。據(jù)統(tǒng)計2022年，我國全社會的總用電量將超過5000億kWh，新增照明用電2000億kWh。

對高等院校，據(jù)測算，其照明耗電占本單位所有耗電的40%左右，可見在對教室燈光進(jìn)行自動控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)可觀的。由于大學(xué)是開放型的管理模式，加上全員節(jié)能意識淡薄，教室無人時照明燈一直長明，造成電能的巨大浪費，由此提高教室用電效率實現(xiàn)智能控制就成為首要考慮的問題。

目前對燈光的智能控制，尤其是我國教室燈光的智能控制尤為不足和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理?！踩缛A東理工大學(xué)梅隴校區(qū)教室在白天無人時日光燈依舊開啟〕各類大、中中專院校不斷擴(kuò)招，教室不斷擴(kuò)建，教室用電負(fù)荷不斷增加，教室用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費，經(jīng)濟(jì)損失，這種浪費與當(dāng)今的節(jié)能理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機(jī)技術(shù)的遍及，燈光的管理也朝著自動化、智能化方向開展。于是，開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動化控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。

1.2研究的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)照明大力采用高效照明產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)低效率照明產(chǎn)品實現(xiàn)節(jié)能，大力推行綠色照明項目，大量運用節(jié)能技術(shù)，不斷推出綠色光源和節(jié)能電器，采用大量的`節(jié)能燈具，裝備新技術(shù)，尤其以LED綠色照明改造為國家大力推行。

現(xiàn)階段，世界各國都在采取不同的方式來節(jié)約能源，節(jié)約電能。LUMA公司推出的LEP等離子體燈替換傳統(tǒng)照明，節(jié)能效果能到達(dá)50%，飛利浦照明公司和OSRAM公司也都在大力研究LED照明，芯片光效由以前的100lm/W提升到150lm/W,丹麥的房屋建設(shè)就對節(jié)能有很多的要求，并且居民入住有節(jié)能裝置放置時，要支付的費用比沒有節(jié)能計劃房屋高出8%。單純的光源節(jié)能加上有效智能照明控制會讓節(jié)能的空間大力提升，研究智能照明控制系統(tǒng)是是現(xiàn)在的開展趨勢，綜合了照明、自動化控制、計算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+的的結(jié)合，通過充沛利用自然環(huán)光來減少人工照明帶來的能源耗費，真正實現(xiàn)情景化、自動化、人性化的智能照明技術(shù)。常見的照明控制系統(tǒng)有飛利浦公司下屬的邦奇Dynalite智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由調(diào)光模塊、開關(guān)模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、編程插口、時鐘管理器、手持式編程器和PC監(jiān)控機(jī)等部件組成。采用DyNet網(wǎng)絡(luò)連接，DyNet是一個分布式智能化網(wǎng)絡(luò)，使用RS-485通訊協(xié)議。以施耐德公司為主的使用的C-Bus智能照明控制系統(tǒng)，C-Bus系統(tǒng)是一個二線制的總線型式的智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)所有的單元器件〔除電源外〕均內(nèi)置微處理器和存儲單元，由一對信號線〔雙絞線〕連接成網(wǎng)絡(luò)。每個單元均設(shè)置唯一的單元地址并用軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元格控制各回路負(fù)載。輸入單元通過群組地址和輸出組建立對應(yīng)連接。當(dāng)有輸入時，輸入單元格將其轉(zhuǎn)變?yōu)镃-Bus信號在C-Bus系統(tǒng)總線上播送。所有輸出單元接收并做出判斷，控制相應(yīng)回路輸出。快思聰為主的是ABBi-BusEIB智能安裝系統(tǒng)，EIB智能系統(tǒng)由總線、總線電源、智能傳感器〔光線傳感器、含糊開關(guān)、時間控制器、移動傳感器〕、智能開關(guān)驅(qū)動器和其他智能元件〔邏輯模塊總線耦合器〕構(gòu)成。每個元件就是節(jié)點，這些節(jié)點連接在一根2芯雙絞線介質(zhì)的總線上，不分主從隸屬關(guān)系實現(xiàn)相互之間的通訊從而實現(xiàn)控制和被控制。

2文獻(xiàn)綜述

2.1系統(tǒng)設(shè)計要點

照明作為教室智能控制的子系統(tǒng)之一，它對教室智能控制的舒適性、經(jīng)濟(jì)性、方便性具有重要的意義。利用人體的存在信號和環(huán)境光信號的辨認(rèn)和智能判斷，可以有效的對教室照明進(jìn)行智能控制，防止了教學(xué)大樓照明用電的大量浪費。本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)作為控制裝置的智能部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在〔沒人時教室里燈全關(guān)，有人那么進(jìn)行環(huán)境燈光自動感應(yīng)進(jìn)行下步行動〕，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測環(huán)境光的強(qiáng)度〔照度到達(dá)時燈全關(guān)，照度不夠時燈翻開補足光照度〕；在特殊環(huán)境及要求下〔如多媒體教學(xué)和電影文學(xué)觀賞〕可以通過手動來控制燈的開關(guān)。一號按鈕控制手動與自動，二號按鈕控制燈的開關(guān)盞數(shù)〔按0次沒燈開，按1次開2盞燈，按2次開4盞燈，按3次開8盞燈，按4次后返回到0〕。

在本次系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計辦法的選用是系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵所在。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計辦法，該辦法保證設(shè)計電路的規(guī)范化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，到達(dá)最終的設(shè)計目的。軟件設(shè)計的辦法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，因此使用匯編語言進(jìn)行開發(fā)。

2.2系統(tǒng)性能指標(biāo)及技術(shù)要求

首先單片機(jī)通過按鈕1判定是自動還是手動，假設(shè)是自動那么人體存在信號采集電路和光敏三極管采光電路先后工作判定室內(nèi)是否有人，和室內(nèi)照顧度，單片機(jī)再決定是否開燈，開幾盞燈。最后通過LCD顯示開了幾盞燈和關(guān)閉了幾盞燈。

手動/自動

〔1〕自動

A全關(guān)

B開4盞燈

C開8盞燈

〔2〕手動

A全關(guān)

B開2盞燈

C開4盞燈

D開8盞燈

2.3本課題的主要內(nèi)容

①燈光總體控制計劃的研究；

②燈光控制檢測計劃的研究；

④熱釋電紅外傳感器的信息處理；

⑤人體與自然光照強(qiáng)度信號采集與處理；

⑥開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)；

⑦實驗測試與數(shù)據(jù)分析。

2.4擬采用的研究辦法或措施

本次課題主要研制的控制器以自然光強(qiáng)度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)?？梢哉嬲膶崿F(xiàn)自動與手動控制相互兼容。在自然光照度達(dá)標(biāo)時，無論教室是否有人存在，都不開燈;在教室自然光照度達(dá)不到要求時候，有人存在時燈光會自動翻開而且到達(dá)均衡的照度，有人存在時控制器自動翻開電燈，直到人離開后再延時120S后關(guān)燈。同時，還要改用機(jī)械開關(guān)來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器的不人性化運行。

本次課題所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大局部組成。硬件局部是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的根底，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件局部，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，到達(dá)控制器自動與手動相結(jié)合的教室照明智能控制。

系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大局部，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。

硬件設(shè)計局部包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以到達(dá)設(shè)計要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計辦法，該辦法保證設(shè)計電路的規(guī)范化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使本次設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)能及時修改，到達(dá)最終的設(shè)計目的。

軟件設(shè)計局部，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作方案；然后進(jìn)行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇適宜的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，到達(dá)所需功能要求。軟件設(shè)計的辦法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計辦法，先編寫各個功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過調(diào)試后，到達(dá)最終的設(shè)計功能要求。

2.5系統(tǒng)硬件總述

為了使該模塊化LED顯示屏控制照明系統(tǒng)更加方便且靈活性高，我對本次系統(tǒng)的硬件做了精心設(shè)計。硬件電路包括LED燈電路、顯示電路、開關(guān)控制電路等三大模塊。整個照明系統(tǒng)有人為控制局部和自動控制局部，人為控制是靠一個開關(guān)來實現(xiàn)操作的，通過重復(fù)按壓可以點亮更多的LED燈，而自動控制是靠單片機(jī)控制的，我們把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后，單片機(jī)的系統(tǒng)時間通過顯示器顯示出來，并且利用時間來控制燈的亮與滅，用單片機(jī)的P0口做燈光輸出，P1口做顯示輸出，P2口做開關(guān)輸入，即可完成硬件局部。在含有控制器的電路系統(tǒng)中，都必須要有相應(yīng)的復(fù)位電路，這樣能夠使系統(tǒng)在上電后，很好地復(fù)位系統(tǒng)并使系統(tǒng)處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。一般簡單的復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位，這種電路的穩(wěn)定性一般、可靠性較高。

2.6單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)

電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速開展，促進(jìn)微型計算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速開展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)〔單片微型計算機(jī)〕的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。

單片微型計算機(jī)就是將中央處理單元、存儲器、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。因此一塊芯片就構(gòu)成了一臺計算機(jī)。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機(jī)。

單片機(jī)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)的實體與裝置，通常由運算器、控制器、存儲器、輸入接口電路和輸入設(shè)備、輸出接口電路和輸出設(shè)備等組成。其中運算器和控制器一般做在一個集成芯片上，統(tǒng)稱中央處理單元〔CentralProcessingUnit〕，簡稱CPU，是微機(jī)的核心部件。CPU配上寄存程序和數(shù)據(jù)的存儲器[2]、輸入/輸出〔Input/Output，簡稱I/O〕接口電路以及外部設(shè)備即構(gòu)成單片機(jī)的硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是微機(jī)系統(tǒng)所