智慧教室自動照明系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

PAGEXIV智慧教室自動照明系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

目錄了解產(chǎn)品選題的背景及意義設(shè)計任務(wù)及要求項目分析與方案論證項目設(shè)計項目實施過程系統(tǒng)硬件電路板焊接人體感應(yīng)模塊紅外線釋電傳感器STC89C51單片機系統(tǒng)軟件智慧教室自動照明系統(tǒng)電路系統(tǒng)設(shè)計圖智慧教室自動照明系統(tǒng)仿真設(shè)計

了解產(chǎn)品一．選題的背景及意義社會在不斷進步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用意義深遠。社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電負荷的加劇，又由于世界性的能源危機，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴峻問題。智慧教室自動照明系統(tǒng)通過感應(yīng)人體活動、光線亮度和室內(nèi)溫度等環(huán)境因素，智能調(diào)節(jié)燈光亮度和色溫。為了降低能源浪費、提高教室能源利用效率，我們決定開展這個智慧教室自動照明系統(tǒng)項目。設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計出原理圖,工作原理說明,元件選擇表,硬件電路設(shè)計制作,硬件電路調(diào)試,操作說明。具體要求如下：設(shè)計可以應(yīng)用在教室，圖書館等一些公共場所，當(dāng)光線暗并且有人時，繼電器會吸合，從而驅(qū)動任何負載，智能延時，當(dāng)沒有人時燈不會亮，從而實現(xiàn)節(jié)能、智能的效果。三、項目分析與方案論證1.過程分析分析要設(shè)計的智慧教室自動照明系統(tǒng)該有的系統(tǒng)的控制要求。1）當(dāng)檢測到光線不足時，系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)燈光亮度2）智慧教室自動照明系統(tǒng)還可以通過定時開關(guān)功能和人體紅外監(jiān)測功能，實現(xiàn)自動燈光調(diào)節(jié)和智能節(jié)能。2．方案論證選擇方案一：AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS型8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大。其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護我們的勞動成果。再者，AT89C52目前的售價比8031還低，市場供應(yīng)也很充足。AT89C51可構(gòu)成真正的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，縮小系統(tǒng)體積，增加系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的成本。只要程序長度小于8K，四個I/O口全部提供給用戶?？捎?V電壓編程，而且擦寫時間僅需lOms。AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。PO口是三態(tài)雙向口，通稱數(shù)據(jù)總線口，因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。方案二：STC89C51系列單片機的指令系統(tǒng)和AT89C51系列的完全兼容，但實際操作起來卻存在很多問題：（1）AT89C51不帶ISP下載，要用下載器才行，STC89C51可以用你的USB轉(zhuǎn)串口下載，下載軟件可以到STC廠家網(wǎng)上去下。（2）STC單片機執(zhí)行指令的速度很快，大約是AT的3-30倍，盡管快是好事，但這樣一來，你在AT上好使的程序在STC上不一定好用，最典型的例子就是那些對時序有嚴格要求的模塊，用STC時注意得加長延時，大約是AT的10—30倍就差不多，這一點自己調(diào)試就知道了。（3）STC單片機對工作環(huán)境的要求比較低，電壓低于5伏時仍然正常工作，甚至3伏到4伏之間都還可以工作，然而這樣的環(huán)境下AT肯定不行了，所以當(dāng)一個系統(tǒng)用STC單片機好用，但用AT的單片機不工作時，直接查最小系統(tǒng)，看單片機的供電是否正常。比較這兩種方案，由于在學(xué)校期間學(xué)過數(shù)字電路、單片機原理、C語言程序設(shè)計，綜合考慮單片機的各部分資源和作為學(xué)生能夠獲得的資源，經(jīng)過對比此次設(shè)計要求，我選擇用STC系列芯片完成。而且學(xué)校也提供了相應(yīng)的硬件操作平臺，實際操作起來比較方便，故STC為更合理的選擇。本系統(tǒng)選擇STC89C51單片機作為主控芯片。足夠本設(shè)計運行，且價格便宜，下載程序方便。四、項目設(shè)計本項目利用單片機、人體感應(yīng)模塊、蜂鳴器實現(xiàn)智慧教室自動照明系統(tǒng)的設(shè)計，具有感應(yīng)人體紅外的功能。五、項目實施過程1.成員任務(wù)安排從接受任務(wù)后具體成員的任務(wù)安排及時間安排如表1所示：表1任務(wù)實施計劃實施計劃時間主要任務(wù)負責(zé)人階段成果2024.3-2024.4功能分析，電路及系統(tǒng)控制部分的設(shè)計實現(xiàn)劉青濤、華靜爽、華燦媛、張雨薇、李子豪初步方向確立2024.3-2024.4程序設(shè)計調(diào)試、樣機的修改劉青濤、華靜爽、樣機和程序完成2024.4-2024.5系統(tǒng)整體調(diào)試以及相關(guān)實驗資料整理華燦媛、張雨薇、李子豪實體完成2024.4-2024.5項目所有資料的完善劉青濤、華靜爽、華燦媛、張雨薇、李子豪總體完成2.原理圖繪制智慧教室自動照明系統(tǒng)電路系統(tǒng)如圖2所示。圖2智慧教室自動照明系統(tǒng)電路系統(tǒng)從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件：STC89C51、紅外熱釋電傳感器、按鍵、指示燈等一些單片機外圍應(yīng)用電路。還有一些按鍵.電源開關(guān)等3.硬件焊接根據(jù)原理圖焊接元器件，形成的硬件電路板如圖3所示：圖3智慧教室自動照明系統(tǒng)電路板4.智慧教室自動照明系統(tǒng)仿真設(shè)計5.人體感應(yīng)模塊紅外線釋電傳感器：6.智慧教室自動照明系統(tǒng)的調(diào)試（1）調(diào)試步驟1)按照原理圖連接。2)編程：編寫智慧教室自動照明系統(tǒng)的程序。3)將程序下載到STC89C51單片機，電路上電運行。。4)觀察并記錄能否實現(xiàn)程序的功能，如有錯誤，檢查硬件接線是否錯誤，如果連接正確，再檢查程序，直到調(diào)試成功為止。（2）調(diào)試要點1)如果在硬件調(diào)試時，某些元器件沒起到作用，應(yīng)該用萬用表測量元器件的好壞，還有可能是電阻阻值選用不合理等問題。2)將設(shè)計好的程序下載到STC89C51單片機中，首先要做的就是仔細檢查程序，是否出現(xiàn)語法錯誤，延時時間是否算對，主程序是否成功調(diào)用子程序。程序一般先在仿真軟件上調(diào)試，然后再在焊接成功的電路板上調(diào)試。六、總結(jié)與體會在這次項目中，我們小組以提高校園照明效果、節(jié)約能源為目標(biāo)，研發(fā)了一套智能化的教室照明系統(tǒng)。通過利用先進的傳感技術(shù)和自動控制算法，我們成功實現(xiàn)了對教室照明的智能化管理。首先，我們設(shè)計了一套感知系統(tǒng)，通過光線傳感器和紅外線傳感器，實現(xiàn)了對教室內(nèi)外環(huán)境的檢測和感知。系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境光照強度和人流情況自動調(diào)節(jié)照明亮度，提高了教室照明效果，確保了學(xué)習(xí)和教學(xué)的舒適性。我們深刻認識到創(chuàng)新的意義和重要性。通過這個項目，我們不僅拓寬了自己的思維方式，還提高了問題解決的能力。我們面臨著如何設(shè)計一個能夠自動感應(yīng)教室人數(shù)并智能調(diào)節(jié)燈光亮度的燈具的挑戰(zhàn)。通過反復(fù)試驗和不斷改進，我們成功地開發(fā)出了一款功能強大且易于使用的智慧教室自動照明系統(tǒng)。這種創(chuàng)新的產(chǎn)品不僅可以提升教室的舒適度，還可以有效地節(jié)約能源。團隊合作的重要性也在這個過程中得到了驗證。在項目的各個階段，團隊成員之間密切合作，相互支持和協(xié)調(diào)，從而取得了更好的效果。每個人都發(fā)揮了自己的專長和潛力，共同推動了項目的成功。我們互相學(xué)習(xí)和借鑒，共同解決了遇到的問題，并最終取得了令人驕傲的成果。團隊合作的力量不可忽視，它是實現(xiàn)創(chuàng)新和樂于分享知識的關(guān)鍵。我們對成果的使用和推廣充滿了期待。我們希望我們的智慧教室自動照明系統(tǒng)能夠被廣泛運用到各個教育機構(gòu)和公共場所中，為人們提供更好的學(xué)習(xí)和工作環(huán)境。通過這個項目，我們希望能夠傳遞創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的理念，激發(fā)更多年輕人的熱情和潛力。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目智慧教室自動照明系統(tǒng)的完成是我們團隊的一項重要成就。在這個過程中，我們不僅技術(shù)水平得到了提升，也收獲了寶貴的合作和溝通經(jīng)驗。我們相信，只要我們保持創(chuàng)新、合作和追求卓越的精神，我們將能夠取得更多的成果。代碼部分程序：#include<reg52.h> //調(diào)用單片機頭文件#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義 變量范圍0~255#defineuintunsignedint //無符號整型宏定義 變量范圍0~65535sbitGM=P1^0; //光敏sbithw=P1^6; //人體紅外sbitrelay=P3^4; //繼電器控制燈sbityellow=P1^5;//人體紅外指示燈/******************電位器往右調(diào)光敏傳感器的靈敏度增加**********************/voiddelay_1ms(uintx)//延時函數(shù){ uinti,j; for(i=0;i<x;i++) for(j=0;j<120;j++);}voidwork()//工作函數(shù){ staticucharvalue,miao; if(GM==0)//光線暗（晚上） { if(hw==1)//感應(yīng)到人體 { relay=0;//繼電器吸合 miao=0; //變量清零 value=0; //變量清零 } } if(relay==0)//繼電器吸合計時10秒 { value++; if(value>=10)//這里是1秒 { value=0; miao++; //加1秒 if(miao>=10) //10秒的時間 { miao=0; relay=1;//