【圖書館照明控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)12000字（論文）】

圖書館照明控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 1引 言 3第一章總體設計方案 41.1圖書館照明控制系統(tǒng)的提出 41.2圖書館照明控制系統(tǒng)方案的分析 41.3圖書館照明設計的基本方法 61.4圖書館智能照明控制系統(tǒng)設計 71.5系統(tǒng)控制模塊的硬件設計方案論證 8第二章圖書館照明控制系統(tǒng)模塊分析 102.1AT89S51單片機的結構 102.2時鐘晶體振蕩電路 102.3復位電路 112.4單片機最小系統(tǒng) 112.5電源電路 12第三章數(shù)據(jù)采集及控制輸出模塊各部件分析 133.1熱釋紅外傳感器 133.2熱釋電紅外處理芯片BISS0001簡介 143.3熱釋紅外人體檢測電路 153.4環(huán)境光照度檢測電路 163.5電磁繼電器電路 17第四章系統(tǒng)軟件設計 184.1系統(tǒng)主程序設計 184.2A/D轉換程序設計 194.3系統(tǒng)軟件各部分設計說明 20第五章圖書館照明控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 225.1熱釋紅外傳感器的安裝分析 225.2環(huán)境光照度檢測電路的安裝分析 225.3圖書館照明控制系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案 23結 論 24參考文獻 25AT89S51的圖書館照明控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當今比較成熟的傳感技術和單片機定時控制技術，利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學校圖書館照明的控制。系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。該照明控制系統(tǒng)的主控制器是以AT89S51A/D轉換等程序設計。是否有人信息并將信號送到單片機,單片機根據(jù)這些信息通過控制電路對照明設備進行開關操作,從而實現(xiàn)智能照明控制,以達到節(jié)能的目的。關鍵詞：智能控制；照明系統(tǒng)；傳感器；單片機目錄引 言 8第一章總體設計方案 91.1圖書館照明控制系統(tǒng)的提出 91.2圖書館照明控制系統(tǒng)方案的分析 91.2.1圖書館照度標準 91.2.2閱覽室的照度要求 91.2.3書庫的照度要求 101.2.4其他地方照度要求 101.3圖書館照明設計的基本方法 111.3.1燈具的選擇 111.3.2燈具安裝位置的確定 111.4圖書館智能照明控制系統(tǒng)設計 121.5系統(tǒng)控制模塊的硬件設計方案論證 131.5.1圖書館照明設計方案-傳統(tǒng)照明控制方式 131.5.2圖書館照明設計方案-智能照明控制方式 14第二章圖書館照明控制系統(tǒng)模塊分析 152.1AT89S51單片機的結構 152.2時鐘晶體振蕩電路 152.3復位電路 162.4單片機最小系統(tǒng) 162.5電源電路 17第三章數(shù)據(jù)采集及控制輸出模塊各部件分析 183.1熱釋紅外傳感器 183.1.1敏感單元 183.1.2熱釋紅外傳感器的優(yōu)缺點 193.2熱釋電紅外處理芯片BISS0001簡介 203.3熱釋紅外人體檢測電路 203.3.1信號處理電路 203.3.2比較電路 213.4環(huán)境光照度檢測電路 213.5電磁繼電器電路 22第四章系統(tǒng)軟件設計 234.1系統(tǒng)主程序設計 234.2A/D轉換程序設計 244.3系統(tǒng)軟件各部分設計說明 254.3.1環(huán)境光和人體存在檢測程序 254.3.210S延時程序 254.3.3A/D轉換程序 26第五章圖書館照明控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 275.1熱釋紅外傳感器的安裝分析 275.2環(huán)境光照度檢測電路的安裝分析 275.3圖書館照明控制系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案 28結 論 29參考文獻 30引 言隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和社會進步，教育在全社會越來越被關注和重視，校園規(guī)模也隨著受教育者的數(shù)量增加而不斷擴大。但由于學校開放型的管理模式，高校的圖書館在白天室內照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。這種有形和無形的浪費，給校方的水電支出帶來了沉重的負擔。能源短缺是21世紀國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以學校如何來節(jié)省電力能源也成為了一個迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對社會貢獻、節(jié)省高校經(jīng)費支出和學生的健康等多方面考慮，高校圖書館照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。智能照明控制系統(tǒng)是指用計算機技術并輔助以其它手段，對電力照明實行自動控制，提供合適照明光環(huán)境的同時降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費用。智能照明控制系統(tǒng)于手動照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛，改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長光源壽命，管理維護方便等。圖書館是學校師生學習的主要場所，這就決定學校圖書館的場地面積比較大，燈光控制比較復雜，如果單單依靠手動，不僅大大浪費了人力還會造成極大的浪費，于是開發(fā)出一種智能的照明系統(tǒng)便具有現(xiàn)實的意義，首先圖書館可以起到一個很好的示范效應，其次圖書館作為科研的重要陣地，也起到實驗的作用，通過不斷的實驗改進，進而開發(fā)出一種適合大面積推廣的系統(tǒng)，實現(xiàn)有規(guī)模的節(jié)能的目的。第一章總體設計方案1.1圖書館照明控制系統(tǒng)的提出學校圖書館的閱覽室、自習室以及書庫等地是出入人數(shù)較多的地方。因此，這些地方的燈光照明幾乎是從上班開始直到下班為止，不管這些地方是否有人，也不管有多少人，當日照滿足照明度要求時，把燈熄滅，一旦自然光照度難以滿足人的需要時，不能及時打開燈光，給人的視力帶來損害。顯然這種照明方式，從照明的角度上來說是非節(jié)能的；從人的角度來看，根本不能滿足人的基本的照明要求?？萍家匀藶楸荆瑥娜说男枨蟪霭l(fā)：即在有人活動的地方必須有足夠的照度（不論是日光照明還是人工照明）；沒有人的區(qū)域，應該熄滅燈光，以節(jié)約能源。圖書館照明控制系統(tǒng)可實現(xiàn)有效的室內燈光智能控制。其輸入?yún)?shù)主要是人體存在信號和環(huán)境光信號等的外界因素，環(huán)境光的強度達到一定值時不開燈,環(huán)境光強度在一定閥值以下且有人存在時開燈，理論和實驗證明用這種方式來對室內燈進行智能控制可以實現(xiàn)上述目標。1.2圖書館照明控制系統(tǒng)方案的分析1.2.1圖書館照度標準圖書館照度標準根據(jù)我國《民用建筑照明設計標準》(GBJ133-90)的設計要求，針對圖書館各類閱覽室、研究室、視聽室、休息室、走廊、樓梯等場所的照度制定了不同的標準要求，作為照明設計的數(shù)據(jù)參照。1.2.2閱覽室的照度要求圖書館一般閱覽室、少年兒童閱覽室的照度水平應該設置在150Lx(低)，200Lx(中)，300Lx(高)；如果是屬于老年讀者閱覽室，其照度標準應該適當提高到200Lx(低)，300Lx(中)，500Lx(高)。如表1.1所示。表1.1閱覽室照度標準房間名稱參考平面及其高度照度標準值（Lx）一般閱覽室，少年兒童閱覽室0.75m水平面150-200-300老年讀者閱讀室0.75m水平面200-300-5001.2.3書庫的照度要求圖書館書庫的照度應設置為150Lx(低),200Lx(中),300Lx(高)，距地面0.25m處書架上的垂直照度應設置為30Lx(低),50Lx(中),75Lx(高)為宜。見表1.2所示。表1-2書庫照度標準房間名稱參考平面及其高度照度標準值（Lx）書庫地面150-200-300書庫0.25m水平面30-50-751.2.4其他地方照度要求圖書館休息室、陳列室、視聽室及一些公共場所的照度標準見表1.3所示表1-3圖書館照度標準類型參考平面及其高度標準照度值（Lx）低中高研究室，美工室0.75m水平面150200300陳列室，閱覽室0.75m水平面75100150出納廳0.75m水平面75100150休息室0.75m水平面305075電梯間0.75m水平面5075100走廊地面152030樓梯間地面203050盥洗間0.75m水平面3050751.3圖書館照明設計的基本方法圖書館的照明設計包括了燈具類型的選擇、燈具安裝高度的確定、工作面的照明方式等內容，不同的參數(shù)選擇直接影響到照明效果的優(yōu)劣。同時，需要根據(jù)既定的設計方案計算照度負荷，了解電能的消耗情況。1.3.1燈具的選擇常用的燈具有以下幾種方式的分類:（1）按安裝方式分類:一般可分為嵌頂燈、吸頂燈、吊燈、壁燈、活動燈具、建筑照明等六種。（2）按光源類型分類:可分為白熾燈(緊湊型熒光燈歸為這一類)、熒光燈、高壓氣體放電燈、低壓鹵鎢燈等。（3）按使用場所分類:可分為民用燈、建筑燈、工礦燈、車用燈、船用燈、舞臺燈等。（4）按燈具的結構特點分類:①開啟型:其光源與外界空間相通，如一般的配照燈、廣照型燈和深照型燈等。②閉合型:其光源被透明燈罩包含，但內外空氣仍能流通，如圓球燈、雙罩型燈和吸頂燈等。③密閉型:其光源被透明燈罩密封，內外空氣不能對流，防潮燈、防水防塵燈等。④增安型:其光源被高強度透明燈罩密封，且燈具能承受足夠的壓力，能安全地使用在有爆炸危險介質的場所。⑤隔爆型:其光源被高強度透明燈罩封閉，當氣體在燈罩內部爆炸時，高溫氣體經(jīng)過隔爆間隙被充分冷卻，從而不致引起外部爆炸性氣體爆炸。因此隔爆燈具也能安全地使用在有爆炸危險介質的場所。對于圖書館的閱覽室一般可選用開啟型或閉合型的各種吊燈或吸頂燈；門廳、走廊等處一般選用閉合型的各種吊燈或吸頂燈。1.3.2燈具安裝位置的確定一般，圖書館照明燈具的安裝位置可以根據(jù)照明區(qū)域的不同需求確定，通常閱覽室的燈具可以采用以下三種布置方案:（1）均勻布置燈具在整個房間內均勻分布，燈具的分布位置與需要照明的具體位置無關，如圖1.1所示。8圖1-1燈具的均勻布置（2）分區(qū)布置這種燈具的布置與需要照明的具體位置有關。根據(jù)閱覽區(qū)域和非閱覽區(qū)域的照明要求不同，力求使閱覽區(qū)域內能獲得最有利的光照，如圖1.2所示。圖1-2燈具的分區(qū)布置（3）混合照明的燈具布置混合照明方式是利用兩種不同的光源對照明區(qū)域進行加強(如圖1.3所示)，不僅可以滿足照明強度的需要，并且可以消除陰影。為了使工作面上獲得較均勻的照度，應使燈具距離與燈在工作面上的懸掛高度之比(稱為“距高比”)不要超過各類燈具所規(guī)定的最大距高比。圖1-3混光照明的燈具布置1.4圖書館智能照明控制系統(tǒng)設計根據(jù)以上的圖書館照明設計基本方法，以圖書館自習室的照明為設計基礎，提出如下設計任務：圖書館自習室是對照度要求較高的場所，需要營造舒適安靜的氣氛。根據(jù)自習室的照度標準:要求距離水平面m處的工作面其照度達到150-200-300Lx的標準，對照明設計的要求如下:（1）要求工作面的照度不低于300Lx；（2）調研圖書館燈光照明需求以及環(huán)境光強弱與開、關燈的關系；（3）研究人體存在探測技術，探測角度與范圍；（4）研究傳感器在圖書館分布、安放問題，是否一燈一個傳感器或多燈公用傳感器等；（5）研究確定熱釋電傳感器的有關參數(shù)；（6）研究燈光控制器電源問題；（7）研究控制器參數(shù)值設定的要求及方案；（8）研究與現(xiàn)有圖書館照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于維護、維修等控制技術；本課題擬通過試驗研究圖書館照明的各種控制方案解決如下關鍵問題：（1）照明回路的控制與控制器本身的節(jié)能問題；（2）傳感器與圖書館燈配合安裝的問題；（3）環(huán)境光參數(shù)輸入采集問題；（4）熱釋電傳感器參數(shù)輸入采集問題；（5）開、關燈的自動與手動兼容措施；所設計的控制系統(tǒng)以自然光強度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)?？梢詫崿F(xiàn)自動與手動控制相兼容。在自然環(huán)境光較強光線足夠時，無論人是否存在，都不開燈；在自然環(huán)境光較弱時，有人存在且超過一定時間，控制器自動打開照明設備，直到人離開后再延時一定時間后關燈。同時，還要按作息時間來控制，夜晚超過21點，若還有人存在，則關閉自動控制器的運行，改用機械開關來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器的人性化運行。1.5系統(tǒng)控制模塊的硬件設計方案論證1.5.1圖書館照明設計方案-傳統(tǒng)照明控制方式傳統(tǒng)照明為達到照明效果，照明為分級控制，房間內燈具一般是用蹺板開關放于門口控制，對于面積較大的房間燈具較多時，采用雙聯(lián)、三聯(lián)，四聯(lián)開關或多個開關，也有采用照明配電箱放于門口，直接用配電箱內的斷路器控制的，其原理接線圖見圖1.4。對于上述面板開關控制，面板開關所控燈具數(shù)量有限，大開間房間燈具較多，由于控制點集中，帶來的必然是控制不靈活，平面布線復雜，故障率高。如果采用照明配電箱放于房間門口，直接用配電箱內的斷路器控制燈具回路，存在以下兩個問題：(1)影響室內美觀，照明配電箱體積較大時，還會影響圖書館房間的使用功能，如書架的排列等；(2)有些區(qū)域會違反國家規(guī)范要求，如《圖書館建筑設計規(guī)范》(JGJ38—99)要求，書庫配電箱應放在書庫外，對于書庫來說，就不允許把照明配電箱放于房間口，直接用配電箱內的斷路器控制燈具回路。1.5.2圖書館照明設計方案-智能照明控制方式傳統(tǒng)照明控制方式主要以手動控制為主，依靠供電回路中的手動開關來控制回路的通斷，實現(xiàn)燈具的開關控制。這種傳統(tǒng)方式相對簡單、有效、直觀，但它過多依賴手工操作。整個系統(tǒng)相對分散，無法實現(xiàn)有效地管理，其適時性和自動化程度太低。而針對現(xiàn)代學校圖書館的照明，對照明的要求不再是簡單意義上的“能看見”。所以，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，提出了智能的概念。本系統(tǒng)所設計的智能照明控制系統(tǒng)是以單片機主控模塊為核心，其它外圍電路主要包括：系統(tǒng)供電模塊、硬件時鐘模塊、復位模塊、環(huán)境光檢測模塊、人體存在檢測模塊，其結構框圖如圖1.5所示。時鐘振蕩電時鐘振蕩電路人體存在檢測電路復位電路繼電器驅動電路電源電路環(huán)境光照度檢測電路13手動開關電路圖1.5系統(tǒng)結構框圖（1）光照檢測方式的選擇采用光敏二極管作為光傳感器件，光敏二極管除了具有光敏電阻能將光信號轉換成電信號的功能外，還有的優(yōu)點是線性好，響應速度快，對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低，小型輕量以及耐振動與沖擊等；缺點是輸出電流小。（2）人體檢測方式的選擇采用熱釋電紅外傳感器及其處理電路進行檢測。集成電路BISS0001是一款具有較高性能的傳感器信號處理集成電路。它能自動控制快速開啟各類自動門、蜂鳴器、白熾燈和電風扇等裝置，特別適用于自動燈光、照明以及報警系統(tǒng)。采集電路主要由光照檢測電路、熱釋電紅外傳感器及處理電路構成，可分別實現(xiàn)對光照強弱和室內有無人的信息的采集。（3）繼電器驅動控制電路結合實際情況即設計的局限性，本設計用LED燈代表照明燈。因此控制電路由LED燈、電磁繼電器構成。輸出的控制信號可以控制LED燈的亮滅，電磁繼電器的通電與斷電，從而完成本設計的目的。第二章圖書館照明控制系統(tǒng)模塊分析2.1AT89S51單片機的結構AT89S51是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內含4kb的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元,功能強大的AT89S51單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。AT89S51有40個引腳,32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口,同時內含個外中斷口,3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口,2個讀寫口線,AT89S51可以按照常規(guī)方法進行編程,也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起,特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖2.1AT89S51單片機外部結構圖2.2時鐘晶體振蕩電路如圖2.2所示該時鐘晶體振蕩電路由一片12MHz石英晶體和兩片30pF電容組成，連接于AT89S51的XTAL1和XTAL2上，產(chǎn)生時鐘信號。晶體的頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率就越高，單片機的運行速度也就趕快。但是，運行速度快對存儲器的速度要求就高，對印制電路板的工藝要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性，應采用穩(wěn)定性能好的電容。因該設計不需要過高頻率的石英晶體，本系統(tǒng)選擇了12MHz的石英晶體。圖2.2時鐘晶體振蕩電路原理圖2.3復位電路圖2.3復位電路原理圖如圖2.3所示復位電路由一個電阻、一片電解電容和一個輕觸開關組成，該電路具有上電復位和手動復位兩種復位方式，當上電時，電容充電，RST端出現(xiàn)高電壓，單片機復位。充電完畢后，流經(jīng)RST電流為0，電壓為0，單片機進入工作狀態(tài)；當按下開關時，電容放電，松手后，電容充電，R3有電壓，單片機復位，單片機進入工作狀態(tài)。2.4單片機最小系統(tǒng)時鐘晶體振蕩電路和復位電路組成單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2.4所示。圖2.4單片機最小系統(tǒng)一片AT89S51/52或其他51系列兼容單片機，特別注意:對于31腳（EA/VPP），當接高電平時，單片機在復位后從內部ROM的0000H開始執(zhí)行，當接低電平時，復位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。2.5電源電路圖2.5電源電路原理圖電源電路如圖2.5所示，220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓后，得到9V交流電，經(jīng)過D1～D4組成的橋式整流電路整流、電解電容C4濾波、7805穩(wěn)壓及電解電容C6的再次濾波后，得到5V直流電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。第三章數(shù)據(jù)采集及控制輸出模塊各部件分析3.1熱釋紅外傳感器熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件，現(xiàn)在已得到越來越廣泛的應用，從原理上分析，它主要有主動式和被動式兩類。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。圖3.1為它們的頂視圖，其中較大的矩形部分為濾光窗，圖3.2為底視圖，圖3.3為側視圖,P1、P2為兩個敏感單元，面積約231mm2，間距1mm。圖3.1傳感器頂圖3.2傳感器底圖3.3傳感器側3.1.1敏感單元當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，由于P1、P2自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反、電量相等的正、負電荷，而這兩個電容的極性是相反串聯(lián)的，所以，正、負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域內時，照射到P1、P2上的紅外線光能能量相等，且達到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消，傳感器仍然沒有信號輸出。同理，在燈光或陽光下，因陽光移動的速度非常緩慢，P1、P2上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應頻率很低（一般為0.1-10Hz），即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄（一般為5-15um），因此，傳感器對它們不敏感。圖3.4雙元紅外傳感器示意圖傳感器在安裝過程中還需要注意安裝方向，由于透鏡的光學特性決定橫切探測區(qū)域比較敏感，所以傳感器安裝時要注意入侵方向與探測器視場的夾角，最好成90°垂直，這樣就可以保證有人出現(xiàn)時能最大程度橫切探測區(qū)域。圖3.5RE200B實物圖及引腳區(qū)分3.1.2熱釋紅外傳感器的優(yōu)缺點熱釋紅外傳感器有優(yōu)點，也有缺點。優(yōu)點便是本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉。而缺點是容易受各種熱源、光源干擾；由于紅外穿透力差，因此人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時還會造成短時失靈。試驗檢測也證明了這點，只要人體存在卻又巧秒左右沒有活動，傳感器則認為沒有人體存在。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，本系統(tǒng)軟件程序中設計為有人體存在狀態(tài)后間隔10秒或更長的時間來對人體存在參數(shù)信號的采集。

3.2熱釋電紅外處理芯片BISS0001簡介BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、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)。它的特點：CMOS工藝，數(shù)模混合，具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器，采用16腳DIP封裝。圖3.6BISS0001引腳圖3.3熱釋紅外人體檢測電路3.3.1信號處理電路本設計采用BISS0001來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。BISS0001是一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號處理集成電路,它主要由運算放大器、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。由BISS0001構成的信號處理電路如圖3.8所示。圖3.8中熱釋電傳感器S極輸出信號送入BISS0001的14腳,經(jīng)內部第一級運算放大器放大后，由C10耦合從12腳輸入至內部第二級運算放大器放大,再經(jīng)電壓比較器構成的鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器,最后從12腳輸出信號(Vo)送入比較器進行比較判斷。實驗所得,當傳感器檢測室內有人時,Vo為4V；無人時Vo為0.4V。BISS0001的1腳接高電平,使芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。輸出Vo(高電平)的延遲時間Tx由外部R14和C14的大小調整；觸發(fā)封鎖時間Ti由外部R15和C15的大小調整。圖3.7熱釋紅外傳感器信號處理電路3.3.2比較電路比較電路如圖3.9所示，由兩個運算放大器組成，輸入信號來自于熱釋紅外人體檢測信號處理電路輸出。比較電路中的基準電壓分別由兩個獨立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運算放大器b1的2腳和b2的5腳電壓分別為2.0V和0.45V。圖3.8人體信號比較電路通過比較電路將相應的電壓比較結果以數(shù)字信號輸出。當被動紅外探頭在有效范圍內感應到人體信號后，運算放大器的“6腳”或“1腳”的電壓降為3.0V；當被動紅外探頭在有效范圍內沒有感應到人體紅外信號時，“6腳”或“1腳”的電壓降為1.0V。探頭故障斷路時，則“6腳”或“1腳”的電壓降為0V。探頭工作正?！?腳”的電壓恒定為2.0V，“1腳”的電壓有1V或是3.0V兩種狀態(tài)。“5腳”的電壓恒定為0.45V，“6腳”的電壓與“1腳”的電壓保持一致。探頭將會根據(jù)有無人體信號在“1腳”產(chǎn)生1.0V或3.0V兩種電壓信號。探頭工作不正常（由于故障或沒有安裝探頭）“2腳”的電壓恒定為2.0V，“1腳”的電壓為0V。“5腳”的電壓恒定為0.45V，“6腳”的電壓為0V。探頭將只會產(chǎn)生一種電壓信號0V。具體的比較結果如下表3.1所示。表3.1探頭采集信號輸出狀態(tài)表探頭工作狀態(tài)“2腳”電壓“1腳”或“6腳”電壓“5腳”電壓P3.0P3.1正常工作無人狀態(tài)2.0V1.0V0.45V11有人狀態(tài)2.0V3.0V0.45V01斷路或故障2.0V0V0.45V10通過比較電路，解決了不同工作狀態(tài)時被動紅外傳感器對外界人體紅外信號的采集,很大程度上減少了單片機誤判的比例，同時實現(xiàn)了A/D轉換功能。3.4環(huán)境光照度檢測電路環(huán)境光照度檢測電路如圖3.9所示，圖中主要由光信號采集電路和A/D模數(shù)轉換電路組成，其中模數(shù)轉換是電路的核心。信號經(jīng)過采集送入A/D轉換電路，通過單片機處理后，最終作為系統(tǒng)應用程序進行開關燈判斷的依據(jù)。圖3.9環(huán)境光照度檢測電路原理圖當自然光強度大于300Lx時，光敏二極管呈現(xiàn)低阻狀態(tài)<1千歐，三極管Q3的基極電壓升高，Q3管飽和導通，集電極輸出低電平。當自然光小于300LX左右時，光敏二極管DS1呈現(xiàn)高阻狀態(tài),約為100千歐，使三極管Q3截止，集電極輸出高電平。其中可變電阻R19可調節(jié)，調R19阻值的大小，使Q3三極管受環(huán)境光影響在適當?shù)牧炼认聦ā９怆姸O管是將光信號轉換成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結的結深很淺，一般小于1微米。光電二極管（也稱光敏二極管）是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1uA），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子空穴對，稱為光生載流子。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。3.5電磁繼電器電路如圖3.13所示是電磁繼電器驅動電路原理圖，三極管Q1的基極B接到單片機的P2.0，三極管的發(fā)射極E接到繼電器線圈的一端，線圈的另一端接到+5V電源VCC上，繼電器線圈兩端并接一個二極管圖3.10電磁繼電器驅動電路原理圖1N4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢，防止反向電動勢擊穿三極管Q1及干擾其他電路；R17和發(fā)光二極管DS3組成一個繼電器狀態(tài)指示電路，當繼電器吸合的時候，DS3點亮，這樣就可以直觀地看到繼電器狀態(tài)了。第四章系統(tǒng)軟件設計軟件部分的主要任務是完成對光照檢測電路和熱釋電傳感器信號處理電路的輸出信號進行處理。系統(tǒng)首先對人體存在情況進行檢測，當在可檢測范圍沒有檢測到人體存在時就繼續(xù)對人體存在情況進行檢測，當檢測到人體存在時，然后對環(huán)境光情況進行檢測，當光照較強時，繼續(xù)對環(huán)境光情況進行檢測，當檢測到環(huán)境光較弱時，延時10S后返回，再次對人體存在情況和環(huán)境光情況進行檢測，當檢測到有人體存在且光照度較弱時點亮相應的照明設備。4.1系統(tǒng)主程序設計開始開始系統(tǒng)初始化N是否有人？Y強光照檢測弱延時十秒N是否有人？Y強光照檢測弱亮燈圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖4.2A/D轉換程序設計A/D轉換時，首先選通TLC549，內部電路在測得CS下降沿后，在等待兩個內部時鐘上升沿和一個下降沿后再確認這一變化最后自動將前一次轉換結果的最高位(D7)位輸出到OUT端傳送給標志位C，然后左移一位傳送給A然后循環(huán)讀取剩下七位數(shù)，直到八位傳送完。初始化初始化選通TLC5491.4us后，拉高CLOCKD0，拉高CLOCKN是第八位？Y選段結束圖4.2A/D轉換程序流程圖4.3系統(tǒng)軟件各部分設計說明4.3.1環(huán)境光和人體存在檢測程序本系統(tǒng)考慮到?jīng)]有人時，無論是否光照強弱都不應開燈；而有人體存在時，只有環(huán)境光照度低于某一設定值才開燈。本系統(tǒng)邏輯定義為環(huán)境光亮時為二進制的“1”(符合光采集電路輸出信號狀態(tài))，暗時為“0”人體存在為“1”人體不存在為“0”開燈為“0”關燈為“1”。室內有人且光照弱的軟件程序如下：PERSON:JNBP3.0,PERSON1PERSON1:JBP3.1,GUANGSJMPPERSONGUANG:ACALLREADJBP3.2,LOOPSJMPGUANG系統(tǒng)首先對人體檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測，根據(jù)比較電路的輸出狀態(tài)表，若輸出信號滿足不符合系統(tǒng)有人存在的判斷條件則系統(tǒng)繼續(xù)對人體檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測。如果輸出信號滿足系統(tǒng)有人存在的判斷條件，則系統(tǒng)跳轉到GUANG。GUANG的第一條指令，可完成對光照強度檢測電路的輸出狀態(tài)進行檢測。若輸出為高電平，說明光線弱，順序執(zhí)行下面的指令，延時10S后，跳轉到PERSON1再次檢測信號輸入狀態(tài)若輸入狀態(tài)與延時前相同，則系統(tǒng)控制P2.0為低電平，照明設備點亮。4.3.210S延時程序10S延時程序如下：DELAY10S: MOV R4,#10HDEL: MOV R7,#10DEL1: MOV R6,#0FFHDEL2: MOV R5,#80HKONG: NOP DJNZ R5,$ DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL1 DJNZ R4,DELRET這是一段延時10S的程序，系統(tǒng)通過不斷執(zhí)行循環(huán)程序消耗時鐘周期，進而實現(xiàn)延時操作。4.3.3A/D轉換程序READ: SETBP1.2NOPNOPCLR P1.2NOPNOPMOV C,P3.0 RLCAMOV R5,#7RE:SETBP1.0NOPNOPCLR P1.0NOPNOPMOV C,P3.0RLC ADJNZR5,RESETBP1.0NOPNOPCLR P1.0NOPNOPSETB P1.2CLRCMOV34H ,ARET以上是一段A/D轉換程序，系統(tǒng)首先進行將Cs置低，內部電路在測得CS下降沿后，在等待兩個內部時鐘上升沿和一個下降沿后再確認這一變化最后自動將前一次轉換結果的最高位(D7)位輸出到OUT端傳送給標志位C，然后左移一位傳送給A然后循環(huán)讀取剩下七位數(shù)，直到八位傳送完，停止轉換最終把轉換的二進制數(shù)放到34H中。第五章圖書館照明控制系統(tǒng)的實現(xiàn)5.1熱釋紅外傳感器的安裝分析圖書館照明控制系統(tǒng)用于對現(xiàn)有圖書館進行改造。本設計所用的系統(tǒng)具有智能控制，系統(tǒng)所用到的熱釋紅外傳感器所能探測到的范圍有限，具體的探測范圍見圖5.1所示，根據(jù)現(xiàn)在圖書館自習室的書桌分布情況和燈具分布情況特提出如下安裝方案，以實現(xiàn)對圖書館自習室的智能控制。圖5.1熱釋紅外傳感器探測范圍根據(jù)熱釋紅外傳感器的實驗數(shù)據(jù)我們可以知道加上透鏡的傳感器的最大探測距離是7米左右，探測角度是110度左右3至4米的探測長度，而圖書館現(xiàn)有燈具的懸掛高度大概是2米，自習室墻體的高度大概是3.5米，雖然直接把傳感器安裝在天花板可以有更大范圍的檢測，可是更大的范圍也就意味著更大的浪費，我們不可能在人數(shù)很少的情況下仍舊開一大片的燈，這不符合本系統(tǒng)設計的初衷，所以本系統(tǒng)根據(jù)實際情況認為探測器應該安裝在離桌面大概2米的距離這樣它在2米的平面上形成的探測半徑是2米左右，但是由于傳感器本身的缺陷，它的有效探測范圍不可能是2米，根據(jù)以往的數(shù)據(jù)記錄可以知道有效的探測距離大概是1.5米左右，這個范圍大概是一張桌子的長度這樣就可以把它安裝在兩張桌子的中間。5.2環(huán)境光照度檢測電路的安裝分析我們根據(jù)資料可以知道300Lx的光照度是適合讀書的理想值，根據(jù)光敏二極管的光電特性我們可以知道在光照強度為300Lx時光電流大概是0.8mA左右，這時可以通過調節(jié)連接在基極和發(fā)射極之間的滑動變阻器的阻值改變基極電壓，從而控制三極管進入飽和導通狀態(tài)，我們知道三極管有四種工作狀態(tài)：截止，放大，飽和導通，過飽和擊穿，四種工作狀態(tài)的轉變和基極與發(fā)射極，集電極與基極之間的電壓有關當基極與發(fā)射極之間的電壓大于0.7V，基極與集電極之間的電壓大于0時基極飽和三極管進入飽和導通狀態(tài)，此時集電極輸出低電平，這時集電極電流幾乎不隨基極電流的變化而變化，經(jīng)過計算可以調節(jié)基極滑動變阻器阻值大概為900歐，當光照強度低于300Lx時基極與發(fā)射極之間的電壓大于0.7伏，基極與集電極之間的電壓小于0，這時三極管進入放大狀態(tài)集電極輸出電流隨基極電流的變化而變化，三極管進入放大狀態(tài)，集電極輸出高電平。三極管的輸出特性曲線如圖5.2所示。圖5.2三極管輸出特性曲線如圖5.3所示是光敏二極管光電特性曲線，由圖可以知道在300Lx的分界點時，光電流大概是0.8mA，當滑動變阻器的阻值大概在900歐左右時，三極管飽和導通，所以在調試的時候應該在滑動變阻器最大值上調試環(huán)境光照度檢測電路。圖5.3光敏二極管光電特性曲線5.3圖書館照明控制系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案本設計以一個單片機檢測一個熱釋紅外傳感器電路和一個環(huán)境光照度檢測電路，以一個電磁繼電器控制兩盞燈，本設計建議采用均勻的燈具布置方法，并在圖中“2”所示的位置安裝熱釋紅外人體傳感器